Способ изготовления задней плиты бланкета термоядерного реактора

Способ изготовления задней плиты бланкета термоядерного реактора

Реферат

 

Использование: в технологиях изготовления бланкета для упрощения технологического процесса, снижения трудозатрат, сокращения веса крупногабаритной конструкции, улучшения условий охлаждения, введения двухбарьерности по тракту теплоносителя и повышения надежности. Сущность изобретения: изготавливают сегменты из профильных деталей, труб и переходников, на поверхностях профильных деталей, контактирующих с соседними деталями, выполняют продольный полукруглый паз, пазы соединяют поперечным отверстием, поперечные сечения пазов и отверстия выполняют повторяющими поперечные сечения труб и переходников, в трубах вырезают отверстия для переходников, наружную поверхность труб и переходников покрывают припоем, трубы размещают в пазах, а переходники - в поперечных отверстиях профильных деталей, профильные детали собирают в пакет, сваривают их вдоль пазов, стыки труб и переходников сваривают дистанционно, сегменты нагревают до температуры, достаточной для горячей штамповки, штампуют, придают им необходимую форму, сваривают по торцевым граням и образуют сектора, в которых вырезают технологические проемы, отверстия каналов в проемах заглушают, из секторов сваривают полую торовую оболочку задней плиты бланкета. 4 ил.

Изобретение относится к ядерной технике, а более конкретно к технологиям изготовления бланкета термоядерного реактора.

Известен способ изготовления оболочки вакуумной камеры сферического токамака, заключающийся в получении экваториального пояса и полого цилиндра путем гибки каждого из них из плоских листов последующей сварки, штамповки элементов оболочки, сопрягающих пояс и цилиндр, и окончательного замыкания оболочки путем сварки, а также в выполнении отверстий в поясе для установки диагностических патрубков; дополнительной токарной обработкой получают высоту экваториального пояса меньшую, чем высота полого внутреннего цилиндра, а отношение толщины экваториального пояса к толщине полого цилиндра - большим половины отношения их диаметров; отверстия в экваториальном поясе для установки диагностических патрубков выполняют после его сварки, а в качестве элементов оболочки, сопрягающих экваториальный пояс и полый внутренний цилиндр, используют сферический сегмент и раструб, при этом сферический сегмент приваривают к экваториальному поясу, раструб приваривают к полому внутреннему цилиндру, а сварку для окончательного замыкания оболочки производят стыковым соединением с использованием подкладных колец для принудительного формирования оборотной стороны шва, причем подкладные кольца вводят до сварки и выводят после нее через отверстия в экваториальном поясе (патент РФ N 2080661, кл. G 21 B 1/00, 1997).

Недостатки данного способа заключаются в том, что известный способ нельзя использовать для изготовления конструкций, в которых необходимо активное охлаждение для отвода тепла, возникающего в результате внутреннего энерговыделения под действием нейтронного излучения при термоядерной реакции.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является известный способ изготовления задней стенки бланкета ИТЭР (интернациональный термоядерный экспериментальный реактор), заключающийся в том, что изготавливают сегменты, в которых выполняют каналы для теплоносителя, затем нагревают и штампуют для придания им необходимой формы, после чего сегменты сваривают по торцевым граням и образуют сектора, в них вырезают технологические проемы, а отверстия каналов в проемах заглушают, после чего из секторов сваривают полую торовую оболочку задней плиты бланкета.

Кроме того, в известной технологии предусмотрена термическая обработка и сегментов, и секторов для снятия внутренних напряжений после сварки, механической обработки и обработки давлением.

Кроме того, в процессе подготовки секторов к двусторонней сварке боковые грани сегментов подвергают механической обработке с целью довести толщину плиты до величины, позволяющей осуществлять сварку (Отчет "Модульная концепция защитного бланкета ИТЭР /интернациональный термоядерный экспериментальный реактор/. Сборка и сварка задней плиты" инв. N 310-294-4747 от 30.06.95. НИКИЭТ).

