等离子体破裂防护专用的高压混合气体精确自动配置系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种等离子体破裂防护专用的高压混合气体精确自动配置系统，包括两个大容量的高压储气罐B1、B2，四个分别接入高压储气罐B1、B2进出气口的手动球阀V1、V2、V3、V4，一个小容量的高压储气罐B3，用于测量高压储气罐B3内压力的压力传感器，三个高压减压阀V5、V6、V10，四个高压电磁阀V7、V8、V9、V11，以及板卡及预设在板卡中的控制程序。本发明可以方便的配制出任意配比的高压混合气体，它与涡流驱动高压充气阀配套使用，可以很方便的为等离子体破裂防护研究提供任意配比的混合气体注入，极大地方便了在EAST托卡马克装置上开展高压混合气体注入缓解等离子体破裂实验研究。
【专利说明】
等离子体破裂防护专用的高压混合气体精确自动配置系统
技术领域
[0001]本发明涉及托卡马克核聚变装置用高压充气阀配气系统领域，具体是一种等离子体破裂防护专用的高压混合气体精确自动配置系统。
【背景技术】
[0002]在托卡马克放电试验中，由于等离子体控制、磁流体不稳定性、杂质、高能逃逸粒子等原因，使得等离子体的破裂难以避免。特别是在实现托卡马克聚变堆稳态运行的主要研究内容——维持稳态高参数等离子体的放电中，等离子体破裂放电会导致严重的破坏作用，如第一壁大的热负载，强的机械应力，大的逃逸电流等，甚至对偏虑器靶板、第一壁部件甚至装置造成严重损伤。虽然现有托卡马克放电的不同参数的运行极限已经有了深入的研究，并且可以控制托卡马克在“安全运行”区域而避免破裂发生，但是总有一些破裂难以避免，因此，为在高参数条件下避免或减小破裂对大装置造成的危害，开展等离子体破裂缓解的研究是很有必要而且是很重要的，也是当前托卡马卡等离子体物理研究的重点之一。
[0003]实验研究发现，在破裂发生前如果能迅速的(几个毫秒以内)向等离子体内部注入一定量的高压杂质气体(主要为惰性气体)，则可以把等离子体破裂的危害性降低到最低的程度以起到保护装置安全的效果。
[0004]实验研究还发现，等离子体能量的辐射效果与注入杂质的等效质量数有关系:等效质量数越大，杂质热辐射效果越好。但是根据理论分析及实验结果可以得到:气体质量数越大，其相应的气体速度也就越小，因此，采用大质量数的缓解气体必然以降低气体的注入速度为代价。
[0005]为了解决以上矛盾，研究人员提出了利用在小质量数的杂质气体中掺入少量的大质量数的杂质气体以制成一定比例的混合气体，实现混合注入的设想。在混合注入的过程中，由于气体分子之间的摩擦作用，高速的小质量数的气体分子可以对低速的大质量的气体分子起到拖拽效果，从而使整个混合气体分子都有较高的注入速度，同时，由于大质量数气体分子的掺入，使得整个混合气体的等效质量数增加，可以在较大程度上提高杂质热辐射效果，进一步增强等离子体破裂缓解效果，这种效果已经在很多托卡马克装置上得到了验证。
[0006]靠涡流驱动的高压快速充气阀(专利号:201110090285)已经在EAST装置上研发成功且已经成功的应用于等离子体破裂防护实验研究工作，并取得了很好的缓解效果。为了更好了满足在EAST装置上开展混合气体注入缓解等离子体破裂实验研究，我们又成功研发了该套高压混合气体精确自动配制系统，该系统可以方便的配制出任意配比的混合气体，极大地方便了在EAST托卡马克装置上开展高压混合气体注入缓解等离子体破裂实验研究。
[0007]该套等离子体破裂防护专用的高压混合气体精确自动配制系统的成功研发对EAST托卡马克装置来说有着重要的意义，它与涡流驱动高压充气阀配套使用，可以很方便的为等离子体破裂防护研究提供任意配比的混合气体注入，极大地方便了在EAST托卡马克装置上开展高压混合气体注入缓解等离子体破裂实验研究。EAST作为在世界上第一个类ITER的全超导偏滤器装置，在其上进行高压混合气体注入缓解等离子体破裂实验研究，也可以为ITER聚变装置提供实验基础及数据参考与积累。
[0008]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种等离子体破裂防护专用的高压混合气体精确自动配置系统，以实现对托卡马克核聚变装置用高压快速充气阀的精确配气。
[0009]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
等离子体破裂防护专用的高压混合气体精确自动配置系统，其特征在于:包括:
