CSNS-Ⅱ靶站质子束窗结构设计与优化分析

中国散裂中子源(CSNS)靶站质子束窗位于环到靶站输运线(RTBT)与靶站交接面,起到隔离加速器高真空和靶站氦气环境的作用。随着束流功率提高,目前质子束窗单层膜结构形式已无法满足CSNS-Ⅱ500 kW的高功率需求,因此开展CSNS-Ⅱ质子束窗研制,设计出双层膜中间通水的冷却结构,完成质子束窗双层膜的薄膜半径、薄膜厚度、水冷槽长度与宽度、对流换热系数等各参数对质子束窗温升与热应力的影响分析。通过冷却水需求分析得出,冷却水流速需大于15 L/min。通过质子束窗主体的流固耦合分析,消除箱体内部死水区域。最终优化后质子束窗薄膜位置最高温度47.8℃,薄膜位置最高热应力30.758 MPa。通过FLUKA软件对质子束窗材料的辐照损伤性能进行分析,在每年5000 h工作时长、500 kW高功率束流的辐照下,辐照损伤DPA计算值为1.285 DPA,质子束窗的安全使用寿命在7年以上。

生物降解作用对原油稀土元素的响应——以渤海湾盆地渤中坳陷庙西凹陷为例

【目的】原油中的稀土元素(Rare Earth Element,REE)被广泛地应用于油—油(源)对比和沉积环境重建的工作,然而生物降解作用对原油REE浓度和分配模式仍不明确。因此,迫切需要进一步明确REE在油气成藏过程中的地球化学行为,探讨REE所蕴含的地球化学意义。【方法】选取渤海湾盆地渤中坳陷庙西凹陷地区成熟度类似、受运移作用影响小,仅在生物降解程度上具有差异性的原油,采用GC-MS和ICP-MS对该地区14个原油样品,进行了分子标志物和无机元素的测试。【结果】通过正构烷烃完整性及25-降藿烷含量对原油生物降解程度进行了判识,发现研究区原油样品从PM0~PM7(PM指数代表生物降解等级)均有分布,具有较好的生物降解梯度。在高硫油中检测到高含量伽马蜡烷和高C_(35)升藿烷,认为其主要来自还原性更强、盐度更高的沙四段烃源岩的贡献;低硫油表现为低伽马蜡烷、低C_(35)升藿烷、高C_(27)重排甾烷、高四甲基甾烷的特征,推测主要来自沙三段烃源岩的贡献。原油的ΣREE浓度、La_(N)/Yb_(N)与C_(35)H/C_(34)H、Ts/(Ts+Tm)、ββ/(ββ+αα)-C29RS不具备明显的相关性,表明成熟度对其影响有限。随着生物降解程度增加,ΣLREE/ΣHREE和La_(N)/Yb_(N)先降低后增加,在轻微生物降解阶段(PM<4),ΣLREE/ΣHREE和La_(N)/Yb_(N)显著下降,在严重—强烈生物降解阶段(PM>4),ΣLREE/ΣHREE和La_(N)/Yb_(N)表现为增加的趋势。Sm/Nd、δEu和Pr/Pr^(*)随生物降解程度的增加呈现为降低的趋势,δCe表现为微弱增加的趋势。【结论】对比发现陆相成因原油普遍比海相成因原油的REE浓度高,可以利用REE浓度和分布模式区分海相和陆相成因原油。母质沉积环境及成熟度对原油的REE浓度与配分模式影响有限,生物降解作用对REE浓度与配分模式具有较大影响。原油中的REE浓度随生物降解程度增加不断升高,REE模式和La_(N)/Yb_(N)、δEu和δCe等指标也随生物降解程度的增加而发生规律性变化。REE浓度能够作为标志物应用于轻微到极端程度和各种类型含油气系统的生物降解程度评价。

无氧铜表面处理在束流准直器中的应用

束流准直器作为加速器的关键部件,用于吸收不在预定轨道的束晕粒子。因良好的电导率和良好的准直效率,铜被广泛应用于准直器中作为挡块材料。通常,挡块位于超高真空环境中,承受高功率束流载荷冲击,其不同表面处理工艺直接影响传热性能及放气率。为评估无氧铜表面处理工艺对相关性能的影响,分别对其进行表面化学腐蚀发黑处理、高温氧化处理以及仅机械加工处理,结果表明:无氧铜表面发黑处理后,其热辐射系数明显增加,同时也伴随着放气率的明显增加;而通过高温氧化处理后的铜块,其表面热辐射系数与仅机械加工后的铜块差异不大,放气率有一定程度的增加。以散裂中子源二期项目中的动量准直器为研究对象,在一定的束流载荷作用下,挡块选用发黑无氧铜,可将其最高温度控制在125℃以下,同时增加两台离子泵可使该准直器所在区域真空度满足运行要求。

