БЛОК ОБМОТКИ ТОРОИДАЛЬНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТЕРМОЯДЕРНОЙ УСТАНОВКИ ТИПА ТОКАМАК Советский патент 1995 года по МПК G21B1/00 H01F7/20 

Изобретение относится к экспериментальным термоядерным установкам с магнитным удержанием плазмы, а более конкретно к токамакам с сильным магнитным полем.

Целью изобретения являются повышение эксплуатационной надежности и уменьшение массогабаритных характеристик блока ОТП.

Максимальное сокращение числа витков в катушке блока, т.е. выполнение катушки в виде одновитковой секции, приводит к относительно низкому электрическому напряжению на обмотке тороидального поля, а следовательно и на секции блока. Использование такой конструктивной схемы позволяет не только снизить требования к классу изоляции обмотки тороидального поля, т.е. позволяет отказаться от высоковольтной корпусной изоляции (как правило, непрерывной) и заменить ее на низковольтную (выполненную в виде листовых прокладок), но и позволяет устранить изоляцию из зоны контакта между катушкой и бандажом в узкой части блока (наиболее механически нагруженной зоны), тем самым устранив наиболее слабое место в блоке ОТП. Токоведущий контур и охватывающий его бандаж, находясь под одним электрическим потенциалом, представляют собой единый композитный виток, поэтому электрическая изоляция нанесена на внешние поверхности этого составного витка.

Применение замка, выполненного в виде П-образной скобы, охватывающей часть бандажа в зоне его разреза с трех сторон, повышает эксплуатационную надежность блока за счет того, что:
1) бандаж удерживается замком от раскрытия с помощью электрически неизолированных призонных высокопрочных болтов (штифтов), размещенных в верхней части бандажа (блока) по одну сторону от разреза. При этом эти болты перпендикулярны к вертикальной плоскости блока и проходят через вертикальные стенки (щеки) замка и через тело бандажа. Отсутствие электрической изоляции на болтах (штифтах) устраняет слабое звено из системы бандаж-замок;
2) обеспечена боковая фиксация токовыводов катушки от смещения под действием пондеромоторных сил вертикальными стенками (щеками) замка, а фиксация токовыводов от перемещения в вертикальной плоскости обеспечивается горизонтальными поверхностями разреза бандажа;
3) сведено к минимуму количество электрической изоляции в системе бандаж-замок изолированы только те внутренние поверхности замка, которые контактируют с боковыми поверхностями токовыводов катушки и нижней частью бандажа.

Так как механические усилия, раскрывающие бандаж и воспринимаемые замком и его элементами (призонными болтами и слоем электрической изоляции между нижней поверхностью бандажа и днищем замка) не являются максимальными из действующих в блоке, то обеспечение необходимой надежности при использовании известных в настоящее время изоляционных материалов не вызывает конструктивных затруднений.

Кроме того, применение замка в виде П-образной скобы обеспечивает уменьшение толщины вертикальных стенок (щек) замка (при одновременном пропорциональном увеличении радиальной длины замка для сохранения неизменным поперечного сечения вертикальных стенок, т.е. сокращение азимутального размера блока в зоне замка, что облегчает размещение и эксплуатацию элементов вакуумной камеры токамака (проходных патрубков).

На фиг. 1 изображен главный вид предлагаемого блока с частичными вырывами; на фиг. 2 вид блока сверху; на фиг. 3 и 4 модификация замка блока в разрезе.

Блок ОТП токамака имеет катушку 1, составленную из одновиткового токоведущего контура 2 с токовыводами 3 и охватывающего его силового бандажа 4 с разрезом 5, делящим бандаж (блок) на верхнюю 6 и нижнюю 7 части, внешнюю электрическую изоляцию блока 8, нанесенную на внешние поверхности этой составной катушки 1, замок 13, состоящий из двух вертикальных стенок щек 9 и горизонтальной стенки днища 10. Токовыводы 3 катушки 1 выпущены через разрез 5 бандажа 4Щеки 9 замка 13 охватывают боковые вертикальные поверхности бандажа 4 и токовыводов 3, а днище 10 нижнюю горизонтальную поверхность бандажа 4. На внутренние поверхности щек 9 и днища 10 замка 13, контактирующие с боковыми поверхностями токовыводов 3 и нижней частью 7 бандажа 4 нанесена электрическая изоляция 11.

Замок 13 скреплен с бандажом 4 в верхней его части 6 с помощью электрически неизолированных призонных болтов 12, оси которых перпендикулярны к вертикальной плоскости симметрии блока. Болты 12 проходят через щеки 9 замка 13 и тело бандажа 4.

Возможен и другой вариант конструктивного исполнения замка, например, в ви- де -образной рамы 14, как показано на фиг. 4. В этом случае отпадает необходимость скрепления замка 14 с бандажом 4 призонными болтами 12.

Блок (в составе обмотки тороидального поля) работает следующим образом. К токовыводами 3 токоведущего контура 2 подводят электропитание. Ток, протекая по токоведущему контура 2, генерирует тороидальное магнитное поле. В результате взаимодействия тока с тороидальным магнитным полем возникают радиальные пондеромоторные силы, действующие на токоведущий контур 2. Эти разрывающие токоведущий контур 2 силы воспринимаются разрезным силовым бандажом 4 с запирающим его в зоне разреза замка 13. Из-за тороидальности токамака большая часть этих разрывающих пондеpомоторных сил действует на бандаж 4 в центральной части токамака, а меньшая на бандаж 4 в зоне замка 13. От раскрытия этими силами бандаж 4 удерживается с помощью замка 13. Замок 13, выполненный в виде П-образной скобы (фиг, 3), охватывает часть бандажа 4 в зоне его разреза 5 с трех сторон. Замок 13 скреплен с бандажом 4 с помощью высокопрочных призонных болтов 12. Болты 12, размещенные в верхней части бандажа 6 по одну сторону от разреза 5, проходят через вертикальные стенки замка 9 и тело бандажа 4. Болты 12 работают на срез и полностью воспринимают разрывающие пондеpомоторные силы, действующие в зоне разреза 5 бандажа 4. Отсутствие электрической изоляции на этих болтах 12 обеспечивает работоспособность и надежность этого узла и всего блока в целом.

