一种真空室自锁密封结构和核聚变堆

技术领域

本发明涉及真空室密封领域，特别是涉及一种真空室自锁密封结构和核聚变堆。

背景技术

真空室是超导托卡马克核聚变堆装置中的核心部件，真空室位于磁体和冷屏内侧，包围着内部部件并为其提供可靠的支撑，是一个环绕着等离子体的双层D型环状结构。它最主要的功能是为等离子体提供高质量的真空运行环境，提供产生和维护高质量真空的坚固的边界，同时需要支撑内部部件、窗口插件及其引起的机械负荷，为等离子体加热、电驱动、加料系统、诊断以及内部部件远程安装及维护提供出入通道。因此现有真空室如ITER、JET等窗口插件密封都是采用双法兰结构，用于固定窗口插件及真空密封。固定法兰起承重作用，首先将窗口插件的承重法兰与窗口内侧的法兰通过螺栓装配，然后在分别在窗口和窗口插件端面上装配两个密封法兰，两法兰圈之间用柔性密封壳或其他方式焊接连接，这样在受电磁力振动时，不会因为插件与窗口的分离或变形不一致而发生泄漏，压紧法兰压缩弹性密封圈和柔性密封壳共同构成上窗口与插件的超高真空边界。

现有窗口插件在真空室窗口上的固定是采用螺栓固定，窗口插件的密封和固定上需要用到大量的螺栓结构，而聚变堆运行在强辐射、高承载和高温的极端复杂环境下，螺栓连接结构容易受损伤，导致真空密封结构结效。同时窗口插件在装置寿命期间需要经常升级改造，涉及到多次拆卸和安装，窗口插件和窗口运行的温度区间不同，因此两者产生的热变形不同，拆卸时螺栓会出现卡死现象无法拆除，同时拆卸后进行二次安装时难以保证重复安装精度。传统窗口密封结构螺栓数量众多，安装复杂，真空室窗口和窗口插件都是厚板焊接件，焊接变形大，很难保证窗口插件与窗口的安装对准精度，因此窗口插件螺栓装配精度很难达到设计目标，容易产生安装不上的情况，产生现场返修。最后窗口插件的固定法兰位于密封结构内部，插件安装时需要先进行固定结构的安装，在进行窗口插件密封的焊接，一旦窗口插件固定结构松动，需要单独维护窗口插件固定结构时，就需要先拆除外侧密封结构，在进行固定结构的维护，真空室内部真空环境被破坏，需要重新抽真空，浪费大量人力物力和材料。

发明内容

本申请的目的是提供一种真空室自锁密封结构和核聚变堆，以安全方便稳固的完成真空室的安装和拆卸。

本申请的目的是通过如下技术方案实现的：

一种真空室自锁密封结构，包括：窗口、锁止部和插件，所述窗口开设有第一限位槽，所述插件开设有用于安装所述锁止部的容置槽，所述第一限位槽与所述容置槽连通，所述锁止部包括调节螺栓、连接部、第一连接杆和第一定位块，所述调节螺栓螺纹连接于所述插件并部分伸入所述容置槽内，所述连接部安装于所述调节螺栓的端部，所述第一连接杆的一端与所述连接部连接，所述第一连接杆的另一端与所述第一定位块连接，所述调节螺栓能够在所述容置槽内沿第一方向移动，带动所述第一定位块沿第二方向移动，以使所述第一定位块部分插入所述第一限位槽或完全离开所述第一限位槽，其中，所述第一方向与所述第二方向相交。

本申请的一些实施例中，所述锁止部还包括第二连接杆和第二定位块，所述插件还开设有与所述容置槽连通的第二限位槽，所述第二连接杆的一端与所述连接部连接，所述第二连接杆的另一端与所述第二定位块连接，所述调节螺栓能够在所述容置槽内沿所述第一方向移动，带动所述第二定位块沿第三方向移动，以使所述第二定位块插入所述或离开所述第二限位槽，其中，所述第一方向与所述第三方向相交。

本申请的一些实施例中，所述连接部包括连接块和波纹管，所述连接块安装于所述调节螺栓的端部，所述波纹管的一端连接于所述连接块，所述波纹管的另一端连接于所述插件，且所述波纹管平行于所述调节螺栓设置。

本申请的一些实施例中，所述波纹管至少为两个，且所述波纹管周向均匀间隔的连接于所述连接块。

本申请的一些实施例中，所述第一限位槽和所述第二限位槽的侧壁均设有导向结构，以使所述第一限位槽和所述第二限位槽的横截面由所述容置槽向外逐渐变小。

本申请的一些实施例中，所述第一限位槽和所述第二限位槽均为楔形限位槽，所述第一定位块和所述第二定位块均为楔形定位块，且所述第一限位槽与所述第一定位块形状相适配，所述第二限位槽与所述第二定位块形状相适配。