两个大容量的高压储气罐B1、B2，每个大容量的高压储气罐分别具有进气口和出气口；四个手动球阀￥1、￥2、￥3、￥4，其中手动球阀￥1、￥2—端分别对应连通于大容量的高压储气罐B2、B1的进气口，手动球阀V3、V4—端分别对应连通于大容量的高压储气罐B2、B1的出气口，两个大容量的高压储气罐分别对应通过手动球阀Vl、V2另一端充入200大气压左右的高压惰性气体，且两大容量的高压储气罐充入的高压惰性气体种类不同；
一个小容量的高压储气罐B3，其具有进气口和出气口；
压力传感器Gl，用于测量高压储气罐B3内压力；
三个高压减压阀V5、V6、V10，其中高压减压阀V5—端与手动球阀V4另一端连通，高压减压阀V6—端与手动球阀V3另一端连通，高压减压阀VlO—端与小容量的高压储气罐B3出气口连通；
四个高压电磁阀V7、V8、V9、Vl I，其中高压电磁阀V7—端与高压减压阀V5另一端连通，高压电磁阀V8—端与高压减压阀V6另一端连通，高压电磁阀V7与V8另一端合路连通至小容量的高压储气罐B3的进气口，高压电磁阀V9—端旁路连通至高压减压阀VlO与小容量的高压储气罐B3出气口之间，高压电磁阀V9另一端作为泄放口排空，高压电磁阀Vll—端与高压减压阀VlO另一端连通，高压电磁阀Vll另一端连通至外部高压充气阀的腔体；
板卡及预设在板卡中的控制程序，其中板卡分别与四个高压电磁阀V7、V8、V9、V11以及压力传感器Gl连接，实现对四个高压电磁阀V7、V8、V9、Vl I的远程控制以及实现对小容量的高压储气罐B3内部气体压力的实时监测，通过在控制程序上设定所需要的混合气体配比及所需配制的气体压力，控制程序就会自动计算出所需的两种气体的气量，通过控制程序远程控制两个高压电磁阀V7、V8的开关，向小容量的高压储气罐B3中充入所需的目标压力，从而实现所需配比的混合气体的自动配制；小容量的高压储气罐B3通过一个高压减压阀VlO及一个高压电磁阀Vll与外部高压充气阀的腔体相连接，以给高压充气阀提供一定压力的混合气体。
[0010]所述的等离子体破裂防护专用的高压混合气体精确自动配置系统，其特征在于:小容量的高压储气罐B3分两路依次通过高压电磁阀、高压减压阀、手动球阀分别与大容量的高压储气罐B1、B2相连接，可以通过控制程序远程控制高压电磁阀的开关，从而可以通过两路管路向小容量的高压储气罐B3中充入一定压力的两种工作气体以配制特定比例的混合气体。
[0011]所述的等离子体破裂防护专用的高压混合气体精确自动配置系统，其特征在于:控制程序由Iabview编写，可以在控制界面上设定所需的混合气体配比及所需要配制的混合气体压力，程序就会自动计算配制该配比条件下所需要的两种气体的压力，从而可以远程控制两路高压电磁阀的开关，以实现对所需配比的混合气体的自动精确配制。
[0012]本发明优点为: 本发明可以方便的配制出任意配比的高压混合气体，它与涡流驱动高压充气阀配套使用，可以很方便的为等离子体破裂防护研究提供任意配比的混合气体注入，极大地方便了在EAST托卡马克装置上开展高压混合气体注入缓解等离子体破裂实验研究。EAST作为在世界上第一个类ITER的全超导偏滤器装置，在其上进行高压混合气体注入缓解等离子体破裂实验研究，也可以为ITER聚变装置提供实验基础及数据参考与积累。
【附图说明】
[0013]图1为本发明结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]参见图1所示，本发明包括(I)两个8L的高压储气罐B1，B2;(2)—个500mL的高压储气罐B3; (3) I个压力传感器Gl; (4)4个手动球阀￥1，￥2，￥3，￥4; (5) 3套高压减压阀V5，V6,V10; (6)4套高压电磁阀￥7，￥8，￥9，￥11; (7)板卡及控制程序等部分组成。两个8L的高压储气罐B1、B2中通过两个手动球阀Vl、V2分别注满200大气压左右的两种高压惰性气体；500mL的高压储气罐B3分两路依次通过所述的高压电磁阀V7和V8、高压减压阀V5和V6、手动球阀V3和V4分别与8L的高压储气罐相连接;板卡及控制程序分别与高压电磁阀V7和V8、压力传感器Gl相连接，可以实现对高压电磁阀V7、V8的远程控制以及实现对500mL高压储气罐B3内部气体压力的实时监测，通过在控制程序上设定所需要的混合气体配比及所需的气体压力，控制程序就会自动计算出每种气体所需的气量，通过控制程序远程调节两个高压电磁阀V7、V8的开关，从而向500mL的高压储气罐B3中充入所需的目标压力，可以实现所需配比的混合气体的自动配制;500mL的高压储气罐B3通过一个高压减压阀VlO及一个高压电磁阀Vll与高压充气阀的腔体相连接，从而给高压充气阀提供配制好的一定压力的混合气体，图中V9为泻放电磁阀，可以方便把500mL内部不需要的工作气体泻放掉。
