EAST超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)及總體要求課件

EAST超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)及總體要求EAST超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)及總體要求1

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本流程

物理要求

超導(dǎo)縱場磁體的概念設(shè)計磁體結(jié)構(gòu)的理論計算磁體結(jié)構(gòu)的工藝預(yù)研（包括：電磁、力學(xué)、傳

超導(dǎo)縱場磁體

（包括：焊接成形、釬焊、

熱、故障態(tài)、動態(tài)性能、的結(jié)構(gòu)設(shè)計

線圈繞制、絕緣與VPI、

機械穩(wěn)定性等分析計算）盒體封焊、機加工等等）進行設(shè)計更改

超導(dǎo)縱場磁體的結(jié)構(gòu)制造

經(jīng)檢驗

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)的合格成品`超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本流程2

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計

縱場磁體的繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計縱場磁體的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計

繞繞繞繞繞繞返線線線線線線組組組組組組饋圈圈圈圈圈支圈座的的的的的的匝盒盒盒盒盒撐盒結(jié)導(dǎo)絕冷出絕超結(jié)的的的的的板的構(gòu)體緣卻線緣導(dǎo)構(gòu)本楔冷匯極結(jié)重設(shè)結(jié)結(jié)回頭子接設(shè)體塊卻流向構(gòu)力計構(gòu)構(gòu)路設(shè)設(shè)頭計結(jié)結(jié)回排場設(shè)支設(shè)設(shè)設(shè)計計設(shè)構(gòu)構(gòu)路結(jié)線計撐計計計計設(shè)設(shè)設(shè)構(gòu)圈底計計計設(shè)計

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容3

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的物理要求

EAST裝置將用來有效地開展穩(wěn)態(tài)、安全、高效的托卡馬克核聚變反應(yīng)堆基礎(chǔ)物理問題的實驗研究。作為裝置中最重要部件之一的超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的作用是產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)的主約束磁場。超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的物理要求為：該磁體系統(tǒng)在它的大半徑為1.70米處產(chǎn)生3.5特斯拉的環(huán)向場以保證大電流下的等離子（IP=1.0MA）處于安全運行區(qū)域，其總安匝數(shù)為30MAT。同時也為了更有利于開展大截面等離子體物理實驗，要求超導(dǎo)縱場磁體系統(tǒng)在裝置中心平面R為1300毫米至2100毫米范圍內(nèi)產(chǎn)生的縱場波紋度小于1%，同時要求在R為2500毫米處的波紋度小于5%，這樣有利于減少快粒子的波紋損失。超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的物理要求E4

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)概念設(shè)計主要內(nèi)容1.超導(dǎo)縱場磁體系統(tǒng)由十六個“D”型超導(dǎo)線圈沿環(huán)向均布排列組成的；2.縱場線圈采用由五段圓弧和一直線段組成的近似“D”形主要是用來滿足等離子體非圓拉長截面和降低縱場線圈內(nèi)部彎矩的需要；3.縱場線圈的直線段高度主要由等離子的三角形變、拉長比、偏濾器結(jié)構(gòu)及裝置的真空室等因素決定；4.縱場線圈的繞組采用CICC導(dǎo)體，并式連續(xù)繞制結(jié)構(gòu)，其絕緣結(jié)構(gòu)為玻璃布繞包經(jīng)真空壓力浸漬；5.縱場磁體系統(tǒng)的支撐方式為筋板加強式箱式結(jié)構(gòu)：以縱場線圈盒直線段處相互擠緊的方式形成內(nèi)拱來承受縱場磁體系統(tǒng)的強大向心力；以線圈盒外側(cè)圓弧段之間的上下環(huán)向楔狀結(jié)構(gòu)中的鍵銷結(jié)構(gòu)來抵抗由傾覆力矩帶來的剪切力；6.極向場系統(tǒng)（含中心螺管部分）的支撐基礎(chǔ)放在縱場線圈盒上。

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)概念設(shè)計主要內(nèi)容1.超5

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)的磁場分布

縱場磁體系統(tǒng)中每個D型線圈將通以14.4077KA電流時，在R=1.7m處環(huán)向中心場強為3.5T，其最高磁場強度為5.85T，位置出現(xiàn)在R=1.12mZ=0.85m處。

