【技术实现步骤摘要】
一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统
[0001]本专利技术涉及核聚变堆工程领域，具体涉及一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统。
技术介绍
[0002]随着科学技术的不断进步，超导磁体在核聚变领域的应用得到了空前的发展。中国的EAST、日本的JT
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60SA、韩国的K
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STAR全超导托卡马克以及国际热核聚变实验堆(ITER)装置都采用大型铠装结构超导磁体来控制和约束等离子体位形。铠装超导导体以其独特的结构形式在核聚变领域得到广泛的应用，其外部铠甲为不锈钢材料，内部为超导电缆，超导电缆通常为NbTi材料和Nb3Sn材料，相对NbTi超导材料，采用Nb3Sn材料制造的铠装超导导体以其更大的载流能力、更高的磁场强度广泛应用到核聚变领域。
[0003]绝缘技术是大型铠装超导线圈制造的核心技术之一，直接影响到超导线圈的制造质量，国内大型铠装超导线圈的匝间绝缘包绕通常采用人工包绕和爬行式包绕机包绕。人工包绕绝缘的叠包率一致性较差，包绕张...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统，包括：单匝导体放送系统、自动包绕机系统、线圈承载平台及模具、自动控制系统；热处理后的铠装Nb3Sn超导线圈通过单匝导体放送系统进行分层吊装，10个单匝导体放送单元沿线圈轮廓分布，每个单匝导体放送单元包含2个分匝机械手、1个分层吊装机构、1个龙门支撑架；所述分匝机械手和分层吊装机构安装在龙门支撑架上，在自动控制系统的作用下，分匝机械手按照线圈绕制的顺序将铠装Nb3Sn超导导体逐匝放出；自动包绕机系统包含4个前端接线机械手、4个自动包绕机、4个后端落线机械手、1套仿形导轨传动系统，所述前端接线机械手、自动包绕机、落线机械手依次沿逆时针方向呈螺旋分布安装在所述仿形导轨传动系统上，并承载单匝导体重量；所述仿形导轨传动系统与所述铠装Nb3Sn超导线圈外形轮廓一致并安装在所述龙门支撑架内侧；所述前端接线机械手用于承接所述分匝机械手逐匝放出的铠装超导导体重量，所述自动包绕机用于承接螺旋分布导体的重量并按照指定的绝缘包绕方案完成匝间绝缘自动包绕，所述后端落线机械手用于承接自动包绕后导体的重量并呈螺旋分布逐匝将导体落放到线圈承载平台上；所述线圈承载平台共计24套，每套线圈承载平台上设置1套限位模具，线圈承载平台用于承载包绕绝缘后线圈的重量并通过限位模具控制线圈的外形轮廓；单匝导体放送系统和自动包绕机系统在自动控制系统的作用下协同工作，实现铠装Nb3Sn超导线圈逐匝自动落放、铠装Nb3Sn超导导体自重的承载、匝间绝缘的自动包绕、线圈落模及轮廓限位功能。2.根据权利要求1所述的一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统，其特征在于，所述单匝导体放送单元沿铠装Nb3Sn超导线圈轮廓均匀分布，用于承载待分匝线圈重量并进行导体的逐匝放送。3.根据权利要求2所述的一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统，其特征在于，所述单匝导体放送单元还包含2个线圈临时支撑梁。4.根据权利要求3所述的一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统，其特征在于，所述龙门支撑架为碳钢结构件，分为2个底层固定支架和1个上层龙门支架，用于承担所述铠装Nb3Sn超导线圈、分匝机械手和分层吊装机构的重量；底层固定支架沿铠装Nb3Sn超导线圈轮廓均匀分布在内外两侧，上层龙门支架安装在底层固定支架上。5.根据权利要求3所述的一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统，其特征在于，所述线圈临时支撑梁为碳钢结构梁，安装在底层固定支架上，用于铠装Nb3Sn超导线圈在分层吊装机构和分匝机械手承载重量前的临时支撑梁；所述临时支撑梁按照不同超导线圈的轮廓事先做划线处理，当铠装Nb3Sn超导线圈由分层吊装机构吊装在上层龙门支架上、线圈重量由所述分层吊装机构和分匝机械手承担后，拆除所述线圈临时支撑梁。6.根据权利要求3所述的一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统，其特征在于，所述分匝机械手包含机械手、水平移动模块和竖直移动模块。7.根据权利要求6所述的一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统，其特征在于，所述分匝机械手为焊接结构件，2个分匝机械手左右对称安装在所述龙门支撑架上，用于承载部分线圈重量；所述分匝机械手下部承载面之间预留间隙为65mm，在所述自动控制系统作用下，机械手通过水平移动模块沿线圈径向移动，待分匝的铠装Nb3Sn超导导体在重力作用下通过65mm间隙自由下降完成逐匝放送；所述机械手与线圈接
