EAST装置等离子体放电真空室真空泄漏研究

真空系统是EAST全超导托卡马克装置安全稳定运行的基础保障系统,真空泄漏会影响等离子体放电并对真空设备造成严重的损坏。随着EAST逐步地升级与改造,真空系统变得更加复杂,同时设备逐渐老化,导致泄漏的风险逐年增大。介绍了EAST内真空抽气系统、真空测量站及漏率实时监测系统。根据真空室压力变化数据,采用静态升压法分析了内真空室漏放率,计算出内真空室在等离子体放电前整体漏放率约为2.2×10^-4 Pa·m³/s。基于历年发生泄漏故障时的压力和残气成分数据,对EAST装置内真空室在不同运行阶段的不同类型泄漏进行了分析。研究发现,发生的泄漏位置不同、泄漏介质不同、器壁条件不同,在残气成分特征上表现差异较大。根据泄漏的特点,采取了不同的泄漏处理方式。研究结果可为及时准确地判断和处理EAST及未来聚变堆真空室的泄漏提供参考。     

托卡马克中的超高真空技术

超高真空技术对于现代托卡马克、先进高密度偏滤器和下一代托卡马克工程堆的设计、运行、升级和氚演－氚演证实验都起着举足轻重的作用,同时聚变研究的许多新概念也驱使超高真空技术革新。三十五年来,等离子体「密度、杂质和壁条件的５控制紧密地与抽空检漏、烘烤去气、放电清洗、壁处理氢（氘氚）的捕获释放和再循环、壁腐蚀宙积等模式联系在一起;高性能的真空室、耐规律性振动的超高真空密封、先进的等离子体面向组件、有效的壁     

EAST超导托卡马克装置真空抽气系统

真空系统在EAST全超导托卡马克装置中是非常重要的组成部分,它主要由内真空室抽气系统和外真空室抽气系统组成。内真空室抽气系统主要由主抽系统、偏滤器抽气系统、低杂波抽气系统组成,主要为等离子体的稳定运行提供清洁的超高真空环境;外真空室抽气系统主要由主抽系统、电流引线段抽气系统及低温阀箱抽气系统组成,主要为超导磁体的正常运行提供真空绝热条件。EAST真空抽气系统经过三轮物理实验的不断改造和完善,目前基本满足了等离子体物理实验的需要。     

EAST装置大型低温杜瓦中内外冷屏系统的检漏

针对EAST装置大型低温杜瓦中内外冷屏系统存在的泄漏及对外真空室真空度的影响,采用氦质谱负压真空、正压真空及吸枪法相结合的方法,确定了多处泄漏点并分析了泄漏原因,通过修复使EAST外真空室低温运行时的压强﹤1×10~(-4)Pa,满足了EAST外真空室运行的需要。EAST内外冷屏系统的检漏方法和经验可以运用到大型、复杂的和具有狭小活动空间的真空系统检漏,尤其是对多管道、复杂材料的检漏具有一定的参考价值。     

轮胎型真空室在核聚变装置上的设计与分析研究

在磁约束核聚变装置中,真空室是一个非常重要的关键部件,它为高温等离子体提供洁净运行环境。KTX装置是一种反场箍缩核聚变装置,它有别于托卡马克装置和仿星器核聚变装置。目前核聚变装置上使用的真空室由多个虾米扇段通过焊接成环形真空室,此类型真空室焊缝数量多,焊缝距离长,焊接变形控制难度大。根据装置要求,KTX磁约束核聚变装置真空室设计为轮胎型结构,大半径为1.4 m,截面半径为0.4 m,真空度为1.5×10-6Pa,且具有易于进入维护和更换真空室内部部件功能。本论文针对KTX装置真空室设计要求和技术参数,对轮胎型真空室开展设计,在设计过程中,基于真空室各种运行工况,对真空室开展了热、电磁和结构相关方面分析计算,根据计算结果对真空室进行优化和验证。本类型真空室设计和分析方法为未来磁约束核聚变装置真空室设计研制提供参考和借鉴。     

基于M-C方法模拟分析NBI真空压力分布的影响因素

中性束注入装置(Neutral Beam Injector,NBI)是产生高能中性粒子束用以加热托卡马克等离子体的装置.NBI真空压力分布是影响中性束传输效率特别是再电离损失的关键因素之一.本文研究分析了HT-7托卡马克NBI实验装置的工作原理和结构特点,利用Monte-Carlo方法建立NBI实验装置主真空室及飘移管道内分子运动及碰撞的相关模型,并进行编程实现对NBI实验装置真空压力分布模拟计算.模拟计算和实验结果表明:主真空室低温冷凝泵抽速为4×105L/s时,主真空室压力在脉冲充气过程中维持在10-3Pa量级;飘移管道低温冷凝泵抽速为4×104 L/s时,飘移管道压力维持在10-4Pa量级.文章的结论为中性束传输过程中再电离损失的研究提供了理论依据.     