在等離子體的邊緣R=1.3m和R=2.5m處，其波紋度分別為2.03%和4.55%，而在等離子體的中心處的波紋度為0.05%。超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)的磁場分布6

超導(dǎo)縱場磁體系統(tǒng)的主要電磁參數(shù)

縱場磁體的中心場強（R=1.7m）(特斯拉)3.5（4.0）縱場磁體的最高場強（R=1.12m,Z=0.85m）(特斯拉)5.85（6.72）縱場磁體的正常運行電流（千安培）14.3077（16.3511）整個縱場磁體系統(tǒng)的電感（亨利）2.91525整個縱場磁體系統(tǒng)的儲能（兆焦耳）298.39（389.71）縱場線圈所受的向心電動力（噸）989.366（1293.196）一半線圈所受的垂直赤道面的電動力（噸）701.375（916.767）線圈所受的最大傾覆力矩（t=13.64s）（噸·米）288.366（332.0498）波紋度（R=1.3m,Z=0.0m）（％）2.0266波紋度（R=1.7m,Z=0.0m）（％）0.0499波紋度（R=2.1m,Z=0.0m）（％）0.3728波紋度（R=2.5m,Z=0.0m）（％）4.5458超導(dǎo)縱場磁體系統(tǒng)的主要電磁參數(shù)

縱場磁7

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)的各種理論分析與相關(guān)工藝預(yù)研，縱場磁體結(jié)構(gòu)中的繞組采用CICC導(dǎo)體，導(dǎo)體的尺寸為20.4mm×20.4mm，整個繞組的截面設(shè)計為130匝階梯形，采用連續(xù)繞制的并式結(jié)構(gòu)，其截面尺寸為254.7mm×287.4mm（含厚度為8mm對地絕緣層），同時繞組中還放入失超探測線以及各種用于各種診斷和測量目的的測量元件及導(dǎo)線等。縱場磁體中的絕緣結(jié)構(gòu)可分為層間絕緣、匝間絕緣和對地絕緣。匝間絕緣是由4層半迭包和1層平包玻璃布繞包至1mm厚經(jīng)環(huán)氧膠固化而形成；匝間絕緣在此基礎(chǔ)上加1mm厚度的環(huán)氧玻璃板并與環(huán)氧膠固化構(gòu)成的；而對地絕緣層即為6—8mm的玻璃布。經(jīng)環(huán)氧真空壓力浸漬（VPI）模壓固化成為整體結(jié)構(gòu)?？v場磁體結(jié)構(gòu)中的線圈盒的垂直高度為3.634米而徑向?qū)挾葹?.6092米以及環(huán)向?qū)挾葹?.3474米，其線圈盒是采用低溫下高強度的不銹鋼316LN板材焊接而成，板材的厚度是不相等的，其中直線段外環(huán)側(cè)板的壁厚為63.3mm，線圈盒的兩邊側(cè)板的厚度為30mm，內(nèi)環(huán)板的厚度為25mm。為了加強線圈盒的冷卻，在線圈盒的外表面上開鑿了14條冷卻槽，并釬焊上截面尺寸為22mm×8mm的316LN冷卻扁管。超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)超導(dǎo)8

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計

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超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

一、磁體結(jié)構(gòu)方式：1.本磁體僅為超導(dǎo)縱場系統(tǒng)的1/16；2.本磁體主要由線圈繞組、線圈盒、極向場的支撐結(jié)構(gòu)和各相關(guān)附件等組成；3.縱場線圈盒是輥軋鋼板彎曲或剪裁成毛坯再組合焊接成初步形狀，經(jīng)機械加工后達到要求的形狀和尺寸。4.繞組是由CICC導(dǎo)體連續(xù)繞制成D形并式繞組，每個繞組徑向11匝，軸向12匝，但是，每個繞組兩外側(cè)并徑向10匝，各少一最外匝，每個繞組共有130匝。二.磁體采用主要材料：1.盒體所用材料為超低碳奧氏體低溫不銹鋼316LN；2.極向場的支撐結(jié)構(gòu)以及相關(guān)附屬結(jié)構(gòu)材料均與盒體所用材料相同；3.繞組中超導(dǎo)導(dǎo)體系用NbTi線和無氧銅線絞成的電纜；穿管壓成20.4×20.4方導(dǎo)體；4.超導(dǎo)導(dǎo)體鎧甲系用316LN無縫鋼管制成；5.絕緣材料系采用無堿無硼玻璃絲帶、玻璃氈和澆注環(huán)氧膠固化。超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

