等離子體破裂防護(hù)專用的高壓混合氣體精確自動(dòng)配置系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種等離子體破裂防護(hù)專用的高壓混合氣體精確自動(dòng)配置系統(tǒng)，包括兩個(gè)大容量的高壓儲(chǔ)氣罐B1、B2，四個(gè)分別接入高壓儲(chǔ)氣罐B1、B2進(jìn)出氣口的手動(dòng)球閥V1、V2、V3、V4，一個(gè)小容量的高壓儲(chǔ)氣罐B3，用于測(cè)量高壓儲(chǔ)氣罐B3內(nèi)壓力的壓力傳感器，三個(gè)高壓減壓閥V5、V6、V10，四個(gè)高壓電磁閥V7、V8、V9、V11，以及板卡及預(yù)設(shè)在板卡中的控制程序。本發(fā)明可以方便的配制出任意配比的高壓混合氣體，它與渦流驅(qū)動(dòng)高壓充氣閥配套使用，可以很方便的為等離子體破裂防護(hù)研究提供任意配比的混合氣體注入，極大地方便了在EAST托卡馬克裝置上開(kāi)展高壓混合氣體注入緩解等離子體破裂實(shí)驗(yàn)研究。
【專利說(shuō)明】
等離子體破裂防護(hù)專用的高壓混合氣體精確自動(dòng)配置系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及托卡馬克核聚變裝置用高壓充氣閥配氣系統(tǒng)領(lǐng)域，具體是一種等離子體破裂防護(hù)專用的高壓混合氣體精確自動(dòng)配置系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在托卡馬克放電試驗(yàn)中，由于等離子體控制、磁流體不穩(wěn)定性、雜質(zhì)、高能逃逸粒子等原因，使得等離子體的破裂難以避免。特別是在實(shí)現(xiàn)托卡馬克聚變堆穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的主要研究?jī)?nèi)容——維持穩(wěn)態(tài)高參數(shù)等離子體的放電中，等離子體破裂放電會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的破壞作用，如第一壁大的熱負(fù)載，強(qiáng)的機(jī)械應(yīng)力，大的逃逸電流等，甚至對(duì)偏慮器靶板、第一壁部件甚至裝置造成嚴(yán)重?fù)p傷。雖然現(xiàn)有托卡馬克放電的不同參數(shù)的運(yùn)行極限已經(jīng)有了深入的研究，并且可以控制托卡馬克在“安全運(yùn)行”區(qū)域而避免破裂發(fā)生，但是總有一些破裂難以避免，因此，為在高參數(shù)條件下避免或減小破裂對(duì)大裝置造成的危害，開(kāi)展等離子體破裂緩解的研究是很有必要而且是很重要的，也是當(dāng)前托卡馬卡等離子體物理研究的重點(diǎn)之一。
[0003]實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在破裂發(fā)生前如果能迅速的(幾個(gè)毫秒以內(nèi))向等離子體內(nèi)部注入一定量的高壓雜質(zhì)氣體(主要為惰性氣體)，則可以把等離子體破裂的危害性降低到最低的程度以起到保護(hù)裝置安全的效果。
[0004]實(shí)驗(yàn)研究還發(fā)現(xiàn)，等離子體能量的輻射效果與注入雜質(zhì)的等效質(zhì)量數(shù)有關(guān)系:等效質(zhì)量數(shù)越大，雜質(zhì)熱輻射效果越好。但是根據(jù)理論分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得到:氣體質(zhì)量數(shù)越大，其相應(yīng)的氣體速度也就越小，因此，采用大質(zhì)量數(shù)的緩解氣體必然以降低氣體的注入速度為代價(jià)。
