Устройство для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора

Полезная модель относится к термоядерной технике и может быть использована в устройствах для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленной полезной модели является устройство для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора, содержащее гибкую опору, выполненную в виде стержневых элементов, расположенных между двумя фланцами, одним из которых опора соединена с вакуумным корпусом, а другим фланцем связана с модулем бланкета с помощью болта, головкой размещенного внутри гибкой опоры, а резьбовой частью соединенного с гайкой, сопряженной по наружной поверхности с внутренней поверхностью втулки, образующей резьбовое соединение с модулем бланкета (см. В.Ю. Колганов, М.С Лебедева и др. Разработка и расчетное обоснование конструкций соединителей модулей бланкета ИТЭР. Научно-технический годовой отчет НИКИЭТ, 2020, стр. 183, рис. 1).
В известном устройстве для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора циклическая прочность устройства ограничена циклической прочностью стержневых элементов гибкой опоры и циклической прочностью резьбового соединения болта и гайки. Вместе с тем, в известном устройстве невозможно известными способами обеспечить стопорение резьбового соединения болт - гайка, что объясняется труднодоступностью мест расположения устройств крепления и требованиями, исключающими применение в вакуумной камере термоядерного реактора упругих и демпфирующих материалов, обычно используемых в элементах стопорения.
Недостатком известного устройства для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора является возможное нарушение соединения между модулем бланкета и вакуумным корпусом термоядерного реактора под действием циклических перемещений внутрикамерного компонента относительно вакуумного корпуса и знакопеременных электромагнитных сил, возникающих при работе термоядерного реактора. Это объясняется тем, что стержневые элементы гибкой опоры в сечении, поперечном оси опоры, представляют собой трапеции, в углах при большом основании которых при воздействии знакопеременных электромагнитных сил размах деформаций достигает наибольших значений, что ограничивает циклическую прочность стержневых элементов гибкой опоры. Неравномерность распределения осевой нагрузки между витками резьбы в резьбовом соединении болт - гайка, возникающая в результате затяга резьбового соединения, под действием знакопеременных электромагнитных сил, возникающих при работе термоядерного реактора, может привести к разрушению первых витков резьбы и ограничивает циклическую прочность резьбового соединения болт - гайка.
Еще одним недостатком известного устройства является отсутствие возможности для обеспечения стопорения резьбового соединения болт - гайка, что может привести к отворачиванию незафиксированного резьбового соединения во время работы термоядерного реактора. Действие знакопеременных электромагнитных сил на модули провоцирует самоотворачивание резьбовых соединений, что может привести к нарушению крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора, и влияет на надежность работы устройства в целом.
Задачей настоящей полезной модели является повышение надежности работы устройства для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора в условиях длительного воздействия знакопеременных нагрузок.
Техническим результатом настоящей полезной модели является увеличение циклической прочности устройства для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора с одновременным обеспечением надежного стопорения резьбового соединения болт - гайка, выполненного в условиях труднодоступное™ места расположения устройства для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора.
Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора, содержащее гибкую опору, выполненную в виде стержневых элементов, расположенных между двумя фланцами, одним из которых опора соединена с вакуумным корпусом, а другим фланцем связана с модулем бланкета с помощью болта, головкой размещенного внутри гибкой опоры, а резьбовой частью соединенного с гайкой, сопряженной по наружной поверхности с внутренней поверхностью втулки, образующей резьбовое соединение с модулем бланкета,
согласно полезной модели на торцевой поверхности гайки, обращенной к вакуумному корпусу, выполнена кольцевая выточка, а стержневые элементы снабжены фасками.
Вышеизложенная совокупность существенных признаков позволяет обеспечить увеличение циклической прочности устройства для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного с одновременным обеспечением надежного стопорения резьбового соединения болт - гайка, выполненного в условиях труднодоступное™ места расположения устройства для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора путем выполнения кольцевой выточки на торцевой поверхности гайки, обращенной к вакуумному корпусу, и снабжением фасками стержневых элементов.
Выполнение стержневых элементов гибкой опоры с фасками исключает наличие острых углов в сечении стержневых элементов, поперечном оси опоры, являющихся концентраторами напряжений, что снижает размах деформаций и, как следствие, предотвращает возникновение трещин с возможным последующим нарушением целостности соединения между модулем бланкета и вакуумным корпусом термоядерного. Исключение возможности нарушения соединения позволяет увеличить циклическую прочность стержневых элементов гибкой опоры и, следовательно, циклическую прочность всего устройства в целом. Выполнение кольцевой выточки на торцевой поверхности гайки, обращенной к вакуумному корпусу, выравнивает распределение осевой нагрузки между витками резьбы резьбового соединения болт - гайка, что увеличивает циклическую прочность резьбового соединения и, следовательно, всего устройства для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора. При этом при выполнении кольцевой выточки силы затяжки, приложенные к кольцевой поверхности гайки, обращенной к вакуумному корпусу, вызывают смещение части гайки, обращенной к модулю бланкета, к оси болта, сопровождающееся всесторонним зажимом резьбы, что обеспечивает стопорение резьбового соединения болт - гайка.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено устройство для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора (вид сбоку с разрезом), на фиг. 2 приведено устройство для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора (изометрическое изображение), на фиг. 3 представлено устройство для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора (поперечный разрез), на фиг. 4 приведена гайка с кольцевой выточкой (изометрическое изображение).