一、磁10

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

三.磁體主要加工程序：1.首先把經(jīng)檢驗合格的316LN板材剪裁、開槽、成形、組焊成盒體和蓋板坯件；2.在槽內(nèi)埋設(shè)并低溫釬焊冷卻管；3.在盒體上組焊各支撐件和附件；4.在加工過程中適時進行各種檢驗，特別是焊縫必須精心施焊，嚴格檢驗并隨時消除殘余熱應(yīng)力，盡量減少變形，為加工合格的坯件提供保證；5.對坯件精加工，如D形槽、楔形面、支撐座、止口、鍵槽等配合面和裝配孔的加工精度必須滿足裝配要求，但此時兩楔形面和鍵槽各仍需留有一定加工余量，以備封焊后作最后一次精加工；6.在加工線圈盒的同時繞制線圈繞組并進行一次環(huán)氧澆注；7.把已一次固化后的線圈繞組進行適當處理后裝入線圈盒中，蓋上蓋板并進行封焊，封焊既是強度焊也為密封焊，同時必須保證槽形盒內(nèi)側(cè)表面溫度不超過300℃；8.在線圈盒中進行二次環(huán)氧澆注；9.對楔形面、重力支撐面、直線段外環(huán)面（D面）鍵槽再進行最后一次精加工，在作必須的各項處理后送總裝平臺進入總裝。四.磁體工作參數(shù)：1.額定工作電流14.4KA；2.大環(huán)1.7m處額定磁場強度3.5T；3.工作溫度4.5K；4.冷卻介質(zhì)：超臨界氦；5.勵磁電壓20V。超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

三.磁11

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

五.磁體試驗和檢驗：1.磁體必須經(jīng)低溫通電勵磁試驗合格后方可送交裝配；2.磁體試驗勵磁電流14.4KA；3.磁體繞組絕緣耐壓檢測：(具體操作規(guī)范另附）（1）匝間絕緣耐壓，灌膠前每匝15V,交流，持續(xù)1分鐘；（2）端電壓，灌膠前2000V，交流，持續(xù)1分鐘；（3）對地電壓?5000V，直流，持續(xù)5分鐘；4.管路耐壓和檢漏：（1）超導(dǎo)導(dǎo)體繞制前應(yīng)經(jīng)過耐壓檢測、和漏率檢測；（2）制作輸氦短管時應(yīng)在線進行耐壓檢測、和漏率檢測，耐壓5MPa、持續(xù)10分鐘；漏率小于1.33×10-10Pa.m3/s；（3）磁體最終須進行耐壓檢測、和漏率檢測，耐壓5MPa、持續(xù)10分鐘；漏率小于1.33×10-10Pa.m3/s。超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

五.磁12

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

六.需要說明的幾個問題：1.接頭箱部位分布著眾多氦管路、絕緣子和超導(dǎo)接頭以及多個緊固結(jié)構(gòu)，空間狹小，需現(xiàn)場制作。然后再固化各相關(guān)零部件，特別是電引出接頭根部務(wù)須小心處理；2.由于VPI改成兩次固化，繞組對地絕緣理論尺寸分配為：第一次VPI繞包5mm,第二次VPI時在單邊各留有1.9mm的間隙中緊密填充玻璃氈后澆注環(huán)氧并固化；3.關(guān)于基準：由赤道面、子午面和大環(huán)中心線及D形中心線作為加工基準線并精確控制11.25度楔形角和精確加工楔形面，在加工中，中心線基準線轉(zhuǎn)換成D形長軸（上下兩對稱中心線連線）為基準線并在加工件上劃三條基準線，為方便測量和安裝，增加測量和安裝基準，即在機加工時轉(zhuǎn)換線圈盒直線段外側(cè)邊和重力支撐座底板為輔助基準，供安裝使用,如圖中基準F和D。在加工中直線段如因變形加工不能達到要求的尺寸精度可鑲嵌一定位塊并加工達到要求的尺寸精度,另外可根據(jù)總裝要求在特定位置設(shè)置參考座標點,在赤道面、子午面和垂直窗口某些部位劃十字線并打洋沖眼以供總裝安裝定位用。4.線圈盒非加工外表面在坯件加工時已經(jīng)機械拋光，經(jīng)精加工和VPI后如光潔度不夠，應(yīng)補拋光。5.線圈盒兩側(cè)楔形面（圖示M和N面)應(yīng)以子午面（圖中C面）相互對稱，對稱度0.1mm。超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