[0005]為了解決以上矛盾，研究人員提出了利用在小質(zhì)量數(shù)的雜質(zhì)氣體中摻入少量的大質(zhì)量數(shù)的雜質(zhì)氣體以制成一定比例的混合氣體，實(shí)現(xiàn)混合注入的設(shè)想。在混合注入的過(guò)程中，由于氣體分子之間的摩擦作用，高速的小質(zhì)量數(shù)的氣體分子可以對(duì)低速的大質(zhì)量的氣體分子起到拖拽效果，從而使整個(gè)混合氣體分子都有較高的注入速度，同時(shí)，由于大質(zhì)量數(shù)氣體分子的摻入，使得整個(gè)混合氣體的等效質(zhì)量數(shù)增加，可以在較大程度上提高雜質(zhì)熱輻射效果，進(jìn)一步增強(qiáng)等離子體破裂緩解效果，這種效果已經(jīng)在很多托卡馬克裝置上得到了驗(yàn)證。
[0006]靠渦流驅(qū)動(dòng)的高壓快速充氣閥(專利號(hào):201110090285)已經(jīng)在EAST裝置上研發(fā)成功且已經(jīng)成功的應(yīng)用于等離子體破裂防護(hù)實(shí)驗(yàn)研究工作，并取得了很好的緩解效果。為了更好了滿足在EAST裝置上開(kāi)展混合氣體注入緩解等離子體破裂實(shí)驗(yàn)研究，我們又成功研發(fā)了該套高壓混合氣體精確自動(dòng)配制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以方便的配制出任意配比的混合氣體，極大地方便了在EAST托卡馬克裝置上開(kāi)展高壓混合氣體注入緩解等離子體破裂實(shí)驗(yàn)研究。
[0007]該套等離子體破裂防護(hù)專用的高壓混合氣體精確自動(dòng)配制系統(tǒng)的成功研發(fā)對(duì)EAST托卡馬克裝置來(lái)說(shuō)有著重要的意義，它與渦流驅(qū)動(dòng)高壓充氣閥配套使用，可以很方便的為等離子體破裂防護(hù)研究提供任意配比的混合氣體注入，極大地方便了在EAST托卡馬克裝置上開(kāi)展高壓混合氣體注入緩解等離子體破裂實(shí)驗(yàn)研究。EAST作為在世界上第一個(gè)類ITER的全超導(dǎo)偏濾器裝置，在其上進(jìn)行高壓混合氣體注入緩解等離子體破裂實(shí)驗(yàn)研究，也可以為ITER聚變裝置提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)及數(shù)據(jù)參考與積累。
[0008]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的是提供一種等離子體破裂防護(hù)專用的高壓混合氣體精確自動(dòng)配置系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)托卡馬克核聚變裝置用高壓快速充氣閥的精確配氣。
[0009]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
等離子體破裂防護(hù)專用的高壓混合氣體精確自動(dòng)配置系統(tǒng)，其特征在于:包括:
兩個(gè)大容量的高壓儲(chǔ)氣罐B1、B2，每個(gè)大容量的高壓儲(chǔ)氣罐分別具有進(jìn)氣口和出氣口；四個(gè)手動(dòng)球閥￥1、￥2、￥3、￥4，其中手動(dòng)球閥￥1、￥2—端分別對(duì)應(yīng)連通于大容量的高壓儲(chǔ)氣罐B2、B1的進(jìn)氣口，手動(dòng)球閥V3、V4—端分別對(duì)應(yīng)連通于大容量的高壓儲(chǔ)氣罐B2、B1的出氣口，兩個(gè)大容量的高壓儲(chǔ)氣罐分別對(duì)應(yīng)通過(guò)手動(dòng)球閥Vl、V2另一端充入200大氣壓左右的高壓惰性氣體，且兩大容量的高壓儲(chǔ)氣罐充入的高壓惰性氣體種類不同；
一個(gè)小容量的高壓儲(chǔ)氣罐B3，其具有進(jìn)氣口和出氣口；
壓力傳感器Gl，用于測(cè)量高壓儲(chǔ)氣罐B3內(nèi)壓力；
三個(gè)高壓減壓閥V5、V6、V10，其中高壓減壓閥V5—端與手動(dòng)球閥V4另一端連通，高壓減壓閥V6—端與手動(dòng)球閥V3另一端連通，高壓減壓閥VlO—端與小容量的高壓儲(chǔ)氣罐B3出氣口連通；
