一种聚变用铠装超导线圈VPI树脂精确计量系统及方法

一种聚变用铠装超导线圈vpi树脂精确计量系统及方法
技术领域
1.本发明涉及核聚变堆用铠装超导磁体绝缘制造领域，具体涉及一种聚变用铠装超导线圈vpi树脂精确计量系统及方法。


背景技术：

2.聚变能源被认为是人类的终极能源，与核裂变相比，核聚变反应过程对环境没有污染，核聚变产物没有放射性，聚变反应条件被破坏时，聚变堆系统停止工作不会造成重大安全事故。磁约束核聚变是目前国际研究核聚变的通用方式，托卡马克装置被公认为是人类实现聚变能源的理想装置，磁体系统是托卡马克装置中的核心部件，其中，环向场磁体用于约束等离子体，极向场和中心螺管磁体用于加热、成形和平衡等离子体，而校正场磁体用于补偿磁体加工和安装过程中产生的误差场。聚变能与磁场的4次方成正比，因此，磁场强度决定了聚变装置产生聚变能的最关键因素，为了获得更高的磁场强度，核聚变堆磁体系统均采用铠装超导导体来制造磁体，其优良的力学性能，良好的冷却通道，成熟的制造工艺被国内外聚变同行广泛应用。
3.在超导线圈制造的过程中，绕制成形后的线圈绕组需要通过vpi（vacuum pressure impregnation）工艺将匝间绝缘和对地绝缘进行固化，使导体获得较强的电学和力学性能。聚变磁体由于其尺寸大、绝缘结构复杂，通常制造不锈钢内模为vpi提供真空环境，采用碳钢外模用于限制线圈外形尺寸，采用内部线圈加热和外部加热板加热的方式提供绝缘树脂固化温度。由于线圈尺寸、绝缘结构和线圈轮廓的特殊性，线圈绕组内部树脂浸渍量无法在线圈vpi前进行精确计算和准确注胶。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供一种聚变用铠装超导线圈vpi树脂精确计量系统及方法，系统具体包括真空检测系统、打压系统、数字压力采集系统、vpi模具、加热及保温系统、气体流量计、数据采集及处理系统等。具体方法是将绕制后的铠装超导线圈装入vpi模具中，并完成密封焊接和氦质谱检漏；将打压系统、数字压力采集系统和气体流量计分别安装在vpi模具上，加热及保温系统和抽真空系统对铠装超导线圈的绝缘材料进行加热脱气；加热脱气完成后，对脱气后的vpi模具内部进行氮气置换处理，置换压力为1bar；氮气置换过程中，通过气体流量计分别采集进/出vpi模具的氮气总体积并传输到数据采集及处理系统，在数据采集及处理系统预设的气体计算方程和材料放气率计算方程等算法基础上，计算出铠装超导线圈内可填充环氧树脂的精准数据；本发明具有原理简单、测量准确、操作方便、可靠性强等优点。
5.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种聚变用铠装超导线圈vpi树脂精确计量系统，应用于大型聚变用铠装超导线圈的绝缘制造，包括：线圈绕组，其为未经过vpi固化的聚变用铠装超导线圈；
vpi模具，其通过密封焊接的不锈钢内模为线圈绕组提供真空环境，由碳钢外模为线圈绕组的绝缘制造提供尺寸限位；真空检测系统，包含真空抽气系统、真空监控系统和真空数据采集系统，实现对vpi模具内部的线圈绕组进行抽真空脱气处理；加热及保温系统，其分为内部加热系统、外部加热系统和外部的保温被；内部加热系统采用电加热的方式实现对线圈绕组的均匀加热；外部加热系统采用加热板实现对碳钢外模的整体加热；保温被设置在vpi模具的外部，用于实现vpi模具的整体温度均衡；数据采集及处理系统，其用于采集真空pid控制系统的信号、气体流量计的信号、数字压力采集系统的信号，并对信号依照预定伯努利气体方程和材料放气率方程进行计算，获得线圈绕组所需环氧树脂的精确数值。
6.进一步地，还包括：电动闸板阀，其用于实现真空检测系统对线圈绕组的vpi模具抽真空速率的控制，调节气体通过气体流量计的速率；真空pid控制系统，其包含真空规管和pid自动控制系统。
7.进一步地，还包括：打压系统，其用于线圈绕组在真空脱气过程中与真空腔室的氮气置换，实现对绝缘材料表面吸附气体的冲蚀，置换线圈绕组内部杂质气体，以及在线圈绕组的注胶及浸渍过程中完成对树脂的打压，以实现对线圈绕组内部微细气泡的压缩。