六.需13

超導(dǎo)縱場磁體中繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計

超導(dǎo)縱場磁體中繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計

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超導(dǎo)縱場磁體中繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

一、繞組結(jié)構(gòu)形式：1、繞組是由CICC導(dǎo)體連續(xù)繞制成D形形狀；2、繞組類型：并式繞組；3、絕緣結(jié)構(gòu)：邊繞邊包匝間絕緣，兩單并之間墊并間絕緣最終繞包對地絕緣；4、繞制時有四根測量線全程隨繞，測量圓芯線直徑為1.1mm，固定擋邊帶兩端，放置在圓角處，隨導(dǎo)體繞制。5、繞組在過渡段導(dǎo)體上開5個輸氦孔并焊接短接管。二、繞組材料1、CICC導(dǎo)體規(guī)格為20.4×20.4(mm2)，長度600m,2根；2、玻璃絲帶20×0.1(mm2)；3、探測線直徑為1.1mm,四根圓芯線各長約610m;4、擋邊帶：兩根20.4×0.1

(mm2)（擋邊約直徑1.3mm）長度各600m；5、并間絕緣墊玻璃布和玻璃氈；6、清洗材料：如丙酮、無水乙醇、脫脂棉及吹砂材料等；7、STUB的材料為直徑10×1的316LN不銹鋼管，若干；8、絕緣子6只。超導(dǎo)縱場磁體中繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

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超導(dǎo)縱場磁體中繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

三、繞組繞制1、繞組繞制前應(yīng)作以下準備：1）廠房應(yīng)清潔、干燥；2）導(dǎo)體的形狀應(yīng)符合要求，并有檢驗合格證；3）繞制前導(dǎo)體應(yīng)進行吹砂、清洗；4）導(dǎo)體應(yīng)是合格的導(dǎo)體，應(yīng)帶有合格書，長度≥600m，并附帶有必要的性能數(shù)據(jù)，特別是主要的超導(dǎo)性能數(shù)據(jù)。5）檢查各類絕緣材料；6）檢查探測線，并清洗表面；7）檢查并調(diào)整好繞制工夾模具，并清洗干凈；8）調(diào)整好繞線機到正常工作狀態(tài)；9）檢查并準備好焊接短管的零件和材料；10）檢查并準備制作好超導(dǎo)接頭的零件和材料；11）準備好絕緣子。2、繞制：1）連續(xù)繞制并式繞組，從外向內(nèi)起繞，并留有1.5～2m的引出頭；2）起繞位置要按圖嚴格控制在既定方位，以便和線圈盒接頭箱協(xié)調(diào)一致,導(dǎo)體彎曲半徑和轉(zhuǎn)接部位可自行調(diào)整；3）繞制時，邊繞邊包匝間絕緣。首先按兩層半迭包一層平包繞包玻璃布帶，然后再在內(nèi)外環(huán)面上各鋪墊一層擋邊帶；接著再包兩層半迭包。超導(dǎo)縱場磁體中繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

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超導(dǎo)縱場磁體中繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

4）再把兩根測量線圓線放置在導(dǎo)體圓角上，隨線繞制，測量線引出線預(yù)留長度另定；測量線和擋邊帶之間相互位置如圖示。5）并間過渡按圖示在過渡段由S彎轉(zhuǎn)接；6）按圖紙要求在圖示位置在導(dǎo)體上打孔并焊接短管；7）對短管處絕緣應(yīng)作特別處理；8）裝好絕緣補塊，墊好并間絕緣厚度1mm，走S彎，再繞第二并，由內(nèi)向外繞制；9）繞制時應(yīng)注意每并線圈的兩側(cè)兩個單并外層各少一匝，從中間并或外側(cè)并起繞可自行決定，但是要注意兩個半繞組之間繞制方向的協(xié)調(diào)；10）兩只半繞組完成后，組合成一并線圈，用絕緣材料補平繞組表面，包對地絕緣，單邊厚度5mm；11）制作并間超導(dǎo)接頭和輸氦接管；12）焊接絕緣子（注：絕緣子可以在和線圈盒組裝后再焊）；13）繞組尺寸控制：a.繞組每匝和理論位置公差控制在?0.1mm；b.繞組繞包主絕緣后和理論位置公差不超過1mm。14）繞組繞制完成后應(yīng)在平臺上在赤道面（即上下對稱處）和繞組中心線上劃裝配基準線。15）繞制時每匝都應(yīng)檢查外形和絕緣狀況，并作詳細記錄。超導(dǎo)縱場磁體中繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

