УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ МОДУЛЯ БЛАНКЕТА НА ВАКУУМНОМ КОРПУСЕ ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
DEVICE FOR ATTACHMENT OF BLANKET MODULE ON VACUUM HOUSING OF THERMONUCLEAR REACTOR

Изобретение относится к области термоядерного синтеза и может быть использовано в устройствах для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора.
Известно устройство для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора, содержащее гибкую полую опору, выполненную в виде стержней, установленных между двумя фланцами, одним из которых опора соединена с вакуумным корпусом, а другим фланцем связана с модулем бланкета посредством резьбового крепежного элемента и стопорящей гильзы, закрепленной путем деформации в модуле бланкета (патент РФ №2563975, МПК G21B 1/17, опубл. 27.09.2015).
В известном устройстве резьбовой крепежный элемент представляет собой болт, головкой расположенный в полости гибкой опоры, а стержневой резьбовой частью закрепленный в резьбовом отверстии в модуле. Стопорящая гильза выполнена из двух отдельных элементов, неподвижно соединенных между собой по конической поверхности. Один из упомянутых элементов выполнен в виде стержня с головкой, соответствующей по форме отверстию в торце резьбовой части болта, при этом концевая часть элемента выполнена зауженной в виде конуса. Второй элемент выполнен в виде втулки, часть отверстия которой имеет коническую форму, соответствующую конической форме концевой части первого элемента. Концевая часть втулки выполнена тонкостенной и имеет наружный диаметр больше, чем наружный диаметр остальной части втулки. Стопорящая гильза головкой первого элемента установлена в монтажное отверстие болта и закреплена в модуле путем деформации тонкостенной концевой части второго элемента, расположенной в отверстии, выполненном в модуле. Болт может быть закреплен непосредственно в модуле или соединен с ним с помощью конической гайки, сопряженной по наружной конической поверхности с конической втулкой, образующей резьбовое соединение с модулем.
Недостатком известного устройства для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора является необходимость механической доработки гибкой опоры по ее длине для компенсации угловых и сдвиговых смещений, которые возникают при монтаже модуля из-за погрешностей изготовления вакуумного корпуса. Механическая доработка осуществляется в процессе монтажа и сопровождается постоянным измерением гибкой опоры, что значительно удлиняет и усложняет монтажные работы.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленному изобретению является устройство для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора, содержащее гибкую опору, выполненную в виде стержней, расположенных между двумя фланцами, и компенсатор смещений, установленный посредством резьбы на фланце опоры, обращенном к модулю, и состоящий из закрепительной гайки и опорной втулки, шарнирно соединенных между собой, и соединительной втулки со сферическим выступом, посредством которой гибкая опора через крепежный резьбовой элемент соединена с модулем бланкета (патент РФ №2491663, МПК G21B 1/13, опубл. 27.08.2013).
В известном устройстве стержни гибкой опоры установлены по периферии фланцев с образованием полости в центральной части гибкой опоры. Крепежный резьбовой элемент выполнен в виде болта, который своей головкой расположен в полости гибкой опоры, а стержневой частью проходит через отверстия в элементах компенсатора смещений и посредством резьбы входит в зацепление с модулем. Фланец опоры, обращенный к модулю соединен резьбой с закрепительной гайкой компенсатора смещений. Закрепительная гайка выполнена со сферической выпуклой поверхностью, а опорная втулка имеет ответную сферическую вогнутую поверхность. Соединительная втулка расположена с обеспечением контакта с поверхностями модуля и опорной втулки, а сферическим выступом сопряжена с коническим пазом, выполненным в крепежном отверстии модуля. Между головкой болта и фланцем гибкой опоры, обращенным к модулю, установлена сферическая шайба, при этом внутренняя поверхность головки болта, сопряженная с шайбой, выполнена с ответной сферической формой.
Монтаж известного устройства осуществляют следующим образом.
Болт и сферическую шайбу устанавливают в полую гибкую опору, которую затем размещают в посадочное гнездо корпуса вакуумной камеры. На фланец гибкой опоры, обращенный к модулю бланкета, устанавливают по резьбе закрепительную гайку со сферической выпуклой наружной поверхностью, при этом стержень болта выходит за пределы гибкой опоры. На закрепительную гайку со сферической выпуклой наружной поверхностью устанавливают опорную втулку со сферической вогнутой внутренней поверхностью. На резьбовой конец болта устанавливают соединительную втулку со сферическим выступом так, чтобы торцевые поверхности соединительной втулки и опорной втулки совпадали. На собранное устройство устанавливают модуль бланкета, при этом конический паз модуля сопряжен со сферическим выступом соединительной втулки. Известное устройство позволяет обеспечить компенсацию угловых и сдвиговых перемещений, возникающих при монтаже. При наличии сдвигового (поперечного) смещения соединительная втулка перемещается на величину этого смещения, компенсируя тем самым возможное поперечное смещение. При наличии углового смещения болт, опорная втулка и соединительная втулка поворачиваются на величину этого углового смещения, компенсируя тем самым угловое смещение, причем оси болта и крепежного отверстия модуля совмещаются. Затем болт вкручивают с помощью специального инструмента, которое устанавливают в монтажное отверстие, выполненное в его стержневой части, при этом сферическая шайба самостоятельно устанавливается посредством ее сопряжения со сферической поверхностью головки болта.