8.进一步地，所述真空抽气系统由机械泵、罗茨泵及水冷系统组成；所述真空监控系统包括真空管路、真空阀门、真空规管。
9.进一步地，还包括：气体流量计，其用于计量通过线圈绕组内部的气体质量。
10.进一步地，还包括：数字压力采集系统，其采用压力变送器、压电信号采集卡完成线圈绕组内部正压力的采集和记录。
11.本发明还提供一种聚变用铠装超导线圈vpi树脂精确计量方法，包括如下步骤：步骤1.调试聚变用铠装超导线圈vpi树脂精确计量系统，获取真空度和压力数据；步骤2. 对线圈绕组进行充分脱气处理，获得第一次测量的氮气总体积和第二次测量的氮气总体积；步骤3. 求得第一次测量的氮气总体积和第二次测量的氮气总体积的平均值，将该平均值作为vpi模具置换氮气的标准参数导入数据采集及处理系统进行计算处理，获得线圈绕组所需环氧树脂的精确数值。
12.进一步地，所述步骤1包括：步骤1）. 采用vpi模具将线圈绕组装配、焊接和检漏；步骤2）. 将打压系统、数字压力采集系统和加热及保温系统连接到vpi模具上；步骤3）. 将真空检测系统、电动闸板阀、气体流量计和真空pid控制系统通过管道连接至vpi模具上，联动调试真空检测系统、电动闸板阀和真空pid控制系统；步骤4）. 将数据采集及处理系统分别与数字压力采集系统、真空pid控制系统通过模拟信号进行串联，启动空载调试，使数据采集及处理系统分别获得真空度和压力数据。
13.进一步地，所述步骤2包括：步骤1）. 对vpi模具按照的加热速度，加热至并保温12h，对线圈绕组进行充分脱气处理；步骤2）. vpi模具完成加热脱气后，依照的速度降温至，保温6h
后，关闭真空检测系统并采用真空pid控制系统采集此时真空度；步骤3）. 关闭vpi模具的出胶管位置的角阀，通过打压系统将干燥氮气注入vpi模具中，数据采集及处理系统监测到数字压力采集系统的压力达到1bar时报警并停止打压，并采集安装在氮气进口的气体流量计测得的进入vpi模具的第一次测量的氮气总体积；步骤4）. 关闭打压系统与vpi模具之间的阀门，打开出胶管位置的角阀和电动闸板阀，启动真空检测系统对vpi模具内的氮气进行抽真空，同时采用气体流量计从vpi模具内部抽出的气体总体积；步骤5）. 数据采集及处理系统监测到真空pid控制系统的真空度与脱气完毕时的真空度相同时，停止抽真空并采集安装在真空抽口处的气体流量计测得的第二次测量的氮气总体积。
14.进一步地，所述步骤3包括：步骤1）. 完成步骤2的步骤3）～步骤5）作为1次氮气置换，获得第一次测量的氮气总体积和第二次测量的氮气总体积，即2个氮气总体积，重复步骤2的步骤3）～步骤5），进行3次氮气置换，并对3次氮气置换获得的3对第一次测量的氮气总体积和第二次测量的氮气总体积，即6个氮气总体积求平均值，该平均值作为vpi模具置换氮气的标准参数导入数据采集及处理系统进行计算处理；步骤2）. 数据采集及处理系统采用伯努利气体方程，结合vpi模具的温度，计算获得vpi模具内置换氮气的标准大气压体积；通过材料放弃率方程，分别获得标准温度和气压下线圈绕组内绝缘材料的放气气体体积；置换氮气的标准大气压体积和绝缘材料的放气体积为线圈绕组内部的空隙总体积；由空隙总体积、绝缘材料密度，进行多次试验，获得的修正系数，从而获得线圈绕组所需环氧树脂的精确数值；步骤3）. 根据精确数值，按照1.15倍的配胶量进行配胶，线圈绕组注胶前后，分别对线圈绕组的内部及外部的树脂进行称重，用以检验和修正测试精度。
有益效果
15.本发明的树脂精确计量系统无需重新搭建系统，只用在铠装超导线圈绕组vpi系统上进行改造即可，改造后的设备可以用于同类产品的相同工艺中；所述树脂精确计量系统及方法在确保线圈绕组内部浸渍充分的基础上，可作为树脂准确计量的依据，避免材料浪费；可以实现对线圈绕组内环氧树脂的精确计算，为线圈绕组内部绝缘材料含胶量准确计算具有指导意义。本发明具有结构简单，安装方便、准确性高、实用性强，能够提前预知相对准确注胶量等优点。
附图说明
