ITER假负载设备的设计与分析

摘要

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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第一章 绪论

1.1课题背景和意义

1.2 ITER假负载的设计参数

1.3国内外的研究现状

1.4本文的研究内容

第二章 ITER假负载的初步设计方案选型

2.1电感和电抗器的介绍

2.2空心电抗器与铁心电抗器

2.3假负载电感量的计算和有限元分析

2.4假负载初步设计方案的选型

第三章 ITER假负载的优化设计

3.1导体截面的选型

3.2假负载线圈部分的设计

第四章 ITER假负载的动稳定性分析

4.1额定电流下的动稳定性分析

4.2脉冲电流下的动稳定性分析

4.3动稳定性分析总结

第五章 ITER假负载的支撑结构分析

5.1线圈径向合力的计算

5.2绝缘子的受力分析

第六章 ITER假负载的热稳定性分析

6.1水路结构的设计

6.2理论热分析

6.3仿真热分析

6.4母排的热分析

6.5热分析总结

第七章 ITER假负载样机的制造与测试

7.1假负载样机单层线圈的制造

7.2假负载样机单层线圈的校验测试

第八章 总结和展望

8.1本文总结

8.2本文局限和展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况