Недостатком известного устройства для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора является ослабление резьбового соединения болта с модулем бланкета в процессе циклической работы термоядерного реактора, что объясняется отсутствием стопорных элементов, которые не могут быть установлены из-за затрудненного доступа к резьбовому соединению, связанного с затесненностью места его расположения. Кроме этого, недостатком известного устройства является ограничение допустимой величины усилия затяга резьбового соединения гибкой опоры и модуля бланкета из-за малой площади поперечного сечения стержневой части болта вследствие выполненного в нем монтажного отверстия.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора, которое обеспечит эксплуатационную надежность в процессе циклической работы термоядерного реактора, а также упрощение работ при монтаже модуля бланкета на вакуумном корпусе.
Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение допустимой величины усилия затяга резьбового соединения гибкой опоры и модуля бланкета, что повышает нагрузочную способность устройства, исключение возможности ослабления резьбового соединения за счет самостопорения и обеспечение самокомпенсации угловых и осевых смещений, возникающих при монтаже модуля бланкета на вакуумном корпусе.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора, содержащем гибкую опору, выполненную в виде стержней, установленных между двумя фланцами, и компенсатор смещений, установленный посредством резьбы на фланце гибкой опоры, обращенном к модулю бланкета, и состоящий из закрепительной гайки и опорной втулки, шарнирно соединенных между собой, и соединительной втулки со сферическим выступом, посредством которой гибкая опора через крепежный резьбовой элемент соединена с модулем бланкета, согласно заявленному изобретению крепежный резьбовой элемент представляет собой стопорную гайку с наружной резьбой, а фланец гибкой опоры, обращенный к модулю бланкета, выполнен со сферической вогнутой поверхностью, причем компенсатор смещений неподвижно соединен с модулем бланкета и снабжен промежуточной втулкой, подвижно соединенной с закрепительной гайкой и выполненной со сферическими выпуклой и вогнутой поверхностями, образующими шарнирное соединение с упомянутым фланцем и сферическим выступом соединительной втулки, которая неподвижно соединена с упорной поверхностью стопорной гайки.
Кроме этого, неподвижное соединение компенсатора смещений с модулем выполнено посредством самостопорящегося резьбового соединения боковой поверхности опорной втулки с модулем.
Кроме этого, неподвижное соединение компенсатора смещений с модулем выполнено посредством сварного соединения боковой поверхности опорной втулки с модулем.
Кроме этого, подвижное соединение промежуточной втулки и гайки выполнено в виде шлицевого соединения.
Кроме этого, неподвижное соединение соединительной втулки с упорной поверхностью стопорной гайки выполнено посредством упругого фиксирующего кольца.
Кроме этого, неподвижное соединение соединительной втулки с упорной поверхностью стопорной гайки выполнено посредством фиксирующего кольца и сварного соединения.
Выполнение крепежного резьбового элемента в виде стопорной гайки и неподвижное соединение компенсатора смещений с модулем позволяет исключить возможность ослабления резьбового соединения в процессе работы термоядерного реактора за счет обеспечения самостопорения. Замена болта на стопорную гайку способствует повышению нагрузочной способности заявленного устройства за счет увеличения диаметра крепежной резьбы, что позволяет усилить затяг резьбового соединения гибкой опоры и модуля бланкета и, следовательно, увеличить допустимые нагрузки, воспринимаемые от модуля бланкета с гарантией нераскрытия стыков. Кроме этого, исключение болта (замена болта на стопорную гайку) позволяет освободить пространство для размещения в нем промежуточной втулки, которая обеспечивает шарнирное соединение гибкой опоры с компенсатором смещений, подвижное соединение с закрепительной гайкой и подвижное соединение соединительной втулки относительно стопорной гайки, а, следовательно, самокомпенсацию угловых и осевых смещений, возникающих при монтаже модуля бланкета на вакуумном корпусе. Заявленная совокупность существенных признаков по сравнению с прототипом позволяет создать надежно работающее в жестких условиях термоядерного реактора устройство для крепления модуля на вакуумном корпусе и обеспечить упрощение монтажных работ при его установке.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлено устройство для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора (общий вид, разрез).