基于时差定位法的管道多点泄漏定位研究

管道运输是五大运输方式之一,环境影响和人为破坏等因素会造成管道的泄漏现象,管道发生泄漏会对人民财产安全和环境造成严重危害;目前国内的管道泄漏定位研究多以单点泄漏为主,而真实的管道运行工况中往往会发生多点泄漏现象。提出一种基于时差定位法的管道多点泄漏定位法;以两点泄漏为例,在管道上下游两端分别放置两个传感器,为降低管道运行过程中的噪声干扰,利用互谱结合变分模态分解算法将采集信号分离成多个模态并提出一种基于信息熵和滤波后信号相关系数等多指标结合的模态选取法;将去噪后的信号通过快速独立成分分析(fast independent component anaysis, Fast ICA)算法分离出独立的信号源,再基于相关系数匹配出对应泄漏源产生的声发射信号,最后通过时差定位得出泄漏源位置。在此研究基础上基于实验室管道和设备开展多点泄漏定位试验并取得了可靠的试验结果,为工业实际的多点泄漏定位提供了理论思路和解决方案。     

大型金属超高超人空系统检漏的特点和方法

阐述大型系统超高空获得及运行过程检漏工作的几个特点。对结构复杂的真空室，如何使用分子筛吸附泵与氦质谱检漏仪相结合提高检漏灵敏度，极大限度地找出泄漏的位置，还指出大型金属超高真空系统运行过程和如何根据溅射离子泵离子流的数据，判断真空系统漏气及寻找漏点的方法。     

超声波技术在检测真空系统泄漏中的应用

基于电厂真空系统泄漏是一种常见故障,因此研究一种简便、快捷、准确的检测方法是必要的.运用超声波技术研究了检测真空系统泄漏的新方法.实践表明,该方法是可行的.所给出的应用超声波技术检测真空系统泄漏的原理和检测方法是有效的.     

高分辨四极质谱计在HL-2A装置上的应用

将具有分辨氦(He)和氘(D2)能力的高分辨四极质谱计安装到HL-2A托卡马克装置上,同时送入氦气和氘气,得到了质谱计可分辨的最小He+/D2+峰值比.分别对真空室在辉光放电清洗前后、不同等离子体放电次数的氢同位素和氦进行测量,观察到四种工况下质谱峰m/q=4的主要成分为D2+,He+只在辉光放电清洗中作为工作气体引入.向真空室送入氘气后,比较了由分子泵和低温泵抽气的质谱情况.分压强的测量结果表明低温泵对氘气的抽速大于分子泵约18％.实验结果初步验证了高分辨四极质谱计应用于托卡马克装置可靠真空检漏和残余气体成分精确分析的可行性,并为托卡马克装置抽气泵的选型提供了依据.     

基于扰动响应的输油管道泄漏检测方法

当管道无法产生足够的瞬态扰动时,将无法利用管道内部流动进行管道状态诊断,而基于扰动信号压力响应的管道泄漏检测方法可以克服这一缺陷。向有泄漏孔的管道引入扰动信号,通过分布式传感器采集动态压力,识别分析待测管道泄漏孔处对扰动信号的反射,实现泄漏检测与定位。同时,基于动网格技术模拟阀门启闭,建立了二维仿真模型,分析反射信号特征,得到了十分理想的检测效果。结果表明：扰动信号反射波的识别精度达7.659%;边界末端反射波的识别精度为0.121%;泄漏点定位误差为4.447%;而模拟结果可以实现精确定位。此外针对不同因素的影响进行分析,结果表明,扰动信号瞬态特征越强,泄漏孔尺寸越大,反射信号越明显,而管道运行压力对检测效果的影响十分有限。该方法与传统的泄漏检测方法相比具有明显的优越性,对于提高输油管道完整性管理水平具有极大的应用价值。     

EAST超导托卡马克冷屏的结构设计及受热分析

EAST是一个拥有全超导磁体系统的托卡马克实验装置.为有效减少来自真空室和外真空杜瓦的辐射热以及支撑的传导热等各项热负荷,超导纵场磁体和极向场磁体被约80 K的真空室冷屏(内冷屏)和外真空杜瓦冷屏(外冷屏)所包容,从而保证磁体运行的稳定可靠.运用大型有限元分析程序ANSYS和FLUENT,对冷屏的受热状况进行了数值分析,为其结构设计和低温制冷方案的制定提供可靠的理论依据.     

KZ-400离子束刻蚀装置设计中的若干真空问题

本文解决了KZ-400离子束刻蚀装置设计中遇到的若干真空问题.通过抽速计算选择了合理的真空配置;用有限元分析软件ANSYS计算了真空室的受压形变,优化了真空室的结构,采取了合理的误差补偿措施;并通过摩擦润滑试验和质谱分析检测了二硫化钼润滑剂的真空润滑性能,解决了工作台扫描运动的有效润滑.     

