等离子体破裂防护专用的双涡流线圈快速充气阀

摘要

本发明属于一种等离子体破裂防护专用的双涡流线圈快速充气阀。它包括阀体，阀体的两端分别设有后阀盖和前阀盖，阀体的内部空间形成真空腔体，平板螺旋线圈固定于内衬当中，内衬与真空腔体固定，内衬内设有阀芯，阀杆穿过平板螺旋线圈、内衬和阀芯，阀杆的一端连接有锥形密封结构，锥形密封结构的外侧为后阀盖，后阀盖与阀体连接在一起，后阀盖中间开有出气口，阀杆的另一端外侧设有可调弹簧预紧系统，前阀盖与阀体连接，前阀盖的中间设有套管，套管的端头设有端盖，阀杆和可调弹簧预紧系统插入到套管内。优点是，它由双螺旋线圈驱动，外加弹簧预紧系统，并采用特殊的密封结构，该阀的响应时间可以达到0.3ms并可以在托卡马克强磁场环境中正常工作。

说明书

技术领域

本发明属于一种真空技术、高气压技术、高电压技术，具体涉及一种等 离子体破裂防护专用的双涡流线圈快速充气阀。

背景技术

在托卡马克放电试验中，由于等离子体控制、磁流体不稳定性、杂质、 高能逃逸粒子等原因，使得等离子体的破裂难以避免。特别是在实现托卡马 克聚变堆稳态运行的主要研究内容——维持稳态高参数等离子体的放电中， 等离子体破裂放电会导致严重的破坏作用，如第一壁大的热负载，强的机械 应力，大的逃逸电流等，甚至对偏虑器靶板、第一壁部件甚至装置造成严重 损伤。虽然现有托卡马克放电的不同参数的运行极限已经有了深入的研究， 并且可以控制托卡马克在“安全运行”区域而避免破裂发生，但是总有一些 破裂难以避免，因此，为在高参数条件下避免或减小破裂对大装置造成的危 害，开展等离子体破裂缓解的研究是很有必要而且是很重要的，也是当前托 卡马卡等离子体物理研究的重点之一。

实验研究发现，在破裂发生前如果能迅速的向等离子体内部注入一定能 够量的高压惰性气体，则可以把等离子体破裂的危害性降低到最低的程度以 起到保护装置安全的效果。

由于等离子体破裂发生的突然性，因此，要实现快速的杂质气体注入， 必须有快速响应的充气阀，同时该充气阀还能要在托卡马克强磁场环境中正 常工作，而且还要有在几个毫秒的时间内注入大气量的能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种等离子体破裂防护专用的双涡流线圈快速充气 阀，它可以实现快速的杂质气体注入。

本发明是这样实现的，一种等离子体破裂防护专用的双涡流线圈快速充 气阀，它包括阀体，阀体的两端分别设有后阀盖和前阀盖，阀体的内部空间 形成真空腔体，平板螺旋线圈固定于内衬当中，内衬与真空腔体固定，内衬 内设有阀芯，阀杆穿过平板螺旋线圈、内衬和阀芯，阀杆的一端连接有锥形 密封结构，锥形密封结构的外侧为后阀盖，后阀盖与阀体连接在一起，后阀 盖中间开有出气口，阀杆的另一端外侧设有可调弹簧预紧系统，前阀盖与阀 体连接，前阀盖的中间设有套管，套管的端头设有端盖，阀杆和可调弹簧预 紧系统插入到套管内。

阀体的下部设有高压绝缘电极法兰，高压绝缘电极法兰上连接有进气口。

所述的内衬为带有导向孔的中空结构，平板螺旋线圈通过固定螺母固定 在其内部，同时该结构也是阀芯的导向及限位机构，阀芯只能沿着限位孔做 往复运动，内衬外部有固定螺纹孔，用螺钉可以把内衬及所述的真空腔体固 定。

所述的平板螺旋线圈，是用高压漆包线饶制而成，用两块圆形G10板固 定而成，线圈为两个线圈串联而成，平板螺旋线圈出线端与所述的高压电极 接头相连接，形成高压电流脉冲回路。

