適用于east托卡馬克裝置可調(diào)壓儲(chǔ)氣容器及全自動(dòng)噴氣系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及EAST托卡馬克裝置領(lǐng)域，具體是一種適用于EAST托卡馬克裝置可調(diào)壓儲(chǔ)氣容器及全自動(dòng)噴氣系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]能源與人類的生存和生活密切相關(guān)，能源是推動(dòng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的保障?，F(xiàn)在，人類社會(huì)面臨巨大的能源危機(jī):地球上的化石燃料資源有限、不可再生，而且大量使用容易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，風(fēng)能與水能等清潔能源也遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了人類的需求。至于裂變能，則面臨材料有限，核燃料和核廢料均為長壽命放射性較強(qiáng)的元素，而且核裂變反應(yīng)堆存在核事故的潛在危險(xiǎn)等問題。正因此，目前世界上的一些國家的科學(xué)家們正在努力尋找可持續(xù)利用的新型能源，受控核聚變能就是其中比較理想的能源之一。
[0003]目前全世界對(duì)于受控核聚變所研宄的熱點(diǎn)集中于托克馬克磁約束聚變裝置的研宄，并且對(duì)于這么大的一項(xiàng)人類工程全世界都采取相互公開互補(bǔ)保守的原則，這為研宄帶來了良好的合作條件。
[0004]本發(fā)明是為磁約束聚變裝置(EAST)上束發(fā)射光譜所用，束發(fā)射光譜是EAST上監(jiān)測(cè)內(nèi)部電子溫度、電子密度的關(guān)鍵診斷，它可以利用不同雜質(zhì)激發(fā)的譜線結(jié)合其雜質(zhì)所特有的碰撞輻射模型從而反演出所需要的物理信息。為了向EAST中引入雜質(zhì)就是本發(fā)明所要闡明的。為了完成整個(gè)工程，主要需要解決下面三個(gè)技術(shù)問題。
[0005]I)磁約束聚變裝置內(nèi)部處于極端惡劣的環(huán)境條件下，內(nèi)部存在著高磁場(chǎng)(2.5T)、高真空度O、高真空室壁溫度(200)、高溫等離子體(5)。因此對(duì)于噴氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及制造要求相當(dāng)嚴(yán)格。
[0006]2)噴氣系統(tǒng)中首先需要滿足的是噴氣量要足夠的小，這樣才不會(huì)對(duì)EAST的內(nèi)部真空度帶來影響；其次為了滿足噴氣嘴噴出的氣體能夠有一定的速度這樣才可以打入高溫等離子體內(nèi)部，需要將噴氣嘴的背壓比做夠的小，即在小的壓強(qiáng)下也可以噴出需要的氣體速度；最后為了滿足精確的控制進(jìn)氣，需要將高速壓電閥置于真空室內(nèi)部，這樣就需要對(duì)高速壓電閥進(jìn)行水冷以及電磁屏蔽處理。
[0007]3)因?yàn)镋AST裝置運(yùn)行期間周圍會(huì)存在輻射，所以整套系統(tǒng)應(yīng)滿足可以遠(yuǎn)程操作，并且為了保證EAST運(yùn)行期間控制不至于受外部網(wǎng)絡(luò)影響，所以整個(gè)裝置周圍控制電腦所用網(wǎng)絡(luò)均為內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，嚴(yán)禁與外網(wǎng)接通。