Устройство для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора содержит гибкую опору 1 с фланцами, крепежный элемент 2 и компенсатор смещений, установленный на фланце гибкой опоры, обращенном к модулю 3 бланкета, и содержащий опорную втулку 4, закрепительную гайку 5, промежуточную втулку 6 и соединительную втулку 7 со сферическим выступом. Гибкая опора 1 выполнена в виде стержней, расположенных между двумя фланцами. Фланцы гибкой опоры 1 выполнены с наружной резьбой, при этом одним из фланцев гибкая опора 1 соединена по резьбе с вакуумным корпусом 8, а другим фланцем, выполненным со сферической вогнутой торцевой поверхностью, гибкая опора 1 соединена с модулем 3 бланкета посредством компенсатора смещений через крепежный резьбовой элемент 2, соединенный по резьбе с посадочным гнездом, выполненным в модуле 3 бланкета. Крепежный резьбовой элемент 2 выполнен в виде стопорной гайки, снабженной наружной резьбой. Опорная втулка 4 установлена в посадочное гнездо модуля 3 бланкета и боковой поверхностью неподвижно закреплена в нем с помощью самостопорящейся резьбы (резьба с натягом или коническая резьба) или сварного шва. Закрепительная гайка 5 посредством резьбы закреплена на фланце гибкой опоры 1, обращенном к модулю 3 бланкета, и образует шарнирное соединение с опорной втулкой 4, выполненной со сферической вогнутой поверхностью, например посредством шайбы 9, выполненной со сферической выпуклой поверхностью, ответной вогнутой поверхности опорной втулки 4. Промежуточная втулка 6 выполнена со сферическими выпуклой и вогнутой поверхностями и образует шарнирное соединение с фланцем гибкой опоры 1 и сферическим выступом соединительной втулки 7 соответственно. Промежуточная втулка 6 соединена подвижно с закрепительной гайкой 5, например с помощью шлицевого соединения и штифта 10. Соединительная втулка 7 неподвижно соединена с упорной поверхностью стопорной гайки 2, например, при помощи фиксирующего упругого кольца 11 или фиксирующего кольца и сварного шва (на чертеже не показано).
Монтаж модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора осуществляют следующим образом.
В посадочное гнездо вакуумного корпуса 8 устанавливают гибкую опору 1. В посадочное гнездо модуля 3 бланкета устанавливают по резьбе до упора стопорную гайку 2 с соединительной втулкой 7, закрепительную гайку 5 с промежуточной втулкой 6 и штифтом 10, сферическую шайбу 9 и опорную втулку 4. Опорную втулку 4 устанавливают в модуль 3 бланкета по самостопорящейся резьбе (например, по резьбе с натягом или конической резьбе), либо соединяют сварным швом. Таким образом размещается необходимое для монтажа модуля 3 бланкета в вакуумном корпусе 8 число гибких опор 1, например четыре гибких опор, и ответных им крепежных узлов в модуле 3. Модуль 3 бланкета подается к вакуумному корпусу 8. Закрепительные гайки 5 накручиваются на резьбовые фланцы гибких опор 1 через промежуточные втулки 6, имеющие в центре посадочное место под монтажный инструмент. Вращением стопорных гаек 2 производится поджатие и стопорение резьбового соединения закрепительных гаек 5 с фланцами гибких опор 1. При этом за счет шарнирных соединений элементов компенсатора смещений с фланцем гибкой опоры 1, а также подвижного (шлицевого) соединения промежуточной втулки 6 с закрепительной гайкой 5 и скольжения соединительной втулки 7 относительно стопорной гайки 2, реализуется самоустанавливание элементов конструкции в положение, при котором угловое смещение оси гибкой опоры 1 относительно оси посадочного гнезда модуля 3 и стопорной гайки 2 компенсируется и одновременно замыкается силовая цепь.
Устройство работает следующим образом.
В процессе работы реактора на модуль действуют динамические нагрузки от срывов плазмы. Гибкая опора 1 воспринимает сжимающую и растягивающую составляющие внешней нагрузки, возникающей в месте установки устройства крепления, при этом усилие от модуля 3 должно быть передано на вакуумный корпус 8 реактора. Сжимающая составляющая усилия от модуля 3 на опору 1 передается через стопорную гайку 2, соединительную втулку 7 и промежуточную втулку 6. Растягивающая составляющая усилия от модуля 3 на опору 1 передается через опорную втулку 4, сферическую шайбу 9 и закрепительную гайку 5. От гибкой опоры 1 на вакуумный корпус 8 усилие передается от фланца опоры, охваченного закрепительной гайкой 5 и промежуточной втулкой 6, через стержни гибкой опоры на фланец, соединенный с вакуумным корпусом 8.