16.本发明的一部分说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例和说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
17.图1为本发明的一种聚变用铠装超导线圈vpi树脂精确计量系统的示意图。
18.其中：1.线圈绕组；2.vpi模具；3.真空检测系统；4.电动闸板阀；5.真空pid控制系统；6.打压系统；7.数字压力采集系统；8.加热及保温系统；9.气体流量计；10.数据采集及处理系统；11.真空规管；12.压力变送器。
具体实施方式
19.下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
20.如图1所示，本发明的一种聚变用铠装超导线圈vpi树脂精确计量系统包括线圈绕组1、vpi模具2、真空检测系统3、电动闸板阀4、真空pid控制系统5、打压系统6、 数字压力采集系统7、加热及保温系统8、气体流量计9、数据采集及处理系统10、真空规管11和压力变送器12。所述线圈绕组1装配在所述vpi模具2内部，进行焊接和检漏确保线圈尺寸限位和vpi模具2的密封性能；所述打压系统6、压力变送器12、数字压力采集系统7和加热及保温系统8连接到所述vpi模具2上；所述真空检测系统3与所述电动闸板阀4连接，所述真空规管11连接在抽真空管道上，所述真空pid控制系统5与真空规管11连接并采集真空度信号，用于完成对线圈绕组1内部真空度的精确测量和采集；所述数据采集及处理系统10分别与数字压力采集系统7、真空pid控制系统5通过模拟信号进行串联，所述数据采集及处理系统10获得真空规管11的真空度和压力变送器12的压力数据；所述加热及保温系统8分为内部加热、外部加热和外部保温等部分，内部加热采用对线圈绕组1通电进行无感加热；外部加热为安装在所述vpi模具2上的加热板加热，外部保温采用岩棉等保温材料对所述vpi模具2进行包裹处理；通过加热及保温系统8将线圈绕组1和vpi模具2加热至，启动所述真空检测系统3对线圈绕组1进行高温脱气处理，所述线圈绕组1完成加热脱气后降温至并保温6h，真空度调整至100pa，关闭所述真空检测系统3并采用真空pid控制系统5采集真空度数据；通过所述打压系统6将干燥氮气注入vpi模具2中，直至所述vpi模具2内部压力达到标准大气压，关闭所述打压系统6并通过安装在氮气进口的所述气体流量计9测得的第一次测量的氮气总体积；打压完毕并采集数据完成后启动所述真空检测系统3对vpi模具2内的氮气进行抽真空至100pa，并采用所述气体流量计9对vpi模具2的内部气体进行精确计量，测得的第二次测量的氮气总体积；所述数据采集及处理系统10获得第一次测量的氮气总体积和第二次测量的氮气总体积数据后，通过其内部计算程序计算所述vpi模具2内部注胶腔体的标准气体体积，从而获得待注线圈绕组1所需环氧树脂的精确计量。工作人员根据计量结果，按照1.15倍的配胶量进行配胶，线圈注胶前后，分别对绕组内部及绕组外部的树脂进行称重，圈用以检验和修正改系统和方法的测试精度。
21.所述线圈绕组1为已经完成了线圈绕制成形、线圈绝缘处理等线制造工艺的、未经过vpi固化的聚变用铠装超导线圈；通过超导接头向线圈绕组1内部通电，实现对聚变用铠装超导线圈进行内部无感加热；所述vpi模具2包含不锈钢内模、碳钢外模、加热板和保温被；不锈钢内模直接与线圈绕组1接触，不锈钢内模采用氩弧焊进行密封焊接，为线圈绕组1的vpi提供真空环境。碳钢外模为焊接结构件，通过碳钢外模的压紧和限位实现对线圈绕组1的绝缘材料的压缩及和线圈绕组1的精度的整形；碳钢外模上安装有加热板，用于对vpi模具2进行外部加热；vpi模具2通过缠绕保温被降低vpi过程的热量损失。vpi模具2通过内部加热、外部加热系统保温，实现对注胶前绝缘材料的加速脱气和环氧树脂的快速凝胶固化；所述vpi模具2由密封焊接的不锈钢内模为线圈绕组1的vpi提供真空环境，由装配结构的碳钢外模为线圈绕组1的绝缘制造提供尺寸限位；vpi模具2上安装的加热板和保温被用于对线圈绕组1进行加热脱气和加速环氧树脂的凝胶固化；
