【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及核聚變環(huán)向場(chǎng)磁體絕緣制造領(lǐng)域，具體涉及一種核聚變超導(dǎo)磁體熱壓罐vpi閉環(huán)加熱系統(tǒng)及方法。
技術(shù)介紹
1、托卡馬克裝置被公認(rèn)為是人類實(shí)現(xiàn)磁約束核聚變能源的理想裝置，磁體系統(tǒng)是托卡馬克裝置中的核心部件。聚變能與磁場(chǎng)的4次方和半徑的3次方成正比，磁場(chǎng)強(qiáng)度決定了聚變裝置產(chǎn)生聚變能的最關(guān)鍵因素，因此，托卡馬克裝置的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。核聚變超導(dǎo)磁體系統(tǒng)通常包含16個(gè)環(huán)向場(chǎng)（tf）磁體系統(tǒng)，6/7個(gè)極向場(chǎng)（pf）磁體系統(tǒng)，中心螺旋管（cs）磁體系統(tǒng)及若干個(gè)校正場(chǎng)（cc）磁體系統(tǒng)。其中，相對(duì)tf線圈，pf2-5線圈的外形尺寸，pf1、pf6/7及大截面螺旋管超導(dǎo)磁體尺寸相對(duì)較小，通常稱之為大截面螺旋管超導(dǎo)線圈，其線圈繞制及vpi（vacuum?pressure?impregnation，真空壓力浸漬）制造具有相對(duì)的難度。
2、對(duì)于核聚變大截面螺旋管超導(dǎo)磁體和極向場(chǎng)pf1，pf6/7線圈具有截面尺寸大、線圈高度相對(duì)較高，線圈輪廓相對(duì)較小。其真空壓力浸漬過(guò)程通常采用vpi模具進(jìn)行外形尺寸控制和浸漬腔體密封后，放置在熱壓罐中完成加熱和抽真空脫氣后進(jìn)行真空壓力浸漬，采用熱壓罐并按照相應(yīng)溫度曲線實(shí)現(xiàn)對(duì)vpi模具及繞組的加熱固化，實(shí)現(xiàn)線圈固化。
3、大截面、小輪廓螺旋管線圈繞組內(nèi)部導(dǎo)體周圍充滿玻璃纖維增強(qiáng)材料組成的匝間絕緣、層間絕緣、餅間絕緣及對(duì)地絕緣，上述絕緣材料具有良好的絕熱功能。傳統(tǒng)熱壓罐具有加熱、測(cè)溫、保溫及打壓功能，vpi模具通過(guò)熱壓罐進(jìn)行加熱過(guò)程中，和vpi模具接觸的繞組外部溫度與繞組中心溫度相差較大，在加
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述問(wèn)題，本專利技術(shù)提供一種核聚變超導(dǎo)磁體熱壓罐vpi閉環(huán)加熱系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)了繞組內(nèi)部無(wú)感加熱、內(nèi)部精準(zhǔn)測(cè)溫、外部協(xié)同溫度控制點(diǎn)，具有方法簡(jiǎn)單、控溫精確、節(jié)約制造時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。
2、為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：
3、一種核聚變超導(dǎo)磁體熱壓罐vpi閉環(huán)加熱系統(tǒng)，包括熱壓罐、抽真空系統(tǒng)、打壓系統(tǒng)、注膠系統(tǒng)、vpi模具、外部加熱系統(tǒng)和內(nèi)部加熱系統(tǒng)；所述熱壓罐分別與抽真空系統(tǒng)、打壓系統(tǒng)、外部加熱系統(tǒng)及注膠系統(tǒng)連接，所述熱壓罐的內(nèi)、外壁之間形成內(nèi)腔，并在內(nèi)腔布置有外部加熱系統(tǒng)；所述外部加熱系統(tǒng)為大截面螺旋管線圈，提供熱對(duì)流的輔助加熱方式；所述內(nèi)部加熱系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)部接頭端子與大截面螺旋管線圈連接；所述抽真空系統(tǒng)與熱壓罐的內(nèi)部空間連接；所述注膠系統(tǒng)與熱壓罐的內(nèi)腔連接；所述打壓系統(tǒng)在對(duì)大截面螺旋管線圈進(jìn)行注膠浸漬后注入氣體；所述大截面螺旋管線圈安裝在vpi模具中，并放置在熱壓罐內(nèi)，通過(guò)內(nèi)部接頭端子與內(nèi)部加熱系統(tǒng)連接；所述溫度采集系統(tǒng)分別與內(nèi)部加熱系統(tǒng)、熱壓罐和vpi模具的溫度計(jì)相連，將預(yù)先測(cè)試的導(dǎo)體在不同溫度條件下的電阻值作為基準(zhǔn)，計(jì)算大截面超導(dǎo)螺旋管線圈不同溫度下的電阻，獲得大截面超導(dǎo)螺旋管線圈的“溫度-電阻”曲線，實(shí)現(xiàn)對(duì)大截面超導(dǎo)螺旋管線圈內(nèi)部溫度的測(cè)試。
