本發(fā)明涉及裂變聚變混合堆的設(shè)備技術(shù)，尤其是一種基于ITER的裂變聚變混合堆次臨界包層換料系統(tǒng)及其換料方法。

背景技術(shù)：
ITER是一種磁約束聚變裝置，當(dāng)其中的等離子體的溫度和密度滿足勞森判據(jù)就會(huì)持續(xù)發(fā)生氘氚反應(yīng)。為了吸收聚變放出的能量，并且保護(hù)真空殼和磁體，需要在真空殼內(nèi)布置一層包層（Blanket）。包層分為兩部分：面對(duì)等離子體的第一壁和其后的屏蔽塊，其中第一壁用于吸收從磁場(chǎng)中逃逸的離子和電子，而屏蔽塊用于吸收中子。離子、電子和中子的能量在包層內(nèi)沉積并被包層冷卻系統(tǒng)帶出真空腔。ITER的主體Tokamak系統(tǒng)安放于圓柱形混凝土生物屏蔽井內(nèi)，進(jìn)入Tokamak裝置有兩種通道：一是圓柱體側(cè)面上中下三層的port口，主要用于安裝真空殼內(nèi)的各個(gè)裝置和各種等離子體加熱、電流驅(qū)動(dòng)和各類探測(cè)器；二是位于圓柱體頂部的的混凝土蓋，主要用于各種大型裝置比如磁體和真空殼的安裝。Port口的高度和寬度分別受到極向磁體PF和周向磁體TF之間間距的制約，因此換料的port口就只能設(shè)計(jì)為較小的尺寸，只適合水平方向運(yùn)入的方式來(lái)安裝小模塊的能源包層。ITER的包層設(shè)計(jì)為小模塊的形式，并且為其預(yù)留了貫穿生物屏蔽殼、低溫保持器、冷屏和真空層的換料通道，采用小模塊，整個(gè)包層的管匯復(fù)雜，流阻大，換熱效率低；包層換料時(shí)，由于模塊眾多，使得總體的換料時(shí)間增加，如有部分模塊結(jié)構(gòu)或功能缺陷，需逐一排查所有模塊，增加了換料難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種基于ITER的裂變聚變混合堆次臨界包層換料系統(tǒng)及其換料方法，克服ITER小模塊管匯復(fù)雜，流阻大，換熱效率低，及小模塊換料方式的換料效率低，換料過(guò)程復(fù)雜，對(duì)長(zhǎng)條形能源模塊難以更換的缺點(diǎn)；減小了管內(nèi)流體阻力，增大了單個(gè)包層模塊的流量，提高了ITER裂變聚變混合堆次臨界包層的熱交換能力；降低了包層模塊的安裝難度，有利于后期的檢修、維護(hù)以及換料。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：本發(fā)明的次臨界包層換料系統(tǒng)，在真空殼上設(shè)有18個(gè)連接板，所述連接板由相互對(duì)稱的兩連接板模塊螺栓連接而成，在其中一個(gè)連接板的兩個(gè)連接板模塊之間增設(shè)有TF上連接板，所述TF上連接板位于兩TF線圈之間，且所述TF上連接板與兩側(cè)的連接板模塊通過(guò)螺栓連接；所述TF上連接板上開(kāi)設(shè)有連通真空殼內(nèi)外的裝卸料口。由于采用了上述結(jié)構(gòu)，為了充分利用聚變放出的14MeV中子，基于ITER裝置的裂變聚變混合堆包層裝有裂變材料，使其不僅僅是ITER那樣的屏蔽體，而是一個(gè)能源產(chǎn)生裝置，也稱之為能源包層。能源包層大大放大了聚變能，為了有效地將能源輸出包層，原來(lái)小模塊的包層及冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已滿足不了需求，能源包層將設(shè)計(jì)成長(zhǎng)條形狀，以減小流阻、增大流量，提高換熱能力，降低安裝更換包層的難度，但這樣的設(shè)計(jì)無(wú)法通過(guò)ITER原有的換料通道equatorialport進(jìn)入到真空殼內(nèi)，因此采取將TF的上連接板（UOIS）位于兩個(gè)TF線圈之間，用于抵抗線圈間的力與力矩，連接板（UOIS）所受到的力非常大，因此應(yīng)該避免對(duì)其重復(fù)焊接。