论文摘要
偏滤器抽气系统是托卡马克装置重要组成部件,其作用是排除氦灰、未反应的燃料气体及杂质粒子,提高偏滤器性能。目前,世界先进托卡马克装置的偏滤器抽气系统大多数使用低温泵,其大大提高偏滤器的性能,并使等离子体密度得到更有效的控制。HL-2A装置将进行改造（HL-2M）,需要设计一套内置式环形低温泵。本文给出了环形低温泵结构设计、热力计算、供冷系统、电磁场及结构应力的有限元分析。HL-2M环形低温泵是特殊抽气面的制冷机低温泵,由一系列的圆管组成,根据狭窄通道沸腾理论,采用内外套管形式来增强气液两相氦的换热,外管的外表面为低温冷凝面,液氦在内外管中间进行沸腾换热,冷却冷凝面。为了减小冷凝面的温差,提高抽气性能,在内管的顶部设置一些小切缝。对低温泵的换热系数、挡板流导以及低温泵有效抽速等进行计算及分析,通过计算得到泵的有效抽速可以满足要求。本文的另一个重点是液氦系统热负荷的计算,环形低温泵所在的真空室内设置许多线圈,这些线圈及等离子体电流是变化的,因此,将在泵上产生感应电流,从而生成焦耳热,通过简化模型,给出了焦耳热的具体计算。为了进一步验证低温泵结构设计的合理性,通过有限元法对低温泵在等离子体放电时的电磁场及温度场进行分析。由于等离子体破裂时,在低温泵上产生很大的感应电流,对泵造成很大的电动力,该力主要作用在泵的支撑结构上。文中首先计算泵的电动力,然后通过电磁场与结构的耦合,得到支撑的结构应力在许用应力范围内。最后,给出了低温泵供冷系统的设计,设计一套带有透平膨胀机的氦制冷循环,经过两次压缩、两次膨胀后通过透平膨胀机的节流获得4.3K液氦。