一种具有三级吸附结构的直板式内置低温泵结构制造技术

本实用新型专利技术主要针对抽速要求高且真空室空间有限的一种新型设计，通过合理布置本实用新型专利技术设计了一种具有三级吸附结构的直板式内置低温泵结构，有效的解决了热负荷与气体流导之间的矛盾，在有限的空间实现了高抽速，且控制了运行成本。三级吸附结构包括三级辐射屏蔽板和三级冷凝吸附板，吸附单元竖直装配，相互独立，多个吸附单元构成吸附阵列，被液氮温度的辐射屏蔽壳体包围。吸附单元之间的间隙大大提高了气体流导，与人字形结构相比，气体流导增加了30～40％，满足了有限空间的抽速需求，而不同位置的表面采取不同表面处理工艺，降低冷凝吸附板上的热辐射，使得整体的液氦消耗量下降。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于真空获得设备
，具体涉及一种具有三级吸附结构的大型直板式内置低温泵。
技术介绍
中性束注入加热是受控核聚变实验中有效的辅助加热室方式，气体在放电室中电离形成等离子体，而后被引出-加速系统引出，经过中性化器时与本底气体碰撞、电离，进行中性转化，中性化后的高能中性粒子通过漂移管道注入到托卡马克等离子体中心，起到加热作用。离子源放电室和中性化器中需脉冲送气，而高能中性粒子传输的路径需要高真空环境，整个束线形成一个真空差分系统，构成该系统，不仅需要每一过渡段流导的精心设计，更需要在真空室配备高抽速的真空泵，将这些中性气体抽走，避免中性气体流入托卡马克真空室而对其真空造成影响。低温泵是中性束注入器真空差分系统的重要组成部分，在脉冲送气时能快速的将真空室压力控制在10-3～10-4Pa量级，为中性粒子创造一条“干净”的传输通道，减少中性粒子的再电离损失，减少流向托卡马克的中性气体，需要每秒上百万升的抽速。由于中性束注入器真空室空间有限，传统商用低温泵抽速通常在每秒万升量级，要达到每秒百万升量级需要大量的空间，同时接口流导将大大制约低温泵的实际抽速，因此考虑将低温泵直接内置于注入器真空室内，真空室壳体即是低温泵壳体，低温泵和真空室的接口流导变为无穷大，泵体的抽速即为真空室内的实际抽速，内置低温泵抽速能否满足注入器要求，关键看辐射屏蔽板结构。通常低温泵结构包括冷凝吸附板、辐射屏蔽板和支撑结构组成，在工作温度下，泵的抽速和冷凝吸附板的面积成正比，但泵的实际抽速受到辐射屏蔽板的限制，屏蔽辐射板一方面阻挡外界的辐射热直接辐射到冷凝吸附板，但同时也阻挡了气体分子，增大了流阻，因此合理的辐射屏蔽结构即能有效的阻挡热负荷，又能让气体分子容易通过。常见低温泵辐射屏蔽结构有人字形辐射屏蔽结构和百叶窗辐射屏蔽结构。目前已有的大型装置非标低温泵通常也是采用人字形辐射屏蔽结构，人字形辐射屏蔽结构能有效的阻挡外界环境对冷板的热辐射，但对于中性束注入器有限的真空室和真空抽速的要求，分析法和蒙特卡洛法计算结果表明，采用人字形屏蔽结构时无论冷凝吸附板面积多大，低温泵实际抽速都无法满足要求；采用百叶窗结构屏蔽结构时，流导增大，实际抽速虽接近要求，但外界直接透射到冷凝吸附板的热负荷也明显增加，不利于低温泵的长期运行。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种具有三级吸附结构的内置式低温泵结构，以在有限的空间里解决辐射屏蔽板的流导和热负荷之间的矛盾，有效提高抽速，并通过合理的表面处理工艺降低热负荷。为了实现这一目的，本专利技术采取的技术方案是：一种具有三级吸附结构的直板式内置低温泵结构，应用于受控核聚变实验中的中性束注入器真空差分系统，采用的是直板式三级吸附结构，具体包括以下方面：(1)吸附结构由辐射屏蔽板和冷凝吸附板构成辐射屏蔽板包括第一级、第二级和第三级，分别是V形角的角度为90°、80°和70°的V形结构，该V形结构由两块屏蔽板焊接而成，其尺寸根据系统设定；在两块屏蔽板的焊接位置设置一根液氮管；屏蔽板的材料是铜，液氮管的材料是不锈钢；冷凝吸附板包括第一级、第二级和第三级，都是由两块吸附板焊接而成的平面长方体结构，其尺寸根据系统设定；在两块吸附板的焊接位置设置一根液氦管；