0.2 mm不锈钢薄板焊接工艺研究及仿真分析

分别采用激光焊和微束等离子弧焊开展0.2 mm奥氏体不锈钢薄板的对焊加工,并选用圆锥体热源模型对2种焊接工艺进行模拟研究。结果表明:激光焊和微束等离子弧焊均可实现0.2 mm厚的不锈钢薄板对焊加工;采用圆锥体热源能准确勾勒出不锈钢薄板在2种焊接工艺下焊缝截面的熔池轮廓;选取相同的仿真参数,激光焊和微束等离子弧焊出现类似的变形场和应力场,微束等离子弧焊的总体变形和整体应力略大于激光焊的。

辽河东部凹陷古近系页岩气聚集条件分析

页岩气是一种现实的非常规天然气资源.通过对大量录井、钻井、地球化学、实验测试及生产测试结果等资料的分析,认为辽河东部凹陷古近系3套泥页岩分布面积广,厚度大,有机碳含量高,有机质类型以腐泥腐殖型和腐殖型为主,有机质成熟度变化范围宽等特点,具备形成页岩气的物质基础.泥页岩中微裂缝和裂缝发育,为游离态气体的赋存提供了有利的储集空间,且泥页岩吸附甲烷能力强,吸附量大,泥页岩段普遍存在气测全烃异常,蕴藏着巨大的页岩气资源.在新开油田、黄金带油田以及桃园气田附近气测全烃异常明显,是页岩气成藏的有利地区.

中国页岩气资源勘探潜力

页岩气是以吸附和游离状态同时存在于泥页岩地层中的天然气,它分别在天然气的成因机理、赋存相态、成藏聚集机理、分布变化特点及其与其他类型气藏关系之间存在广泛的变化性。由于页岩气成藏边界条件可有适度地放宽且变化较大,各成藏地质要素之间具有明显的互补性。基于地质、测井、地震等方法和手段,可对页岩气进行快速识别。研究表明,中国存在页岩气大量发育的区域地质条件,初步计算中国页岩气资源量约为(15～30)×1012m3。平面上以中国南方和西北地区最为有利(也包括鄂尔多斯盆地及其周缘),剖面上以古生界资源量为最大,中生界位居其次。

页岩气开发水力压裂技术综述

世界页岩气资源丰富,但由于页岩地层渗透率很低,目前还没有广泛开发。水力压裂技术是页岩气开发的核心技术之一,广泛用于页岩储层的改造。介绍了水力压裂作业的压裂设计、裂缝监测、压裂液配制和添加剂选择,以及常用的压裂技术,包括多级压裂、清水压裂、同步压裂、水力喷射压裂和重复压裂。结合国外页岩气开发的实例和国内压裂技术的应用情况,分析了各种压裂技术的适用性。研究认为,清水压裂是现阶段中国页岩气开发储层改造的适用技术,开采长度(厚度)大的页岩气井,可以使用多级分段清水压裂技术。同步压裂技术是规模化的页岩气开发的客观需要。

油气成藏及分布序列的连续聚集和非连续聚集

随着勘探的深入、科技的发展,诸如煤层气、页岩油气、根缘油气及水溶气等多种类型的油气藏逐步被勘探开发。按照聚集类型可将其划分为"源端元"及其附近的连续聚集和"储端元"及其附近的非连续聚集,分别形成非常规油气藏和常规油气藏,并包含了中间多种类型的过渡油气藏,兼或具有两种聚集特征。为此,在对油气成藏和分布序列研究的基础上,探讨了上述两种聚集类型形成的油气藏种类、分布和特征等,以期对油气藏分类和勘探决策提供参考。结论认为:非常规油气藏和常规油气藏在理想盆地成藏和分布上构成一个完整的序列,平面上从盆地中心向边缘、剖面上从深部向浅部依次形成煤层气藏、页岩油气藏、根缘油气藏、水溶气藏、常规油气藏等;在源储关系(静态因素)、运移特征(动态因素)及油气赋存状态上呈有规律的变化;伴随着构造、温压、生烃量、运聚、储集等地质条件的变化,连续聚集和非连续聚集的油气藏可以相互转化。