在ITER原來(lái)的設(shè)計(jì)中，共有18個(gè)連接板（UOIS）,每個(gè)連接板（UOIS）分為兩個(gè)對(duì)稱的部分，也即連接板模塊，兩部分之間通過(guò)螺栓進(jìn)行連接。為了能夠清理出一條換料通道，需要對(duì)其中一個(gè)連接板（UOIS）進(jìn)行改動(dòng)。新設(shè)計(jì)的連接板（UOIS）為夾心結(jié)構(gòu)，中間的可拆卸連接板（TF上連接板）同左右兩側(cè)的連接板模塊通過(guò)螺栓連接，這種設(shè)計(jì)方案滿足連接板（UOIS）的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需求，同時(shí)不用重復(fù)焊接。本發(fā)明克服了ITER小模塊管匯復(fù)雜，流阻大，換熱效率低，及小模塊換料方式的換料效率低，換料過(guò)程復(fù)雜，對(duì)長(zhǎng)條形能源模塊難以更換的缺點(diǎn)；減小了管內(nèi)流體阻力，增大了單個(gè)包層模塊的流量，提高了ITER裂變聚變混合堆次臨界包層的熱交換能力；降低了包層模塊的安裝難度，有利于后期的檢修、維護(hù)以及換料。本發(fā)明的次臨界包層換料系統(tǒng)，所述真空殼包含有內(nèi)、外兩層，所述裝卸料口的下側(cè)擴(kuò)展至內(nèi)層，裝卸料口的上側(cè)擴(kuò)展至真空殼的上接口處，并與原上接口處的外附屬屏蔽塊齊平；在裝卸料口處的真空殼內(nèi)部設(shè)置的屏蔽塊與真空殼相匹配，所述屏蔽塊與裝卸料口的冷卻管道通過(guò)裝卸料口的側(cè)壁通向上接口。由于采用了上述結(jié)構(gòu)，在不與其他部件干涉的條件下，盡可能的增加垂直投影面積；開(kāi)口盡可能不使用焊接的方式連接，同時(shí)要保證真空度和輻射屏蔽。由于真空殼包含內(nèi)外兩層，因此在擴(kuò)大裝卸料口的過(guò)程中保證每次只改變內(nèi)層或者外層真空殼，然后增大兩層真空殼之間肋板的厚度，最大限度減少對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響。裝卸料口下側(cè)的真空殼只改變內(nèi)層的真空殼，這樣就不會(huì)與TF的外連接板IOIS相干涉；裝卸料口上側(cè)一直擴(kuò)展到同原上接口（upperport）的外附屬屏蔽塊相平齊，這樣就不會(huì)同UOIS和冷屏相干涉。由于裝卸料口占用了上接口（upperport）的外附屬屏蔽塊，并且減少了兩層真空殼之間的屏蔽體，因此需要專門設(shè)計(jì)一個(gè)屏蔽裝置，如圖所示，屏蔽體下部的外形同真空殼相匹配，屏蔽體和裝卸料port的冷卻管道通過(guò)上接口（upperport）的側(cè)壁通向上接口,并被最終帶出Tokamak（托卡馬克是一種利用磁約束來(lái)實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形容器）。本發(fā)明的次臨界包層換料系統(tǒng)，所述屏蔽塊的上部與裝卸料口分別設(shè)為相互匹配的法蘭面，所述屏蔽塊在裝卸料口處通過(guò)螺栓與密封環(huán)形成第一道密封；所述屏蔽塊上方設(shè)置的金屬板密封焊接于裝卸料口上形成第二道密封。由于采用了上述結(jié)構(gòu)，裝卸料口的密封采用法蘭密封加焊接密封，裝卸料口上端加工出一個(gè)法蘭端面，同時(shí)屏蔽塊上部也加工出一個(gè)相匹配的法蘭面，兩者通過(guò)螺栓和密封環(huán)進(jìn)行第一道密封。在螺栓上方再用金屬薄板通過(guò)密封焊接的方式進(jìn)行第二道密封。