HL-3装置真空室烘烤时的热应力分析及安全评估

doi:10.16568/j.0254-6086.202502002

核工业西南物理研究院 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (2): 135-141.DOI: 10.16568/j.0254-6086.202502002

HL-3装置真空室烘烤时的热应力分析及安全评估

秦紫薇，冉红，唐乐，侯吉来，黄运聪

(核工业西南物理研究院，成都 610041)

收稿日期:2023-09-17 修回日期:2024-10-10 出版日期:2025-06-15 发布日期:2025-06-13
通讯作者: 冉红(1968-)，女，贵州正安人，硕士，研究员，从事托卡马克装置工程研究。
作者简介:秦紫薇(1999-)，女，四川巴中人，硕士，从事托卡马克装置工程研究。

Thermal stress analysis and safety assessment of HL-3 vacuum vessel during baking

QIN Zi-wei, RAN Hong, TANG Le, HOU Ji-lai, HUANG Yun-cong

(Southwest Institute of Physics, Chengdu 610041)

Received:2023-09-17 Revised:2024-10-10 Online:2025-06-15 Published:2025-06-13

摘要/Abstract

摘要：

为了满足等离子体放电需求，实验运行前需要对真空室进行烘烤。目前HL-3装置真空室烘烤温度已达175℃，未来实验温度将逐步提升。为保证装置安全运行，在高温烘烤下对于真空室壳体和支撑结构的应力和形变情况的预分析是必要的。HL-3装置真空室支撑采用滑动支撑耳轴结构，耳轴滑动受限将影响真空室的安全。利用有限元分析软件ANSYS分析了300℃烘烤下支撑耳轴正常与非正常滑动工况下真空室的应力和变形情况。结果显示，当耳轴滑动受限时，真空室上会有严重的应力集中，危害结构安全。要保证真空室处于安全状态，耳轴必须滑动足够的位移量，在300℃烘烤下，应保证耳轴位移值不小于7 mm。这为烘烤实验提供了风险预警，对未来更高温度下的烘烤实验具有指导意义。

关键词: 真空室, 烘烤, 耳轴, 位移, 热应力

Abstract:

In order to meet the plasma discharge requirements, the vacuum vessel needs to be baked before the experiment operation. At present, the baking temperature of HL-3 vacuum vessel has reached 175°C, and the experimental temperature will be gradually increased in future. In order to ensure the safe operation of the HL-3 tokamak, it is necessary to pre-analyze the stress and deformation of the vacuum vessel shell and the supporting structure under high temperature baking. HL-3 vacuum vessel support adopts sliding support trunnion structure, and the limited sliding of the trunnion will affect the safety of the vacuum vessel. The finite element analysis software ANSYS was used to analyze the stress and deformation of the vacuum vessel under normal and abnormal sliding conditions of the support trunnion at 300°C baking. The results show that when the trunnion slide is limited, there will be serious stress concentration on the vacuum vessel, which endangers the structural safety. In order to ensure that the vacuum vessel is in a safe state, the trunnion must slide enough displacement, which should not be less than 7 mm under 300°C baking. This provides a risk warning for baking experiments and guiding significance for future baking experiments at higher temperatures.

Key words: Vacuum vessel, Baking, Trunnion, Displacement, Thermal stress

中图分类号:

TL631

秦紫薇, 冉红, 唐乐, 侯吉来, 黄运聪. HL-3装置真空室烘烤时的热应力分析及安全评估[J]. 核工业西南物理研究院, 2025, 45(2): 135-141.

QIN Zi-wei, RAN Hong, TANG Le, HOU Ji-lai, HUANG Yun-cong. Thermal stress analysis and safety assessment of HL-3 vacuum vessel during baking[J]. Nuclear Fusion and Plasma Physics, 2025, 45(2): 135-141.

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HL-3装置真空室烘烤时的热应力分析及安全评估

Thermal stress analysis and safety assessment of HL-3 vacuum vessel during baking

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