四個(gè)高壓電磁閥V7、V8、V9、Vl I，其中高壓電磁閥V7—端與高壓減壓閥V5另一端連通，高壓電磁閥V8—端與高壓減壓閥V6另一端連通，高壓電磁閥V7與V8另一端合路連通至小容量的高壓儲(chǔ)氣罐B3的進(jìn)氣口，高壓電磁閥V9—端旁路連通至高壓減壓閥VlO與小容量的高壓儲(chǔ)氣罐B3出氣口之間，高壓電磁閥V9另一端作為泄放口排空，高壓電磁閥Vll—端與高壓減壓閥VlO另一端連通，高壓電磁閥Vll另一端連通至外部高壓充氣閥的腔體；
板卡及預(yù)設(shè)在板卡中的控制程序，其中板卡分別與四個(gè)高壓電磁閥V7、V8、V9、V11以及壓力傳感器Gl連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)四個(gè)高壓電磁閥V7、V8、V9、Vl I的遠(yuǎn)程控制以及實(shí)現(xiàn)對(duì)小容量的高壓儲(chǔ)氣罐B3內(nèi)部氣體壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)在控制程序上設(shè)定所需要的混合氣體配比及所需配制的氣體壓力，控制程序就會(huì)自動(dòng)計(jì)算出所需的兩種氣體的氣量，通過(guò)控制程序遠(yuǎn)程控制兩個(gè)高壓電磁閥V7、V8的開(kāi)關(guān)，向小容量的高壓儲(chǔ)氣罐B3中充入所需的目標(biāo)壓力，從而實(shí)現(xiàn)所需配比的混合氣體的自動(dòng)配制；小容量的高壓儲(chǔ)氣罐B3通過(guò)一個(gè)高壓減壓閥VlO及一個(gè)高壓電磁閥Vll與外部高壓充氣閥的腔體相連接，以給高壓充氣閥提供一定壓力的混合氣體。
[0010]所述的等離子體破裂防護(hù)專用的高壓混合氣體精確自動(dòng)配置系統(tǒng)，其特征在于:小容量的高壓儲(chǔ)氣罐B3分兩路依次通過(guò)高壓電磁閥、高壓減壓閥、手動(dòng)球閥分別與大容量的高壓儲(chǔ)氣罐B1、B2相連接，可以通過(guò)控制程序遠(yuǎn)程控制高壓電磁閥的開(kāi)關(guān)，從而可以通過(guò)兩路管路向小容量的高壓儲(chǔ)氣罐B3中充入一定壓力的兩種工作氣體以配制特定比例的混合氣體。
[0011]所述的等離子體破裂防護(hù)專用的高壓混合氣體精確自動(dòng)配置系統(tǒng)，其特征在于:控制程序由Iabview編寫(xiě)，可以在控制界面上設(shè)定所需的混合氣體配比及所需要配制的混合氣體壓力，程序就會(huì)自動(dòng)計(jì)算配制該配比條件下所需要的兩種氣體的壓力，從而可以遠(yuǎn)程控制兩路高壓電磁閥的開(kāi)關(guān)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所需配比的混合氣體的自動(dòng)精確配制。
[0012]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)為: 本發(fā)明可以方便的配制出任意配比的高壓混合氣體，它與渦流驅(qū)動(dòng)高壓充氣閥配套使用，可以很方便的為等離子體破裂防護(hù)研究提供任意配比的混合氣體注入，極大地方便了在EAST托卡馬克裝置上開(kāi)展高壓混合氣體注入緩解等離子體破裂實(shí)驗(yàn)研究。EAST作為在世界上第一個(gè)類ITER的全超導(dǎo)偏濾器裝置，在其上進(jìn)行高壓混合氣體注入緩解等離子體破裂實(shí)驗(yàn)研究，也可以為ITER聚變裝置提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)及數(shù)據(jù)參考與積累。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]參見(jiàn)圖1所示，本發(fā)明包括(I)兩個(gè)8L的高壓儲(chǔ)氣罐B1，B2;(2)—個(gè)500mL的高壓儲(chǔ)氣罐B3; (3) I個(gè)壓力傳感器Gl; (4)4個(gè)手動(dòng)球閥￥1，￥2，￥3，￥4; (5) 3套高壓減壓閥V5，V6,V10; (6)4套高壓電磁閥￥7，￥8，￥9，￥11; (7)板卡及控制程序等部分組成。