中国环流三号(HL-3)壁处理系统研制

托卡马克装置壁处理系统对获得高真空、洁净的器壁条件至关重要。介绍了中国环流三号(HL-3)装置真空系统中的壁处理各子系统设计及研制概况。分析了壁处理系统调试运行过程和特点,设计了烘烤系统和直流辉光清洗系统的运行方案。分别对烘烤系统、直流辉光清洗系统以及射频辅助直流辉光放电系统的首次运行结果进行了讨论。通过应用壁处理系统,配合真空抽气系统,HL-3装置真空系统运行达到预期目标,初始放电前装置最小压力达到2.4×10^(-6)Pa。

HL-2A托卡马克真空烘烤除气性能研究

120℃过热水循环系统对HL-2A主机真空室进行烘烤除气,温升梯度为±1.5℃,持续时间302 h。烘烤过程包含两个恒温阶段,90℃热平衡后真空度达到4.8×10-4Pa,120℃热平衡后真空度达到2.3×10-4Pa。真空室经过烘烤除气后真空度为2.2×10-5Pa。结合实验数据,通过拟合函数建立数学模型对真空度变化规律进行趋势分析,验证了过热水烘烤除气在HL-2A装置真空系统运行中的合理性和重要性,为300℃以上高温烘烤除气方案的制定提供依据。

HL-2M主机线圈冷却系统设计和优化

用一维网络仿真和解析计算方法对HL-2M磁体TF线圈、PF线圈和CS线圈水冷却系统进行设计和计算,给出了冷却系统工程设计所需要的水力参数。通过优化冷却系统的资用压力和流量分配,得到满足子系统动力输出的最大流量为400m3.h-1,最大压力为1.8MPa,满足线圈在最大流速4.5m.s-1下热交换的要求。

实验物理与工业控制系统平台在HL-2A主机测控系统中的应用

描述了利用实验物理与工业控制系统(EPICS)平台对HL-2A主机运行参数进行的集中测控系统开发。系统采用s7nodave设备驱动模块,实现了Soft IOC与各PLC的通讯,将各子系统的PLC集成到了EPICS控制系统中。通过对关系型数据库和应用层软件CSS中数据归档及报警等组件的扩展与配置,实现OPI层与各个子系统的实时通信。测控系统成功地将HL-2A主机参数集中在EPICS平台下运行,为下一代装置的主机集中测控系统设计打下了基础。

HL-2A托卡马克真空系统的烘烤试验

简述了HL-2A托卡马克真空系统的组成及结构特点,介绍了真空系统的烘烤运行过程。通过真空系统的烘烤性能试验后,为HL-2A装置的放电调试运行积累了经验并提供大量的试验数据。

HL-2M偏滤器热氮气烘烤仿真及优化

为提供高质量的等离子体真空运行环境,需对偏滤器进行高温烘烤。根据热传导与对流换热方程对偏滤器的烘烤过程进行了数值模拟及优化。结果表明:当热氮气等质量流量控制时,偏滤器回路压力损失逐渐增大,各部件烘烤温度爬升速率呈线性增加;当热氮气等体积流量控制时,偏滤器回路压力损失逐渐降低,各部件烘烤温度爬升呈线性增加。当初始条件近似相等(等质量流量为3×10^(-3)kg/s和等体积流量为4.8×10^(-4)m^3/s)时,前者的部件温升速率略低于后者,但各部件烘烤过程中最大温差均未超过90℃。

HL-2M欧姆测试线圈的水冷计算优化

利用ANSYS CFX有限元程序建立了HL-2M欧姆测试线圈和冷却水模型,应用热传导和对流换热方程建立了流固边界层,对线圈的温升和冷却进行了流固耦合计算。计算结果表明,线圈由焦耳热引起的最高温升与电流密度、等效放电运行时间有关,而冷却水流量对最高温升影响较小,冷却水流量主要决定线圈的冷却时间间隔的长度,欧姆测试线圈的最长冷却时间间隔为5min。

HL-2M装置真空系统调试运行

在装置初步建成阶段,有序地开展真空系统的调试内容梳理,制定合理的调试步骤和调试方案,有利于装置各系统的功能确认和故障排除,高效地开展各系统协同运行,为HL-2M装置初始等离子体放电提供装置辅助系统层面的放电条件准备。装置真空系统主要涉及超高真空抽气系统、器壁处理系统和送气加料系统等。基于制定的联调目标,针对HL-2M装置真空相关系统开展了界面关系梳理、子系统调试方案制定、系统工程联调步骤和方案的拟定等工作,通过联调完成了装置在真空获得、壁处理、加料等方面的条件准备,为初始放电提供了基本保障。