В известном способе сегменты изготавливаются из коррозионностойкой стали. Высота сегментов достигает 12 м при толщине стенки сегмента 160 мм. Каналы для теплоносителя в сегментах выполняют путем механической обработки. Задняя плита бланкета состоит из 24-х секторов, общий вес которых достигает 1600 т. Учитывая большой вес конструкции, а также возникающие в местах соединения секторов значительные напряжения, при сварке задней плиты используют двустороннюю сварку с симметричной разделкой сварочных кромок, обеспечивающей получение прочноплотных сварных швов. Для осуществления сварки секторов в труднодоступных местах со стороны вакуумного корпуса в последнем вырезают технологические проемы, завариваемые после окончания монтажных работ.

Недостатки данного способа изготовления задней плиты бланкета заключаются в следующем: использование монолитных сегментов приводит к увеличению размера и веса заготовок, что ведет к ужесточению требований, предъявляемых к оборудованию, а также существенно повышает стоимость изделия; необходимость выполнения сварных швов как на внутренней, так и на внешней поверхности задней плиты усложняет процесс изготовления, так как для осуществления такой сварки в труднодоступных местах между вакуумным корпусом и задней плитой требует усложнений конструкции вакуумного корпуса в части изготовления технологических завариваемых проемов, конструкции катушек тороидального магнитного поля, усложнения монтажных операций с катушками, требующих их сдвигания и раздвигания; блокирование выходов каналов теплоносителя в проемах и в нижних частях секторов создает застойные зоны, что ухудшает условия теплообмена в задней плите бланкета и снижает ее надежность.

Технический результат, достигаемый с помощью настоящего изобретения, заключается в том, что позволяет упростить технологический процесс изготовления задней плиты бланкета, снизить трудозатраты, на 20-30% сократить вес крупногабаритной конструкции, а также улучшить условия охлаждения задней плиты, ввести двухбарьерность по тракту теплоносителя и повысить ее надежность.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления задней плиты бланкета ИТЭР в виде торовой оболочки, заключающемся в том, что изготавливают сегменты, в которых выполняют каналы для теплоносителя, затем сегменты нагревают и штампуют для придания им необходимой формы, после чего сегменты сваривают по торцевым граням и образуют сектора, в них вырезают технологические проемы, а отверстия каналов в проемах заглушают, после чего из секторов сваривают полую торовую оболочку задней плиты бланкета, сегмент секторов изготавливают из профильных деталей, труб и переходников, в профильных деталях, на поверхностях, контактирующих с соседними деталями, выполняют продольный полукруглый паз, затем продольные пазы на противоположных поверхностях профильной детали соединяют поперечным отверстием, при этом поперечные сечения пазов и отверстия выполняют повторяющими поперечные сечения труб и переходников, в трубах вырезают отверстия для переходников, наружную поверхность труб и переходников покрывают припоем, при этом выбирают припой, температура плавления которого ниже температуры нагрева для горячей штамповки сегментов, трубы и переходники размещают в пазах и поперечных отверстиях профильных деталей, после чего профильные детали собирают в пакет и сваривают их вдоль пазов, а стыки труб и переходников сваривают дистанционно.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез задней плиты бланкета; на фиг.2 представлен сектор бланкета; на фиг. 3 показан вид заготовок для сегментов; на фиг.4 представлена схема тракта теплоносителя в сегменте, в котором имеется технологический проем.

Задняя плита бланкета представляет собой торовую оболочку 1, разомкнутую в нижней части. Конструкция состоит из 20 типовых секторов 2, сваренных между собой. Каждый сектор 2 состоит из трех сегментов 3 с независимыми внутренними трактами теплоносителя, организованными встроенными в сегменты 3 трубами 4 и переходниками 5.

Изготовление задней плиты бланкета осуществляют по следующей технологии.

