聚变堆包层装配方法 |
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申请号 | CN202410061966.X | 申请日 | 2024-01-16 | 公开(公告)号 | CN117877765A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
申请人 | 中国科学院合肥物质科学研究院; | 发明人 | 雷明准; 宋云涛; 顾永奇; 黄雄一; | ||||
摘要 | 本 发明 涉及 核聚变 设备施工技术领域,公开了一种聚变堆包层装配方法, 真空 室包括数量为n‑1个的第一环瓣、以及数量为1个的第二环瓣;聚变堆包层装配方法包括:合环连接各第一环瓣,以形成近合环真空室;在近合环真空室内搭建装配平台,装配平台包括运载工装;将包层的各部件吊装至运载工装,将包层安装在各第一环瓣的内壁上;拆除装配平台,合环连接第二环瓣,以形成环状真空室;搭建运送轨道与辅助工装;将包层的各部件通过运送轨道输送至辅助工装,将包层安装在第二环瓣的内壁上;拆除辅助工装和运送轨道。将包层的装配分为两个阶段,整体装配效率高,对聚变堆的结构设计限制小,适用范围更广。 | ||||||
权利要求 | 1.一种聚变堆包层装配方法,其特征在于,包层安装于真空室内壁;所述真空室包括数量为n‑1个的第一环瓣、以及数量为1个的第二环瓣;所述聚变堆包层装配方法包括: |
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说明书全文 | 聚变堆包层装配方法技术领域背景技术[0003] 核聚变堆中的聚变反应发生在环状真空室内,在装置运行期间,包层需要承受中子的轰击为聚变提供原料,并接受大量的热核辐射,所以包层是聚变堆的重要核心部件之 一,包层能够顺利进行装配是完成核聚变堆建设中的重要一环。 [0004] 现有的包层装配方法都是先将真空室合环后,通过上窗口进行吊装,或者在中窗口设置轨道,以将包层的各组件送入真空室内进行装配。现有的装配方案对包层与窗口的 设计尺寸有一定的要求,且各组件均通过窗口进行输送,导致包层的装配效率差。 发明内容[0005] 本发明要解决的技术问题是: [0006] 现有的包层装配效率低。 [0007] 为了解决上述技术问题,本发明提供了一种聚变堆包层装配方法,包层安装于真空室内壁;所述真空室包括数量为n‑1个的第一环瓣、以及数量为1个的第二环瓣;所述聚变 堆包层装配方法包括: [0008] 合环连接各所述第一环瓣,以形成近合环真空室; [0009] 在所述近合环真空室内搭建装配平台,所述装配平台包括运载工装; [0010] 将包层的各部件吊装至所述运载工装,以输送至预设安装位置,将所述包层安装在各所述第一环瓣的内壁上; [0011] 拆除所述装配平台,合环连接所述第二环瓣,以形成环状真空室; [0012] 在所述环状真空室的中窗口搭建运送轨道,在所述环状真空室内部组装辅助工装; [0013] 将包层的各部件通过所述运送轨道输送至所述辅助工装内部,将所述包层安装在所述第二环瓣的内壁上; [0014] 拆除所述辅助工装和所述运送轨道。 [0015] 在其中一个实施例中,所述将包层的各部件吊装至所述运载工装,以输送至预设安装位置,将所述包层安装在各所述第一环瓣的内壁上包括: [0016] 在所述第一环瓣的内壁上安装屏蔽块管路; [0017] 将屏蔽块安装在所述第一环瓣的内壁上,将所述屏蔽块管路与所述屏蔽块连接; [0018] 在所述屏蔽块上安装第一壁管路; [0019] 将第一壁安装在所述屏蔽块上,将所述第一壁管路与所述第一壁连接。 [0020] 在其中一个实施例中,所述将屏蔽块安装在所述第一环瓣的内壁上,将所述屏蔽块管路与所述屏蔽块连接包括: [0021] 将所述屏蔽块与支撑工装连接; [0022] 将所述屏蔽块与所述支撑工装一并吊装至所述运载工装上,将所述支撑工装与所述运载工装连接; [0023] 所述运载工装在所述装配平台上移动,以将所述屏蔽块移动至对应安装位置; [0024] 将所述屏蔽块固定在所述第一环瓣的内壁上,将所述屏蔽块管路与所述屏蔽块的冷却剂进出口接头连接; [0025] 拆除所述支撑工装。 [0026] 在其中一个实施例中,所述在所述屏蔽块上安装第一壁管路包括: [0027] 通过弯管工具将第一壁管路调整至适配状态; [0028] 将第一壁管路固定在所述屏蔽块上。 [0029] 在其中一个实施例中,所述将第一壁安装在所述屏蔽块上,将所述第一壁管路与所述第一壁连接包括: [0030] 将所述第一壁的热沉与所述支撑工装连接; [0031] 将所述热沉与所述支撑工装一并吊装至所述运载工装上,将所述支撑工装与所述运载工装连接; [0032] 所述运载工装在所述装配平台上移动,以将所述热沉移动至相对应的所述屏蔽块的安装位置; [0033] 将所述热沉与所述屏蔽块连接固定,将所述第一壁管路与所述热沉的冷却剂进出口接头连接; [0034] 提供第一壁的钨瓦,将所述钨瓦固定在所述热沉上; [0035] 拆除所述支撑工装。 [0036] 在其中一个实施例中,所述在所述近合环真空室内搭建装配平台,所述装配平台包括运载工装中: [0038] 在其中一个实施例中,所述将包层的各部件通过所述运送轨道输送至所述辅助工装内部,将所述包层安装在所述第二环瓣的内壁上包括: [0039] 在所述第二环瓣的内壁上安装屏蔽块管路; [0040] 将屏蔽块安装在所述第二环瓣的内壁上,将所述屏蔽块管路与所述屏蔽块连接; [0041] 在所述屏蔽块上安装第一壁管路; [0042] 将第一壁安装在所述屏蔽块上,将所述第一壁管路与所述第一壁连接。 [0043] 在其中一个实施例中,在所述第二环瓣的内壁上安装屏蔽块管路包括: [0044] 通过所述运送轨道将屏蔽块管路输送至所述环状真空室内; [0045] 将所述屏蔽块管路安装至所述第二环瓣的内壁上。 [0046] 在其中一个实施例中,所述将屏蔽块安装在所述第二环瓣的内壁上,将所述屏蔽块管路与所述屏蔽块连接包括: [0047] 将所述屏蔽块与支撑工装连接; [0048] 将所述屏蔽块与所述支撑工装一并吊装至所述运送轨道上,所述运送轨道将所述屏蔽块与所述支撑工装输送至所述辅助工装上,将所述支撑工装与所述辅助工装连接; [0049] 所述辅助工装将所述屏蔽块移动至对应安装位置; [0050] 将所述屏蔽块固定在所述第二环瓣的内壁上,将所述屏蔽块管路与所述屏蔽块的冷却剂进出口接头连接; [0051] 拆除所述支撑工装。 [0052] 在其中一个实施例中,所述将第一壁安装在所述屏蔽块上,将所述第一壁管路与所述第一壁连接包括: [0053] 将所述第一壁的热沉与所述支撑工装连接; [0054] 将所述热沉与所述支撑工装一并吊装至所述运送轨道上,所述运送轨道将所述热沉与所述支撑工装输送至所述辅助工装上,将所述支撑工装与所述辅助工装连接; [0055] 所述辅助工装将所述热沉移动至相对应的所述屏蔽块的安装位置; [0056] 将所述热沉与所述屏蔽块连接固定,将所述第一壁管路与所述热沉的冷却剂进出口接头连接; [0057] 提供第一壁的钨瓦,将所述钨瓦固定在所述热沉上; [0058] 拆除所述支撑工装。 [0059] 上述聚变堆包层装配方法与现有技术相比,其有益效果在于: [0060] 将包层的装配分为两个阶段,分别为近合环真空室阶段与环状真空室阶段,近合环真空室阶段由于第二环瓣未合环连接,进而可以实现在近合环真空室内搭建装配平台与 运载工装,且可通过第二环瓣位置进行直接吊装,不需要将各部件自环瓣上的窗口送入,极 大提高包层的装配效率。安装完第一部分的包层后,再将第二环瓣合环连接,对最后一个第 二环瓣内壁装配包层即可,整体装配效率高,对聚变堆的结构设计限制小,适用范围更广。 附图说明 [0061] 图1本发明一实施方式的聚变堆包层装配方法中,近合环真空室状态下安装包层的结构示意图; [0062] 图2为真空室的截面示意图; [0063] 图3为在第二环瓣内壁安装包层的结构示意图。 [0064] 附图中标号的含义为: [0065] 10、近合环真空室;11、第一环瓣;15、扇形缺口; [0066] 20、装配平台;21、运载工装; [0067] 30、包层;31、屏蔽块;32、第一壁; [0068] 40、第二环瓣; [0069] 50、运送轨道;51、辅助工装。 具体实施方式[0070] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发 明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不 违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。 [0071] 在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必 须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。 [0072] 此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者 隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三 个等,除非另有明确具体的限定。 [0073] 在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连 接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内 部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员 而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0074] 在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在 第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示 第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第 一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。 [0075] 需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以 是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平 的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施 方式。 [0076] 请参阅图1至3,包层30安装于真空室内壁上;真空室包括数量为n‑1个的第一环瓣11、以及数量为1个的第二环瓣40。 [0077] 本发明一实施方式的聚变堆包层装配方法包括: [0078] S1:合环连接各第一环瓣11,以形成近合环真空室10; [0079] S2:在近合环真空室10内搭建装配平台20,装配平台20包括运载工装21; [0080] S3:将包层30的各部件吊装至运载工装21,以输送至预设安装位置,将包层30安装在各第一环瓣11的内壁上; [0081] S4:拆除装配平台20,合环连接第二环瓣40,以形成环状真空室; [0082] S5:在环状真空室的中窗口搭建运送轨道50,在环状真空室内部组装辅助工装51; [0083] S6:将包层30的各部件通过运送轨道50输送至辅助工装51内部,将包层30安装在第二环瓣40的内壁上; [0084] S7:拆除辅助工装51和运送轨道50。 [0085] 真空室的内壁在装配包层30的过程中分为两个施工阶段。第一个阶段由各第一环瓣11合环连接,形成的近合环真空室10,此阶段由于第二环瓣40未合环,所以近合环真空室 10在第二环瓣40的位置处形成扇形缺口15,实现对装配平台20与运载工装21的安装,也可 以方便对各部件的吊装操作,而且通过装配平台20设置多个运载工装21,实现对多个不同 位置处的包层30同步安装,极大提高包层30的安装效率。在第一环瓣11内装配完包层30后, 即可进入第二阶段,将第二环瓣40与第一环瓣11连接完成合环,形成完整的环状真空室,此 阶段的环状真空室内部只需要对第二环瓣40的内侧装配包层30即可,通过在第二环瓣40的 中窗口位置搭建运送轨道50配合辅助工装51,即可对第二环瓣40的内壁装配包层30。整体 包层30的装配效率高,且适合各种规模的聚变堆使用,适用范围更广,对聚变堆的结构设计 限制小,更有利于设计结构的施工与实现。 [0086] 进一步地,在步骤S1中,第一环瓣11呈扇形圆弧状,各第一环瓣11依次合环连接,形成具有一个扇形缺口15的环状结构,即近合环真空室10。可以理解地,此处的第一环瓣11 的具体数量不进行限制,保证各扇形的第一环瓣11可拼合成圆环状即可。在本实施例中,该 真空室共计8个环瓣,其中第一环瓣11为7个,第二环瓣40为1个。 [0087] 进一步地,在步骤S2中,装配平台20的组件自近合环真空室10的扇形缺口15处吊装,装配平台20呈环形状,装配平台20设置在近合环真空室10内。请参阅图2,在环瓣的截面 方向上,环瓣呈“D”字形状设置,环瓣的内壁上装配有9个包层30,包层30的形状对应环瓣对 应位置的曲面形状。装配过程中,包层30在环瓣截面方向上自上而下安装,并且包层30沿环 形轨迹安装在各第一环瓣11的内壁上。