本申请的一些实施例中，还包括密封圈，所述密封圈安装于所述窗口和所述插件之间。

本申请的一些实施例中，所述插件开设有多个所述容置槽，所述锁止部一一对应的安装于所述容置槽。

本申请的一些实施例中，所述第一方向与所述第二方向垂直，所述第一方向与所述第三方向垂直。

一种核聚变堆，包括如上述所述的真空室自锁密封结构。

本申请的真空室自锁密封结构和核聚变堆，窗口与插件通过锁止部连接，锁止部中的调节螺栓通过连接部与第一连接杆与第一定位块连接，随着调节螺栓插入插件内，第一定位块也朝向第一限位槽移动，当调节螺栓安装到位时，第一定位块也能够插入到第一限位槽中，此时第一定位块部分嵌入第一限位槽中，另一部分留在容置槽内，从而限制窗口与插件之间的相对移动，并且拆卸时随着调节螺栓的旋出，第一定位块也随之离开第一限位槽，从而实现窗口与插件之间的分离，这种自锁密封结构能够独立于其他密封结构，从而与其他密封结构同步进行安装与拆卸，安装方式简单快捷，节省时间成本，且能够单独安装或拆卸，不影响真空环境，同时由于锁止部仅安装在插件上而不是安装在窗口和插件之间，因此锁止部与窗口插件温度区间一致，其热变形趋势与窗口插件一致，不会因为插件和窗口温度不同产生的变形不一致导致拆卸时螺栓卡死或二次安装时螺栓孔位无法对准的问题。

附图说明

图1是本申请的真空室自锁密封结构的外部结构示意图；

图2是本申请的真空室自锁密封结构处于松动状态时的内部结构示意图；

图3是本申请的真空室自锁密封结构处于锁紧状态时的内部结构示意图。

图中，1、窗口；11、第一限位槽；2、锁止部；21、调节螺栓；22、连接部；221、连接块；222、波纹管；23、第一连接杆；24、第一定位块；25、第二连接杆；26、第二定位块；3、插件；31、容置槽；32、第二限位槽；4、密封圈；

X、第一方向；Y、第二方向；Z、第三方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本申请的描述中，应当理解的是，本申请中采用的术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-3所示，本申请实施例第一方面提出一种真空室自锁密封结构，包括：窗口1、锁止部2和插件3，所述窗口1开设有第一限位槽11，所述插件3开设有用于安装所述锁止部2的容置槽31，所述第一限位槽11与所述容置槽31连通，所述锁止部2包括调节螺栓21、连接部22、第一连接杆23和第一定位块24，所述调节螺栓21螺纹连接于所述插件3并部分伸入所述容置槽31内，所述连接部22安装于所述调节螺栓21的端部，所述第一连接杆23的一端与所述连接部22连接，所述第一连接杆23的另一端与所述第一定位块24连接，所述调节螺栓21能够在所述容置槽31内沿第一方向X移动，带动所述第一定位块24沿第二方向Y移动，以使所述第一定位块24部分插入所述第一限位槽11或完全离开所述第一限位槽11，其中，所述第一方向X与所述第二方向Y相交。

基于上述技术方案，本申请的真空室自锁密封结构，窗口1与插件3通过锁止部2连接，锁止部2中的调节螺栓21通过连接部22与第一连接杆23与第一定位块24连接，随着调节螺栓21插入插件3内，第一定位块24也朝向第一限位槽11移动，当调节螺栓21安装到位时，第一定位块24也能够插入到第一限位槽11中，此时第一定位块24部分嵌入第一限位槽11中，另一部分留在容置槽31内，从而限制窗口1与插件3之间的相对移动，并且拆卸时随着调节螺栓21的旋出，第一定位块24也随之离开第一限位槽11，从而实现窗口1与插件3之间的分离，这种自锁密封结构能够独立于其他密封结构，从而与其他密封结构同步进行安装与拆卸，安装方式简单快捷，节省时间成本，且能够单独安装或拆卸，不影响真空环境，同时由于锁止部2仅安装在插件3上而不是安装在窗口1和插件3之间，因此锁止部2与窗口1插件3温度区间一致，其热变形趋势与窗口1插件3一致，不会因为插件3和窗口1温度不同产生的变形不一致导致拆卸时螺栓卡死或二次安装时螺栓孔位无法对准的问题。另外，本申请的第一方向X与第二方向Y相交，这使得调节螺栓21锁紧后在多个方向均有支撑力，整体结构更加稳固。

