Блок обмотки тороидального магнитного поля термоядерной установки типа токамак

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИ ПУБЛИК Е ИЗОБРЕТЕНИ ИЛЕ ХЕЛ(72) Крылов ВА; Сойкин В.ФТопориков Ю.П, (56) Комар Е,Г. и др. Инженерные вопросы создания экспериментальной установки "Токамак". Доклады Всесоюзного совещания по инженерным проблемам термоядерного синтеза. Ленинград 26 - 28 июля 1974, - Л,: НИИЭФА 1975, т.1, с 118,Авторское свидетельство СССР й 1147188, кл, 6 218 1/00, 1983,(4) БЛОК ОБМОТКИ ТОРОИДАЛЬНОГО МАГ. НИТНОГО ПОЛЯ ТЕРМОЯДЕРНОЙ УСТАНОВКИ ТИПА ТОКАМАК(57) Использование: магнитные системы термоя-. дерных установок типа токамак Сущность изобретения: в блоке обмотки тороидапьного поля тока- мака катушка выполнена в виде одновитковой композитной секции, составленной иэ токоведущего контура с выводными концами и охватывающего его силового бандажа, находящегося под одним электрическим потенциалом с токоведущим контуром Электрическая изоляция нанесения на наружповерхности блока. Замок запирающий ба ОСУДАРСТВЕННОЕПАТЕНТНОЕЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ ССС и) ОПИСАН к авторскому(В) ЯУ (11) 1829689 (1 З) ДЛ (51) б 62 хо даж, может быть выполнен в виде П-образной скобы, содержащей вертикальные стенки-щеки и горизонтальную стенку-днище. Вертикальные стенки скобы охватывают боковые вертикальные поверхности бандажа и выводов катушки, выпущенных через разрез бандажа, Горизонтальная стенка охватывает нижнюю горизонтальную поверхность бандажа. Электрическая изоляция нанесена только на внутренние поверхности замка, контактирующие с боковыми поверхностями выводов катушки и нижней частью бандажа, а замок скреплен с бандажом болтами (штифтами), размещенными в верхней части блока. Оси симметрии болтов перпендикулярнывертикальной плоскости симметрии блока, В другом варианте замок может быть выполнен в виде прямоугольной рамы, охватывающей бандаж в зоне его разреза, а электрическая изоляция замка нанесена только на внутренние поверхности, контактирующие с боковыми поверхностями выводов катушки и нижней частью бандажа, Положительный эффект, достигаемый изобретением, заключается в повышении эксплуатационной надежности магнитной системы токамака, уменьшении массогабаритных характеристик и повышении ооювных электромагнитных характеристик токамака, 2 3. и ф-лы, 4 ииИзобретение относится к экспериментальным термоядерным установкам с магнитным удержанием плазмы, а более конкретно - к токамакам с сильным магнитным полем.Целью изобретения являются повышение эксплуатационной надежности и уменьшение массогабаритных характеристик блока ОТП.Максимальное сокращение числа витков в катушке блока, т.е, выполнение катушки в виде одновитковой секции, приводит к относительно низкому электрическому напряжению на обмотке тороидального поля, э следовательно и на секции блока, Использование такой конструктивной схемы позволяет не только снизить требования к классу изоляции обмотки тороидального поля, т,е, позволяет отказаться от высоковольтной корпусной изоляции (как правило, непрерывной) и заменить ее на низковольтную (выполненную в виде листовых прокладок), но и позволяет устранить изоляцию из зоны контакта между катушкой и бандажом в узкой части блока (наиболее механически нагруженной зоны), тем самым устранив наиболее слабое место в блоке ОТП, Токо- ведущий контур и охватывающий его бандаж, находясь под одним электрическим потенциалом, представляют собой единый композитный виток, поэтому электрическая изоляция нанесена на внешние поверхности этого составного витка.