Structural analyses of HV bushing for ITER heating NB system

ITER加熱中性粒子入射装置用HVブッシングの機械構造解析

戸張 博之; 井上 多加志; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 梅田 尚孝; 大楽 正幸; 山中 晴彦; 渡邊 和弘; 坂本 慶司; 栗山 正明*; Graceffa, J.*; Svensson, L.*; Hemsworth, R. S.*; 田中 政信*; Boilson, D.*

Tobari, Hiroyuki; Inoue, Takashi; Taniguchi, Masaki; Kashiwagi, Mieko; Umeda, Naotaka; Dairaku, Masayuki; Yamanaka, Haruhiko; Watanabe, Kazuhiro; Sakamoto, Keishi; Kuriyama, Masaaki*; Graceffa, J.*; Svensson, L.*; Hemsworth, R. S.*; Tanaka, Masanobu*; Boilson, D.*

日本が調達するITER NB機器の1つであるHVブッシングは、コバールをロウ付け接合したセラミックリングとFRPリングからなる2重絶縁管を、5段積み重ねた多芯絶縁フィードスルーである。0.6MPaの絶縁ガス領域と真空の隔壁となるHVブッシングでは、差圧によって生じる圧力荷重や地震荷重並びに自重をFRPリングで支持することが求められる。また、セラミックロウ付け接合部が真空境界となり、ここでは外部に充填する0.6MPaの空気圧に耐える機械強度が求められる。これらの荷重に耐え、安全係数3.5となる設計案を構築するために、機械構造解析を実施した。FRPについては、発生するせん断力に対する機械強度を増すために繊維を直交させたガラスクロスを周方向に巻いた2次元等方性FRPリングを用いるべきことを明らかにし、またロウ付け接合部については、コバールの形状、固定方法を工夫して応力を低減した。その結果、ITERの要求を満たす構造案を構築できた。

The HV bushing, one of the ITER NB components, which is to be procured by JADA, is a multi-conductor feed through composed of five-stage double-layered insulator columns with large brazed ceramic ring and fiber reinforced plastic (FRP) ring. The HV bushing is a bulk head between insulation gas at 0.6 MPa and vacuum. The FRP ring is required to sustain the pressure load, seismic load and dead weight. Brazing area of the ceramic ring with Kovar is required to maintain vacuum leak tightness and pressure tightness against the air filled at 0.6 MPa. To design the HV bushing satisfying the safety factor of 3.5, mechanical analyses were carried out. As for the FRP ring, it was confirmed that isotropic fiber cloth FRP rings should be used for sufficient strength against shear stress. Also, shape and fixation area of the Kovar sleeve were modified to lower the stress at the joint area. As a result, a design of the insulator for the HV bushing was established satisfying the requirement.