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超導(dǎo)縱場磁體中繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

四、檢測與驗收1、繞組形位公差尺寸驗收（按圖紙要求）；2、繞組耐壓實驗和漏率檢測：打壓5MPa，持續(xù)10分鐘，漏率≤1.33×10-10Pa·m3/s；3、耐壓檢測：1）匝間絕緣耐壓：每匝15V；2）并間絕緣耐壓：并間500V；3）端電壓1950V，維持1分鐘；4、檢驗合格后，簽署合格證，并附有繞制記錄卡；5、檢驗合格后應(yīng)即時提交裝配，如暫時不能裝配，表面應(yīng)作保護性包裝，以避免污染和變形，包裝材料可用滌綸綿絲帶或某種高強度絕緣紙；6、繞組在組裝前必須進行對地耐壓檢測，耐壓幅值5000V,直流，持時5分鐘；7、繞組在組裝后必須再進行對地耐壓檢測，耐壓幅值5000V,直流，持時5分鐘；8、繞組在VPI后必須再進行對地耐壓檢測，耐壓幅值5000V,成功后再升至10000V，均為直流，持時5分鐘，但若5000V時發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即停止，待定。9、繞組作VPI后和盒體形成整體，其機械和電氣性能要求如下：電氣強度：1）對地耐壓不小于10000V；2）層間絕緣耐壓2000V；3）匝間絕緣耐壓500V。機械強度：1）層間絕緣抗剪強度≥200MPa；2）對地絕緣抗剪強度≥200MPa；3）絕緣層的抗壓強度≥600MPa；4）絕緣層的抗拉強度≥400MPa。超導(dǎo)縱場磁體中繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

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超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本流程

物理要求

超導(dǎo)縱場磁體的概念設(shè)計磁體結(jié)構(gòu)的理論計算磁體結(jié)構(gòu)的工藝預(yù)研（包括：電磁、力學(xué)、傳

超導(dǎo)縱場磁體

（包括：焊接成形、釬焊、

熱、故障態(tài)、動態(tài)性能、的結(jié)構(gòu)設(shè)計

線圈繞制、絕緣與VPI、

機械穩(wěn)定性等分析計算）盒體封焊、機加工等等）進行設(shè)計更改

超導(dǎo)縱場磁體的結(jié)構(gòu)制造

經(jīng)檢驗

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超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計

縱場磁體的繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計縱場磁體的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計

繞繞繞繞繞繞返線線線線線線組組組組組組饋圈圈圈圈圈支圈座的的的的的的匝盒盒盒盒盒撐盒結(jié)導(dǎo)絕冷出絕超結(jié)的的的的的板的構(gòu)體緣卻線緣導(dǎo)構(gòu)本楔冷匯極結(jié)重設(shè)結(jié)結(jié)回頭子接設(shè)體塊卻流向構(gòu)力計構(gòu)構(gòu)路設(shè)設(shè)頭計結(jié)結(jié)回排場設(shè)支設(shè)設(shè)設(shè)計計設(shè)構(gòu)構(gòu)路結(jié)線計撐計計計計設(shè)設(shè)設(shè)構(gòu)圈底計計計設(shè)計