Сегменты 3 сектора 2 изготавливают из профильных деталей 6, труб 4 и трубных переходников 5. В профильных деталях 6 на поверхностях, контактирующих с соседними профильными деталями 6, выполняют продольный полукруглый паз 7. В профильных деталях 6 с продольными пазами на двух противоположных сторонах, выполняют поперечное отверстие, соединяющее продольные пазы 7. Размер поперечных сечений полукруглых пазов 7 и отверстий в профильных деталях 6 выполняют повторяющими размер поперечного сечения труб 4 и переходников 5. В местах сопряжения труб 4 с переходниками 5 в первых выполняют соответствующие отверстия. Из профильных деталей 6, труб 4 и переходников 5 собирают пакет, в котором трубы 4 размещены в продольных пазах 7, а переходники в поперечных отверстиях. Трубы 4 и переходники 5 предварительно покрывают припоем, температура плавления которого ниже температуры нагрева для горячей деформации материала профильных деталей 6. Собранный пакет подвергают сварке стыковыми продольными швами вдоль пазов 7. Переходники 5 и трубы 4 свариваются с использованием дистанционного сварочного оборудования. Внутренние полости полученной таким образом заготовки сегмента 3 заполняются инертным газом, а отверстия труб 4 заглушаются сваркой. Затем заготовку сегмента 3 нагревают до температуры выше температуры плавления припоя, но достаточной для горячей штамповки. При нагреве заготовок сегментов 3 давление газа и пластичность труб 4 с переходниками 5 повышается до величин, достаточных для раздачи труб 4 и переходников 5 с внутренними поверхностями профильных деталей 6. В таком состоянии заготовка сегмента 3 подвергается горячей штамповке. После штамповки и остывания сегмента 3 газ удаляют из внутренних полостей. Отштампованные и пропаянные сегменты 3 сваривают между собой, образуя сектор 2. В секторе 2 вырезают проем, соответствующий боковому порту вакуумного корпуса реактора, при этом вскрытые в процессе обработки каналы заглушаются сваркой. После предварительной (черновой) обработки поверхностей сектора 2 и формирования сварочных кромок под сварку с соседними секторами сектор 2 задней плиты 1 поступает на сборку для последующей сварки непосредственно внутри вакуумного корпуса реактора по определенному алгоритму. В местах сварных соединений со свободным доступом осуществляют двустороннюю сварку, а в труднодоступных местах сварку осуществляют только со стороны плазмы, при этом осуществляют постоянный контроль деформации свариваемой торовой оболочки с целью минимизации суммарных проводок. С этой же целью проводится последующая термообработка сварных швов задней плиты 1 при температуре около 700^oC до уровня остаточных напряжений 3-5 кгс/мм. Чистовая обработка поверхностей задней плиты 1 осуществляется с помощью соответствующей оснастки и оборудования, размещаемого непосредственно внутри вакуумного корпуса.

Предлагаемый вариант позволяет создать оболочечную конструкцию больших габаритов при относительно малых толщинах с использованием при сборке как двусторонней, так и односторонней сварки для уменьшения послесварочных поводок.

Предлагаемый вариант позволяет разделить конструкционные и прочноплотные сварные швы в конструкции, что повышает ее надежность и долговечность.

Предлагаемый способ изготовления задней плиты позволяет организовать внутренние тракты теплоносителя любой конфигурации за счет соединительных переходников при одновременной организации двухбарьерности по теплоносителю за счет использования паяной впаянной трубной системы.

Формула изобретения

Способ изготовления задней плиты бланкета ИТЭР в виде полой торовой оболочки, заключающийся в том, что изготавливают сегменты, в которых выполняют каналы для теплоносителя, затем сегменты нагревают и штампуют для придания им необходимой формы, после чего сегменты сваривают по торцевым граням и образуют сектора, в них вырезают технологические проемы, а отверстия каналов в проемах заглушают, после чего из секторов сваривают полую торовую оболочку задней плиты бланкета, отличающийся тем, что сегменты секторов изготавливают из профильных деталей, труб и переходников, в профильных деталях на поверхностях, контактирующих с соседними профильными деталями, выполняют продольный полукруглый паз, затем продольные пазы на противоположных поверхностях профильной детали соединяют поперечным отверстием, при этом поперечные сечения пазов и отверстия выполняют повторяющими поперечные сечения труб и переходников, в трубах вырезают отверстия для переходников, наружную поверхность труб и переходников покрывают припоем, при этом выбирают припой, температура плавления которого ниже температуры нагрева для горячей штамповки сегментов, трубы и переходники размещают в пазах и поперечных отверстиях профильных деталей, после чего профильные детали собирают в пакет и сваривают их вдоль пазов, а стыки труб и переходников сваривают дистанционно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4