Примейение замка, выполненного в виде П-образной скобы, охватывающей часть бандажа взоне его разреза с трех сторон, повышает эксплуатационную надежность блока за счет того, что:1) бандаж удерживается замком от раскрытия с помощью электрически неизолированных призонных высокопрочных болтов (штифтов), размещенных. в верхней части бандажа (блока) по одну сторону от разреза, При этом эти болты перпендикулярны к вертикальной плоскости блока и проходят через вертикальные стенки (щеки) замка и через тело бандажа., Отсутствие электрической изоляции на болтах (штифтах) устраняет слабое звено из системы бандаж-замок;2) обеспечена боковая фиксация токовыводов катушки от смещения под действием пондеромоторных сил вертикальными стенками (щеками) замка, а фиксация токо- выводов от перемещения а вертикальной плоскости обеспечивается горизонтальными поверхностями разреза бандажа;3) сведено к минимуму количество электрической изоляции в системе бандаж - замок - изолированы только те внутренние поверхности замка, которые контактируют сбоковыми поверхностями токовыводов катушки и нижней частью бандажа.Так как механические усилия, раскрыва 5 ющие бандаж и воспринимаемые замком иего элементами (призон ными болтами и слоем электрической изоляции между нижнейповерхностью бандажа и днищем замка) неявляются максимальными из действующих10 в блоке, то обеспечение необходимой надежности при использовании известных внастоящее время изоляционных материалов не вызывает конструктивных затруднений.15 Кроме того. применение замка в видеП-образной скобы обеспечивает уменьшение тол щин ы ве ртикал ьн ых стенок (щек)замка(при одновременном пропорциональном увеличении радиальной длины замка20 для сохранения неизменным поперечного, сечения вертикальных стенок, т,е, сокращение азимутального размера блока в зонезамка, что облегчает размещение и эксплуатацию элементов вакуумной камеры тока 25 мака(проходных патрубков).На фиг. 1 изображен главный вид предлагаемого блока с частичными вырывами; нафиг. 2 - вид блока сверху; на фиг, 3 и 4 -модификация замка блока в разрезе,30 Блок ОТП токамака имеет катушку 1,составленную из одновиткового токоведущего контура 2 с токовыводами 3 и охватывающего его силового бандажа 4 с разрезом5, делящим бандаж (блок) на верхнюю б и35 нижнюю 7 части, внешнюю электрическуюизоляцию блока 8, нанесенную на внешниеповерхности этой составной катушки 1, замок 13, состоящий из двух вертикальныхстенок - щек 9 и горизонтальной стенки -40 днища 10. Токовыводы 3 катушки 1 выпущены через разрез 5 бандажа 4 .Щеки 9 замка13 охватывают боковые вертикальные поверхности бандажа 4 и токовыводов 3, аднище 10 - нижнюю горизонтальную повер 45 хность бандажа 4, На внутренние поверхности щек 9 и днища 10 замка 13,контактирующие с боковыми поверхностями токовыводов 3 и нижней частью 7 бэндажа 4 нанесена электрическая изоляция 11.50 Замок 13 скреплен с бандажом 4 в верхней его части 6 с помощью электрическинеиэолированных призонных болтов 12, осикоторых перпендикулярны к вертикальнойплоскости симметрии блока, Болты 12 про 55 ходятчерез щеки 9 замка 13 и тело бандажа4,Возможен и другой вариант конструктивного исполнения замка, например, в виде -образной рамы 14, как показано1829;89 на фиг. 4. В этом случае отпадает необходимость скрепления замка 14 с бандажом 4призонными болтами 12,Блок (в составе обмотки тороидальногополя) работает следующим образом. К токовыводами 3 токоведущего контура 2 подводят электропитание, Ток, протекая потоковедущему контура 2, генерирует тороидальное магнитное поле, В результате взаимодействия тока с тороидальным 10магнитным полем возникают радиальныепондеромоторные силы, действующие натоковедущий контур 2. Эти разрывающиетоковедущий контур 2 силы воспринимаются разрезным силовым бандажом 4 с запирающим его в зоне разреза замка 13. Из-эатороидальности токамака большая частьэтих разрывающих пондеромоторных силдействует на бандаж 4 в центральной частитокамака, а меньшая - на бандаж.4 в зоне 20замка 13. От раскрытия этими силами бандаж 4 удерживается с помощью замка 13.