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容22

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的物理要求

EAST裝置將用來有效地開展穩(wěn)態(tài)、安全、高效的托卡馬克核聚變反應(yīng)堆基礎(chǔ)物理問題的實驗研究。作為裝置中最重要部件之一的超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的作用是產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)的主約束磁場。超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的物理要求為：該磁體系統(tǒng)在它的大半徑為1.70米處產(chǎn)生3.5特斯拉的環(huán)向場以保證大電流下的等離子（IP=1.0MA）處于安全運行區(qū)域，其總安匝數(shù)為30MAT。同時也為了更有利于開展大截面等離子體物理實驗，要求超導(dǎo)縱場磁體系統(tǒng)在裝置中心平面R為1300毫米至2100毫米范圍內(nèi)產(chǎn)生的縱場波紋度小于1%，同時要求在R為2500毫米處的波紋度小于5%，這樣有利于減少快粒子的波紋損失。超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的物理要求E23

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)概念設(shè)計主要內(nèi)容1.超導(dǎo)縱場磁體系統(tǒng)由十六個“D”型超導(dǎo)線圈沿環(huán)向均布排列組成的；2.縱場線圈采用由五段圓弧和一直線段組成的近似“D”形主要是用來滿足等離子體非圓拉長截面和降低縱場線圈內(nèi)部彎矩的需要；3.縱場線圈的直線段高度主要由等離子的三角形變、拉長比、偏濾器結(jié)構(gòu)及裝置的真空室等因素決定；4.縱場線圈的繞組采用CICC導(dǎo)體，并式連續(xù)繞制結(jié)構(gòu)，其絕緣結(jié)構(gòu)為玻璃布繞包經(jīng)真空壓力浸漬；5.縱場磁體系統(tǒng)的支撐方式為筋板加強式箱式結(jié)構(gòu)：以縱場線圈盒直線段處相互擠緊的方式形成內(nèi)拱來承受縱場磁體系統(tǒng)的強大向心力；以線圈盒外側(cè)圓弧段之間的上下環(huán)向楔狀結(jié)構(gòu)中的鍵銷結(jié)構(gòu)來抵抗由傾覆力矩帶來的剪切力；6.極向場系統(tǒng)（含中心螺管部分）的支撐基礎(chǔ)放在縱場線圈盒上。

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)概念設(shè)計主要內(nèi)容1.超24

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)的磁場分布

縱場磁體系統(tǒng)中每個D型線圈將通以14.4077KA電流時，在R=1.7m處環(huán)向中心場強為3.5T，其最高磁場強度為5.85T，位置出現(xiàn)在R=1.12mZ=0.85m處。

在等離子體的邊緣R=1.3m和R=2.5m處，其波紋度分別為2.03%和4.55%，而在等離子體的中心處的波紋度為0.05%。超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)的磁場分布25

超導(dǎo)縱場磁體系統(tǒng)的主要電磁參數(shù)

縱場磁體的中心場強（R=1.7m）(特斯拉)3.5（4.0）縱場磁體的最高場強（R=1.12m,Z=0.85m）(特斯拉)5.85（6.72）縱場磁體的正常運行電流（千安培）14.3077（16.3511）整個縱場磁體系統(tǒng)的電感（亨利）2.91525整個縱場磁體系統(tǒng)的儲能（兆焦耳）298.39（389.71）縱場線圈所受的向心電動力（噸）989.366（1293.196）一半線圈所受的垂直赤道面的電動力（噸）701.375（916.767）線圈所受的最大傾覆力矩（t=13.64s）（噸·米）288.366（332.0498）波紋度（R=1.3m,Z=0.0m）（％）2.0266波紋度（R=1.7m,Z=0.0m）（％）0.0499波紋度（R=2.1m,Z=0.0m）（％）0.3728波紋度（R=2.5m,Z=0.0m）（％）4.5458超導(dǎo)縱場磁體系統(tǒng)的主要電磁參數(shù)

