阅读说明：本技术 一种用于核聚变装置的真空抽气装置及方法 (Vacuum air extraction device and method for nuclear fusion device ) 是由 蔡潇 曹曾 冉红 张炜 李瑞鋆 于 2020-07-23 设计创作，主要内容包括：本发明属于核聚变真空技术领域,具体涉及一种用于核聚变装置的真空抽气装置及方法,该装置包括管道水冷却结构组件、多角度波纹管补偿结构组件、真空测量接口、抽气管道、密封法兰一和密封法兰二,其中密封法兰一连接在抽气管道的一端,真空测量接口、管道水冷却结构组件和多角度波纹管补偿结构组件向后依次固定连接在抽气管道的外壁上,抽气管道的另一端连接密封法兰二。本发明可以防止真空室在高温烘烤时由于热传导及热辐射引起真空抽气设备因密封面材料老化、失效造成真空设备漏气损坏,能够对因真空室窗口法兰及连接管道因焊接变形引起的径向,横向、极向的角度偏移在一定范围内进行补偿修正,满足后端连接设备安装精度要求。(The invention belongs to the technical field of nuclear fusion vacuum, and particularly relates to a vacuum air extraction device and a method for a nuclear fusion device. The invention can prevent the vacuum pumping equipment from air leakage and damage caused by aging and failure of sealing surface materials due to heat conduction and heat radiation in the high-temperature baking of the vacuum chamber, can compensate and correct the radial, transverse and polar angle deviation caused by welding deformation of the window flange and the connecting pipeline of the vacuum chamber in a certain range, and meets the requirement of the installation precision of rear-end connecting equipment.)

一种用于核聚变装置的真空抽气装置及方法

技术领域

本发明属于核聚变真空技术领域，具体涉及一种用于核聚变装置的真空抽气装置及方法。

背景技术

未来聚变装置要保证长时间安全地运行，需要确保产生与维持等离子体运行的真空室为一个超高真空环境，真空度要达到10^-5Pa量级。真空抽气系统的功能就是为聚变反应提供实验运行真空环境。因此要求系统在聚变装置实验期间安全、可靠的运转。目前，绝大多数聚变装置在进行实验前都要进行300度以上高温烘烤，去除真空室器壁内残余水气，而真空抽气设备的橡胶密封材料都无法在高温下长时间正常工作；另外真空室窗口及连接管道在焊接时都会引起角度微小偏移，会影响到后段设备的安装精度。目前国内外大型核聚变真空室抽气装置普遍通过延长抽气管道的长度使烘烤热量传导距离加大增加散热面积达到保护橡胶密封材料在正常工作范围内工作的方法。此种方法对安装空间要求高，另外具有管道散热速度低等缺点。

因此需要提供一种用于核聚变装置的真空抽气装置及方法，以解决现有技术存在的不足。

发明内容

本发明目的是针对上述现有技术的不足提供一种用于核聚变装置的真空抽气装置及方法，解决真空室在高温烘烤时由于热传导及热辐射引起真空抽气设备因密封面材料老化、失效造成真空设备漏气损坏等问题，又能够对因真空室窗口法兰及连接管道因焊接变形引起的径向，横向、极向的角度偏移在一定范围内进行补偿修正，满足后端连接设备安装精度要求。

本发明的技术方案是：

一种用于核聚变装置的真空抽气装置，该装置包括管道水冷却结构组件、多角度波纹管补偿结构组件、真空测量接口、抽气管道、密封法兰一和密封法兰二，其中密封法兰一连接在抽气管道的一端，真空测量接口、管道水冷却结构组件和多角度波纹管补偿结构组件向后依次固定连接在抽气管道的外壁上，抽气管道的另一端连接密封法兰二。

所述的管道水冷却结构组件由316L不锈钢材料制成，内部设有三圈水流导向槽。

所述的管道水冷却结构组件上焊接有密封快接口，用于冷却水的接入与流出。

所述的多角度波纹管补偿结构组件包括波纹管和可调节支撑连杆，波纹管和可调节支撑连杆分别焊接在抽气管道上，调节支撑连杆从而拉伸或压缩波纹管,对密封法兰二及抽气管道进行角度补偿修正。