兩個(gè)8L的高壓儲(chǔ)氣罐B1、B2中通過(guò)兩個(gè)手動(dòng)球閥Vl、V2分別注滿200大氣壓左右的兩種高壓惰性氣體；500mL的高壓儲(chǔ)氣罐B3分兩路依次通過(guò)所述的高壓電磁閥V7和V8、高壓減壓閥V5和V6、手動(dòng)球閥V3和V4分別與8L的高壓儲(chǔ)氣罐相連接;板卡及控制程序分別與高壓電磁閥V7和V8、壓力傳感器Gl相連接，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電磁閥V7、V8的遠(yuǎn)程控制以及實(shí)現(xiàn)對(duì)500mL高壓儲(chǔ)氣罐B3內(nèi)部氣體壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)在控制程序上設(shè)定所需要的混合氣體配比及所需的氣體壓力，控制程序就會(huì)自動(dòng)計(jì)算出每種氣體所需的氣量，通過(guò)控制程序遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)兩個(gè)高壓電磁閥V7、V8的開(kāi)關(guān)，從而向500mL的高壓儲(chǔ)氣罐B3中充入所需的目標(biāo)壓力，可以實(shí)現(xiàn)所需配比的混合氣體的自動(dòng)配制;500mL的高壓儲(chǔ)氣罐B3通過(guò)一個(gè)高壓減壓閥VlO及一個(gè)高壓電磁閥Vll與高壓充氣閥的腔體相連接，從而給高壓充氣閥提供配制好的一定壓力的混合氣體，圖中V9為瀉放電磁閥，可以方便把500mL內(nèi)部不需要的工作氣體瀉放掉。
[0015]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明:
當(dāng)需要向500mL的目標(biāo)容器B3中配制一定氣壓P及一定配比(m:n)的混合氣體時(shí)，首先通過(guò)兩個(gè)手動(dòng)閥Vl、V2向兩個(gè)8L的高壓儲(chǔ)氣罐B1、B2中分別注入一定壓力(200大氣壓左右)的兩種高壓惰性氣體，然后分別打開(kāi)V3、V4手動(dòng)閥門(mén)，同時(shí)調(diào)節(jié)高壓減壓閥V5、V6的輸出壓力為大于P，接著在控制程序界面中輸入需要配制的氣體壓力及氣體配比，則控制程序就會(huì)相應(yīng)的計(jì)算出兩種氣體所需要的氣壓分別為:P*m/(m+n)和P*n/(m+n)，通過(guò)控制程序遠(yuǎn)程來(lái)調(diào)節(jié)高壓電磁閥V7、V8的開(kāi)關(guān)，從而把所需要的氣量注入到B3儲(chǔ)氣罐中，從而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)所需配比的混合氣體的配制。如果在此配比的基礎(chǔ)上想實(shí)現(xiàn)另外的混合配比，則需要把V9瀉放電磁閥打開(kāi)，先把B3儲(chǔ)氣罐中的壓力降低為原來(lái)目標(biāo)壓力值的2/3左右，此時(shí)在控制界面上輸入新的氣體配比和新的混合壓力，控制程序就會(huì)自動(dòng)計(jì)算出還需要分別重新注入多少氣量的兩種氣體，通過(guò)遠(yuǎn)程控制高壓電磁閥V7、V8的開(kāi)關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)新配比的混合氣體的配制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.