ITER假负载设备的设计与分析

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ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托卡马克,其目的是验证磁约束聚变能的科学可行性和工程技术可行性。假负载是ITER装置中的一个重要设备,它的主要作用是代替超导线圈作为磁体电源系统的假负载,以验证电源系统是否满足设计要求。假负载的额定电感量为6.73mH,额定工作电流为7.75kA,此外还会工作在包含68kA在内的三种脉冲电流下。因为假负载的载流量较大且工作方式非常特殊,所以这种类型的电抗器无法从市场直接采购只能自行设计。  本文根据假负载的参数要求,设计了这种可在额定电流和脉冲电流两种工作模式下工作的新型电抗器。  本文开头经过初步的设计提出了使用不同材料和不同冷却方式的假负载设计方案,进过对初步设计方案的比对,决定采用铝合金作为线圈绕制的材料,使用去离子水冷却的方式对线圈进行散热。线圈结构上采用多跟导体并联组成一饼线圈来承载电流,每饼线圈径向上绕制成多匝,轴向上多饼线圈串联。这种设计方案具有较大的载流量,且可有效的带走线圈产生的热量。使用两种仿真软件对设计方案的电感量进行了校验,表面设计的假负载符合电感量的要求。  本文还使用仿真软件对假负载进行了额定电流和最大脉冲电流下的动稳定性分析,此外还对设计的支撑结构进行了受力分析,这为下一步支撑结构的优化设计打下了良好的基础。设计了适合假负载的水路结构,并对假负载和附属母排进行了包含最大脉冲电流在内的全电流周期的热分析。上述的这些分析均表明假负载符合动稳定性和热稳定性的相干要求。  本文还对假负载样机的加工生产进行了介绍,给出了假负载单层线圈电阻、电感和匝间绝缘的测试方案。通过对单层线圈进行上述的测试,表面本文设计的假负载是符合要求的。
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