通過(guò)兩道密封保證真空腔內(nèi)部的真空度，同時(shí)由于金屬板只起密封的作用而不作為受力結(jié)構(gòu)，可以對(duì)其進(jìn)行重復(fù)焊接。本發(fā)明的次臨界包層換料系統(tǒng)，所述真空殼上設(shè)有殼外運(yùn)輸器和殼內(nèi)運(yùn)輸器，所述殼外運(yùn)輸器設(shè)于真空殼上的裝卸料口處，所述殼外運(yùn)輸器包括長(zhǎng)方形的殼體和可固定內(nèi)外包層的機(jī)械臂，所述殼體連接于裝卸料口處，所述機(jī)械臂設(shè)于殼體內(nèi)；所述殼內(nèi)運(yùn)輸器包括設(shè)于真空殼內(nèi)的偏濾器軌道和上滑形軌道，所述偏濾器軌道上匹配有下部系統(tǒng)，所述下部系統(tǒng)上設(shè)置的電機(jī)驅(qū)動(dòng)通過(guò)齒輪與偏濾器軌道配合提供動(dòng)力，所述上滑形軌道上匹配有上部系統(tǒng)，所述上部系統(tǒng)上設(shè)置有焊接機(jī)器人，所述上部系統(tǒng)與下部系統(tǒng)之間通過(guò)框架連接，所述框架上設(shè)有可相對(duì)移動(dòng)的主機(jī)器人。由于采用了上述結(jié)構(gòu)，內(nèi)外包層通過(guò)裝卸料口進(jìn)入到真空殼內(nèi)分為兩個(gè)過(guò)程：殼外運(yùn)輸和殼內(nèi)運(yùn)輸。由于包層為長(zhǎng)條形，為了保持運(yùn)輸過(guò)程的平穩(wěn)，殼外運(yùn)輸系統(tǒng)為一長(zhǎng)方形殼體，殼體可以用行吊車通過(guò)三組吊點(diǎn)吊運(yùn)，包層被固定在殼體內(nèi)的機(jī)械臂上，而殼體本身依靠TF的連接板（UIOS）進(jìn)行定位和固定，包層進(jìn)入真空殼內(nèi)后需要?dú)?nèi)運(yùn)輸系統(tǒng)把包層從裝卸料口運(yùn)到最終的安裝位置，并且完成安裝動(dòng)作和冷卻劑管道的焊接。內(nèi)換料系統(tǒng)分為三個(gè)部分，底部的機(jī)器人、同偏濾器結(jié)構(gòu)類似，因此可以直接通過(guò)下裝卸料口直接進(jìn)入。利用偏濾器軌道運(yùn)動(dòng)，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的齒輪提供動(dòng)力，主要的作用是支撐換料系統(tǒng)的重量、利用機(jī)械臂焊接下部的冷卻劑管道；上部的系統(tǒng)同ITER原有的IVT類似，包括軌道、軌道支撐系統(tǒng)和機(jī)器人系統(tǒng)，上部系統(tǒng)主要的作用是輔助導(dǎo)向和利用機(jī)械臂焊接頂部的冷卻劑管道。主機(jī)器人利用框架上下移動(dòng)，負(fù)責(zé)挾持包層和把包層固定到內(nèi)層壁上。本發(fā)明的次臨界包層換料系統(tǒng)，所述框架由六段框架塊連接而成，其中每個(gè)框架塊的高度為1200mm；在上滑形軌道上開(kāi)設(shè)有在圓周上夾角為20°的開(kāi)口。由于采用了上述結(jié)構(gòu)，下兩個(gè)機(jī)器人通過(guò)六段框架結(jié)構(gòu)連接成一個(gè)整體，共同環(huán)向運(yùn)動(dòng)，負(fù)責(zé)把包層從裝卸料口運(yùn)送到指定位置。單獨(dú)的每個(gè)框架高度為1200mm，可以通過(guò)下port進(jìn)入并利用主機(jī)器人逐段搭建；其中軌道預(yù)留20度角的開(kāi)口，用于包層的進(jìn)出。