[0008]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的是提供一種適用于EAST托卡馬克裝置可調(diào)壓儲(chǔ)氣容器及全自動(dòng)噴氣系統(tǒng)，以滿足EAST托卡馬克裝置物理參數(shù)獲得的需求。
[0009]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
適用于EAST托卡馬克裝置可調(diào)壓儲(chǔ)氣容器及全自動(dòng)噴氣系統(tǒng)，其特征在于:包括有儲(chǔ)氣容器，儲(chǔ)氣容器上開有四個(gè)刀口式法蘭口，每個(gè)刀口式法蘭分別連接有管接頭，其中第一個(gè)管接頭通過密封焊接與不銹鋼管路連通，不銹鋼管路中通過螺紋依次連接有三通、刀口式密封連接噴氣角閥后，再密封焊連接有隔熱絕緣陶瓷，不銹鋼管路尾部通過密封焊接與一個(gè)不銹鋼電磁屏蔽保護(hù)盒接通，不銹鋼電磁屏蔽保護(hù)盒內(nèi)部通過螺紋固定安裝有高速壓電閥，高速壓電閥四周密集纏繞有銅管，且銅管兩端通過手動(dòng)閥門與外界水源連通形成循環(huán)管路，由外界水源向銅管內(nèi)部通冷卻去離子水，且去離子水由下位置銅管進(jìn)入后再由上位置銅管排出形成回路帶走熱量，高速壓電閥后端通過螺紋連接蜂窩狀噴嘴，蜂窩狀噴嘴與EAST大裝置直接連通實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)噴氣，且不銹鋼電磁屏蔽保護(hù)盒外加開一手動(dòng)閥門起到緊急抽氣口的作用，第二路管接頭上通過刀口式法蘭密封連接有規(guī)管以監(jiān)測(cè)氣體倉內(nèi)部壓強(qiáng)，第三路管接頭通過密封焊接與另一不銹鋼管路連通，第三路管接頭上不銹鋼管路通過螺紋依次連接三通、氧氣減壓閥后再與壓縮氣體罐連通，在第三路管接頭上不銹鋼管路中還安裝刀口式密封連接噴氣角閥來控制氣路的關(guān)斷，第四路管接頭通過密封焊接連通有不銹鋼管路，第四路管接頭上不銹鋼管路后端通過螺紋連接三通，第四路管接頭上不銹鋼管路后端三通右端與噴氣角閥刀口式密封連接，第四路管接頭上不銹鋼管路后端三通左端依次與分子泵機(jī)組、機(jī)械泵機(jī)組抽氣口可拆卸式法蘭口密封連接，第四路管接頭上不銹鋼管路后端三通上端與規(guī)管刀口式密封連接。
[0010]所述的適用于EAST托卡馬克裝置可調(diào)壓儲(chǔ)氣容器及全自動(dòng)噴氣系統(tǒng)，其特征在于:還包括一高度集成控制機(jī)箱，機(jī)箱內(nèi)包含一小型工控機(jī)、一塊NI控制板卡、一塊220v交流電轉(zhuǎn)24v直流電線性電源、兩塊由5v直流電控制一通道24v直流電轉(zhuǎn)六通道24v直流電關(guān)斷、兩塊由5v直流電控制24v直流電轉(zhuǎn)90v直流電關(guān)斷、六路24v直流電控制電磁閥用作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制氣路的通斷、以及一塊由Labview控制程序所控制的給風(fēng)扇，實(shí)現(xiàn)對(duì)上述高度集成機(jī)箱的實(shí)時(shí)降溫；所有的噴氣角閥上高壓控制氣體與電磁閥控制氣路連通，控制氣路上的電磁閥控制信號(hào)通過引線同輸出信號(hào)連接，輸出信號(hào)的輸入端由NI板卡最后連接在工控機(jī)上，規(guī)管上壓強(qiáng)電壓信號(hào)通過引線連接NI板卡最后在工控機(jī)上顯示出來，高速壓電閥上的控制信號(hào)直接輸出信號(hào)上面的90V直流信號(hào)提供，這樣可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制工控機(jī)對(duì)系統(tǒng)中所有的閥門進(jìn)行關(guān)斷，及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓強(qiáng)，利用工控機(jī)上編寫的Labview人機(jī)界面控制NI板卡上面輸出高低電平，從而控制二極管控制電路的輸出信號(hào)，二極管控制電路的輸出信號(hào)一部分用作控制高速壓電閥的通斷，一部分用作控制電磁閥的通斷，電磁閥的通斷控制高壓控制氣體的閉合，這樣最終實(shí)現(xiàn)對(duì)噴氣角閥的控制。
