east 4.6ghz lhcd系统真空室支撑架及限位机构结构设计与分析

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1、第33卷第4期核聚变与等离子体物理Vb1．33．No．420I3年12月NuclearFusionandPlasmaPhysicsDec．20l3文章编号：0254—6086(2013)04—0337—05EAST4．6GHzLHCD系统真空室支撑架及限位机构结构设计与分析李波，吴杰峰，朱文华，刘亮(中国科学院等离子体物理研究所，合肥230031)摘要：新建设的EAST4．6GHz低杂波系统的真空室要求具有lOOmm的移动距离，同时必须有非常稳固的基础和绝对可靠的限位机构。为达到远高于普通型材的结构强

2、度，设计了支撑架、固定地脚和限位机构三种不同结构型式的高强度焊接支撑，所用材料均为316L不锈钢。三种结构分别为方钢框架结构、塞焊复合型材结构和“日”字形梁门式塞焊焊接结构。ANSYS有限元结构分析显示这几种结构强度远大于实际工况要求，可以很好地保证低杂波系统的稳定、稳固和可靠。关键词：4．6GHz低杂波系统；限位机构；塞焊结构；ANSYS结构分析中图分类号：TL62+4文献标识码：A1引言锈钢。现今国际上核聚变实验领域中，低混杂波系统2支撑架设计与分析(LHCD)作为可靠的辅助加热受到各国大型聚变实

3、验装置的广泛采用。并且低混杂波常用来驱动等离图1给出了LHCD系统传动及支撑结构。不计子体电流和优化电流分布等。为实现EAST装置冷却水重量，支撑结构上需要承受的微波器件和天线真空室重量近9t。在支撑架上端安装有两根直线lO00s以上的稳态先进模式运行的最终物理目标，新建设的4．6GHz低混杂波辅助加热系统将会是一导轨，用以供天线系统作精确的来回移动和安装辅种非常重要的加热手段。助，直线导轨设计安装精度控制在0．05mm以内。实验中要求LHCD发射天线的位置可做前后真空室下安装有远程控制的电缸提供传动

4、动力。为100mm以上的移动，在天线系统进行辅助加热的时了达到可靠的稳定性和坚固性，设计中支撑架结构用120minx120mmxlOmm的方钢型材氩弧焊焊接候又要求天线在指定位置固定不动，并且可以抵抗由托卡马克真空吸力导致的倾覆力矩。鉴于上述要而成川。支撑架的六条支腿座落在更加坚固的固定求设计4．6GHz低混杂波系统的传动及支撑结构。地脚上，固定地脚与一直延伸固定到EAST装置最其安装于EAST新建LHCD系统真空室E窗口外，下层地坪的立柱连接。实验中，由EAST装置真空支承天线系统、馈线入口段各波导

5、器件以及与室真空吸力产生的巨大倾覆力矩会对低杂波馈线EAST装置连接的真空室结构。主要包括支撑架、器件和天线系统造成很大的破坏，为克服这一不利导轨、传动系统、固定地脚、限位机构等。因为靠影响，除电动系统的控制自锁外，还设计了一套机械限位机构。它不但可以在实验中固定低杂波真空近EAST超导线圈，支撑结构的材料均为316L不收稿日期：2012—11—14；修订日期：2013—07—30作者简介：李波(1980-)，男，安徽舒城^，助理研究员，博士，从事电物理装置设计与研制。核聚变与等离子体物理第33卷在巨

6、大的真空吸力，在天线需要稳定位置时也需要割开，或者焊接三块长板，再将中间直筋按位置焊一套能抵消真空吸力影响的机构，这样的限位机构接，然后盖上盖板形成封闭的“日”字形结构。为避必须具有大于100mm的可调节限位距离。设计的免完全塞焊造成的巨大焊接应力和扭曲变形，并实限位机构结构如图6a所示，呈门式结构，两条竖现中间直筋和盖板的高强度连接，中间直筋在敞口腿焊接在支撑架的端头靠近装置的M窗口。上端一面上设计有间隔均匀的M6深l2孔深l5的螺纹安装有两件T48的梯形螺杆，用以调节顶杆的伸出孔，在盖板上相应位置

7、开有(2j6．5沉头孔。盖上盖板量，以此限制低杂波真空室和天线发射端面的位后使用不锈钢M6沉头螺钉安装紧固盖板和中间直置。限位机构的纵横梁都采用“日”字形结构，横梁筋，再用氩弧焊填丝焊焊满M6沉头螺孔处剩余的截面为120mmx120mm壁厚10mm。为实现这样的凹槽，将紧固件完全埋在里面。填满后外表抛光可结构，可先将方管其中一面板使用电加工的方法切保持美观，截面结构可如图6b所示。图6限位机构结构图(a)和截面图(b)为简化分析，将模型中无关紧要的圆角、孑L等都和1130mm，支撑架下部与固定地脚安装

8、连接。利省略。限位机构分析结果如图7所示，图中，最大位用通用有限元软件ANSYS对支撑架进行了结构受移变形为T48螺杆顶端，为0．13mm，在大尺寸受力力分析，其最大变形为0．08mm，最大应力为结构中可以认为此变形不影响结构稳定性。最大应力2．77×10Pa，满足实验结构强度需求。固定地脚为为106MPa，分布在两根竖梁焊接段附近，在结构件更加坚固可靠同时也更加紧凑的焊接结构，文中还允许范围内。故可认为此限位机构结构是安全的。就此种紧凑结构设计了一些列