吸附板的材料是铜，液氦管的材料是不锈钢；第一级冷凝吸附板置于第一级辐射屏蔽板之后，二者的横截面构成一个不闭合的三角形，第一级冷凝吸附板与第一级辐射屏蔽板之间在三角形未闭合部分的间隙为2mm；第二级冷凝吸附板置于第二级辐射屏蔽板之后，二者的横截面构成一个不闭合的三角形，第二级冷凝吸附板与第二级辐射屏蔽板之间在三角形未闭合部分的间隙为2mm；第三级冷凝吸附板置于第三级辐射屏蔽板之后，二者的横截面构成一个箭头状结构，第三级冷凝吸附板设置在第三级辐射屏蔽板的V形结构的角平分面上；第三级冷凝吸附板与第三级辐射屏蔽板的V形结构顶角处液氮管的间隙为10mm；上述三级冷凝吸附板和三级辐射屏蔽板共同构成一个吸附单元；(2)每个吸附单元都是竖直装配，其三级辐射屏蔽板的V形结构顶角处液氮管在同一个平面上，该平面与水平面相互垂直；多个吸附单元之间相互间隔，相邻的两个吸附单元之间间隔的距离为250mm，为气体流动提供通路；所有的吸附单元构成一个吸附阵列；吸附单元和辐射屏蔽壳体竖直装配，每个吸附单元的冷质分管和冷质总管采用并联结构，冷质下入上出，左进右出，每个吸附单元的冷质的路径相同；(3)整个吸附阵列用77K的U形液氮辐射屏蔽壳体包围，辐射屏蔽壳体采用多组管翅并排拼接构成，管翅翼长150mm，最大温升为2K，并排时两组翅片重叠率为10％，达到绝对光学密闭；整个辐射屏蔽壳体内侧进行黑化处理，吸收直接来自外界的辐射热；辐射屏蔽壳体外侧进行镀镍抛光处理，反射外界的热辐射。进一步的，如上所述的一种具有三级吸附结构的直板式内置低温泵结构，第一冷凝吸附板中背对第一级辐射屏蔽板的一侧粘接活性炭、另一侧镀镍抛光；第二冷凝吸附板中背对第二级辐射屏蔽板的一侧粘接活性炭、另一侧镀镍抛光；第三级冷凝吸附板两面粘接活性炭；第一级辐射屏蔽板两面镀镍抛光，第二级辐射屏蔽板背对第二级冷凝吸附板的一侧黑化处理，另一侧镀镍抛光；第三级辐射屏蔽板背对第三级冷凝吸附板的一侧黑化处理，另一侧镀镍抛光。进一步的，如上所述的一种具有三级吸附结构的直板式内置低温泵结构，第一级辐射屏蔽板与第二级辐射屏蔽板之间的距离＝0.5～1L1，L1为第一级辐射屏蔽板中的液氮管与第一级冷凝吸附板之间的距离；第二级辐射屏蔽板与第三级辐射屏蔽板之间的距离＝0.5～1L2，L2为第二级辐射屏蔽板中的液氮管与第二级冷凝吸附板之间的距离。本专利技术技术方案的有益效果在于：(1)将低温泵内置于注入器真空室内，实现泵体与真空室连接的流导无穷大，泵体的抽速即真空室的实际抽速，避免了泵口连接对抽速的限制；(2)三级吸附结构构成的吸附单元增加了有效的吸附面积，并且活性炭大大提高冷凝吸附面对非可凝性气体的粘附系数，而相邻吸附单元之间的间隔又大大提高了外界环境与冷凝吸附面之间的流导，泵体整体抽速提高；(3)翅片翼展短，温度梯度小，液氮液氦温度波动对抽速的影响小；(4)液氮液氦总管与分管采用并联结构，冷质路径相同，管翅温度分布均匀，降温时间快；(5)吸附单元相互独立，可根据真空室大小增减，方便与真空室匹配；(6)不同的表面处理工艺，降低了整体热负荷。附图说明图1为三级吸附结构示意图；图2为各部件表面处理工艺示意图；图3为低温泵截面示意图；图4为三级吸附结构的直板式内置低温泵。图中：1.第一级辐射屏蔽板、2.第一级冷凝吸附板、3.第二级辐射屏蔽板、4.第二级冷凝吸附板、5.第三级辐射屏蔽板、6.第三级冷凝吸附板、7.一个吸附单元、8.吸附阵列、9.U形辐射屏蔽壳体、10.固定吊件、11.法兰、12.冷质出入口。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案进行进一步详细说明。本专利技术一种具有三级吸附结构的直板式内置低温泵结构，应用于受控核聚变实验中的中性束注入器真空差分系统，本专利技术的设计思路是结合人字形和百叶窗辐射屏蔽结构的优缺点，考虑中性束注入器真空室有限的空间，研制了直板式三级吸附内置式低温泵，其核心为三级吸附结构，包括三个V形的辐射屏蔽板和三个冷凝吸附板。