縱場磁26

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)的各種理論分析與相關(guān)工藝預(yù)研，縱場磁體結(jié)構(gòu)中的繞組采用CICC導(dǎo)體，導(dǎo)體的尺寸為20.4mm×20.4mm，整個繞組的截面設(shè)計為130匝階梯形，采用連續(xù)繞制的并式結(jié)構(gòu)，其截面尺寸為254.7mm×287.4mm（含厚度為8mm對地絕緣層），同時繞組中還放入失超探測線以及各種用于各種診斷和測量目的的測量元件及導(dǎo)線等?？v場磁體中的絕緣結(jié)構(gòu)可分為層間絕緣、匝間絕緣和對地絕緣。匝間絕緣是由4層半迭包和1層平包玻璃布繞包至1mm厚經(jīng)環(huán)氧膠固化而形成；匝間絕緣在此基礎(chǔ)上加1mm厚度的環(huán)氧玻璃板并與環(huán)氧膠固化構(gòu)成的；而對地絕緣層即為6—8mm的玻璃布。經(jīng)環(huán)氧真空壓力浸漬（VPI）模壓固化成為整體結(jié)構(gòu)。縱場磁體結(jié)構(gòu)中的線圈盒的垂直高度為3.634米而徑向?qū)挾葹?.6092米以及環(huán)向?qū)挾葹?.3474米，其線圈盒是采用低溫下高強度的不銹鋼316LN板材焊接而成，板材的厚度是不相等的，其中直線段外環(huán)側(cè)板的壁厚為63.3mm，線圈盒的兩邊側(cè)板的厚度為30mm，內(nèi)環(huán)板的厚度為25mm。為了加強線圈盒的冷卻，在線圈盒的外表面上開鑿了14條冷卻槽，并釬焊上截面尺寸為22mm×8mm的316LN冷卻扁管。超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)超導(dǎo)27

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計

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超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

一、磁體結(jié)構(gòu)方式：1.本磁體僅為超導(dǎo)縱場系統(tǒng)的1/16；2.本磁體主要由線圈繞組、線圈盒、極向場的支撐結(jié)構(gòu)和各相關(guān)附件等組成；3.縱場線圈盒是輥軋鋼板彎曲或剪裁成毛坯再組合焊接成初步形狀，經(jīng)機械加工后達到要求的形狀和尺寸。4.繞組是由CICC導(dǎo)體連續(xù)繞制成D形并式繞組，每個繞組徑向11匝，軸向12匝，但是，每個繞組兩外側(cè)并徑向10匝，各少一最外匝，每個繞組共有130匝。二.磁體采用主要材料：1.盒體所用材料為超低碳奧氏體低溫不銹鋼316LN；2.極向場的支撐結(jié)構(gòu)以及相關(guān)附屬結(jié)構(gòu)材料均與盒體所用材料相同；3.繞組中超導(dǎo)導(dǎo)體系用NbTi線和無氧銅線絞成的電纜；穿管壓成20.4×20.4方導(dǎo)體；4.超導(dǎo)導(dǎo)體鎧甲系用316LN無縫鋼管制成；5.絕緣材料系采用無堿無硼玻璃絲帶、玻璃氈和澆注環(huán)氧膠固化。超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

一、磁29

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

三.磁體主要加工程序：1.首先把經(jīng)檢驗合格的316LN板材剪裁、開槽、成形、組焊成盒體和蓋板坯件；2.在槽內(nèi)埋設(shè)并低溫釬焊冷卻管；3.在盒體上組焊各支撐件和附件；4.在加工過程中適時進行各種檢驗，特別是焊縫必須精心施焊，嚴格檢驗并隨時消除殘余熱應(yīng)力，盡量減少變形，為加工合格的坯件提供保證；5.對坯件精加工，如D形槽、楔形面、支撐座、止口、鍵槽等配合面和裝配孔的加工精度必須滿足裝配要求，但此時兩楔形面和鍵槽各仍需留有一定加工余量，以備封焊后作最后一次精加工；6.在加工線圈盒的同時繞制線圈繞組并進行一次環(huán)氧澆注；7.把已一次固化后的線圈繞組進行適當處理后裝入線圈盒中，蓋上蓋板并進行封焊，封焊既是強度焊也為密封焊，同時必須保證槽形盒內(nèi)側(cè)表面溫度不超過300℃；8.在線圈盒中進行二次環(huán)氧澆注；9.對楔形面、重力支撐面、直線段外環(huán)面（D面）鍵槽再進行最后一次精加工，在作必須的各項處理后送總裝平臺進入總裝。四.磁體工作參數(shù)：1.額定工作電流14.4KA；2.大環(huán)1.7m處額定磁場強度3.5T；3.工作溫度4.5K；4.冷卻介質(zhì)：超臨界氦；5.勵磁電壓20V。超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