Устройство для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора содержит гибкую опору 1, выполненную в виде стержневых элементов, расположенных между двумя фланцами, одним из которых опора установлена в посадочное гнездо вакуумного корпуса 2 с образованием резьбового соединения с ним, а другим закреплена в модуле 3 бланкета с помощью болта 4, гайки 5 и втулки 6 с наружной резьбой и внутренней поверхностью, сопрягаемой с гайкой 5. Головка болта 4 размещена внутри гибкой опоры 1, а болт 4 резьбовой частью соединен с гайкой 5, сопряженной по наружной поверхности с внутренней поверхностью втулки 6, образующей резьбовое соединение с модулем 3 бланкета. Стержневые элементы гибкой опоры 1 снабжены фасками 7. На торцевой поверхности гайки 5, обращенной к вакуумному корпусу, выполнена кольцевая выточка 8.
Монтаж устройства для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора осуществляют следующим образом.
Гибкую опору 1, содержащую стержневые элементы, снабженные фасками 7, вместе с расположенным внутри болтом 4 устанавливают по резьбе в посадочное гнездо вакуумного корпуса 2. Гайку 5 с выполненной на ее торцевой, обращенной к вакуумному корпусу 2, поверхности кольцевой выточкой 8, вместе со втулкой 6 устанавливают по резьбе в посадочное гнездо в модуле 3 бланкета. Модуль 3 бланкета в сборе устанавливают на гибкую полую опору 1 с обеспечением соосности крепежных отверстий в гибкой опоре 1 и модуле 3. Через крепежное отверстие в модуле 3 устанавливают монтажный инструмент и выполняют закручивание болта 4 в гайку 5 и производят затяг для фиксации модуля 3 на опоре 1. Следует отметить, что резьбовое соединение болта 4 и гайки 5 находится в затесненном пространстве и доступ к болту 4 возможен только через крепежное отверстие в модуле 3.
Устройство работает следующим образом.
В процессе работы термоядерного реактора на модуль 3 бланкета действуют динамические знакопеременные нагрузки от срывов плазмы. При этом модуль 3 бланкета должен быть надежно закреплен на вакуумном корпусе 2 в процессе эксплуатации. Гибкая опора 1 воспринимает сжимающую и растягивающую составляющие внешней нагрузки, возникающие в местах ее установки, при этом усилие от модуля 3 бланкета должно быть передано на вакуумный корпус 2 термоядерного реактора. От модуля 3 бланкета усилие передается на гибкую опору 1 через болтовое соединение, выполненное следующим образом. Втулка 6 по резьбе сопряжена с модулем 3 бланкета, по торцевой плоской поверхности сопряжена с фланцем гибкой опоры 1 и по внутренней поверхности сопряжена с гайкой. Гайка 5 по наружной поверхности сопряжена с внутренней поверхностью втулки 6, по торцевой плоской поверхности, обращенной к вакуумному корпусу, снабженной кольцевой выточкой, сопряжена с втулкой 6 и по резьбе, выполненной на ее внутренней поверхности, с болтом 4. Болт 4 по резьбе сопряжен с гайкой 5, а по поверхности головки через промежуточный элемент сопряжен с фланцем гибкой опоры 1, которым она соединена с вакуумным корпусом. От гибкой опоры 1 усилие передается на вакуумный корпус. При работе термоядерного реактора, ввиду импульсного характера его действия, фланец гибкой опоры 1, соединенный с модулем 3 бланкета, циклически смещается вместе с последним относительно фланца, соединенного с вакуумным корпусом 2. При этом выполнение фасок 7 на стержневых элементах гибкой опоры 1 и кольцевой выточки 8 на торцевой поверхности гайки 5, обращенной к вакуумному корпусу 2, предотвращают возможное нарушение соединения между модулем 3 бланкета и вакуумным корпусом 2 термоядерного реактора, чем увеличивают циклическую прочность стержневых элементов гибкой опоры 1 и циклическую прочность резьбового соединения болт 4 - гайка 5 соответственно, а следовательно, циклическую прочность устройства для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора в целом. Циклический режим работы термоядерного реактора способствует появлению переменных напряжений в резьбовых соединениях, которые могут привести к ослаблению затяга болта 4 в резьбовом соединении с гайкой 5. Выполнение кольцевой выточки на торцевой поверхности гайки, обращенной к вакуумному корпусу, позволяет создать условия для надежного стопорения резьбового соединения болт 4 - гайка 5, выполненного в условиях труднодоступности места расположения устройства для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора.