KTX反場箍縮實驗裝置感應加熱烘烤除氣方案設計

1、KTX反場箍縮實驗裝置感應加熱烘烤除氣方案設計 KTX 反場箍縮實驗裝置不銹鋼環(huán)形真空室外包覆一層1. 5 mm 厚無氧銅皮用來穩(wěn)定等離子體，真空室外壁與銅皮間用聚四氟薄板隔開，簡單的壁加熱烘烤除氣手段難以實現(xiàn)。巧妙地將縱場( TF) 線圈作為感應加熱線圈，通過工頻電磁感應直接加熱方法來實現(xiàn)真空室的烘烤除氣。計算了熱平衡條件下由于傳導、對流引起的熱量損失確定了保溫階段所需的加熱功率。工頻電源采用三相交流供電，晶閘管全波整流; 4 只晶閘管構成的H 橋逆變電路為串聯(lián)LC 諧振電路供電。電源頻率選擇2000 Hz，通過對系統(tǒng)電參數(shù)的計算，確定串聯(lián)諧振電容參數(shù)。串聯(lián)LC諧振電路等效為純電阻電路，通過

2、改變整流晶閘管的觸發(fā)角改變直流電壓來實現(xiàn)加熱功率在0 153 kW 間可調(diào)，滿足了加熱初始大功率升溫和后階段小功率保溫的加熱流程的要求。加熱中通過TF 線圈的電流、電壓以及過程中的溫升對TF 線圈都是安全的，設計方案可行。 KTX 反場箍縮實驗裝置是為國際熱核聚變實驗堆( ITER) 計劃專項，國內(nèi)研究: 反場箍縮( RFP)磁約束聚變位形研究項目而設計的。設計參數(shù)為:大半徑1. 4 m，小半徑0. 4 m，最大等離子體電流1MA，電子密度2 1019 m - 3，電子溫度600 eV，放電時間100 ms; 環(huán)形真空室壁材為SS316L 不銹鋼，厚6 mm，容積4. 4 m3，表面積22 m

3、2，采用氟橡膠密封;為了提供等離子體高真空運行環(huán)境，要求極限真空度1. 2 10 -6 Pa。抽氣系統(tǒng)為: 6 套分別由分子泵、羅茨泵、機械泵組成的機組并聯(lián)抽氣，總抽速為6000 L /s，低溫泵值班維持。為了確保潔凈的真空條件，對真空室開展加熱烘烤除氣是必要地、也是有效地手段。真空烘烤除氣一般采用在真空室外表面纏繞加熱帶、或覆蓋加熱被等間接加熱的方法，也有向真空室表面吹高熱氮氣的方法開展加熱的。因KTX 真空室外表面包覆了一層厚1. 5mm 來穩(wěn)定等離子體的無氧銅皮，在真空室與銅皮之間用聚四氟膜隔開，簡單加熱烘烤方法都難以實現(xiàn)。恰好銅皮包覆在赤道面內(nèi)側留有張角近60一條縫，角向沒有構成閉合電

4、通路，為利用縱場線圈作為感應加熱線圈，通過電磁感應產(chǎn)生渦旋電流的歐姆耗散直接加熱真空室壁，開展感應加熱烘烤除氣。 KTX 真空烘烤系統(tǒng)的功能和方法: KTX 反場箍縮裝置真空烘烤系統(tǒng)的主要功能是將真空室烘烤到200，讓吸附在真空器壁上的氣體釋放出來，由真空抽氣系統(tǒng)抽走，從而獲得潔凈的真空條件。 KTX 真空烘烤系統(tǒng)擬采用TF 線圈作為工頻感應加熱線圈，通過工頻電磁感應在真空室壁上產(chǎn)生渦旋電流，通過器壁電阻的歐姆耗散焦耳熱來加熱真空室來實現(xiàn)。TF 線圈總匝數(shù)為288 匝，真空室等效為1 匝線圈，因此縱場線圈與真空室之間等效一個變壓器其變壓比為288 1。 KTX 真空室和TF 線圈的基本情況 K

5、TX 真空室和TF 線圈參數(shù)如下表1 和表2 所示，KTX 真空室和TF 線圈構造如圖1 所示。因KTX 真空室所有密封均采用氟橡膠密封，且在真空室與銅包覆之間填充有聚四氟絕緣層，因此烘烤溫度確定為200，確保不會損壞密封圈和絕緣。 圖1 KTX 真空室構造與TF 線圈 表1 KTX 真空室參數(shù) 表2 TF 線圈參數(shù) 結論 KTX 反場箍縮實驗裝置的環(huán)形真空室加熱烘烤除氣巧妙利用TF 線圈作為感應加熱線圈，通過2000 Hz 工頻感應直接加熱真空室，根據(jù)系統(tǒng)電參數(shù)加熱功率可以到達150 kW，原理性實驗說明電路設計合理。在加溫起始階段可以使真空室快速升溫，當溫度到達200時，加熱功率只需36 k