iter磁体过渡馈线的结构设计与优化

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第29卷第4期核技术Vb1．29．NO．42006年4月NUCLEARTECHNIQUESApril2006ITER磁体过渡馈线的结构设计与优化王建青宋云涛武松涛张远斌(中国科学院等离子体物理研究所合肥230031)摘要国际热核聚变实验堆ITER(internationalThermonuclearExperimentalReactor)是正在进行的一项大型国际合作项目。磁体过渡馈线是保证磁体正常工作的重要通道。本文对磁体过渡馈线系统各组件结构进行了设计，利用有限元软件对结构作了初步分析和结构优化。结果

2、表明：现有结构完全满足设计要求；通过对现有结构进行优化，如增设横向筋板、L型加强板，简化超导电流传输线(Busbar)的弯曲结构等，可以达到降低成本、简化结构的目的。关键词ITER，过渡馈线，有限元分析，优化中图分类号TL631．2+4国际热核聚变实验堆(InternationalTher-对内部各组件起支撑保护作用，其结构的设计受到mal—nuclearExperimentalReactor，简称ITER)是正大杜瓦周围空间布局的限制，其总高不得超过2m。在进行的一项大型国际合作项目。作为超大型磁约过渡馈线穿过杜瓦壁，与CTB相连，其内部与杜瓦束聚

3、变装置工程，ITER是聚变示范反应堆的演示验直接相通，所以磁体正常运行时，壳体内部为杜瓦证装置，其目的是验汪和平利用核能的科学与工程真空，这时壳体主要承受0．1MPa的内外压差和地的可行性【lJ。超导磁体系统是整个装置的关键部件震载荷作用。外部壳体属于室温部件，包括直线段之一，而磁体馈线系统是超导磁体系统的重要部分，和容纳s形弯曲的盒体部分。考虑到地震载荷会引它包括杜瓦内部馈线、过渡馈线(Cryostat起s弯盒和CTB相对杜瓦的移动，所以直线段设计Feedthrough，CF)、线圈终端盒(CoilTerminal波纹管段，以满足s弯盒和CTB固定

4、的要求。波纹Boxes，CTB)等。磁体馈线系统的设计是中科院等管厚3mm，3个波节，长约180n21Tl，其它部分采离子体所承担的ITER协议之一，其结果已先后以用直径850mm的圆管。s弯盒设计成长4-3rfl、宽初步报告和最终报告的形式提交ITER国际组。l_3m、高1，5m的长方体形以满足总高不超过2m作为磁体馈线系统的主要组成，磁体过渡馈线的要求。表面设计加强框架，框架高约150mrn。为系统(CF)由外部壳体、内部超导电流传输线减小电磁力，壳体材料均采用304不锈钢。室温(Busbar)、冷却管路和诊断电缆等组成(见图1)，(20。C)时

5、，304不锈钢的材料特性为：弹性模量是磁体进行供电、冷却、诊断等的主要通道。因此，195GPa，泊松比0．247，密度7900kg／m，许用强磁体过渡馈线系统的合理设计直接关系到整个超导度197MPa。磁体系统的正常运行。采用ANSYS有限元分析软件分别对两种载倚的作用效果进行分析。当外部壳体承受0．IMPa作用时，直线段最大变形量为0．0504ram，最大等效应力为25．9MPa。S弯盒的最大变形量为2．976mm，最大等效应力为102．99MPa(见图2)0图1磁体过渡馈线系统根据法国Cadarache的地震谱J，利用ANSYSFig．1Magn

6、etcryostatfeedthroughsystem分析软件对s弯盒进行模态分析和地震分析，获得的固有频率见表1，最大应力和位移结果见表2。可1过渡馈线系统的设计与分析以看出，尽管地震载荷在x方向的作用最为剧烈，1．1外部壳体但仍远远小于静载对s弯盒的作用，说明s弯盒与地震载荷没有发生共振。因此，地震载荷的作用可根据ITER国际组提供的资料，CF的外部壳体以忽略。第一作者：干建青，女，1973干F出生，中国科学院等离子体研究所在渎博士，研究方向为ITER超导磁体馈线的设计与分析收稿口1胡：2005一tO．08，修嘲日期：2005．12．13维普资讯

7、http://www.cqvip.com272核技术第29卷^NSYS不同温区物体之间的辐射传热近似公式为：NODALSOLUT}ONSTEP}T~4T4SUB=1,㈩Q辐射=击+爱(式中，Q为热流量(单位：w)，F1、为热、冷壁表面积，、为热、冷壁温度，、为热、冷壁表面辐射系数，盯为斯蒂芬一波尔兹曼常数，取值O2288745"7748．6619}548为5．67W．(m。·K_)。ll_4443433157．2180"10Io，_992经计算，CF外壳内表面积约为54．07m，冷屏表面积约为50．7m。材料表面辐射系数由图2S弯盒应力分布云图(Vo

8、nraises)材料的种类、表面加工工艺及表面温度、表面结霜FjgI2Stressdistributiono