所述的密封法兰一为金属材质，一端焊接在抽气管道上，另一端通过氟橡胶和真空抽气设备密封连接。

所述的密封法兰二为金属材质，和真空室密封连接。

所述的一种用于核聚变装置的真空抽气装置的抽气方法，该方法包括以下步骤：

步骤(1)在真空抽气管道安装过程中，通过多角度波纹管补偿结构组件中支撑连杆对波纹管进行调节和角度补偿修正；

步骤(2)打开真空抽气设备，在真空室烘烤过程中，向管道水冷却结构组件中持续通入0.2MPa，10度冷却水，直至烘烤过程结束；

步骤(3)在等离子体物理放电实验结束后，关闭真空抽气设备。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明可以防止真空室在高温烘烤时由于热传导及热辐射引起真空抽气设备因密封面材料老化、失效造成真空设备漏气损坏。

(2)本发明能够对因真空室窗口法兰及连接管道因焊接变形引起的径向，横向、极向的角度偏移在一定范围内进行补偿修正，满足后端连接设备安装精度要求。

附图说明

图1是本发明所设计的一种应用于核聚变装置的真空抽气工具结构示意图；

其中：1-管道水冷却结构组件；2-多角度波纹管补偿结构组件；3-真空测量接口；4-抽气管道；5-密封法兰一；6-波纹管；7-支撑连杆；8-密封法兰二；9-密封快接口。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明技术进行进一步描述：

如图1所示，本发明提供的一种用于核聚变装置的真空抽气装置，该装置包括管道水冷却结构组件1、多角度波纹管补偿结构组件2、真空测量接口3、抽气管道4、密封法兰一5和密封法兰二8，其中密封法兰一5焊接在抽气管道4的一端，真空测量接口3、管道水冷却结构组件1和多角度波纹管补偿结构组件2依次焊接在抽气管道4的外壁上，抽气管道4的另一端焊接密封法兰二8。

密封法兰一5为金属材质，一端焊接在抽气管道4上，另一端通过氟橡胶和真空抽气设备密封连接。

密封法兰二8为金属材质，与真空室密封连接。

管道水冷却结构组件1由316L不锈钢材料制成，内部设有三圈水流导向槽；

多角度波纹管补偿结构组件2包括316L不锈钢材料制造的高伸缩性不锈钢波纹管6和可调节支撑连杆7。

当密封法兰二8及抽气管道4因焊接变形或因真空室烘烤引起了径向，横向、极向的角度偏移时，可以通过调节支撑连杆7的位置拉伸或压缩波纹管6,进行角度补偿修正，从而满足后端连接设备安装精度要求，确保真空设备正常运转；

冷却水通过密封快接口9接入与流出。

目前，绝大多数聚变装置在进行实验前都要进行300度以上高温烘烤，去除真空室器壁内残余水气。设备密封材料的极限工作温度是150度，当真空室从常温烘烤到300度过程中，管道水冷却结构组件1中不通入冷却水，在真空室烘烤温度在300度维持72小时后密封法兰一5外表的温度为180度，超过了设备密封材料150度极限工作温度。

如在烘烤启始阶段就持续通入0.2MPa，10度冷却水，在真空室烘烤温度在300度维持72小时后在密封法兰一5外表的温度为80度，低于设备密封材料150度极限工作温度，达到了保护后端连接真空设备安全运行的目的。

本发明还提供了一种用于核聚变装置的真空抽气装置的抽气方法，该方法包括以下步骤：

步骤(1)在真空抽气管道4安装过程中，通过多角度波纹管补偿结构组件2中支撑连杆7对波纹管6进行调节和角度补偿修正；

步骤(2)在真空室烘烤过程中，向管道水冷却结构组件1中持续通入0.2MPa，10度冷却水，直至烘烤过程结束；

步骤(3)在等离子体物理放电实验结束后，关闭真空抽气设备。

上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。