HL-2M装置偏滤器冷却系统设计与分析

建立了HL-2M装置偏滤器水冷流道的等效三维模型,模拟分析了冷却水系统负载的温度和压降。构建了冷却系统的一维流体模型,分析了冷却系统工程设计的水力参数,并与模拟结果进行了比较,结果符合得较好。

HL-2M装置烘烤系统管路应力的仿真分析与优化

根据HL-2M装置烘烤系统管路设计,建立烘烤系统的管道应力计算模型。对烘烤系统管路作初始支架设计,并采用系统内的最高温度分布,对烘烤系统进行热应力计算,分析管道应力及设备管口载荷。以热应力计算结果为依据,对管路布置进行优化,并改善支架的设计,对烘烤系统进行应力校核计算,完成烘烤系统可靠性验证计算,完成了管口位移量计算。

HL-2M装置冷却水系统介绍

介绍了HL-2M装置冷却水系统的组成以及各子系统的循环流程、运行原理和运行参数。

HL-2M真空烘烤系统工程设计与介质流量分析

从工艺、结构和设备几个方面对HL-2M真空烘烤系统进行设计。在定流量工况下进行仿真分析。在总流量2.5kg⋅s^(-1),真空室流量2.1kg⋅s^(-1),偏滤器流量0.21kg⋅s^(-1)下,验证了系统的烘烤效果。

HL-2M装置真空烘烤控制系统概述

HL-2M真空烘烤系统采用两台可编程逻辑控制器(PLC)构成一个自动控制系统,根据工艺要求编制相应逻辑程序来控制各执行机构,实现对系统加热器电功率、换热器热负荷以及阀门开度的程序调节,达到±2℃温升梯度的烘烤目的。PLC与阀岛建立工业以太网(Profinet)通信协议,通过地址映射的方式控制进出真空室和偏滤器的开关阀,调整烘烤系统的负载投入。

增压泵在冷却水循环系统中的应用

在闭式水冷却循环系统中设计增压泵回路,既可以带走负载焦耳热,又能减小负载由冷却引发的热应力形变。介绍了系统设计,并对系统运行试验数据进行分析,验证了当增压泵回路中冷却水容积达到一定数值时,冷却水热容量能够消减负载进出端温差,达到很好的冷却效果,满足负载对热应力形变的要求。

大流量增压回路在水循环冷却系统中的应用

介绍了通过在水循环冷却系统中设计不同方式的增压回路,达到负载大流量冷却的要求。串联方式的增压回路可以闭合循环运行,按程序冷却,提供2.5 MPa、320m3/h的冷却循环水;并联方式的增压回路稳态运行时,可分别提供1.2 MPa、170m3/h和2.5 MPa、150m3/h的冷却水。通过旁路调节循环水流量,使增压回路可在不同冷却模式下运行,满足多种工况对冷却水的需求。增压回路在冷却系统中的应用可为处理发热负载的能量交换提供参考,为后续更大流量冷却系统的设计积累经验。

HL-2A装置主机真空性能的改善

HL-2A装置真空室内部件数目繁多，容器本体上的密封部位多达几百个，特别是真空室内多极场线圈真空套从真空室的预装阶段开始，经常会出现一些漏气问题，此问题在原ASDEX运行时就是一个棘手的问题，已进行了多次修补。大部分漏点均发生在厚度仅为约0．2mm的波纹管上，无法采用氩弧焊接，所有这些漏点的修补均采用无铅焊料通过钎焊工艺完成。

1．12 HL-2A装置主机真空室烘烤性能试验

HL-2A装置是我国第一个具有轴对称偏滤器用于受控核聚变研究的中型实验装置。真空室内具有上下对称的封闭式偏滤器是本装置的主要特点。真空室的缺件问题、坏损问题已通过真空室的预装及性能试验得以解决。预装完成后真空室被安装到HL-2A装置主机上，并进行了常温状态下的抽空检漏及辉光放电试验。

大流量增压回路在水循环冷却系统中的应用

介绍了通过在水循环冷却系统中设计不同方式的增压回路，达到负载大流量冷却的要求。串联方式的增压回路可以闭合循环运行，按程序冷却，提供2．5MPa、320m^3／h的冷却循环水；并联方式的增压回路稳态运行时，可分别提供1．2MPa、170m^3／11和2．5MPa、150m^3／h的冷却水。通过旁路调节循环水流量，使增压回路可在不同冷却模式下运行，满足多种工况对冷却水的需求。增压回路在冷却系统中的应用为处理发热负载的能量交换提供参考，为后续更大流量冷却系统的设计积累经验。