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国际热核聚变实验反应堆(ITER)是新一代全超导托卡马克实验堆,其目的是验证人类和平利用核聚变能的可行性。铠装电缆导体(Cable-In-ConduitConductor)因其良好的支撑、较低的交流损耗、运行安全等优点而成为ITER超导磁体的首选导体。本论文研究的目的就是通过对ITER超导CICC结构分析,深入研究和发展CICC集成的关键工艺,设计并建造一条900m长的超导CICC生产线,能满足中国在ITER项目中所承担的总长约60km的超导CICC的制造任务,同时对整个制造过程进行总结分析,将各种形状的超导CICC制造工艺形成完整的工艺链,为将来的大型超导磁体的研制提供可靠的技术支撑。
超导CICC的集成过程包括超导缆绞制、铠甲装配、导体穿缆、缩经成型、预弯收缆和真空检漏等六个关键的工艺步骤。本文首先按照ITER超导缆的结构对电缆绞合系数进行了计算,完成了超导缆恒张力控制系统的设计,确保了绞缆过程中的张力恒定;通过绞缆实验完成了超导缆绞合模具的设计,同时进行了TF、PF哑缆及超导缆短样的试制,为后续超导缆的制作奠定了基础。文中针对铠甲装配过程中存在的PF铠甲焊接,焊缝无损检测等工艺难点进行了剖析,通过调研、计算、分析以及工艺实验最终探索到了相应的解决这些难题的途径;通过对导体的穿缆过程进行分析,在EAST超导CICC制造经验的基础上建立了穿缆牵引力计算公式,同时完成了高强度的牵引头接头的设计以及穿缆、退缆方案的制定,为导体的穿缆作好了准备;通过对缩径成型过程进行动态有限元分析以及相关的设计、计算,为成型机的研制提供了重要的理论依据;在完成了预弯机的设计之后,通过对哑缆导体进行的预弯实验以及对导体回弹量所进行的模拟分析确定了导体预弯过程中压轮的压下量,同时针对收卷系统回转平台、升降平台的计算分析为收卷系统的优化提供了重要的依据;按照超导CICC的真空检漏要求,对检漏筒以及相应的抽气系统进行了设计计算,完成了导体真空检漏系统的设计,该系统能满足ITER导体的检漏要求。
目前,900m长ITER超导CICC生产线已经建成,导体制造所需要的设备均已安装到位,为ITER超导CICC的生产作好了准备。