Устройство нагрева вакуумной камеры термоядерной установки токамак

 

1 . УСТРОЙСТЮ НАГРЕВА ВАКУУМНОЙ КАМЕРЫ ТЕРМОЯДЕРНОЙ УСТАНОВКИ ТОКАМАК, содержащее источник индукционного нагрева тороидальной части камеры, составленной из сильфонных элементов и соединительных колец, источник омического нагрева внешних патрубков камеры, блок сравнения, блок программы, источник опорного напряжения , блок измерения и преобразования температуры силь- , фона, кольца и патрубка в напряжение , коммутаторы исрочников индукционного и омического нагрева, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и увеличения надежности , введена схема сравнения, а блок сравнения выполнен в виде четьфех нуль-индикаторов, первые входы цвух из которых соединены с выходом блока измерения и преобразования температуры сипьфона в напряжение, а каждый из вторых входов присоединен к собственному источнику ступенчатого напряжения блока программы, выход первого нуль-индикатора соединен с отключающим, а выход второго нуль-индикатора - с включающим входами коммутатора источника индукционного нагрева, при этом первые входы третьего и четвертого нульиндикаторов соединены с выходами блока измерения и преобразования температуры в напряжение включенных последовательно и встречно соответственно сильфонных элементов и соединительного кольца, сильфона и патрубка попарно, а вторые входы присоединены к источнику опорного напряжения , причем выходы этих нульиндикаторов соединены с входами схемы совпадения, выход которой под ,ключен к включающим входам коммутаторов источников индукционного и омического нагрева. (Л 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между схемой совпадения и третьим и четвертым нуль-индикаторами введен со блок запрета, источники ступенчатого напряжения блока программы высо полнены в виде tn-звенной тиристорел но-пересчетной схемы, где тчисло температурных ступеней процесса 00 нагрева, с выходным резистором включенным в общую шину питания тиристоров, с регулировочными резисторами и импульсными трансформаторами в анодах тиристоров,,причем вторичные обмотки импульсных трансформаторов первого источника через . элемент ИЛИ подключены к запирающему входу блока запрета, а вторичные обмотки импульсных трансформаторов второго источника через второй элемент ИЛИ подключены к разрешающему входу блока запрета, при этом управляющие электроды тиристо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3t5OG 2 В 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПОДБЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2943395/18-25 (22) 20.06.80 (46) 23. 11.84. Бюл. N - 43 (72) Г.С. Ляпичев (53) 629.7.018(088.8) (56) 1.Ckukhov А.U., Ко11егоъ Е.P..

at aI.Vacuum conditions at Tokamak at Pros. 7 th Intern, Vac.congr.

Меппа 1977, р. 355.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 206202 э кл. G 05 Р 23/22 1

19. 08. 66 (прототип) . (54) (57) 1 . УСТРОЙСТВО НАГРЕВА

ВАКУУМНОЙ КАМЕРЫ ТЕРМОЯДЕРНОЙ УСТАНОВКИ ТОКАМАК, содержащее источник индукционного нагрева тороидальной части камеры, составленной из сильфонных элементов и соединительных колец, источник омического нагрева внешних патрубков камеры, блок сравнения, блок программы, источник опорного напряжения, блок измерения и преобразования температуры сильфона, кольца и патрубка в напряжение, коммутаторы источников индукционного и омического нагрева, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей и увеличения надежности, введена схема сравнения, а блок сравнения выполнен в виде четырех нуль-индикаторов, первые входы двух из которых соединены с выходом блока измерения и преобразования температуры сильфона в напряжение, а каждый из вторых входов присоединен к собственному источнику ступеччаЪ 1 того напряжения блока программы, выход первого нуль-индикатора соеди- нен с отключающим, а выход второго нуль-индикатора — с включающим входами коммутатора источника индукционного нагрева, при этом первые входы третьего и четвертого нульиндикаторов соединены с выходами блока измерения и преобразования температуры в напряжение включенных последовательно и встречно соответственно сильфонных элементов и соединительного кольца, сильфона и патрубка попарно, а вторые входы присоединены к источнику опорного напряжения, причем выходы этих нульиндикаторов соединены с входами схемы совпадения, выход которой под, ключен к включающим входам коммутаторов источников индукционного и оми- Е

О ческого нагрева.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что между схемой совпадения и третьим и четвертым нуль-индикаторами введен блок запрета, источники ступенчатого напряжения блока программы выполнены в виде )n -звенной тиристорно-пересчетной схемы, где rn — число температурных ступеней процесса нагрева, с выходным резистором, включенным в общую шину питания тиристоров, с регулировочными резисторами и импульсными трансформаторами в анодах тиристоров, причем вторичные обмотки импульсных трансформаторов первого источника через элемент ИЛИ подключены к запирающему входу блока запрета, а вторичные обмотки импульсных трансформаторов второго источника через второй элемент ИЛИ подключены к разрешающему входу блока запрета, при этом управляющие электроды тиристовторого источника через ключ подключены к добавочному выходу первого нуль-индикатора.

919518 ров первого источника подключены к добавочному выходу схемы совпадения, а управляющие электроды тиристоров

Известно устройство нагрева вакуумной камеры термоядерной установ ки токамак, содержащее источник индукционного нагрева тороидальной части камеры, составленный из сильфонных элементов и соединительных колец, источник омического нагрева внешних патрубков камеры, блок сравнения, блок программы с источником ступенчатого напряжения, источник опорного напряжения, блок измерения и преобразования температуры сильфона, кольца и патрубка в напряжение, коммутаторы источников индукционно, го и омического нагрева (23.

Однако известное устройство не обладает достаточной надежностью и не обеспечивает быстрый и равномерный нагрев камеры.

Цель изобретения — повьппение надежности устройства, уменьшение перецадов температуры между элемен45

Изобретение относится к области электрофизнческих установок, в частности к конструкциям систем термоядерных установок токамак.

Известна система нагрева вакуум- .5 иой камеры установки токамак 1), содержащая независимые источники индукционного и омического нагрева, преобразователь температуры в напряжение и коммутаторы источников нагрева. Коммутация источников нагрева производится оператором по показаниям приборов, контролирующих температуру нагреваемых элементов в вакуумной камере. 15

Недостаток такой системы заключается в субъективности контроля температуры элементов камеры и температурноге перепада между ними, в результате чего в зонах соединения 20 элементов камеры, имеющих различные массу, механическую жесткость и скорость нагрева, могут появляться недопустимо большие пластические деформации. 25 тами камеры и сокращение времени нагрева камеры.

Цель достигается тем, что в известном устройстве нагрева вакуумной камеры термоядерной установки токамак, содержащем источник индукционного нагрева тороидальной части камеры, составленный из сильфонных элементов и соединительных ко- . лец, источник омического нагрева внешних патрубков камеры, блок сравнения, блок программы с источником ступенчатого напряжения, источник опорного напряжения, блок измерения и преобразбвания температуры сильфона, кольца и патрубка в напряжение, коммутаторы источников индукционного и омического нагрева, введена схема сравнения, блок сравнения выполнен в виде четырех нульиндикаторов, первые входы двух из которых соединены с выходом блока измерения и преобразования температуры сильфона в напряжение, а каждый иэ вторых входов присоединен к выходному резистору собственного источника ступенчатого напряжения блока программы, выход первого нульиндикатора соединен с отключающим, а выход второго нуль-индикатора— с включающим входами коммутатора источника индукционного нагрева,. при этом первые входы третьего и четвертого нуль-индикаторов соединены с выходами блока измерения и преобразования температуры в напряжение включенных последовательно и встреч-но соответственно сильфонных элементов и соединительного кольца, . сильфона и патрубка попарно, а вторые входы присоединены к источнику опорного напряжения, пропорционального допустимой разности температур сопряженных элементов камеры, причем выходы этих нуль-индикаторов соединены с входами схемы совпадения, выход которой подключен к включаю919518 4

ro нагрева тороидальной части камеры и омического нагрева патрубков, блок 17 программы, источники 18 и

19 ступенчатого напряжения блока программы, выходные резисторы 20 и 21 источников ступенчатого напряжения, регулировочные резисторы

22-25, ... и, источников ступенчатого напряжения, импульсные транс10 форматоры 26-29, ... и., элементы

ИЗМ 30 и 31, ключ 32.