永安地区地层水成因分析及与油气的关系

以永安地区的地层水为研究对象,采用统计、薄片观察以及扫描电镜观察的方法对该地区地层水特征和成因进行了分析,对戴南组地层水的水型、矿化度和阴、阳离子进行统计,结果表明该地区的地层水矿化度表现为反向剖面特征。结合电镜观察分别从该区的构造和沉积特征分析了地层水矿化度反向剖面形成的原因,结果表明永安地区断裂的沟通作用、盆地离心流引起的蒸发作用和储层非均质性是导致地层水矿化度具有反向剖面特征的主要原因,同时利用地层水的某些离子特征和特征系数来反映油气的保存条件,分析表明永25断块具有最好的保存条件,同时,凹陷的斜坡处为越流蒸发泄水区也属于油气保存的有利区。

辽河坳陷东部凹陷沙三段根缘气成藏条件与分布预测

对辽河东部凹陷储层和烃源岩等成藏条件进行系统研究,通过对东部凹陷多口钻井沙三段致密砂岩底部含气层段进行厚度统计,并结合成藏条件分析,对根缘气藏发育有利区进行了预测。研究结果表明:沙三段具有根缘气藏发育的基本地质条件:沙三段晚期沉积环境,以及后期成岩演化作用,使沙三段45.1%的砂岩储层孔隙度≤13%,25.5%的渗透率≤1.5×10-3μm2,形成较大规模的致密砂岩发育带,成为根缘气储层发育的主体;沙三段烃源岩干酪根类型以利于生气的ⅡB型和Ⅲ型为主,有机质丰度高,且已进入大规模生气阶段,为根缘气藏的形成提供了有力气源保障。由于运聚机理与常规储层气不同,根缘气具有致密砂岩底部含气特点,在气测曲线形态上形成下部异常的特征。凹陷北部茨榆坨-牛居地区和南部黄金带-大平房地区为根缘气藏发育最有利地区。

CSNS微小角中子散射谱仪运动控制系统样机

微小角中子散射(Very Small Angle Neutron Scattering,VSANS)谱仪是结构校准的有力工具。为了保证中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)VSANS谱仪的运动部件满足重复定位精度优于±2μm的要求,设计了基于实验物理及工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)软件架构的运动控制系统方案,并搭建了相应的运动控制系统样机。该样机使用步进电机、绝对式光栅和Beckhoff嵌入式控制器,实现了对平移台位置的全闭环控制。测试结果表明:该样机的重复定位精度优于±2μm,且具有稳定可靠性高的特点,很好地满足了CSNS VSANS谱仪的需要。

CSNS/RCS次级准直器吸收体的冷却设计

作为CSNS/RCS横向束流准直系统的关键部件,次级准直器用于吸收经主准直器散射后不在预定轨道的束晕粒子,其工作原理决定了该设备要求满足强辐射环境下的稳定性、超高真空及高定位精度等要求。基于主准直器的设计及研制经验,对次级准直器结构方案及控制系统进行详细设计。针对关键部件吸收体,结合辐射防护分析结果,考虑水冷降温的方式,设计了控制程序,通过有限元分析软件ANSYS对其进行瞬态热分析,保证吸收体设计的可行性。

自走式大田水稻毯状秧育苗播种机的设计

对自走式大田水稻毯状秧育苗播种机的整机结构、"1泵5马达1油缸"液压传动系统和排种作业机构等进行设计,并采用Pro/E对整机进行虚拟仿真,得出较合理的设计方案。对研制的播种机样机进行大田育秧播种试验,结果表明播种合格率最高为93.89%,能满足机插秧育秧播种精度要求。

剥离膜安装与空气动力学分析

在散裂中子源注入系统工作过程中,剥离膜是实现负氢离子转换为质子注入加速的关键部件。百nm到μm级厚度的剥离膜超薄易碎,安装及系统真空获得难度较高,一直是散裂中子源研究的重点。对比了国外膜片固定方式现状,通过设计剥离膜辅助安装装置,实现剥离膜样品批量安装;通过Fluent仿真分析,模拟得出膜片在不同进出口压差下真空获得过程中的压力分布、膜片附件空气扰动及系统空气流动,制定在不破坏剥离膜的前提下真空获得方案,并获得剥离膜系统超高真空环境。