本發(fā)明的次臨界包層換料系統(tǒng)的換料方法，包括外包層入殼過(guò)程、內(nèi)包層入殼過(guò)程以及內(nèi)部運(yùn)輸安裝過(guò)程；其中外包入殼過(guò)程為：（a）、機(jī)械臂將外包層旋轉(zhuǎn)至合適角度；（b）、機(jī)械臂將外包層向下移至與周向磁體接觸；（c）、通過(guò)機(jī)械臂將外包層延其彎曲的方向向下旋轉(zhuǎn)；（d）、繼續(xù)下移外包層直至完全進(jìn)入；其中內(nèi)包層入殼過(guò)程為：（a）、機(jī)械臂將內(nèi)包層向下移至與周向磁體接觸；（b）、通過(guò)機(jī)械臂將內(nèi)包層向真空殼內(nèi)平移；（c）、通過(guò)機(jī)械臂將內(nèi)包層向下平移至完全進(jìn)入；其中內(nèi)部運(yùn)輸安裝過(guò)程為：內(nèi)、外包層進(jìn)入真空殼內(nèi)后，主機(jī)器人逐段將其搭建并壓向真空殼的內(nèi)層壁上，通過(guò)焊接機(jī)器人完成內(nèi)外包層以及冷卻劑管道的焊接。由于采用了上述方法，可通過(guò)遠(yuǎn)程控制機(jī)械臂和機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)換料系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，保證操作人員的安全，降低了包層模塊的安裝難度，有利于后期的檢修、維護(hù)以及換料。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：1、本發(fā)明的次臨界包層換料系統(tǒng)及其換料方法，克服ITER小模塊管匯復(fù)雜，流阻大，換熱效率低，及小模塊換料方式的換料效率低，換料過(guò)程復(fù)雜，對(duì)長(zhǎng)條形能源模塊難以更換的缺點(diǎn)；2、本發(fā)明的次臨界包層換料系統(tǒng)及其換料方法，減小了管內(nèi)流體阻力，增大了單個(gè)包層模塊的流量，提高了ITER裂變聚變混合堆次臨界包層的熱交換能力；降低了包層模塊的安裝難度，有利于后期的檢修、維護(hù)以及換料。附圖說(shuō)明本發(fā)明將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中：圖1和圖2是本發(fā)明中設(shè)有殼輸送系統(tǒng)的真空殼的示意圖；圖3是本發(fā)明中真空殼的局部示意圖；圖4是本發(fā)明中裝卸料口的密封結(jié)構(gòu)；圖5、圖6和圖7是本發(fā)明中外包層入殼的過(guò)程圖；圖8、圖9和圖10是本發(fā)明中內(nèi)包層入殼的過(guò)程圖；圖11和圖12是本發(fā)明中殼內(nèi)運(yùn)輸系統(tǒng)的示意圖。圖中標(biāo)記：1-真空殼，2-裝卸料口，3-機(jī)械臂，4-連接板，5-殼外運(yùn)輸系統(tǒng)，6-上接口，7-附屬屏蔽塊，8-屏蔽塊，9-螺栓與法蘭面，10-密封條，11-外包層，12-內(nèi)包層，13-偏濾器軌道，14-上滑形軌道，15-主機(jī)器人，16-上部系統(tǒng)，17-下部系統(tǒng)。具體實(shí)施方式本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說(shuō)明書(shū)（包括任何附加權(quán)利要求、摘要）中公開(kāi)的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。如圖1至圖12所示，本發(fā)明的次臨界包層換料系統(tǒng)，在真空殼1上設(shè)有18個(gè)連接板4，所述連接板4由相互對(duì)稱的兩連接板模塊螺栓連接而成，其特征在于：在其中一個(gè)連接板4的兩個(gè)連接板模塊之間增設(shè)有TF上連接板，所述TF上連接板位于兩TF線圈之間，且所述TF上連接板與兩側(cè)的連接板模塊通過(guò)螺栓連接；所述TF上連接板上開(kāi)設(shè)有連通真空殼1內(nèi)外的裝卸料口2。