EAST装置等离子体放电真空室抽气系统抽速标定及应用

真空系统是聚变装置的重要组成部分,EAST真空系统包括等离子体放电真空室和低温超导真空室。等离子体放电真空室又称内真空室。内真空室抽气系统直接影响装置的粒子排出,关系到高参数等离子体放电获得。EAST装置升级改造后的内真空室抽气系统主要包括主抽管道抽气子系统、偏滤器抽气子系统和低杂波加热系统抽气子系统,整个抽气系统使用了6台分子泵、14台外置低温泵和2套内置低温泵。采用粒子平衡的方法,对内真空室抽气系统各子系统进行了抽速标定。实验结果表明,最佳抽气性能区间在5×10^-4～5×10^-3 Pa,并且随着真空室压力增大或者减小,各子系统的抽气速率均下降。对比改进前后的内真空室抽气系统的总抽速,改进后的最大抽速可达170 m³/s,总体抽气速率提升20%左右。在百秒量级等离子放电参数下,利用标定的抽气速率数据初步评估了燃料粒子的滞留情况。本研究为等离子体放电的壁滞留与再循环控制以及其他相关物理实验开展提供了数据支持。     

基于声发射的真空泄漏在线检测技术研究

真空泄漏是气体动力系统运行过程中的常见故障,传统的氦质谱检漏无法实现对真空泄漏的在线检测。本文利用声发射技术阐述了基于声发射信号的真空泄漏在线检测原理,通过真空泄漏声发射检测模拟试验,并利用参数特征分析法和平均频谱分析法对不同泄漏孔径下产生的声发射信号的特征进行了研究,得到了相应的小波包归一化频带能量分布特征。研究结果表明,真空泵运行的平均时域信号频带在20kHz以下,气体泄漏激发出大量的高频声发射信号,泄漏信号参数特征值与泄漏孔径的大小密切相关,泄漏信号的归一化能量分布一致性较好。声发射技术对于真空泄漏的在线检测及泄漏量评价等有实际意义。     

管道泄漏检测新方法研究

为提高管道泄漏检测的准确度、降低漏报率,提出一种基于负压波多压力传感器管道泄漏检测的新方法.该方法依据泵站前后端的所有压力传感器接收减压波的先后顺序,综合判断减压波是由管道泄漏引起还是由泵站工况波动调整引起;并且根据不同状况下各个压力传感器测试点检测到压力变化各不相同,从而确定故障性质和故障点.仿真实验表明:该方法不仅能降低系统漏报和误报率,而且能够提高系统泄漏点的定位准确度.     

流体储运装备真空测量装置设计与试验验证

目的 对新型流体储运装备真空测量装置的设计和试验进行系统研究，解决传统装置存在的量程不足、残留气体内漏等问题，验证装置漏率在环境试验中的变化，同时开展批量安装及真空测量应用。方法 运用FEM对新型真空测量装置的受力进行分析；采用氦质谱仪泄漏检测技术对环境试验前后的新型真空测量装置以及传统样品的漏率进行对比测试。结果 新型真空测量装置的初始漏率达到10-10Pa·m3/s；经过环境试验后新型真空测量装置的漏率未发生明显变化，传统装置的漏率在环境试验后明显上升。结论 新型真空测量装置所采用的热电偶&热阴极复合真空规，实现了流体储运装备夹层的真空度全量程测量，并满足易燃介质储运过程中的电气防爆要求。所增加的补抽真空结构可以有效防止真空测量装置的残留气体内漏。所采用的“CF法兰+无氧铜”密封结构具有很好环境适应性和较低的真空泄漏风险，同时也首次通过试验验证了真空测量装置的漏率在环境试验过程中的变化。     

第十六讲真空系统的操作与维护

1真空系统的组成 1．1真空系统的型式 用于满足某种工艺要求,能够获得并测量有特定要求真空度的系统称真空系统。一个较完善的真空系统由真空室、所需的真空泵或真空机组、真空测量装置、连接导管、真空阀门、捕集器、及其它真空元件及电气控制系统构成。典型的真空系统如图1及图2所示。     

基于迭代递推的供水管道多泄漏点声定位方法

针对多泄漏点产生的声发射信号及环境噪声对供水管道泄漏定位的影响,进行供水管道多泄漏点声定位方法研究。发展了一种基于迭代递推的供水管道多泄漏点声定位方法,研究迭代递推中品质因数阈值、信噪比阈值、相位偏移量的寻优区间和泄漏相关时频点的判定阈值等参数选择对泄漏定位效果的影响,并优选出适合的参数值。在此基础上,进行供水管道多漏点检测实验;结果表明,该方法可以实现管道上多个泄漏检测和定位,且定位误差小于1 m。研究工作为实际供水管道多泄漏点检测及定位提供了可行的解决方案。     

管道泄漏检测新方法研究

为提高管道泄漏检测的准确度、降低漏报率,提出一种基于负压波多压力传感器管道泄漏检测的新方法。该方法依据泵站前后端的所有压力传感器接收减压波的先后顺序,综合判断减压波是由管道泄漏引起还是由泵站工况波动调整引起;并且根据不同状况下各个压力传感器测试点检测到压力变化各不相同,从而确定故障性质和故障点。仿真实验表明:该方法不仅能降低系统漏报和误报率,而且能够提高系统泄漏点的定位准确度。