低溫高壓氦氣密性復合材料軸向絕緣子是國際熱核聚變實驗裝置(ITER)磁體系統(tǒng)的關鍵部件,在裝置運行中絕緣子承擔整個磁體系統(tǒng)液氮和液氦的絕緣通道作用,并通過管路和冷質部件構成冷卻回路,同時擔負對地絕緣的作用。
在ITER裝置主機的縱場超導磁體、極向場超導磁體、內外氮屏和電流引線中有1000多件軸向絕緣子,在裝置裝配和運行過程中,由于大型超導磁體的冷卻、失超、或者快速放電,極易對絕緣子產(chǎn)生彎曲和扭曲等因素的影響,同時產(chǎn)生過電壓,因而對絕緣子造成破壞,進而導致低溫液體擴散到真空系統(tǒng)中,容易產(chǎn)生Paschen放電,會給整個裝置帶來毀滅性的損壞。
ITER磁體系統(tǒng)是目前世界上的超導磁體系統(tǒng),儲能大,進而對ITER軸向絕緣子需求量大,要求高。根據(jù)目前技術設計參數(shù)要求,絕緣子在液氦溫度需1050件,在室溫需60件,耐電壓等級56kV、耐氣壓4MPa、耐拉壓2000N、耐彎矩100Nm以及耐扭矩100Nm,同時在室溫到液氮冷熱循環(huán)50次后,氦氣內壓漏率低于1E-9Pa.m3/s。
我們(正航儀器設備有限公司)研究人員根據(jù)東方超環(huán)(EAST)絕緣子設計的基本概念和成功經(jīng)驗,考慮到ITER的具體設計參數(shù),完成了ITER軸向絕緣子原型件的結構和工藝設計,同時分別對它的熱性能、力學性能、電性能進行了試驗測試以及針對性分析。結果表明:ITER軸向絕緣子的絕緣結構設計完全滿足ITER的技術要求,為下一步進行絕緣子批量研發(fā)提供了理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考,同時也積累了豐富的工程經(jīng)驗和技術資料。
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