4、進(jìn)一步地，大截面螺旋管線圈既作為加熱絲，通過(guò)對(duì)其通電實(shí)現(xiàn)其內(nèi)部加熱，又作為溫度計(jì)，在加熱過(guò)程中，通過(guò)獨(dú)立回路采集大截面螺旋管線圈的電阻，通過(guò)“溫度-電阻”曲線，實(shí)現(xiàn)對(duì)線圈內(nèi)部溫度的計(jì)算；同時(shí)，將計(jì)算出的線圈內(nèi)部溫度作為外部加熱的控溫基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)熱壓罐溫度精準(zhǔn)控制。
5、進(jìn)一步地，所述內(nèi)部加熱系統(tǒng)位于熱壓罐外側(cè)。
6、進(jìn)一步地，抽真空系統(tǒng)位于熱壓罐外側(cè)；
7、進(jìn)一步地，所述注膠系統(tǒng)位于熱壓罐外側(cè)底部。
8、進(jìn)一步地，繞制完成的大截面螺旋管線圈安裝在vpi模具內(nèi)并完成尺寸控制、絕緣隔離和真空密封后，放置在熱壓罐內(nèi)進(jìn)行真空壓力浸漬。
9、本專利技術(shù)還提供一種核聚變超導(dǎo)磁體熱壓罐vpi閉環(huán)加熱方法，包括：將所述大截面螺旋管線圈分為上半繞組、下半繞組；所述上半繞組和下半繞組的兩端與各自的內(nèi)部接頭端子連接，上半繞組、下半繞組通過(guò)中間的內(nèi)部接頭端子連接，內(nèi)部接頭端子為一體式中間結(jié)構(gòu)端子，通過(guò)對(duì)上半繞組、下半繞組對(duì)內(nèi)部加熱系統(tǒng)分別通入正、反向電流的方式進(jìn)行電感耦合，從而實(shí)現(xiàn)線圈的無(wú)感加熱。
10、進(jìn)一步地，所述內(nèi)部加熱系統(tǒng)由2套加熱電源組成，一套加熱電源的正極與上半繞組的內(nèi)部接頭端子連接，負(fù)極與中間接頭端子連接，通正向電流；另一套加熱電源的負(fù)極與下半繞組的內(nèi)部接頭端子連接，負(fù)極與中間接頭端子連接，通反向電流。
11、進(jìn)一步地，加熱電源采用不高于36v的安全電壓、800～1200a的大電流直流電源。
12、本專利技術(shù)中，繞制完成的大截面螺旋管線圈安裝在vpi模具內(nèi)并完成尺寸控制、絕緣隔離和真空密封后，放置在熱壓罐內(nèi)進(jìn)行真空壓力浸漬。大截面螺旋管線圈通過(guò)內(nèi)部接頭端子與內(nèi)部加熱系統(tǒng)相連接，大截面螺旋管線圈內(nèi)部采用繞組中間接頭與內(nèi)部接頭端子進(jìn)行跳線連接，內(nèi)部加熱系統(tǒng)的加熱電源采用低電壓、大電流的直流電源，通過(guò)對(duì)大截面螺旋管線圈一半繞組通正向電流、另一半通反向電流的方式進(jìn)行電感耦合，從而實(shí)現(xiàn)線圈的無(wú)感加熱；大截面螺旋管線圈的導(dǎo)體可以作為溫度計(jì)，通過(guò)預(yù)先測(cè)試導(dǎo)體在不同溫度條件下的電阻值，通過(guò)測(cè)量大截面螺旋管線圈的電阻值，實(shí)現(xiàn)對(duì)線圈內(nèi)部溫度測(cè)試；在控制上，外部加熱系統(tǒng)根據(jù)既定的加熱溫度曲線對(duì)熱壓罐進(jìn)行加熱，同時(shí)將測(cè)試出的大截面螺旋管線圈內(nèi)部溫度作為外部加熱系統(tǒng)的控溫信號(hào)，通過(guò)不斷調(diào)整外部加熱電源的電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱壓罐外部加熱系統(tǒng)溫度的實(shí)時(shí)精確閉環(huán)控制，從而形成了熱壓罐外部加熱和大截面螺旋管線圈內(nèi)部加熱閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部加熱溫差優(yōu)于5℃的精準(zhǔn)控制。
13、有益效果：