[0015]以下结合附图对本发明作进一步的说明:
当需要向500mL的目标容器B3中配制一定气压P及一定配比(m:n)的混合气体时，首先通过两个手动阀Vl、V2向两个8L的高压储气罐B1、B2中分别注入一定压力(200大气压左右)的两种高压惰性气体，然后分别打开V3、V4手动阀门，同时调节高压减压阀V5、V6的输出压力为大于P，接着在控制程序界面中输入需要配制的气体压力及气体配比，则控制程序就会相应的计算出两种气体所需要的气压分别为:P*m/(m+n)和P*n/(m+n)，通过控制程序远程来调节高压电磁阀V7、V8的开关，从而把所需要的气量注入到B3储气罐中，从而自动实现所需配比的混合气体的配制。如果在此配比的基础上想实现另外的混合配比，则需要把V9泻放电磁阀打开，先把B3储气罐中的压力降低为原来目标压力值的2/3左右，此时在控制界面上输入新的气体配比和新的混合压力，控制程序就会自动计算出还需要分别重新注入多少气量的两种气体，通过远程控制高压电磁阀V7、V8的开关就可以实现新配比的混合气体的配制。
【主权项】
1.等离子体破裂防护专用的高压混合气体精确自动配置系统，其特征在于:包括: 两个大容量的高压储气罐B1、B2，每个大容量的高压储气罐分别具有进气口和出气口； 四个手动球阀￥1、￥2、￥3、￥4，其中手动球阀￥1、￥2—端分别对应连通于大容量的高压储气罐B2、B1的进气口，手动球阀V3、V4—端分别对应连通于大容量的高压储气罐B2、B1的出气口，两个大容量的高压储气罐分别对应通过手动球阀Vl、V2另一端充入200大气压左右的高压惰性气体，且两大容量的高压储气罐充入的高压惰性气体种类不同； 一个小容量的高压储气罐B3，其具有进气口和出气口； 压力传感器Gl，用于测量高压储气罐B3内压力； 三个高压减压阀V5、V6、V10，其中高压减压阀V5—端与手动球阀V4另一端连通，高压减压阀V6—端与手动球阀V3另一端连通，高压减压阀VlO—端与小容量的高压储气罐B3出气口连通； 四个高压电磁阀￥7、￥8、￥9、￥11，其中高压电磁阀￥7—端与高压减压阀￥5另一端连通，高压电磁阀V8—端与高压减压阀V6另一端连通，高压电磁阀V7与V8另一端合路连通至小容量的高压储气罐B3的进气口，高压电磁阀V9—端旁路连通至高压减压阀VlO与小容量的高压储气罐B3出气口之间，高压电磁阀V9另一端作为泄放口排空，高压电磁阀Vll—端与高压减压阀VlO另一端连通，高压电磁阀Vll另一端连通至外部高压充气阀的腔体； 板卡及预设在板卡中的控制程序，其中板卡分别与四个高压电磁阀V7、V8、V9、V11以及压力传感器Gl连接，实现对四个高压电磁阀V7、V8、V9、Vl I的远程控制以及实现对小容量的高压储气罐B3内部气体压力的实时监测，通过在控制程序上设定所需要的混合气体配比及所需配制的气体压力，控制程序就会自动计算出所需的两种气体的气量，通过控制程序远程控制两个高压电磁阀V7、V8的开关，向小容量的高压储气罐B3中充入所需的目标压力，从而实现所需配比的混合气体的自动配制；小容量的高压储气罐B3通过一个高压减压阀VlO及一个高压电磁阀Vll与外部高压充气阀的腔体相连接，以给高压充气阀提供一定压力的混合气体。2.根据权利要求1所述的等离子体破裂防护专用的高压混合气体精确自动配置系统，其特征在于:小容量的高压储气罐B3分两路依次通过高压电磁阀、高压减压阀、手动球阀分别与大容量的高压储气罐B1、B2相连接，可以通过控制程序远程控制高压电磁阀的开关，从而可以通过两路管路向小容量的高压储气罐B3中充入一定压力的两种工作气体以配制特定比例的混合气体。3.根据权利要求1所述的等离子体破裂防护专用的高压混合气体精确自动配置系统，其特征在于:控制程序由Iabview编写，可以在控制界面上设定所需的混合气体配比及所需要配制的混合气体压力，程序就会自动计算配制该配比条件下所需要的两种气体的压力，从而可以远程控制两路高压电磁阀的开关，以实现对所需配比的混合气体的自动精确配制。
【文档编号】B01F15/04GK105964183SQ201610186982
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月28日
【发明人】庄会东, 张晓东, 胡建生
【申请人】中国科学院等离子体物理研究所