Разновидность замка (фиг. 4) в виде образной рамы 14 выполняет те же функции, что и замок фиг. 3. Отличие его в том, что он охватывает бандаж 4 в зоне разреза 5 со всех сторон и поэтому отпадает необходимость в скрепляющих призонных болтах 12.

Взаимодействие тока, протекающего в токоведущем контуре 2, с полоидальными магнитными полями токамака вызывает пондеpомоторные силы, расталкивающие токовыводы 3 токоведущего контура 2 в горизонтальной плоскости. Вертикальные стенки 9 замка 13 воспринимают эти силы расталкивания, действующие на токовыводы 3 контура 2 и фиксируют токовыводы 3 от перемещений. Внутренние поверхности боковых стенок 9 и днища 10 замка 13 электрически изолированы от боковых вертикальных поверхностей токовыводов 3 и нижней части бандажа 7 прокладками 11, которые хорошо работают на сжатие вплоть до очень высоких давлений, обеспечивая надежность и работоспособность блока.

Выполнение катушки предложенного блока в виде одновитковой композитной секции, составленной из токоведущего контура с токовыводами и охватывающего его силового бандажа, находящегося под одним электрическим потенциалом с токоведущим контуром, повышает эксплуатационную надежность блока по сравнению с известным устройством по крайней мере на 40.50% позволяет благодаря снижению требований к классу изоляции обмотки тороидального поля отказаться от высоковольтной непрерывной дорогостоящей изоляции катушки блока и заменить ее гораздо меньшим (на 50%) количеством низковольтной сравнительно более дешевой изоляции в виде прокладок.

В той же степени (на 50%) повышает надежность блока применения замка, удерживающего бандаж от раскрытия и выпол- ненного в виде П-образной скобы или образной рамы, скрепленного с бандажом с помощью электрически неизолированных призонных болтов.

Использование: магнитные системы термоядерных установок типа токамак. Сущность изобретения: в блоке обмотки тороидального поля токамака катушка выполнена в виде одновитковой композитной секции, составленной из токоведущего контура с выводными концами и охватывающего его силового бандажа, находящегося под одним электрическим потенциалом с токоведущим контуром. Электрическая изоляция нанесения на наружные поверхности блока. Замок, запирающий бандаж, может быть выполнен в виде П-образной скобы, содержащей вертикальные стенки-щеки и горизонтальную стенку-днище. Вертикальные стенки скобы охватывают боковые вертикальные поверхности бандажа и выводов катушки, выпущенных через разрез бандажа. Горизонтальная стенка охватывает нижнюю горизонтальную поверхность бандажа. Электрическая изоляция нанесена только на внутренние поверхности замка, контактирующие с боковыми поверхностями выводов катушки и нижней частью бандажа, а замок скреплен с бандажом болтами (штифтами), размещенными в верхней части блока. Оси симметрии болтов перпендикулярны вертикальной плоскости симметрии блока. В другом варианте замок может быть выполнен в виде прямоугольной рамы, охватывающей бандаж в зоне его разреза, а электрическая изоляция замка нанесена только на внутренние поверхности, контактирующие с боковыми поверхностями выводов катушки и нижней частью бандажа. Положительный эффект, достигаемый изобретением, заключается в повышении эксплуатационной надежности магнитной системы токамака, уменьшении массогабаритных характеристик и повышении основных электромагнитных характеристик токамака. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. БЛОК ОБМОТКИ ТОРОИДАЛЬНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТЕРМОЯДЕРНОЙ УСТАНОВКИ ТИПА ТОКАМАК, содержащий токоведущую одновитковую катушку с токовыводами и электроизоляцией, силовой бандаж, охватывающий катушку по наружному контуру, в области экваториальной плоскости которого выполнен разрез, разделяющий бандаж на верхнюю и нижнюю части, и разъемный замок, обеспечивающий сцепление частей бандажа в зоне разреза, отличающийся тем, что одновитковая катушка выполнена в виде композитной секции, служащей одновременно токоведущим контуром с токовыводами и силовым бандажом находящимся под одним электрическим потенциалом с токоведущим контуром, при этом электроизоляция выполнена в виде слоя, нанесенного на внешние поверхности блока. 2. Блок по п.1, отличающийся тем, что замок выполнен в виде П-образной скобы с горизонтальной и двумя вертикальными стенками, при этом скоба установлена на композитной секции так, чтобы ее вертикальные стенки охватывали вертикальные поверхности секции и токовыводы катушки, размещенные между верхней и нижней частями секции, а ее горизонтальная стенка контактировала с нижней горизонтальной поверхностью секции, при этом слой электроизоляции нанесен на внутренние поверхности замка, контактирующие с боковыми поверхностями токовыводов катушки и нижней частью секции, причем скоба скреплена с секцией с помощью размещенных в верхней части секции болтов или штифтов, оси симметрии которых перпендикулярны вертикальной плоскости симметрии секции. 3. Блок по п.1, отличающийся тем, что замок выполнен в виде замкнутой прямоугольной рамы, охватывающей композитную секцию в зоне ее разреза, при этом слой электроизоляции нанесен на внутренние поверхности замка, контактирующие с боковыми поверхностями токовыводов катушки и нижней частью секции.