论文部分内容阅读
国际热核聚变实验堆(ITER)计划将全面验证聚变能源开发利用的科学性和工程可行性,是人类受控热核聚变研究走向实用的关键一步。校正场线圈(CC)是ITER超导磁体线圈中的一种,其作用是补偿环向场线圈、极向场线圈和中心螺管线圈等由于制造和安装误差而产生的误差场。本论文研究的目的是在大量预研试验、调研和有限元分析等数值计算的基础上,建成ITER校正场线圈绕制生产线并在模型线圈绕制的基础上固化底部和顶部校正场线圈(B/TCC)及侧向校正场线圈(SCC)的绕制工艺参数,为ITER校正场线圈采购包的顺利完成提供有力的技术支撑。
预弯成形后的导体具有残余应力小的特点,因而ITER校正场线圈也是采用无张力的三辊预弯成形方式。在课题的研究过程中,通过拉伸和弯曲试验,获得了CC导体铠甲的弹性模量、屈服强度及导体整体的等效弹性模量、等效屈服强度。在大量短样弯曲试验的基础上,总结了导体弯曲回弹经验公式,采用有限元分析软件ANSYS对导体三辊预弯成形和回弹这一非线性过程进行了有限元分析。在充分研究B/TCC和SCC几何外形的基础上,结合EAST线圈的绕制经验,提出了ITER校正场线圈两种类型线圈的绕制工艺过程,并通过B/TCC2×2匝和SCC2×2匝模型线圈的绕制验证了该工艺过程的可行性和可靠性,集中解决了B/TCC正反圆弧平滑过渡、SCC圆角部位三维大圆弧模压成型等关键问题。
ITER校正场线圈绕制生产线主要由导体放缆、校直、截面校正、湿式喷砂及清洗、弹变缓冲、预弯成形、回转平台和绕制成型模具等八个子系统组成,八个子系统通过西门子Simotion运动模块集中控制。论文利用Matlab软件模拟了预弯成形过程线圈的预弯点轨迹,得到了导体预弯成形过程各设备的运动行程和运动速度,为ITER校正场线圈绕制生产线各设备的设计提供了最基本的参数。
在充分研究导体收缆特点和放缆要求的前提下,设计和研发了导体放缆及导向系统,保证了导体放缆的一致性。对导体校直和校正的机理进行了研究,并在有限元分析和计算的基础上,设计和研制了导体校直和校正系统。采用一套激光测距仪系统,实现了对导体截面尺寸的实时检测。引入了湿式喷砂及清洗系统,满足了导体的表面粗糙度和清洁度要求,为恒温、恒湿、无尘绕制生产线的建设创造了条件。弹变缓冲系统的作用是补偿校正和预弯系统进给长度不一致,从而达到避免导体和设备损伤的目的。研究了导体进给和打滑机制,创新的提出了更为优化的聚氨酯橡胶轮进给方案,彻底的解决了导体打滑现象。通过实验,得到了导体进给力矩和压下成形力等关键参数,进而完成了ITER校正场线圈绕制生产线最重要设备-特种预弯成形机的研制。此外,还完成了高运动精度和承载稳定性的绕制回转平台及高制造、装配精度的绕制成型模具的研发。
目前,ITER校正场线圈绕制过程中的工艺难题已经基本得到解决,各设备也都已经安装就位并完成了联调工作,绕制生产线已具备了初步的生产能力。