三.磁30

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

五.磁體試驗和檢驗：1.磁體必須經(jīng)低溫通電勵磁試驗合格后方可送交裝配；2.磁體試驗勵磁電流14.4KA；3.磁體繞組絕緣耐壓檢測：(具體操作規(guī)范另附）（1）匝間絕緣耐壓，灌膠前每匝15V,交流，持續(xù)1分鐘；（2）端電壓，灌膠前2000V，交流，持續(xù)1分鐘；（3）對地電壓?5000V，直流，持續(xù)5分鐘；4.管路耐壓和檢漏：（1）超導(dǎo)導(dǎo)體繞制前應(yīng)經(jīng)過耐壓檢測、和漏率檢測；（2）制作輸氦短管時應(yīng)在線進行耐壓檢測、和漏率檢測，耐壓5MPa、持續(xù)10分鐘；漏率小于1.33×10-10Pa.m3/s；（3）磁體最終須進行耐壓檢測、和漏率檢測，耐壓5MPa、持續(xù)10分鐘；漏率小于1.33×10-10Pa.m3/s。超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

五.磁31

超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

六.需要說明的幾個問題：1.接頭箱部位分布著眾多氦管路、絕緣子和超導(dǎo)接頭以及多個緊固結(jié)構(gòu)，空間狹小，需現(xiàn)場制作。然后再固化各相關(guān)零部件，特別是電引出接頭根部務(wù)須小心處理；2.由于VPI改成兩次固化，繞組對地絕緣理論尺寸分配為：第一次VPI繞包5mm,第二次VPI時在單邊各留有1.9mm的間隙中緊密填充玻璃氈后澆注環(huán)氧并固化；3.關(guān)于基準：由赤道面、子午面和大環(huán)中心線及D形中心線作為加工基準線并精確控制11.25度楔形角和精確加工楔形面，在加工中，中心線基準線轉(zhuǎn)換成D形長軸（上下兩對稱中心線連線）為基準線并在加工件上劃三條基準線，為方便測量和安裝，增加測量和安裝基準，即在機加工時轉(zhuǎn)換線圈盒直線段外側(cè)邊和重力支撐座底板為輔助基準，供安裝使用,如圖中基準F和D。在加工中直線段如因變形加工不能達到要求的尺寸精度可鑲嵌一定位塊并加工達到要求的尺寸精度,另外可根據(jù)總裝要求在特定位置設(shè)置參考座標點,在赤道面、子午面和垂直窗口某些部位劃十字線并打洋沖眼以供總裝安裝定位用。4.線圈盒非加工外表面在坯件加工時已經(jīng)機械拋光，經(jīng)精加工和VPI后如光潔度不夠，應(yīng)補拋光。5.線圈盒兩側(cè)楔形面（圖示M和N面)應(yīng)以子午面（圖中C面）相互對稱，對稱度0.1mm。超導(dǎo)縱場磁體結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

六.需32

超導(dǎo)縱場磁體中繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計

超導(dǎo)縱場磁體中繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計

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超導(dǎo)縱場磁體中繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

一、繞組結(jié)構(gòu)形式：1、繞組是由CICC導(dǎo)體連續(xù)繞制成D形形狀；2、繞組類型：并式繞組；3、絕緣結(jié)構(gòu)：邊繞邊包匝間絕緣，兩單并之間墊并間絕緣最終繞包對地絕緣；4、繞制時有四根測量線全程隨繞，測量圓芯線直徑為1.1mm，固定擋邊帶兩端，放置在圓角處，隨導(dǎo)體繞制。5、繞組在過渡段導(dǎo)體上開5個輸氦孔并焊接短接管。二、繞組材料1、CICC導(dǎo)體規(guī)格為20.4×20.4(mm2)，長度600m,2根；2、玻璃絲帶20×0.1(mm2)；3、探測線直徑為1.1mm,四根圓芯線各長約610m;4、擋邊帶：兩根20.4×0.1

(mm2)（擋邊約直徑1.3mm）長度各600m；5、并間絕緣墊玻璃布和玻璃氈；6、清洗材料：如丙酮、無水乙醇、脫脂棉及吹砂材料等；7、STUB的材料為直徑10×1的316LN不銹鋼管，若干；8、絕緣子6只。超導(dǎo)縱場磁體中繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

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超導(dǎo)縱場磁體中繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要求

三、繞組繞制1、繞組繞制前應(yīng)作以下準備：1）廠房應(yīng)清潔、干燥；2）導(dǎo)體的形狀應(yīng)符