45

55

3 щим входам коммутаторов источников индукционного и омического нагрева.

Кроме того, между схемой совпадений и третьим и четвертым нуль-инди каторами введен блок запрета, источники ступенчатого напряжения блока программы выполнены в виде у-звенных тиристорно-пересчетных схем (где е -число температурных ступеней процесса нагрева) с выходным резистором, включенным в общую шину питания тиристоров, с регулировочньми резисторами и импульсными трансформаторами в анодах тиристоров, причем вторичные обмотки импульсных трансформаторов первого источника через элемент ИЛИ подключены к запрещающему входу блока запрета, а вторичные обмотки импульсных трансформаторов второго источника через второй элемент ИЛИ подключены к разрешающему входу блока запрета, при этом управляюшие электроды тиристоров первого источника подключены к добавочному выходу схемы совпадейия, а управляющие. электроды тиристоров второго источ.ника через ключ подключены к доба-. вочному выходу первого нуль-индикатора.

На чертеже представлена схема устройства, содержащая блок 1 изме- рения и преобразования температуры в напряжение, элементы 2, 3 и 4 измерения и преобразования темпе- 3 ратуры в напряжение соответственно для сильфона, соединительного кольца и патрубка, блок 5 сравнения, нуль-индикаторы 6 и 7 сравнения напряжения, пропорционального, 40 абсолютной температуре сильфона, с напряжением источников ступенчатого напряжения блока программы, нуль-индикаторы сравнения с заданным опорным источником разностных напряжений, пропорциональных разности температур, соответственно силь-,. фонных элементов и соединительного кольца, сильфона 8 и патрубка 9, источник опорного напряжения, пропорционального допустимой разности температур сопряженных элементов 10, блок 11 запрета схема 12 совпадения, коммутаторы источников соответствен" но индукционного нагрева тороидальной части камеры и омического нагрева патрубков 13 и 14, источники

15 и 16 соответственно индукционно-.

Ведущим звеном, по которому ведется нагрев вакуумной камеры, является сильфон, постоянная времени нагрева которого значительно меньше, чем постоянные времени нагрева массивных. соединительных колец и внешних патрубков. Для уменьшения температурного перепада между элементами камеры сильфон нагревается ступенями через заданные температурные интервалы, величина которых ограничена .допустимой величиной деформаций краевых гофров сильфонов и задается программой изменения напряжения источника 18. При нажатии кнопки "Вкл" включаются источники.15 и 16 индукционного нагрева (св. 33) и омического нагрева патрубка (св, 34), а также тиристор первого звена тиристорно-пересчетной схемы (св. 35) источника 18 ступенчатого напряжения. При этом с выходного резистора 20 на вход нуль-индикатора 6 блока 5 сравнения поступает опорное напряжение (св. 36), соответствующее первой ступени нагрева сильфона и верхнему пределу термоциклирования сильфона. Сигнал со вторичной обмотки трансформатора

26 (св. 37) через элемент 30 поступает на запрещающий вход (св. 38) блока 11 запрета, блокируя вход схемы 12 совпадения. При нагреве сильфона до температуры первой ступени нуль-индикатор 6 вырабатывает команду отключения индукционного наг-. рева, поступающую на коммутатор источника индукционного нагрева 13 (св. 39). Одновременно с добавочного выхода нуль-индикатора 6 импульсный сигнал через ключ 32 включает тиристор 1-го звена тиристорно-пересчетной схемы источника 19 (св. 40, 41). При этом с выходного резнстора 21 на вход нуль-индикатора 7 поступает опорное напряжение, соответст919518

ЗО вующее нижнему пределу термоциклирования сильфона (св. 42). Это напряжение регулировочным резистором 24 устанавливается ниже уровня напряжения первой ступени источника 18 5 на величину, соответствующую амплитуде термоциклирования сильфона, Кроме того, импульсный сигнал с вторичной обмотки трансформатора 28 (св.