14、本專利技術(shù)克服了大截面螺旋管線圈采用傳統(tǒng)熱壓罐進(jìn)行vpi制造過(guò)程中外部模具溫度、繞組外部溫度和繞組中心溫度不匹配存在的線圈制造質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，首次采用了線圈內(nèi)部無(wú)感加熱及測(cè)溫系統(tǒng)與vpi模具溫度及熱壓罐溫度的協(xié)同、閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大截面聚變堆螺旋管磁體vpi過(guò)程中加熱溫度的精準(zhǔn)控制，本專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)了繞組內(nèi)部無(wú)感加熱、內(nèi)部精準(zhǔn)測(cè)溫、外部協(xié)同溫度控制，具有方法簡(jiǎn)單、控溫精確、節(jié)約制造時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。
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1.一種核聚變超導(dǎo)磁體熱壓罐VPI閉環(huán)加熱系統(tǒng)，其特征在于，包括熱壓罐、抽真空系統(tǒng)、打壓系統(tǒng)、注膠系統(tǒng)、VPI模具、溫度采集系統(tǒng)、外部加熱系統(tǒng)和內(nèi)部加熱系統(tǒng)；所述熱壓罐分別與抽真空系統(tǒng)、打壓系統(tǒng)、外部加熱系統(tǒng)及注膠系統(tǒng)連接，所述熱壓罐的內(nèi)、外壁之間形成內(nèi)腔，并在內(nèi)腔布置有外部加熱系統(tǒng)；所述外部加熱系統(tǒng)為大截面螺旋管線圈，提供熱對(duì)流的輔助加熱方式；所述內(nèi)部加熱系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)部接頭端子與大截面螺旋管線圈連接；所述抽真空系統(tǒng)與熱壓罐的內(nèi)部空間連接；所述注膠系統(tǒng)與熱壓罐的內(nèi)腔連接；所述打壓系統(tǒng)在對(duì)大截面螺旋管線圈進(jìn)行注膠浸漬后注入氣體；所述大截面螺旋管線圈安裝在VPI模具中，并放置在熱壓罐內(nèi)，通過(guò)內(nèi)部接頭端子與內(nèi)部加熱系統(tǒng)連接；所述溫度采集系統(tǒng)分別與內(nèi)部加熱系統(tǒng)、熱壓罐和VPI模具的溫度計(jì)相連，將預(yù)先測(cè)試的導(dǎo)體在不同溫度條件下的電阻值作為基準(zhǔn)，計(jì)算大截面超導(dǎo)螺旋管線圈不同溫度下的電阻，獲得大截面超導(dǎo)螺旋管線圈的“溫度-電阻”曲線，實(shí)現(xiàn)對(duì)大截面超導(dǎo)螺旋管線圈的內(nèi)部溫度的測(cè)試。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種核聚變超導(dǎo)磁體熱壓罐VPI閉環(huán)加熱系統(tǒng)，其特征在于，大截面螺旋管線圈既作為加熱
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種核聚變超導(dǎo)磁體熱壓罐VPI閉環(huán)加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)部加熱系統(tǒng)位于熱壓罐外側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種核聚變超導(dǎo)磁體熱壓罐VPI閉環(huán)加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述抽真空系統(tǒng)位于熱壓罐外側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種核聚變超導(dǎo)磁體熱壓罐VPI閉環(huán)加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述注膠系統(tǒng)位于熱壓罐外側(cè)的底部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種核聚變超導(dǎo)磁體熱壓罐VPI閉環(huán)加熱系統(tǒng)，其特征在于，繞制完成的大截面螺旋管線圈安裝在VPI模具內(nèi)并完成尺寸控制、絕緣隔離和真空密封后，放置在熱壓罐內(nèi)進(jìn)行真空壓力浸漬。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的一種核聚變超導(dǎo)磁體熱壓罐VPI閉環(huán)加熱系統(tǒng)的閉環(huán)加熱方法，其特征在于，包括：將所述大截面螺旋管線圈分為上半繞組、下半繞組；所述上半繞組和下半繞組的兩端與各自的內(nèi)部接頭端子連接，上半繞組、下半繞組通過(guò)中間的內(nèi)部接頭端子連接，內(nèi)部接頭端子為一體式中間結(jié)構(gòu)端子，通過(guò)對(duì)上半繞組、下半繞組對(duì)內(nèi)部加熱系統(tǒng)分別通入正、反向電流的方式進(jìn)行電感耦合，從而實(shí)現(xiàn)大截面螺旋管線圈的無(wú)感加熱。