CFETR遥操作转运车的设计及其部件的分析优化

摘要

CFETR装置堆芯部件含有剧毒物质铍，容易混进尘埃吸附在部件表面并且很容易飘到空气中;大量中子和伽马射线也会引发一些材料的活化。因此为了避免放射性污染扩散到大厅内，堆芯部件从真空室到热室的转运需要借助遥操作转运车来完成。聚变堆的RH系统非常复杂，本文针对RH系统的子系统遥操作转运车系统进行了详细的设计描述和分析优化。
　　首先，通过对能源问题、核聚变发展和聚变堆遥操作技术的调研，介绍了可控核聚变的背景和发展，然后说明了遥操作技术在聚变堆的作用并且介绍了聚变遥操作的发展现状。介绍了本文的研究目标和学术思路。
　　然后，对CFETR装置各部件做了简要介绍。根据CFETR项目的物理目标和功能要求，对RH系统进行了任务分析。详细介绍了转运车的概念，同时介绍了转运车在运行中的几个操作流程。根据RH任务的特点，对CASK所实现的功能进行了全面的描述;介绍了CASK的工作环境和设计载重;说明了CASK的设计准则。此外转运车要能实现远程控制，要涉及到许多系统特殊要求。详细介绍了救援能力、控制方式、安全、消防等方面的要求;而且还要承载重载荷，所以结构应力、载荷和抗震需求也要考虑周全。这些准则为该系统的设计提供了参考和评估。
　　根据遥操作转运车的功能，结合设计要求和工作环境工况，对遥操作转运车的各个部件进行了详细介绍。介绍了车体结构、气垫输运系统、双密封门、对接接口、控制导航系统、内部拖拉机构的设计和功能。针对车厢框架和双密封门做了有限元分析计算，并结合计算结果做了优化处理，最终结果满足设计要求，应力和形变都在安全范围内。其中，在V形支撑处加了一段支撑结构，改良之后，车框架的最大应力是102.25MPa，最大形变是0.6312mm。与之前的设计相比较，最大应力和最大形变都减少了一半，改良效果明显。
　　最后，针对CFETR遥操作转运车的密封结构，完成了一种新型多层密封设计，根据密封力的计算完成了密封材料的选择，并对其检漏方案进行了初步设计。通过计算验证，选用50HS的氟橡胶，大大减少了所需密封力，对装置的刚性要求降低。针对系统特点设计了合理的氦罩法检漏，并根据密闭空间抽真空流速公式及该密闭空间压力时间关系，证明了检漏所耗时间在允许范围之内。