所述真空检测系统3包含机械泵、罗茨泵、水冷系统、过滤系统、真空管路、真空阀门、真空规管11和电动闸板阀4，实现对vpi模具2内部的线圈绕组1进行抽真空脱气处理；水冷系统用于实现对机械泵和罗茨泵的冷却；电动闸板阀4用于开启和调节真空检测系统3对线圈绕组1的脱气作用；过滤系统的主要作用是过滤线圈绕组1脱气过程中的玻璃纤维和注胶过程中的树脂蒸汽，避免污染物累积造成对机组的损伤。所述真空检测系统3通过包含机械泵、罗茨泵及水冷系统的真空抽气系统以及包括真空管路、真空阀门、真空规管11、电动闸板阀4的真空监控系统以及真空数据采集系统。
22.所述电动闸板阀4用于快速控制真空检测系统3对线圈绕组1的vpi模具2抽真空速率，调节气体通过气体流量计9的速率；所述真空pid控制系统5包含真空规管11和pid自动控制系统；真空规管11在使用前需进行标定，pid自动控制系统用于精确控制线圈绕组1的真空度；所述打压系统6用于线圈绕组1在真空脱气过程中对真空腔室的氮气置换，实现对绝缘材料表面吸附气体的冲蚀，置换内部杂质气体以及线圈绕组1的注胶及浸渍过程中完成对树脂的打压，以实现对线圈绕组1内部微细气泡的压缩。所述打压系统6由氮气缓冲罐、打压管路、阀门和气体流量计9等部分组成，置换过程可以对绝缘材料表面吸附气体进行冲蚀，既方便对线圈绕组1的彻底脱气，同时可以计量置换的气体体积。
23.所述数字压力采集系统7采用压力变送器12、压电信号采集卡完成线圈绕组1内部正压力的采集和记录；压力变送器12用来监测打压系统6对线圈绕组1内部打压压力，使用前进行精确标定；氮气置换时，vpi模具2内部的压力数据通过压电信号采集卡收集并将传递到数据采集及处理系统10，实现对压力数据的全程采集和记录；所述加热及保温系统8包括内部加热系统、外部加热系统和外部的保温被；内部加热系统采用电加热的方式实现对线圈绕组1的均匀加热；外部加热系统通过安装在vpi模具2上的加热板实现对vpi模具2的外部加热；保温被用于实现vpi模具2的整体温度均衡；加热可以实现线圈绕组1中的绝缘材料快速脱气，在线圈浸渍完毕后通过加热线圈绕组1可以实现环氧树脂的快速固化；所述气体流量计9用于计量通过线圈绕组1内部的气体质量，扣除材料放气率的影响，即可获得线圈绕组1内环氧树脂的准确数值；所述数据采集及处理系统10用于采集真空pid控制系统5的信号、气体流量计9的信号、数字压力采集系统7的信号，并对信号依照预定伯努利气体方程和材料放气率方程进行计算，获得待注线圈绕组1所需环氧树脂的精确计量。所述数据采集及处理系统10采用气体流量计9用于计量通过线圈绕组1内部气体体积，排出绝缘材料放气率的影响，即可获得线圈绕组内环氧树脂的准确数值。
24.根据本发明的另一个实施例，本发明的一种聚变用铠装超导线圈vpi树脂精确计量系统的计量方法依次包括以下步骤：步骤1. 将线圈绕组1装配在vpi模具2内部，完成焊接和检漏工作，确保线圈绕组1的尺寸限位和vpi模具2的密封性能；步骤2. 将打压系统6、压力变送器12、数字压力采集系统7和加热及保温系统8连接到vpi模具2上；步骤3. 将真空检测系统3、电动闸板阀4、气体流量计9、真空pid控制系统5及真空
规管11通过管道连接至vpi模具2上，完成真空检测系统3、电动闸板阀4和真空pid控制系统5的联动调试；步骤4. 将数据采集及处理系统10分别与数字压力采集系统7、真空pid控制系统5及真空规管11通过模拟信号进行串联，启动空载调试，使数据采集及处理系统10可以分别获得真空规管11的真空度和压力变送器12的压力数据；步骤5. 对vpi模具2按照的加热速度，加热至并保温12h，对线圈绕组1进行充分脱气处理。