等離子體破裂防護(hù)專用的高壓混合氣體精確自動(dòng)配置系統(tǒng)，其特征在于:包括: 兩個(gè)大容量的高壓儲(chǔ)氣罐B1、B2，每個(gè)大容量的高壓儲(chǔ)氣罐分別具有進(jìn)氣口和出氣口； 四個(gè)手動(dòng)球閥￥1、￥2、￥3、￥4，其中手動(dòng)球閥￥1、￥2—端分別對(duì)應(yīng)連通于大容量的高壓儲(chǔ)氣罐B2、B1的進(jìn)氣口，手動(dòng)球閥V3、V4—端分別對(duì)應(yīng)連通于大容量的高壓儲(chǔ)氣罐B2、B1的出氣口，兩個(gè)大容量的高壓儲(chǔ)氣罐分別對(duì)應(yīng)通過(guò)手動(dòng)球閥Vl、V2另一端充入200大氣壓左右的高壓惰性氣體，且兩大容量的高壓儲(chǔ)氣罐充入的高壓惰性氣體種類不同； 一個(gè)小容量的高壓儲(chǔ)氣罐B3，其具有進(jìn)氣口和出氣口； 壓力傳感器Gl，用于測(cè)量高壓儲(chǔ)氣罐B3內(nèi)壓力； 三個(gè)高壓減壓閥V5、V6、V10，其中高壓減壓閥V5—端與手動(dòng)球閥V4另一端連通，高壓減壓閥V6—端與手動(dòng)球閥V3另一端連通，高壓減壓閥VlO—端與小容量的高壓儲(chǔ)氣罐B3出氣口連通； 四個(gè)高壓電磁閥￥7、￥8、￥9、￥11，其中高壓電磁閥￥7—端與高壓減壓閥￥5另一端連通，高壓電磁閥V8—端與高壓減壓閥V6另一端連通，高壓電磁閥V7與V8另一端合路連通至小容量的高壓儲(chǔ)氣罐B3的進(jìn)氣口，高壓電磁閥V9—端旁路連通至高壓減壓閥VlO與小容量的高壓儲(chǔ)氣罐B3出氣口之間，高壓電磁閥V9另一端作為泄放口排空，高壓電磁閥Vll—端與高壓減壓閥VlO另一端連通，高壓電磁閥Vll另一端連通至外部高壓充氣閥的腔體； 板卡及預(yù)設(shè)在板卡中的控制程序，其中板卡分別與四個(gè)高壓電磁閥V7、V8、V9、V11以及壓力傳感器Gl連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)四個(gè)高壓電磁閥V7、V8、V9、Vl I的遠(yuǎn)程控制以及實(shí)現(xiàn)對(duì)小容量的高壓儲(chǔ)氣罐B3內(nèi)部氣體壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)在控制程序上設(shè)定所需要的混合氣體配比及所需配制的氣體壓力，控制程序就會(huì)自動(dòng)計(jì)算出所需的兩種氣體的氣量，通過(guò)控制程序遠(yuǎn)程控制兩個(gè)高壓電磁閥V7、V8的開(kāi)關(guān)，向小容量的高壓儲(chǔ)氣罐B3中充入所需的目標(biāo)壓力，從而實(shí)現(xiàn)所需配比的混合氣體的自動(dòng)配制；小容量的高壓儲(chǔ)氣罐B3通過(guò)一個(gè)高壓減壓閥VlO及一個(gè)高壓電磁閥Vll與外部高壓充氣閥的腔體相連接，以給高壓充氣閥提供一定壓力的混合氣體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體破裂防護(hù)專用的高壓混合氣體精確自動(dòng)配置系統(tǒng)，其特征在于:小容量的高壓儲(chǔ)氣罐B3分兩路依次通過(guò)高壓電磁閥、高壓減壓閥、手動(dòng)球閥分別與大容量的高壓儲(chǔ)氣罐B1、B2相連接，可以通過(guò)控制程序遠(yuǎn)程控制高壓電磁閥的開(kāi)關(guān)，從而可以通過(guò)兩路管路向小容量的高壓儲(chǔ)氣罐B3中充入一定壓力的兩種工作氣體以配制特定比例的混合氣體。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體破裂防護(hù)專用的高壓混合氣體精確自動(dòng)配置系統(tǒng)，其特征在于:控制程序由Iabview編寫(xiě)，可以在控制界面上設(shè)定所需的混合氣體配比及所需要配制的混合氣體壓力，程序就會(huì)自動(dòng)計(jì)算配制該配比條件下所需要的兩種氣體的壓力，從而可以遠(yuǎn)程控制兩路高壓電磁閥的開(kāi)關(guān)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所需配比的混合氣體的自動(dòng)精確配制。
【文檔編號(hào)】B01F15/04GK105964183SQ201610186982
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年3月28日
【發(fā)明人】莊會(huì)東, 張曉東, 胡建生
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所