具体包括以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有三级吸附结构的直板式内置低温泵结构，应用于受控核聚变实验中的中性束注入器真空差分系统，其特征在于采用的是直板式三级吸附结构，具体包括以下方面：(1)吸附结构由辐射屏蔽板和冷凝吸附板构成辐射屏蔽板包括第一级、第二级和第三级，分别是V形角的角度为90°、80°和70°的V形结构，该V形结构由两块屏蔽板焊接而成，其尺寸根据系统设定；在两块屏蔽板的焊接位置设置一根液氮管；屏蔽板的材料是铜，液氮管的材料是不锈钢；冷凝吸附板包括第一级、第二级和第三级，都是由两块吸附板焊接而成的平面长方体结构，其尺寸根据系统设定的数值确定；在两块吸附板的焊接位置设置一根液氦管；吸附板的材料是铜，液氦管的材料是不锈钢；第一级冷凝吸附板置于第一级辐射屏蔽板之后，二者的横截面构成一个不闭合的三角形，第一级冷凝吸附板与第一级辐射屏蔽板之间在三角形未闭合部分的间隙为2mm；第二级冷凝吸附板置于第二级辐射屏蔽板之后，二者的横截面构成一个不闭合的三角形，第二级冷凝吸附板与第二级辐射屏蔽板之间在三角形未闭合部分的间隙为2mm；第三级冷凝吸附板置于第三级辐射屏蔽板之后，二者的横截面构成一个箭头状结构，第三级冷凝吸附板设置在第三级辐射屏蔽板的V形结构的角平分面上；第三级冷凝吸附板与第三级辐射屏蔽板的V形结构顶角处液氮管的间隙为10mm；上述三级冷凝吸附板和三级辐射屏蔽板共同构成一个吸附单元；(2)每个吸附单元都是竖直装配，其三级辐射屏蔽板的V形结构顶角处液 氮管在同一个平面上，该平面与水平面相互垂直；多个吸附单元之间相互间隔，相邻的两个吸附单元之间间隔的距离为250mm，为气体流动提供通路；所有的吸附单元构成一个吸附阵列；吸附单元和辐射屏蔽壳体竖直装配，每个吸附单元的冷质分管和冷质总管采用并联结构，冷质下入上出，左进右出，每个吸附单元的冷质的路径相同；(3)整个吸附阵列用77K的U形液氮辐射屏蔽壳体包围，辐射屏蔽壳体采用多组管翅并排拼接构成，管翅翼长150mm，最大温升为2K，并排时两组翅片重叠率为10％，达到绝对光学密闭；整个辐射屏蔽壳体内侧进行黑化处理，吸收直接来自外界的辐射热；辐射屏蔽壳体外侧进行镀镍抛光处理，反射外界的热辐射。...

【技术特征摘要】
1.一种具有三级吸附结构的直板式内置低温泵结构，应用于受控核聚变实验中的中性束注入器真空差分系统，其特征在于采用的是直板式三级吸附结构，具体包括以下方面：(1)吸附结构由辐射屏蔽板和冷凝吸附板构成辐射屏蔽板包括第一级、第二级和第三级，分别是V形角的角度为90°、80°和70°的V形结构，该V形结构由两块屏蔽板焊接而成，其尺寸根据系统设定；在两块屏蔽板的焊接位置设置一根液氮管；屏蔽板的材料是铜，液氮管的材料是不锈钢；冷凝吸附板包括第一级、第二级和第三级，都是由两块吸附板焊接而成的平面长方体结构，其尺寸根据系统设定的数值确定；在两块吸附板的焊接位置设置一根液氦管；吸附板的材料是铜，液氦管的材料是不锈钢；第一级冷凝吸附板置于第一级辐射屏蔽板之后，二者的横截面构成一个不闭合的三角形，第一级冷凝吸附板与第一级辐射屏蔽板之间在三角形未闭合部分的间隙为2mm；第二级冷凝吸附板置于第二级辐射屏蔽板之后，二者的横截面构成一个不闭合的三角形，第二级冷凝吸附板与第二级辐射屏蔽板之间在三角形未闭合部分的间隙为2mm；第三级冷凝吸附板置于第三级辐射屏蔽板之后，二者的横截面构成一个箭头状结构，第三级冷凝吸附板设置在第三级辐射屏蔽板的V形结构的角平分面上；第三级冷凝吸附板与第三级辐射屏蔽板的V形结构顶角处液氮管的间隙为10mm；上述三级冷凝吸附板和三级辐射屏蔽板共同构成一个吸附单元；(2)每个吸附单元都是竖直装配，其三级辐射屏蔽板的V形结构顶角处液氮管在同一个平面上，该平面与水平面相互垂直；多...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宪福，刘伟成，曹建勇，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，兰州华宇航天技术应用有限责任公司，
类型：新型
国别省市：四川;51