[0011]所述的適用于EAST托卡馬克裝置可調(diào)壓儲(chǔ)氣容器及全自動(dòng)噴氣系統(tǒng)，其特征在于:還包括一由Labview編寫的電氣控制系統(tǒng)，控制版面為人機(jī)界面包括有總控制臺(tái)發(fā)送的兩路信號(hào)，一路作為準(zhǔn)許噴氣信號(hào)，一路作為及時(shí)關(guān)斷噴氣信號(hào)防止在實(shí)驗(yàn)條件不佳的情況下繼續(xù)噴氣；以及控制噴氣時(shí)間、噴氣脈寬、噴氣次數(shù)；遠(yuǎn)程控制抽氣機(jī)組運(yùn)行信號(hào)；最后還包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)氣容器壓強(qiáng)信號(hào)和利用壓強(qiáng)信號(hào)實(shí)時(shí)進(jìn)行抽氣、補(bǔ)氣維持儲(chǔ)氣容器壓強(qiáng)穩(wěn)定。
[0012]所述的適用于EAST托卡馬克裝置可調(diào)壓儲(chǔ)氣容器及全自動(dòng)噴氣系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)中總共采用18路獨(dú)立閥門對(duì)工作氣體進(jìn)行保護(hù)，防止誤操作將氣體注入EAST中，系統(tǒng)先得到總控制臺(tái)準(zhǔn)許信號(hào)且實(shí)驗(yàn)條件良好信號(hào)后，氣動(dòng)角閥處于常開狀態(tài)，前端高速壓電閥接收到實(shí)驗(yàn)人員設(shè)定信號(hào)實(shí)現(xiàn)噴氣的次數(shù)、脈寬和時(shí)間上的控制。
[0013]所述的適用于EAST托卡馬克裝置可調(diào)壓儲(chǔ)氣容器及全自動(dòng)噴氣系統(tǒng)，其特征在于:還包括一套小型壓電閥水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)由一四方體外殼包裹，外殼起到屏蔽盒以及保護(hù)盒的作用，殼體內(nèi)部六面用銅管密集纏繞，銅管內(nèi)通冷卻去離子水一方面起到防止電磁干擾一方面起到使壓電閥降溫的效果。
[0014]所述的適用于EAST托卡馬克裝置可調(diào)壓儲(chǔ)氣容器及全自動(dòng)噴氣系統(tǒng)，其特征在于:所述水冷系統(tǒng)外殼采用5毫米厚316L材質(zhì)不銹鋼制成，保護(hù)內(nèi)部水冷系統(tǒng)以及防止外部電磁干擾；殼體內(nèi)水冷系統(tǒng)采用熱沉式結(jié)構(gòu)將通去離子水的銅管密集纏繞在殼體的六個(gè)面上最大化的實(shí)現(xiàn)降溫效果。
[0015]所述的適用于EAST托卡馬克裝置可調(diào)壓儲(chǔ)氣容器及全自動(dòng)噴氣系統(tǒng)，其特征在于:儲(chǔ)氣容器與壓縮氣體罐連接管路中安裝的氧氣減壓閥，壓縮氣體經(jīng)氧氣減壓閥減壓后進(jìn)入儲(chǔ)氣容器，氧氣減壓閥包括殼體、閥芯、調(diào)節(jié)塊及彈性體，閥芯置于殼體內(nèi)部，殼體具有用于引導(dǎo)氣體進(jìn)入殼體內(nèi)部的導(dǎo)氣口及連接殼體內(nèi)部和儲(chǔ)氣容器的氣道，閥芯具有密封端和調(diào)節(jié)端，彈性體置于調(diào)節(jié)塊和閥芯的調(diào)節(jié)端之間，調(diào)節(jié)塊與殼體固定，閥芯具有第一位置和第二位置，在第一位置，閥芯的密封端封閉氣道和導(dǎo)氣口 ；在第二位置，閥芯的密封端離開氣道和導(dǎo)氣口。