所述的高压电极法兰，由铜电极、密封圈、绝缘片、紧固螺母组合而成， 绝缘片套在铜电极上，紧固螺母将铜电极与密封圈与法兰连接。

锥形密封结构为上大下小中细的锥形结构，特制的宽截面O圈套在中间 细小的凹槽中，通过所述预紧弹簧结构的预紧力，该结构就可以实现高真空 密封，同时O圈也不会脱落。

本发明的优点是，该快速充气阀由双螺旋线圈驱动，外加弹簧预紧系统， 并采用特殊结构的密封结构，该阀的响应时间可以打到0.3ms，最大注入的粒 子数目可以达到10^23，并可以在托卡马克强磁场环境中正常工作。

附图说明

图1为本发明所提供的等离子体破裂防护专用的双涡流线圈快速充气阀 示意图。

图中，1真空腔体，2可调弹簧预紧系统，3内衬，4平板螺旋线圈，5 阀芯，6阀杆，7高压绝缘电极法兰，8锥形密封结构，9进气口，10出气口， 11后阀盖，12前阀盖，13套筒，14端盖，15阀体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍：

如图1所示，一种等离子体破裂防护专用的双涡流线圈快速充气阀包括 阀体15，阀体15的两端分别连接有后阀盖11和前阀盖12，阀体15的内部 空间形成真空腔体1，平板螺旋线圈4固定于内衬3当中，内衬3与真空腔 体1固定，内衬3内还装有阀芯5，阀杆6穿过平板螺旋线圈4、内衬3和阀 芯5，阀杆6的一端连接有锥形密封结构8，锥形密封结构8的外侧为后阀盖 11，后阀盖11与阀体15通过螺栓连接在一起，后阀盖11中间开有出气口10， 阀杆6的另一端外侧套有可调弹簧预紧系统2，前阀盖12与阀体15连接， 前阀盖12的中间连接有套管13，套管13的端头连接有端盖14，阀杆6和可 调弹簧预紧系统2插入到套管13内，当脉冲电流通过平板螺旋线圈4时，阀 芯5就会受到强电磁作用力而弹开，从而位于真空腔体1中的高压气体就会 从锥形密封结构处喷出，因而实现快速的充气。阀体15的下部连接有高压绝 缘电极法兰7，高压绝缘电极法兰7上连接有进气口9。弹簧采用65Mn加工 而成，弹簧端口安装有一可调节弹簧压缩量的旋钮，通过调节该旋钮可以调 节弹簧的压缩量，从而可以调节阀芯所受的背部压力。

内衬3的结构为成带有导向孔的中空结构，平板螺旋线圈4通过固定螺 母固定在其内部，同时该结构也是阀芯的导向及限位机构，阀芯只能沿着限 位孔做往复运动。内衬3外部有固定螺纹孔，用螺钉可以把内衬3及所述的 真空腔体1固定。

平板螺旋线圈4，是用高压漆包线饶制而成，用两块圆形G10板固定而 成，并且线圈为两个线圈串联而成，平板螺旋线圈4出线端与所述的高压电 极接头相连接，形成高压电流脉冲回路。

高压电极法兰7，由铜电极、密封圈、绝缘片、紧固螺母组合而成，绝 缘片套在铜电极上，然后用紧固螺母把铜电极与密封圈与法兰拧紧连接，这 样可以使该电极法兰承受几千伏的的绝缘电压，又可承受5Mpa的高压密封。

锥形密封结构8为上大下小中细的锥形结构，特制的宽截面O圈套在中 间细小的凹槽中，通过所述预紧弹簧结构的预紧力，该结构就可以实现高真 空密封，同时O圈也不会脱落，可以满足托卡马克真空环境对与其对接系统 的漏率及安全性的要求。

以下结合附图对本发明作进一步的说明：

在非通电状态，阀芯在弹簧预紧系统提供的预紧力的作用下给锥形密封 结构一个弹力，使整个真空腔体处于密封状态，当平板螺旋线圈通过高压绝 缘电极法兰通入强脉冲电流时，阀芯就会受到强的电磁力而克服弹簧的弹力 及腔体内部气体的压力而弹开，腔体内部的高压气体就会从出气口喷出，再 通过外部的连接管道可以快速的进入托卡马克装置，由于电流为脉冲电流， 电磁力也是脉冲式的，当电流消失时，阀芯就会在弹簧弹力及高压气体压力 的作用下回到初始位置，完成一次脉冲充气。