上海光源(SSRF) 輸運線真空零碎設(shè)計
白文說明了上海光源高能輸運線和低能輸運線真空零碎設(shè)計,囊括總體格局,真空盒的構(gòu)造和真空失掉零碎。低能輸運線由兩個彎段和三個曲線段組成,高能輸運線由五個彎段和四個曲線段組成。用無限元步驟綜合劃算了輸運線彎段真空盒的大氣負(fù)載變形,以確定真空盒的形態(tài)和尺寸,后果變形量小于0.15mm。經(jīng)過模仿輸運線全段真空盒的壓強(qiáng)散布來優(yōu)化泵零碎的格局,后果表明全線壓強(qiáng)小于6×10-6Pa。因而真空零碎的設(shè)計計劃能滿足物理指標(biāo)和理論工事務(wù)求。
上海光源(ShanghaiSynchrotronRadiationFacility,SSRF)是我國在建的專用其三代同步輻射光源,由曲線減速器、加強(qiáng)器和貯存環(huán)組成,地位散布見圖1。SSRF貯存電子能量3.5GeV,流強(qiáng)200mA～300mA。電子由曲線減速器減速預(yù)能量至150MeV,通過加強(qiáng)器升能到3.5GeV后注入到貯存環(huán)中。在曲線減速器、加強(qiáng)器和貯存環(huán)之間別離有低能輸運線(LinactoBooster,LTB)和高能輸運線(BoostertoRing,BTS)聯(lián)接,輸運線的重要作用是將束流無效的傳輸?shù)郊訌?qiáng)器和貯存環(huán)中,使得傳輸束流的Twiss參數(shù)與注入點處的橫向截面參數(shù)匹配。另外,因為貯存環(huán)的真空度優(yōu)于加強(qiáng)器,因而輸運線的真空零碎無須保障在接壤地位壓力條件的相容性。
圖1 上海光源減速器地位散布1、總體格局
低能輸運線全段物理長短19.15m,由兩個15°彎段和三個曲線段組成,高能輸運線全段物理長短46.5m,由五個9.45°的彎段和四個曲線段組成。高、低能輸運線束流彈道重要由真空零碎、束測零碎和防護(hù)零碎的元件組成,所有的束測零碎和防護(hù)零碎的元件做出金雞獨立段,經(jīng)過法蘭與真空室聯(lián)接。高、低能輸運線真空室采納全不銹鋼資料,直段真空室采納低磁導(dǎo)率的304L不銹鋼,彎段真空室采納低磁導(dǎo)率的316L不銹鋼。
低能線的兩端用兩個插板閥將其與曲線和加強(qiáng)器隔來到,變成一個共同的零碎,高能線用三個插板閥將其與加強(qiáng)器和貯存環(huán)隔來到,那樣將整段高能線分為兩個金雞獨立區(qū)間,不便裝置和調(diào)試。在工具運行內(nèi)中中真空零碎涌現(xiàn)故障如透氣或須要更替真空露天部元件時,培修人員能夠?qū)⑤^小的真空海域裸露大氣,對故障繼續(xù)檢測和排除,縮小了作業(yè)量,縮短工具故障工夫。在輸運線每個曲線段的兩端擱置金雞獨立漣漪段,彌補(bǔ)彎段真空室端面法蘭的地位誤差和觀點偏差,保障束流經(jīng)過直段真空室的核心地位。關(guān)于如束流地位探測器和熒光靶該署對地位有較高精度務(wù)求的束測件,在其左近裝置可調(diào)節(jié)的漣漪段。
輸運線真空室殘余氣體重要是H2、CO、H2O、N2和CO2,關(guān)于惰性氣體含量沒有尤其的務(wù)求,因而在高、低能輸運線上主泵零碎全副采納二極濺射離子泵(SIP),其徹底無油、無震撼、大抽速和高極限真空度的特點無比適宜同步輻射光源的真空條件。因為傳輸束流在輸運線上沒有阻抗務(wù)求,因而離子泵全副采納大直徑圓筒的泵站構(gòu)造裝置,縮小無效抽速的破財。在避開非凡元件如磁石和某些對地位務(wù)求寬大的束測元件(如光束狹縫)的根底上,離子泵的地位依照定然間距排布,放量使得輸運線的壓強(qiáng)散布勻稱。輸運線務(wù)求整段壓強(qiáng)小于2×10-5Pa,貯存環(huán)的動態(tài)壓強(qiáng)務(wù)求小于2.6×10-8Pa,因而在湊近貯存環(huán)注入海域,高能輸運線的真空零碎設(shè)計要適當(dāng)增多抽速,使得那里的壓強(qiáng)瀕臨貯存環(huán)的壓強(qiáng)務(wù)求。真空壓強(qiáng)測量選用寬線性量程的B-A規(guī)。圖2和圖3是輸運線真空元件格局圖。
圖2 低能線真空元件格局 圖3 高能線真空元件格局2、真空盒構(gòu)造
輸運線四極鐵海域的束流模糊區(qū)是圓形包絡(luò),二極鐵海域的束流模糊區(qū)是扁圓包絡(luò),因而直段海域的真空盒是圓形截面,彎段海域的真空盒是矩形截面。表1是高、低能輸運線磁石孔徑、模糊區(qū)以及真空盒尺寸。
表1 輸運線的磁石孔徑、模糊區(qū)與真空盒尺寸
因為真空盒抽真空后,盒體名義上接受的大氣壓力招致其產(chǎn)生向內(nèi)的凸起變形,盒體的薄厚務(wù)必保障變形后的盒體與束流模糊區(qū)依然有剩余的間距。咱們用無限元數(shù)值劃算步驟綜合了高、低能輸運線彎段真空盒的變形態(tài)況,劃算采納ANSYS810構(gòu)造綜合硬件包,間接在ANSYS程序中構(gòu)建真空盒模子,資料的彈性模量200GPa,泊松比0.3。生動長短位置的兩個端面,其余4個外名義強(qiáng)加1.0×105Pa的壓力,劃算后果見圖4(a),4(b),另外因為高能輸運線彎段真空室長短達(dá)成2.2m,因而思忖了高能線彎段真空室在自重作用和真空負(fù)載雙重作用下的變形,后果見圖4(c)。
圖4 輸運線彎段真空盒真空負(fù)載變形(a)低能線彎段;(b)高能線彎段;(c)高能線彎段
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