[0016]所述的適用于EAST托卡馬克裝置可調(diào)壓儲(chǔ)氣容器及全自動(dòng)噴氣系統(tǒng)，其特征在于:還包括兩路蜂窩狀噴氣嘴；其蜂窩狀噴氣嘴由一外徑8毫米316L材質(zhì)不銹鋼管內(nèi)部安裝340根外徑0.21毫米316L材質(zhì)不銹鋼毛細(xì)管壓制而成，這樣可以保證噴氣的準(zhǔn)直性以及小的噴氣量。
[0017]所述的適用于EAST托卡馬克裝置可調(diào)壓儲(chǔ)氣容器及全自動(dòng)噴氣系統(tǒng)，其特征在于:還包括兩路5v直流電控制220v交流電繼電器，用作遠(yuǎn)程控制分子泵、機(jī)械泵的關(guān)斷。
[0018]本發(fā)明的可調(diào)壓儲(chǔ)氣容器及全自動(dòng)噴氣系統(tǒng)，適用于EAST托卡馬克裝置中主動(dòng)注入雜質(zhì)，可以測(cè)量EAST邊界區(qū)域的電子密度、電子溫度、相關(guān)漲落的時(shí)空分布演化以及邊界相關(guān)模式的演化，并可以用于主動(dòng)注入雜質(zhì)以觀測(cè)EAST參數(shù)變化等。
[0019]本發(fā)明集成度高，操作界面簡潔易行，且可以滿足高真空，高磁場(chǎng)，高溫度的惡劣環(huán)境，同時(shí)獨(dú)有的噴嘴具有噴氣量小、噴氣準(zhǔn)直性好的優(yōu)點(diǎn)，最后整體系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)網(wǎng)遠(yuǎn)程操作既可以實(shí)現(xiàn)高精度、高穩(wěn)定性運(yùn)行也防止了電磁輻射對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的危害，為EAST物理實(shí)驗(yàn)提供了良好的條件。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)總裝圖。
[0021 ] 圖2為壓電閥水冷系統(tǒng)剖視圖。
[0022]圖3為控制機(jī)箱俯視圖簡圖。
[0023]圖4為Labview電氣控制系統(tǒng)邏輯圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1、圖2和圖3所示，適用于EAST托卡馬克裝置可調(diào)壓儲(chǔ)氣容器及全自動(dòng)噴氣系統(tǒng)，包括有儲(chǔ)氣容器13，儲(chǔ)氣容器13上開有四個(gè)刀口式法蘭口，每個(gè)刀口式法蘭分別連接有管接頭14，其中第一個(gè)管接頭通過密封焊接與不銹鋼管路4連通，不銹鋼管路4中通過螺紋依次連接有三通121、刀口式密封連接噴氣角閥71后，再密封焊連接有隔熱絕緣陶瓷6，不銹鋼管路4尾部通過密封焊接與一個(gè)不銹鋼電磁屏蔽保護(hù)盒2接通，不銹鋼電磁屏蔽保護(hù)盒2內(nèi)部通過螺紋固定安裝有高速壓電閥19，高速壓電閥19四周密集纏繞有銅管5，且銅管5兩端通過手動(dòng)閥門與外界水源10連通形成循環(huán)管路，由外界水源10向銅管內(nèi)部通冷卻去離子水11，且去離子水11由下位置銅管51進(jìn)入后再由上位置銅管5 2排出形成回路帶走熱量，高速壓電閥19后端通過螺紋連接蜂窩狀噴嘴3，蜂窩狀噴嘴3與EAST大裝置I直接連通實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)噴氣，且不銹鋼電磁屏蔽保護(hù)盒2外加開一手動(dòng)閥門82