参阅图2中,将各包层30沿顺时针方向依次标记为A1 至A9,则安装顺序为A4、A5、A6、A3、A7、A2、A1、A8、A9;先安装各第一环瓣11对应A4位置处的 包层30后,再安装各第一环瓣11对应A5位置处的包层30,以此类推。 [0088] 进一步地,在步骤S2中,该装配平台20为可拆分的层状结构,以实现随着包层30安装高度的降低,装配平台20的高度也对应变化。可以理解地,该运载工装21为多自由度可移 动的机械臂,此处不对具体的运载工装21的结构进行限制,保证运载工装21可以对包层30 的组件进行输送,并可以辅助人员对包层30的组件安装位置进行调节即可。该运载工装21 可设置有多个,以保证同时对多个位置处的包层30进行同步安装,以提高装配效率。在本实 施例中,该装配平台20与近合环真空室10顶部之间的距离为2米至3米,装配平台20与近合 环真空室10侧壁之间的距离为8厘米至12厘米;此处的装配平台20的尺寸为最高层距离近 合环真空室10内壁的尺寸数据。 [0089] 进一步地,步骤S3包括: [0090] S31:在所述第一环瓣11的内壁上安装屏蔽块管路; [0091] S32:将屏蔽块31安装在所述第一环瓣11的内壁上,将所述屏蔽块管路与所述屏蔽块31连接; [0092] S33:在所述屏蔽块31上安装第一壁管路; [0093] S34:将第一壁32安装在所述屏蔽块31上,将所述第一壁管路与所述第一壁32连接。 [0094] 进一步地,在步骤S31中,屏蔽块管路的质量相对较轻,可通过吊装的方式直接运送给装配平台20上的施工人员,也可以吊装至运载工装21上,由运载工装21输送至指定的 安装位置。施工人员根据管路的装配与焊接要求,将屏蔽块管路随包层30的装配进度依次 焊接固定,最终屏蔽块管路自真空室的上下颈管引出真空室并入制冷系统。 [0095] 进一步地,步骤S32包括: [0096] S321:将所述屏蔽块31与支撑工装连接; [0097] S322:将所述屏蔽块31与所述支撑工装一并吊装至所述运载工装21上,将所述支撑工装与所述运载工装21连接; [0098] S323:所述运载工装21在所述装配平台20上移动,以将所述屏蔽块31移动至对应安装位置; [0099] S324:将所述屏蔽块31固定在所述第一环瓣11的内壁上,将所述屏蔽块管路与所述屏蔽块31的冷却剂进出口接头连接; [0100] S325:拆除所述支撑工装。 [0101] 该包层30包括屏蔽块31与第一壁32,第一壁32设置在屏蔽块31靠近真空室内部的一侧,屏蔽块31固定在真空室的内壁上。由于屏蔽块31的质量较重,所以需要运载工装21辅 助施工人员对屏蔽块31的安装位进行调节,再由施工人员将屏蔽块31固定在真空室的内壁 上。由于不同位置处的屏蔽块31形状不同,所以支撑工装需要根据不同位置的屏蔽块31形 状进行设计,支撑工装用于将屏蔽块31与运载工装21连接。 [0102] 进一步地,步骤S33包括: [0103] S331:通过弯管工具将第一壁管路调整至适配状态; [0104] S332:将第一壁管路固定在所述屏蔽块31上。 [0105] 该屏蔽块31内部设置有管路,管路的两端分别为冷却剂进口接头与冷却剂出口接头,冷却剂进口接头与冷却剂出口接头统称为冷却剂进出口接头。冷却剂进出口接头对应 设置在屏蔽块31的外表面上。将冷却剂进出口接头与固定在真空室内壁上的屏蔽块管路连 接。 [0106] 进一步地,步骤S34包括: [0107] S341:将所述第一壁32的热沉与所述支撑工装连接; [0108] S342:将所述热沉与所述支撑工装一并吊装至所述运载工装21上,将所述支撑工装与所述运载工装21连接; [0109] S343:所述运载工装21在所述装配平台20上移动,以将所述热沉移动至相对应的所述屏蔽块31的安装位置; [0110] S344:将所述热沉与所述屏蔽块31连接固定,将所述第一壁管路与所述热沉的冷却剂进出口接头连接; [0111] S345:提供第一壁32的钨瓦,将所述钨瓦固定在所述热沉上; [0112] S346:拆除所述支撑工装。 [0113] 该第一壁32包括热沉与钨瓦。热沉为第一壁32的主要承载部件,钨瓦设置在第一壁32靠近真空室内部方向的一侧。该第一壁32与屏蔽块31的形状相对应,安装屏蔽块31所 使用的支撑工装可在安装第一壁32过程中继续使用。该热沉内部也埋设有冷却管路,冷却 管路的两端分别为冷却剂进口接头与冷却剂出口接头,热沉的冷却剂进出口接头与第一壁 管路连接。 [0114] 重复上述S3的步骤对各包层30进行安装,在各第一环瓣11的内壁装配完成包层30后,进入步骤S4。 [0115] 进一步地,步骤S4中,将装配平台20自近合环真空室10内拆除;再将第二环瓣40安装至近合环真空室10的扇形缺口15位置处,实现第一环瓣11与第二环瓣40的合环操作,形 成完整的环状真空室。可以理解地,第二环瓣40与第一环瓣11的形状与结构相同,第二环瓣 40内的包层30结构也可以与第一环瓣11内的包层30结构相同。 [0116] 进一步地,步骤S5中,请参阅图3,在第二环瓣40中窗口位置处搭建运送轨道50,运送轨道50用于将部件输送至真空室内;并在真空室内组装辅助工装51,辅助工装51用于辅 助施工人员对部件的安装位置进行调节,进而再由施工人员进行固定,以将包层30装配在 第二环瓣40的内壁上。可以理解地,辅助工装51为多自由度的机械手,此处不对辅助工装51 的具体结构进行限制,保证辅助工装51可以对包层30安装位置进行调节即可。 [0117] 进一步地,步骤S6包括: [0118] S61:在所述第二环瓣40的内壁上安装屏蔽块管路; [0119] S62:将屏蔽块31安装在所述第二环瓣40的内壁上,将所述屏蔽块管路与所述屏蔽块31连接; [0120] S63:在所述屏蔽块31上安装第一壁管路; [0121] S64:将第一壁32安装在所述屏蔽块31上,将所述第一壁管路与所述第一壁32连接。 [0122] 在第二环瓣40的内壁安装包层30的施工步骤与在第一环瓣11的内壁安装包层30的施工步骤相同,此处不再赘述。 [0123] 进一步地,步骤S61包括: [0124] S611:通过所述运送轨道50将屏蔽块管路输送至所述环状真空室内; [0125] S612:将所述屏蔽块管路安装至所述第二环瓣40的内壁上。 [0126] 进一步地,步骤S62包括: [0127] S621:将所述屏蔽块31与支撑工装连接; [0128] S622:将所述屏蔽块31与所述支撑工装一并吊装至所述运送轨道50上,所述运送轨道50将所述屏蔽块31与所述支撑工装输送至所述辅助工装51上,将所述支撑工装与所述 辅助工装51连接; [0129] S623:所述辅助工装51将所述屏蔽块31移动至对应安装位置; [0130] S624:将所述屏蔽块31固定在所述第二环瓣40的内壁上,将所述屏蔽块管路与所述屏蔽块31的冷却剂进出口接头连接; [0131] S625:拆除所述支撑工装。 [0132] 进一步地,步骤S63包括: [0133] S631:通过运送轨道50将第一壁管路输送至所述环状真空室内; [0134] S632:通过弯管工具将第一壁管路调整至适配状态; [0135] S633:将第一壁管路固定在所述屏蔽块31上。 [0136] 进一步地,步骤S64包括: [0137] S641:将所述热沉与所述支撑工装一并吊装至所述运送轨道50上,所述运送轨道50将所述热沉与所述支撑工装输送至所述辅助工装51上,将所述支撑工装与所述辅助工装 51连接; [0138] S642:所述辅助工装51将所述热沉移动至相对应的所述屏蔽块31的安装位置; [0139] S643:将所述热沉与所述屏蔽块31连接固定,将所述第一壁管路与所述热沉的冷却剂进出口接头连接; [0140] S644:提供第一壁32的钨瓦,将所述钨瓦固定在所述热沉上; [0141] S645:拆除所述支撑工装。 [0142] 重复上述S6的步骤,将各包层30装配至第二环瓣40的内壁上。待全部包层30安装完成后,进入步骤S7,对辅助工装51与运送轨道50进行拆除,完成真空室内的包层30装配任 务。 [0143] 综上,本发明实施例提供一种聚变堆包层装配方法,其有益效果在于: [0144] 将包层30的装配分为两个阶段,分别为近合环真空室10阶段与环状真空室阶段,近合环真空室10阶段由于第二环瓣40未合环连接,进而可以实现在近合环真空室10内搭建 装配平台20与运载工装21,且可通过第二环瓣40位置进行直接吊装,不需要将各部件自环 瓣上的窗口送入,极大提高包层30的装配效率。安装完第一部分的包层30后,再将第二环瓣 40合环连接,对最后一个第二环瓣40内壁装配包层30即可,整体装配效率高,对聚变堆的结 构设计限制小,适用范围更广。 [0145] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存 在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。 |