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種核聚變超導(dǎo)磁體熱壓罐VPI閉環(huán)加熱方法，其特征在于，所述內(nèi)部加熱系統(tǒng)由2套加熱電源組成，一套加熱電源的正極與上半繞組的內(nèi)部接頭端子連接，負(fù)極與中間接頭端子連接，通正向電流；另一套加熱電源的正極與下半繞組的內(nèi)部接頭端子連接，負(fù)極與中間接頭端子連接，通反向電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種核聚變超導(dǎo)磁體熱壓罐VPI閉環(huán)加熱方法，其特征在于，所述加熱電源為采用不高于36V的安全電壓、800～1200A的大電流的直流電源。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種核聚變超導(dǎo)磁體熱壓罐vpi閉環(huán)加熱系統(tǒng)，其特征在于，包括熱壓罐、抽真空系統(tǒng)、打壓系統(tǒng)、注膠系統(tǒng)、vpi模具、溫度采集系統(tǒng)、外部加熱系統(tǒng)和內(nèi)部加熱系統(tǒng)；所述熱壓罐分別與抽真空系統(tǒng)、打壓系統(tǒng)、外部加熱系統(tǒng)及注膠系統(tǒng)連接，所述熱壓罐的內(nèi)、外壁之間形成內(nèi)腔，并在內(nèi)腔布置有外部加熱系統(tǒng)；所述外部加熱系統(tǒng)為大截面螺旋管線圈，提供熱對(duì)流的輔助加熱方式；所述內(nèi)部加熱系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)部接頭端子與大截面螺旋管線圈連接；所述抽真空系統(tǒng)與熱壓罐的內(nèi)部空間連接；所述注膠系統(tǒng)與熱壓罐的內(nèi)腔連接；所述打壓系統(tǒng)在對(duì)大截面螺旋管線圈進(jìn)行注膠浸漬后注入氣體；所述大截面螺旋管線圈安裝在vpi模具中，并放置在熱壓罐內(nèi)，通過(guò)內(nèi)部接頭端子與內(nèi)部加熱系統(tǒng)連接；所述溫度采集系統(tǒng)分別與內(nèi)部加熱系統(tǒng)、熱壓罐和vpi模具的溫度計(jì)相連，將預(yù)先測(cè)試的導(dǎo)體在不同溫度條件下的電阻值作為基準(zhǔn)，計(jì)算大截面超導(dǎo)螺旋管線圈不同溫度下的電阻，獲得大截面超導(dǎo)螺旋管線圈的“溫度-電阻”曲線，實(shí)現(xiàn)對(duì)大截面超導(dǎo)螺旋管線圈的內(nèi)部溫度的測(cè)試。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種核聚變超導(dǎo)磁體熱壓罐vpi閉環(huán)加熱系統(tǒng)，其特征在于，大截面螺旋管線圈既作為加熱絲，通過(guò)對(duì)其通電實(shí)現(xiàn)其內(nèi)部加熱，又作為溫度計(jì)，在加熱過(guò)程中，通過(guò)獨(dú)立回路采集大截面螺旋管線圈的電阻，通過(guò)“溫度-電阻”曲線，實(shí)現(xiàn)對(duì)大截面螺旋管線圈的內(nèi)部溫度的計(jì)算；同時(shí)，將計(jì)算出的大截面螺旋管線圈的內(nèi)部溫度作為外部加熱的控溫基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)熱壓罐的溫度的精準(zhǔn)控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種核聚變超導(dǎo)磁體熱壓罐vpi閉環(huán)加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)部加熱系統(tǒng)位...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：閆朝輝，周超，王勝，宋睿睿，魏彩飛，王聿民，萬(wàn)波，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：合肥綜合性國(guó)家科學(xué)中心能源研究院安徽省能源實(shí)驗(yàn)室，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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