[发明专利]一种大型托卡马克真空室非圆通道超高真空密封法兰结构

说明书

本发明属于磁约束核聚变技术，具体为一种大型托卡马克真空室非圆通道超高真空密封法兰结构，包括的凹法兰、凸法兰和接管；凹法兰和凸法兰相对端面内侧加工配合的两级90°密封台阶，两者之间放置铜丝圈，使得凹法兰和凸法兰沿轴向保留间隙；通过双头螺纹销或双头螺柱将凹法兰和凸法兰连接。通过90°密封台阶压缩无氧铜丝的结构方式，可以满足不同形状的非圆通道窗口法兰的超高真空密封需求，减少了非圆窗口的密封面的加工和维护难度。

技术领域

本发明属于磁约束核聚变技术领域，具体涉及一种托卡马克真空室密封法 兰结构。

背景技术

随着等离子体实验参数的不断提高，托卡马克实验装置向着大型化和精密 化方向发展。新一代的托卡马克实验装置真空室容器本体的外直径大于5.2米， 高大于3.2米，其主要作用之一是为等离子体实验的运行提供超高真空环境。为 了给加热、诊断、真空抽气、引线和物料进出等提供通道，在真空室上开设有 位置不同、大小不等的窗口，窗口采用金属密封法兰结构型式，法兰在工作时 的漏率须小于1×10^-9Pa·m³/s。为了增大真空室窗口的通孔面积，其多个窗口的 横截面被设计成非圆截面通道，其横截面主要呈方形和梯形。由于窗口形状不 是标准的圆形，现有密封效果较为可靠的金属密封法兰结构型式已不适用。

托卡马克装置真空室在开始运行阶段为获得≤10^-6Pa的超高真空，需要经 历200℃至300℃的烘烤除气，此时窗口法兰在烘烤升温和降温阶段因热胀冷缩 效应而漏气一直是非圆截面金属法兰出现的常见问题之一。同时，在等离子体 放电实验运行阶段，真空室上将产生严重的电磁力冲击，加之法兰尺寸和重量 都较大，这些因素都大大增加了法兰密封结构因承受不同方向的冲击力而发生 泄漏的风险。此外，用于托卡马克真空室的法兰结构还需满足材料相对磁导率 小于1.05的要求。

现有非圆通道超高真空法兰密封技术在300℃高温烘烤时的真空密封可靠 性、振动冲击下的密封性能和结构可维护性等方面还有较大不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种大型托卡马克真空室非圆通道超高真空密封法兰 结构。

本发明的技术方案如下：

一种大型托卡马克真空室非圆通道超高真空密封法兰结构，包括与真空室 固定焊接的凹法兰、位于凹法兰一端的凸法兰，以及与凸法兰连接的接管；所 述的凹法兰面向凸法兰的端面内侧加工凹陷的两级90°密封台阶，凸法兰的面向 凹法兰的端面内侧加工凸出的两级90°密封台阶，凹陷的两级90°密封台阶和凸 出的两级90°密封台阶相配合，两者之间放置铜丝圈，使得凹法兰和凸法兰沿轴 向保留间隙；所述的凹法兰和凸法兰上设有连接安装孔，连接安装孔内放置双 头螺纹销或双头螺柱，将凹法兰和凸法兰连接。

所述的凹法兰的端面上沿着周向均匀分布螺纹盲孔，对应安装双头螺纹销 的螺纹盲孔为双头螺纹销安装孔，对应安装双头螺柱的螺纹盲孔为双头螺柱安 装孔；所述的凸法兰对应端面上沿着周向均匀分布的螺栓通孔；所述的螺纹盲 孔和螺栓通孔数量相同。

所述的双头螺纹销安装孔为两个，分别位于所述的凹法兰的竖直中心线位 置的上下侧；所述的双头螺柱安装孔为凹法兰竖直中心线之外的螺纹盲孔。

所述的凹法兰和凸法兰的截面形状相同。

所述的双头螺纹销或双头螺柱穿过凸法兰上的螺栓通孔，一端分别进入双 头螺纹销安装孔或双头螺柱安装孔，另一端位于凸法兰外，通过碟形弹簧和螺 母固定压紧。

所述的双头螺纹销安装孔的内侧为螺纹，外侧为光孔；所述的双头螺纹销 包括位于中间的中部光杆和两端的头部螺纹，中部光杆与双头螺纹销安装孔的 外侧光孔和凸法兰的螺栓通孔组成销孔配合。

所述的凹陷的两级90°台阶密封面101的尖部加工为半径为R0.05mm～ R0.1mm的圆角。