25.步骤6. 线圈绕组1完成加热脱气后，依照的速度降温至，保温6h后，关闭真空检测系统3并采用真空pid控制系统5采集真空度数据；步骤7. 关闭vpi模具2与真空检测系统3之间的阀门，通过打压系统6将干燥氮气注入vpi模具2中，数据采集及处理系统10获得数字压力采集系统7采集到的压力变送器12的实时压力至指定气压后停止打压，并采集安装在氮气进口的气体流量计9测得的第一次测量的氮气总体积；步骤8. 关闭打压系统6与vpi模具2之间的阀门，打开电动闸板阀4，启动真空机组对vpi模具2内的氮气进行抽真空，同时采用气体流量计9对vpi模具2的内部气体进行精确计量；步骤9. 数据采集及处理系统10监测到真空pid控制系统5的真空度与脱气完毕时的真空度相同时，停止抽真空并采集安装在真空抽口附近的气体流量计9测得的第二次测量的氮气总体积；步骤10. 由于超导线圈压力浸渍过程需要3次的氮气置换过程，重复步骤7-步骤9进行3次氮气置换，并对3次氮气置换获得的6个氮气总体积求平均值，该平均值作为vpi模具置换氮气的标准参数导入数据采集及处理系统10进行计算处理；步骤11. 数据采集及处理系统采用伯努利气体方程，结合vpi模具的温度，计算获得vpi模具内置换氮气的标准大气压体积；通过材料放弃率方程，分别获得标准温度和气压下线圈绕组内绝缘材料的放气气体体积；置换氮气的标准大气压体积和绝缘材料的放气体积为线圈绕组内部的空隙总体积；由空隙总体积、绝缘材料密度，进行多次试验，获得的修正系数，从而获得线圈绕组所需环氧树脂的精确数值；步骤12. 根据精确数值，按照1.15倍的配胶量进行配胶，线圈绕组注胶前后，分别对线圈绕组的内部及外部的树脂进行称重，用以检验和修正测试精度。
26.以上所述仅是本发明的优选实施方式，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种聚变用铠装超导线圈vpi树脂精确计量系统，其特征在于，应用于大型聚变用铠装超导线圈的绝缘制造，包括：线圈绕组，其为未经过vpi固化的聚变用铠装超导线圈；vpi模具，其通过密封焊接的不锈钢内模为线圈绕组提供真空环境，由碳钢外模为线圈绕组的绝缘制造提供尺寸限位；真空检测系统，包含真空抽气系统、真空监控系统和真空数据采集系统，实现对vpi模具内部的线圈绕组进行抽真空脱气处理；加热及保温系统，其分为内部加热系统、外部加热系统和外部的保温被；内部加热系统采用电加热的方式实现对线圈绕组的均匀加热；外部加热系统采用加热板实现对碳钢外模的整体加热；保温被设置在vpi模具的外部，用于实现vpi模具的整体温度均衡；数据采集及处理系统，其用于采集真空pid控制系统的信号、气体流量计的信号、数字压力采集系统的信号，并对信号依照预定伯努利气体方程和材料放气率方程进行计算，获得线圈绕组所需环氧树脂的精确数值。2.根据权利要求1所述的一种聚变用铠装超导线圈vpi树脂精确计量系统，其特征在于，还包括：电动闸板阀，其用于实现真空检测系统对线圈绕组的vpi模具抽真空速率的控制，调节气体通过气体流量计的速率；真空pid控制系统，其包含真空规管和pid自动控制系统。3.根据权利要求2所述的一种聚变用铠装超导线圈vpi树脂精确计量系统，其特征在于，还包括：打压系统，其用于线圈绕组在真空脱气过程中与真空腔室的氮气置换，实现对绝缘材料表面吸附气体的冲蚀，置换线圈绕组内部杂质气体，以及在线圈绕组的注胶及浸渍过程中完成对树脂的打压，以实现对线圈绕组内部微细气泡的压缩。4.根据权利要求3所述的一种聚变用铠装超导线圈vpi树脂精确计量系统，其特征在于，所述真空抽气系统由机械泵、罗茨泵及水冷系统组成；所述真空监控系统包括真空管路、真空阀门、真空规管。5.根据权利要求4所述的一种聚变用铠装超导线圈vpi树脂精确计量系统，其特征在于，还包括：气体流量计，其用于计量通过线圈绕组内部的气体质量。6.根据权利要求5所述的一种聚变用铠装超导线圈vpi树脂精确计量系统，其特征在于，还包括：数字压力采集系统，其采用压力变送器、压电信号采集卡完成线圈绕组内部正压力的采集和记录。7.一种权利要求1-6之一所述的一种聚变用铠装超导线圈vpi树脂精确计量系统的计量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.调试聚变用铠装超导线圈vpi树脂精确计量系统，获取真空度和压力数据；步骤2. 