Замок 13, выполненный в виде П-образнойскобы (фиг, 3), охватывает часть бандажа 4 взоне его разреза 5 с трех сторон, Замок 13 25скреплен с бандажом 4 с помощью высокопрочных призонных болтов 12, Болты 12,размещенные в верхней части бандажа 6 поодну сторону от разреза 5, проходят черезвертикальные стенки замка 9 и тело бандажа 4. Болты 12 работают на срез и полностью воспринимают разрывающиепондеромоторные силы, действующие в зоне разреза 5 бандажа 4. Отсутствие электрической изоляции на этих болтах 12 35обеспечивает работоспособность и надежность этого узла и всего блока в целом,Разновидность замка тфиг. 4) в виде40образной рамы 14 выполняет те же функции, что и замок фиг, 3. Отличие его в том,что он охватывает бандаж 4 в зоне разреза5 со всех сторон и поэтому отпадает необние частей бандажа в зоне разреза, отличающийся тем, что одновитковая 0 катушка выполнена в виде композитнойсекции, служащей одновременно токоведущим контуром с токовыводами и силовым бандажом находящимся под одним электрическим потенциалом с 55 токоведущим контуром, при этом электроизоляция выполнена в виде слоя, нанесенного на внешние поверхности блока,ф ормула изобретения 1, БЛОК ОБМОТКИ ТОРОИДАЛЬНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТЕРМОЯДЕРНОЙ УСТАНОВКИ ТИПА ТОКАМАК, содержащий токо ведущую одновитковую катушку с токовыводами и электроизо-ляцией, силовой бандаж. охватывающий катушку по наружному контуру, в области экваториальной плоскости которого выполнен разрез, разделяющий бандаж на верхнюю и нижнюю части, и разьемный замок, обеспечивающий сцеплеходимость в скрепляющих призонных болтах 12.Взаимодействие тока. протекающего в токоведущем контуре 2, с полоидальными магнитными полями токамака вызывает пондеромоторные силы, расталкивающие токовыводы 3 токоведущего контура 2 в горизонтальной плоскости, Вертикальные стенки 9 замка 13 воспринимают эти силы расталкивания. действующие на токовыводы 3 контура 2 и фиксируют токовыводы 3 от перемещений, Внутренние поверхности боковьх стенок 9 и дниша 10 замка 13 электрически. изолированы от боковых вертикальных поверхностей токовыводов 3 и нижней части бандажа 7 прокладками 11, которые хорошо работают на сжатие вплоть до очень высоких давлений, обеспечивая надежность и работоспособность блока,Выполнение катушки предложенного блока в виде одновитковой композитной секции, составленной из токоведущего контура с токовыводами и охватывающего его силового бандажа, находящегося под одним электрическим потенциалом с токоведущим контуром, повышает эксплуатационную надежность блока по сравнению с известным устройством по крайней мере на 40.50, позволяет благодаря снижению требований к классу изоляции обмотки тороидального поля отказаться от высоковольтной непрерывной дорогостоящей изоляции катушки блока и заменить ее гораздо меньшим (на 50 оь) количеством низковольтной сравнительно более дешевой изоляции в виде прокладок.В той же степени (на 50) повышает надежность блока применения замка, удерживающего бандаж от раскрытия и выполнервного в виде П-образной скобы или образной рамы. скрепленного с бандажом спомощью электрически неизолированныхпризонных болтов,2. Блок по п,1, отличающийся тем,что замок выполнен в виде П-образной,бфигг 4 ь 3 скобы с горизонтальной и двумя вертикальными стенками, при этом скоба установлена на композитной секции так, чтобы ее вертикальные стенки охватывали вертикальные поверхности секции Б и токо выводы катушки, размещенные между верхней и нижней частями секции, а ее горизонтальная стенка контактировала с нижней горизонтальной поверхностью секции, при этом слой 10 электроизоляции нанесен на внутренние поверхности замка, контактирующие с боковыми поверхностями токовыводов катушки и нижней частью секции, при-,15 чем скоба скреплена с секцией с помощью размещенных в верхней части секции болтов или штифтов, оси симметрии которых перпендикулярны вертикальной плоскости симметрии секции.3. Блок по п.1, отличающийся тем, что замок выполнен в виде замкнутой прямоугольной рамы, охватывающей композитную секцию в зоне ее разреза, при этом слой злектроизоляции нанесен на внутренние поверхности замка контактирующие с боковыми поверхностями токовыводов катушки и нижней частью секции,