用于中国散裂中子源调束的法拉第筒结构优化设计

本文将法拉第筒应用于中国散裂中子源前端系统和漂移管加速器临时线两个调束阶段,以吸收和截止束流。根据给定的束流物理参数,法拉第筒选择石墨吸收束流,紧贴石墨的无氧铜作为导热材料。通过靶型和冷却效率分析比较,确定采用单斜板靶,束流与靶面夹角为10°,同时设计了新型的瀑布型并联圆孔水冷结构。采用有限元软件ANSYS对结构模型进行热分析,对水冷管孔径和孔间距进行优化。经结构分析和应力变形校核,保证了加工制造的可靠性。用本文研制的法拉第筒顺利完成了调束任务。

烟草种子穴盘播种装置设计与试验

介绍一种烟草包衣种子穴盘播种装置,通过端面的动静轮实现在薄壁滚筒上吸种孔上正负气压切换,达到吸排种目的。以单粒率、多粒率、空穴率作为播种效果的评价指标进行试验,结果表明:在一定生产效率的情况下,播种效果与吸种孔大小、清种正压及吸种负压有关。通过对直径约为1.4mm的烟草包衣种子进行试验表明:吸种孔径对单粒率、空穴率、多粒率均有显著影响;清种正压对单粒率、空穴率、多粒率均没有显著影响;吸种负压只对空穴率有显著影响,对单粒率和多粒率没有显著影响。播种效果的最佳组合为吸种孔径0.6mm,清种正压为600 Pa,吸种负压为-8 k Pa。以最佳组合的因素水平进行试验,结果为:单粒率98.03%,多粒率1.3 9%,空穴率0.3 1%。

单链式苗盘输送装置设计

苗盘输送装置是苗盘精密播种机关键部件之一,常用苗盘输送装置采用橡胶输送带、同步带输送及双链式输送。采用橡胶输送带、同步带输送苗盘,由于苗盘与输送带的摩擦因数小,输送过程中苗盘有跑偏及打滑现象,输送精度难以控制;另外,在较远距离输送时,由于苗盘和输送带重力作用,使得皮带出现弯曲变形,影响穴盘的输送精度。而采用双链式输送装置,可实现较远距离输送,但由于输送过程生产振动影响苗盘输送精度。为此,设计了一种新型的单链式苗盘输送装置,以克服苗盘输送过程中出现问题,提高苗盘输送精度。

芳烃抽提装置生产中存在的问题及对策

分析齐鲁分公司烯烃厂芳烃抽提装置生产运行中存在的问题,提出一系列有针对性的解决措施。通过实施技术改造,优化抽提蒸馏工艺,提高了装置的产品质量及运行平稳率。

高能光源束流位置探测器支撑架结构优化设计

从热稳定性和振动稳定性两个角度出发,优化设计得到了超高稳定的刚性支撑架结构;通过ANSYS有限元模态分析,验证了结构的热膨胀变化量和特征频率;采用混凝土二次灌浆方法对支撑架进行地面固定和特征频率测试,结果表明,支撑架结构的特征频率达到61.9 Hz、振动幅值小于30 nm,均满足设计要求。最后采用动态刚度测试方法,得到混凝土二次灌浆层的主要刚度值,进一步验证支撑架结构优化结果的准确性。

CSNS/RCS陶瓷真空盒热特性及振动研究

陶瓷真空盒作为中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器(RCS)真空系统的关键部件,能避免RCS二极、四极交流磁铁因快速变化的磁场而产生的涡旋电流。因安装空间限制,RCS陶瓷真空盒支架固定在磁铁线圈上。在CSNS/RCS交流磁铁长时间加电测试中,出现陶瓷真空盒断裂、真空破坏的情况。为避免后期出现类似问题,从磁铁发热进而引起陶瓷真空盒不均匀升温的角度出发,对陶瓷真空盒的热特性进行了分析,同时基于双目视觉测量技术,对陶瓷真空盒的振动情况进行了监测,针对部分真空盒水平方向振动异常的问题,确定其影响因素为快卸链条的磁导率超标。最后开展了陶瓷真空盒的支架减振技术研究。