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EAST超导托卡马克真空室内部共振磁扰动线圈系统将主要用于边界局域模与电阻壁模等不稳定性控制和误差场校正等实验研究,同时开展其它三维物理相关的实验研究。要实现此目的,就要设计开发出一种适合用在EAST真空室内超高真空环境、有3kA以上载流能力、有1kV以上的电绝缘能力、能耐350℃高温的多匝导体结构,线圈总体结构要有工程可行性以及与周围部件良好的兼容性,以实现线圈能够在不同模式下稳定运行。 首先,从RMP控制物理研究的需求出发,结合最新的理论和实验结果以及EAST装置自身特点,基于简化模型讨论了RMP线圈与热沉相对位置的影响及其敏感性,给出了线圈系统的总体物理和工程设计需求;然后针对性地搭建了一套RMP线圈测试平台,通过相关理论计算及工程测试,分析了线圈与热沉相对位置、热沉改造方案以及周边环境对其功能实现的影响,从而确定了线圈系统的位置及集成设计方案。 其次,结合RMP线圈工程设计需求,通过参数化计算确定了线圈整体结构设计、导体设计、冷却参数、引线设计、夹具设计等一系列详细的设计参数,由于RMP线圈与热沉集成设计的需要,在原有热沉设计的基础上完成了包括冷却回路排布、支撑设计及环形支撑的结构设计和优化等在内的一系列工程设计和改造,总结了各种运行状态下可能出现的载荷类型并介绍了RCC-MR设计规范。 然后,采用大型有限元分析程序依据电磁场、温度场以及弹塑性力学的基本原理和数值分析方法,编写了参数化的有限元程序,通过电磁分析、热工水力分析、耦合场强度分析等对RMP线圈最恶劣工况进行了数值仿真校核并优化了设计参数;并对改造后的热沉热设计进行了敏感性分析,在分析集成设计中环形支撑所承受的电磁载荷后,通过电磁-结构耦合分析对其设计进行了校核和优化。 再次,参照RCC-MR设计并编写了螺钉校核的MathCAD计算程序,对螺钉分布合理性和关键部位的强度进行了校核,计算得到了预紧载荷安全区间;同时根据RCC-MR设计规范中疲劳特性分析流程编写了EXCEL计算程序,通过线弹性分析中的总体应力变化和一次应力分量估算真实应变,从而对线圈主要部件的疲劳寿命进行校核计算;随后对线圈工作过程的真实环境进行了模拟,分析关心区域磁场幅值和相位的变化,并在线圈装配完成后在EAST真空室内进行了一致的RMP线圈的频响测试。 最后,介绍了线圈研制过程中的流程及注意事项,并对绕制工艺及焊接方法进行了研究,完成了上下十六个线圈的制造和安装,对安装完成的线圈系统进行了安装误差测量,并初步评估了安装误差对线圈系统功能实现可能造成的影响,目前已经实现了在EAST真空室内的调试与初步运行。