触部分采用聚四氟乙烯材料防止划伤导体。8.根据权利要求6所述的一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统，其特征在于，所述水平移动模块采用直线导轨作为运动部件，采用齿轮/齿条作为驱动部件，交流伺服电机作为驱动动力；所述机械手水平移动模块安装在所述上层龙门支架上，通过所述自动控制系统驱动齿轮/齿条实现水平方向移动，用于实现铠装Nb3Sn超导线圈导体的逐匝放送。9.根据权利要求6所述的一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统，其特征在于，所述竖直移动模块采用直线导轨作为运动部件，采用SWL涡轮蜗杆升降机作为驱动部件，交流伺服电机作为驱动动力；通过所述自动控制系统驱动SWL涡轮蜗杆升降机实现机械手沿竖直方向移动，最终实现铠装Nb3Sn超导线圈不同层导体的逐匝放送。10.根据权利要求1所述的一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统，其特征在于，所述4个前端接线机械手、4个自动包绕机和4个后端落线机械手安装在所述仿形导轨传动系统上；所述机械手和自动包绕机呈螺旋分布并分别安装有线圈承载和限位辊轮组件，用于承载逐匝放送的导体。11.根据权利要求10所述的一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统，其特征在于：所述线圈承载和限位辊轮组件分别安装在所述4个前端接线机械手、所述4个自动包绕机和所述4个后端落线机械手上，采用PE材料制造，用于承担导体重量、限制导体的径向尺寸且不会对导体表面造成损伤。12.根据权利要求10所述的一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统，其特征在于：所述的仿形导轨传动系统包含1套仿形导轨、1套仿形齿条和1套仿形取电环；仿形导轨、仿形齿条和仿形取电环分布在线圈龙门结构内部，外形与铠装Nb3Sn超导线圈轮廓一致。13.根据权利要求12所述的一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统，其特征在于：所述仿形导轨为双导轨结构，采用碳钢材料分段拼接的方式制造，采用三辊卡接方式实现环形运动。14.根据权利要求12所述的一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统，其特征在于：所述仿形齿条采用碳钢材料制造，所述自动控制系统的12个驱动电机小齿轮与所述仿形齿条啮合，用于驱动所述4个前端分匝机械手、4个后端分匝机械手及4个自动包绕机沿所述仿形导轨运动。15.根据权利要求12所述的一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统，其特征在于：所述仿形取电环安装在所述仿形导轨下方，用于对所述自动控制系统提供动力电源，采用U型防护结构满足取电可靠性与安全性要求。16.根据权利要求12所述的一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统，其特征在于：所述4个前端接线机械手安装在所述仿形导轨上，通过所述仿形取电环进行供电，在所述自动控制系统电机的驱动下沿仿形导轨移动。17.根据权利要求16所述的一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统，其特征在于：所述4组前端接线机械手安装在自动包绕机系统运动前端，用于承接所述单匝导体放送系统逐匝放出的超导导体重量，限定超导导体沿预设的螺旋高度分布。
18.根据权利要求16所述的一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统，其特征在于：所述4组前端接线机械手具有水平移动和竖直移动功能，适应单匝导体放送系统对不同截面尺寸的铠装Nb3Sn超导线圈逐匝放出导体的承载要求。19.根据权利要求10所述的一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统，其特征在于：所述4个自动包绕机系统分别安装在所述仿形导轨上，均由仿形移动组件、竖直移动组件、水平移动组件、包绕头转动组件和绝缘带绕包组件组成。20.根据权利要求19所述的一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统，其特征在于：所述仿形移动组件在自动控制系统电机作用下，驱动小齿轮并带动所述自动包绕机系统沿仿形导轨运动。21.根据权利要求19所述的一种核聚变堆环向场大型铠装Nb3Sn超导线圈匝间绝缘自动包绕系统，其特征在于：所述竖直移动组件使用直线导轨作为移动部件，丝杆螺母副作为传动部件，在所述自动控制系统驱动电机的作用下，自动包绕机系...
【专利技术属性】
技术研发人员：文伟，何建，武玉，吴杰峰，闫朝辉，文军，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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