对线圈绕组进行充分脱气处理，获得第一次测量的氮气总体积和第二次测量的氮气总体积；步骤3. 求得第一次测量的氮气总体积和第二次测量的氮气总体积的平均值，将该平均值作为vpi模具置换氮气的标准参数导入数据采集及处理系统进行计算处理，获得线圈绕组所需环氧树脂的精确数值。8.一种权利要求1-6之一所述的一种聚变用铠装超导线圈vpi树脂精确计量系统的计量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1）.调试聚变用铠装超导线圈vpi树脂精确计量系统，获取真空度和压力数据；步骤2）. 对线圈绕组进行充分脱气处理，获得第一次测量的氮气总体积和第二次测量的氮气总体积；步骤3）. 求得第一次测量的氮气总体积和第二次测量的氮气总体积的平均值，将该平均值作为vpi模具置换氮气的标准参数导入数据采集及处理系统进行计算处理，获得线圈绕组所需环氧树脂的精确数值。9.根据权利要求8所述的计量方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤1）. 对vpi模具按照的加热速度，加热至并保温12h，对线圈绕组进行充分脱气处理；步骤2）. vpi模具完成加热脱气后，依照的速度降温至，保温6h后，关闭真空检测系统并采用真空pid控制系统采集此时真空度；步骤3）. 关闭vpi模具的出胶管位置的角阀，通过打压系统将干燥氮气注入vpi模具中，数据采集及处理系统监测到数字压力采集系统的压力达到1bar时报警并停止打压，并采集安装在氮气进口的气体流量计测得的进入vpi模具的第一次测量的氮气总体积；步骤4）. 关闭打压系统与vpi模具之间的阀门，打开出胶管位置的角阀和电动闸板阀，启动真空检测系统对vpi模具内的氮气进行抽真空，同时采用气体流量计从vpi模具内部抽出的气体总体积；步骤5）. 数据采集及处理系统监测到真空pid控制系统的真空度与脱气完毕时的真空度相同时，停止抽真空并采集安装在真空抽口处的气体流量计测得的第二次测量的氮气总体积。10.根据权利要求9所述的计量方法，其特征在于，所述步骤3包括：步骤1）. 完成步骤2的步骤3）～步骤5）作为1次氮气置换，获得第一次测量的氮气总体积和第二次测量的氮气总体积，即2个氮气总体积，重复步骤2的步骤3）～步骤5），进行3次氮气置换，并对3次氮气置换获得的3对第一次测量的氮气总体积和第二次测量的氮气总体积，即6个氮气总体积求平均值，该平均值作为vpi模具置换氮气的标准参数导入数据采集及处理系统进行计算处理；步骤2）. 数据采集及处理系统采用伯努利气体方程，结合vpi模具的温度，计算获得vpi模具内置换氮气的标准大气压体积；通过材料放弃率方程，分别获得标准温度和气压下线圈绕组内绝缘材料的放气气体体积；置换氮气的标准大气压体积和绝缘材料的放气体积为线圈绕组内部的空隙总体积；由空隙总体积、绝缘材料密度，进行多次试验，获得的修正系数，从而获得线圈绕组所需环氧树脂的精确数值；步骤3）. 根据精确数值，按照1.15倍的配胶量进行配胶，线圈绕组注胶前后，分别对线圈绕组的内部及外部的树脂进行称重，用以检验和修正测试精度。

技术总结
本发明公开了一种聚变用铠装超导线圈VPI树脂精确计量系统及方法，包括抽真空系统、真空检测系统、打压系统、数字压力采集系统、VPI模具、加热及保温系统、气体流量计、数据采集及处理系统，将绕制后的铠装超导线圈装入VPI模具并密封焊接；加热及保温系统和抽真空系统对线圈绕组绝缘材料加热脱气；对脱气后的VPI模具内部进行氮气置换处理，置换压力为1bar；氮气置换过程中，通过气体流量计分别采集进/出VPI模具的氮气总体积并传输到数据采集及处理系统，通过预设气体方程和材料放气率方程，计算出铠装超导线圈内可填充环氧树脂的精准数据；本发明具有原理简单、计量准确等优点。计量准确等优点。计量准确等优点。


技术研发人员：闫朝辉 何建 周超 文伟 武玉 俞小伍
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：2023.07.18
技术公布日：2023/8/16