本申请的一些实施例中，如图2、3所示，所述锁止部2还包括第二连接杆25和第二定位块26，所述插件3还开设有与所述容置槽31连通的第二限位槽32，所述第二连接杆25的一端与所述连接部22连接，所述第二连接杆25的另一端与所述第二定位块26连接，所述调节螺栓21能够在所述容置槽31内沿所述第一方向X移动，带动所述第二定位块26沿第三方向Z移动，以使所述第二定位块26插入所述或离开所述第二限位槽32，其中，所述第一方向X与所述第三方向Z相交。第一定位块24与第一限位槽11和容置槽31的插置结构可以实现窗口1和插件3之间的固定，在此基础上，为了进一步提升安装的稳定性，容置槽31中还设置有第二限位槽32，并且锁止部2设置第二连接杆25和第二定位块26，通过调节螺栓21的前进与后退使第二定位块26进入或推出第二限位槽32，当调节螺栓21紧固完成后，第一定位块24进入第一限位槽11，第二定位块26进入第二限位槽32，二者相互配合使得安装结构的强度更高，并且第一定位块24和第二定位块26均由调节螺栓21带动移动，使用方便，只需在插件3外部拧紧或拧松调节螺栓21即可快速可靠的完成插件3的安装与拆卸。同样需要说明的是，第一方向X与第三方向Z相交，搭配第一方向X与第二方向Y相交，使得调节螺栓21锁紧后在多个方向均有支撑力，整体结构更加稳固。

具体的，如图2、3所示，所述连接部22包括连接块221和波纹管222，所述连接块221安装于所述调节螺栓21的端部，所述波纹管222的一端连接于所述连接块221，所述波纹管222的另一端连接于所述插件3，且所述波纹管222平行于所述调节螺栓21设置。连接部22包括连接块221和波纹管222，连接块221的作用是作为第一连接杆23和第二连接杆25的安装载体，避免第一连接杆23和第二连接杆25直接安装在调节螺栓21上，波纹管222受到调节螺栓21的拉伸或压缩可以带动连杆定位结构向内或向外移动，从而快速完成插件3的安装，连接块221与波纹管222配合更好的实现窗口1与插件3的连接。

更具体的，如图2、3所示，所述波纹管222至少为两个，且所述波纹管222周向均匀间隔的连接于所述连接块221。波纹管222设置为多个且周向均匀设置，可以更稳定的实现连接块221和连接杆等结构的移动。

本申请的一些实施例中，如图2、3所示，所述第一限位槽11和所述第二限位槽32的侧壁均设有导向结构，以使所述第一限位槽11和所述第二限位槽32的横截面由所述容置槽31向外逐渐变小。导向结构的设置使得第一定位块24可以稳定可靠的进入第一限位槽11，第二定位块26可以稳定可靠的进入第二限位槽32，增加了机构运行时的稳定性和可靠性，并降低了加工精度的要求。

具体的，如图2、3所示，所述第一限位槽11和所述第二限位槽32均为楔形限位槽，所述第一定位块24和所述第二定位块26均为楔形定位块，且所述第一限位槽11与所述第一定位块24形状相适配，所述第二限位槽32与所述第二定位块26形状相适配。楔形结构加工方便，导向效果显著，并且块槽配合后的紧密性也更好，进一步提升了稳定性和可靠性，并进一步降低了加工精度要求。

本申请的一些实施例中，如图1-3所示，还包括密封圈4，所述密封圈4安装于所述窗口1和所述插件3之间。在采用锁止部2安装在插件3中的独立密封安装结构的同时，窗口1与插件3之间的密封采用外围密封圈4的形式，这种密封方式简单有效，成本低廉，可以与本申请的自锁密封结构配合实现稳定的密封，同时在发生结构松动时也可以单独密封，便于更换锁止部2。

具体的，如图1、3所示，所述插件3开设有多个所述容置槽31，所述锁止部2一一对应的安装于所述容置槽31。采用多个锁止部2安装在插件3上的形式，使得窗口1与插件3之间的安装连接更加稳固。

本申请的一些实施例中，如图2、3所示，所述第一方向X与所述第二方向Y垂直，所述第一方向X与所述第三方向Z垂直。调节螺栓21锁定后，垂直设置的形式可以更进一步的提高强度，达到提升可靠性的目的。

一种核聚变堆，包括如上述所述的真空室自锁密封结构。核聚变堆包括了真空室自锁密封结构的全部技术特征和有益效果，在此不再赘述。

综上，本申请的真空室自锁密封结构和核聚变堆，窗口1与插件3通过锁止部2连接，锁止部2中的调节螺栓21通过连接部22与第一连接杆23与第一定位块24连接，随着调节螺栓21插入插件3内，第一定位块24也朝向第一限位槽11移动，当调节螺栓21安装到位时，第一定位块24也能够插入到第一限位槽11中，此时第一定位块24部分嵌入第一限位槽11中，另一部分留在容置槽31内，从而限制窗口1与插件3之间的相对移动，并且拆卸时随着调节螺栓21的旋出，第一定位块24也随之离开第一限位槽11，从而实现窗口1与插件3之间的分离，这种自锁密封结构能够独立于其他密封结构，从而与其他密封结构同步进行安装与拆卸，安装方式简单快捷，节省时间成本，且能够单独安装或拆卸，不影响真空环境，同时由于锁止部2仅安装在插件3上而不是安装在窗口1和插件3之间，因此锁止部2与窗口1插件3温度区间一致，其热变形趋势与窗口1插件3一致，不会因为插件3和窗口1温度不同产生的变形不一致导致拆卸时螺栓卡死或二次安装时螺栓孔位无法对准的问题。

以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。