43) через элемент 31 поступает на 10 разрешающий вход блока 11 запрета (св. 44), деблокируя вход схемы 12 совпадения и подготавливая ее к приему сигналов с нуль-индикаторов 8 и 9. Выравнивание температуры сильфо. 15 нов и примыкающих к нему массивных соединительных колец сопровождается понижением температуры сильфона. При снижении температуры сильфона до нижнего предела термоциклирования нуль-индикатор 7 вырабатывает команду на включение источника 15 индукционного нагрева (св. 45) с целью восстановления первоначальной температуры сильфона. Частота Zs подобных циклов включения - отключения источника индукционного нагрева практически выбирается минимально .; возможной и определяется установленной мощностью источника и заданной амплитудой термоциклирования сильфона, а продолжительность зависит в конечном счете от темпа нагрева соединительных колец и от допустимой величины температурного перепада между сильфоном и соединительным кольцом. Ключ 32 пропускает только первый импульсный сигнал с нуль-индикатора 6 на каждой из ступеней нагрева, поэтому в периоды термоциклирования уровень выходного напряжения с источника 19 не изменяется. По мере выравнивания температур сильфона и соединительного кольца в период термоциклирования разностный сигнал от элементов 2 и 3 на входе нуль †индикатора 8 (св. 46, 47) достигает вели.чины опорного напряжения источника

10 (св. 48). При этом нуль-индикатор

8 вырабатывает сигнал, поступающий через блок запрета на вход схемы

12 совпадения (св. 49, 50). Аналогично, по мере приближения температуры патрубка, нагреваемого от источника омического нагрева, к температуре сильфона, разностный сигнал от элементов 2 и 4 (св. 51, 52) также достигает величины опорного напряжения источника 10 (св. 53), при этом нуль-индикатор

9 вырабатывает сигнал.,поступающий через блок запрета на второй вход схемы 12 совпадения (св. 54, 55).

При наличии сигналов на обоих входах схема совпадения через коммутаторы 13 и 14 включает источники индукционного и омического нагрева (св. 56). Одновременно сигнал со второго выхода схемы совпадения (св. 57) включает тиристор второго звена источника 18. При этом с вы-. ходного резистора 20 на вход нульиндикатора 6 поступает опорное напряжение, соответствующее второй ступени нагрева сильфона (верхнему пределу его термоциклирования). Импульсный сигнал со вторичной обмотки трансформатора 27 (св. 58) через элемент 30 поступает на запрещающий вход блока запрета 11, блокируя входы схемы совпадения до момента прогрева сильфона до верхнего, предела термоциклирования второй ступени.

В указанный момент нуль-индикатор

6 формирует команду отключения источника 15 индукционного нагрева, импульсный сигнал включения тиристора 2-ro звена тиристорно-пересчетной схемы источника 19, изменяя таким образом опорное напряжение на входе нуль-индикатора на уровень, соответствующий нижнему пределу термоциклирования сильфона. При этом импульсный сигнал с вторичной обмотки трансформатора 29 через элемент

31 поступает на разрешающий вход блока запрета 11, подготавливая схему 12 совпадения. Далее процессы повторяются.

Экономическая эффективность изобретения заключается в устранении аварийных ситуаций, связанных с нарушением герметичности, и в сокращении числа переборок камеры и установки в целом.

919518 ех

Составитель Ю. Шестаков

Техред JI.Яартящова Корректор Л. Пилипенко.

Редактор Л. Письман

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 9135/3 Тираж 413 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5