其中所述真空殼1包含有內(nèi)、外兩層，所述裝卸料口2的下側(cè)擴(kuò)展至內(nèi)層，裝卸料口2的上側(cè)擴(kuò)展至真空殼1的上接口6處，并與原上接口6處的外附屬屏蔽塊7齊平；在裝卸料口2處的真空殼1內(nèi)部設(shè)置的屏蔽塊8與真空殼1相匹配，所述屏蔽塊8與裝卸料口2的冷卻管道通過(guò)裝卸料口2的側(cè)壁通向上接口6。其中所述屏蔽塊8的上部與裝卸料口2分別設(shè)為相互匹配的法蘭面，所述屏蔽塊8在裝卸料口2處通過(guò)螺栓與密封環(huán)形成第一道密封；所述屏蔽塊8上方設(shè)置的金屬板密封焊接于裝卸料口2上形成第二道密封。其中所述真空殼1上設(shè)有殼外運(yùn)輸器和殼內(nèi)運(yùn)輸器，所述殼外運(yùn)輸器設(shè)于真空殼1上的裝卸料口2處，所述殼外運(yùn)輸器包括長(zhǎng)方形的殼體和可固定內(nèi)外包層的機(jī)械臂3，所述殼體連接于裝卸料口2處，所述機(jī)械臂3設(shè)于殼體內(nèi)；所述殼內(nèi)運(yùn)輸器包括設(shè)于真空殼1內(nèi)的偏濾器軌道13和上滑形軌道14，所述偏濾器軌道13上匹配有下部系統(tǒng)17，所述下部系統(tǒng)17上設(shè)置的電機(jī)驅(qū)動(dòng)通過(guò)齒輪與偏濾器軌道13配合提供動(dòng)力，所述上滑形軌道14上匹配有上部系統(tǒng)16，所述上部系統(tǒng)16上設(shè)置有焊接機(jī)器人，所述上部系統(tǒng)16與下部系統(tǒng)17之間通過(guò)框架連接，所述框架上設(shè)有可相對(duì)移動(dòng)的主機(jī)器人15。其中所述框架由六段框架塊連接而成，其中每個(gè)框架塊的高度為1200mm；在上滑形軌道14上開(kāi)設(shè)有在圓周上夾角為20°的開(kāi)口。本發(fā)明的次臨界包層換料系統(tǒng)的換料方法，它包括外包層入殼過(guò)程、內(nèi)包層入殼過(guò)程以及內(nèi)部運(yùn)輸安裝過(guò)程；如圖5至圖7所示，其中外包入殼過(guò)程為：a、機(jī)械臂3將外包層11旋轉(zhuǎn)至合適角度；b、機(jī)械臂3將外包層11向下移至與周向磁體接觸；c、通過(guò)機(jī)械臂3將外包層11延其彎曲的方向向下旋轉(zhuǎn)；d、繼續(xù)下移外包層11直至完全進(jìn)入；如圖8至圖10所示，其中內(nèi)包層入殼過(guò)程為：a、機(jī)械臂3將內(nèi)包層12向下移至與周向磁體接觸；b、通過(guò)機(jī)械臂3將內(nèi)包層12向真空殼1內(nèi)平移；c、通過(guò)機(jī)械臂3將內(nèi)包層12向下平移至完全進(jìn)入；如圖11和圖12所示，其中內(nèi)部運(yùn)輸安裝過(guò)程為：內(nèi)、外包層進(jìn)入真空殼1內(nèi)后，主機(jī)器人15逐段將其搭建并壓向真空殼1的內(nèi)層壁上，通過(guò)焊接機(jī)器人完成內(nèi)外包層以及冷卻劑管道的焊接。綜上，本發(fā)明的次臨界包層換料系統(tǒng)及其換料方法，克服ITER小模塊管匯復(fù)雜，流阻大，換熱效率低，及小模塊換料方式的換料效率低，換料過(guò)程復(fù)雜，對(duì)長(zhǎng)條形能源模塊難以更換的缺點(diǎn)；減小了管內(nèi)流體阻力，增大了單個(gè)包層模塊的流量，提高了ITER裂變聚變混合堆次臨界包層的熱交換能力；降低了包層模塊的安裝難度，有利于后期的檢修、維護(hù)以及換料。本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書(shū)中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過(guò)程的步驟或任何新的組合。