The Wendelstein 7-X (W7-X) stellarator is presently under commissioning at the Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Greifswald. The coil system consisting of 70 superconducting coils of seven different types is supported by a massive central support structure (CSS), and thermally protected by the cryostat. The magnet system weight is borne by supports which are bolted to the cold CSS. These ten so-called cryo-legs penetrate through the cryostat wall to the warm machine base. The design of the cryo-legs incorporates glass-reinforced plastic tubes to guarantee relatively small thermal conductivity. In order to ensure free thermal shrinkage of the magnet system and to reduce stresses in the cryo-legs, sliding and rotating bearings are used as interfaces to the machine base. Tie-rods between the machine base and the warm ends of the cryo-legs prevent toroidal rotation of the magnet system, as well as any other horizontal shifts due to asymmetric loads. The assembly of the magnet system introduced some vertical imperfections in the cryo-leg positions causing considerable additional internal stresses which were not considered during the design stage. In addition, originally not planned trim coils induce unsymmetrical cyclic loads. Therefore, the previously used method to analyse one magnet system module with periodical boundary conditions is not applicable. Consequently, a model of the complete magnet system, including all five modules, was created and analysed. Fatigue analyses of the cryo-legs under the new cyclic loads, applied on top of the approximately 100 t static weight, have been performed in order to evaluate the lifetime. The paper presents the progress in structural analyses of the W7-X magnet system under the as-built conditions, loads due to the trim coil operation, and results of the weight support fatigue analysis.
Wendelstein 7-X（W7-X）ステラレーターは現在、マックス・プランクプラズマ物理研究所（グライフスヴァルト）において試運転中である。7種類の超伝導コイル計70個からなるコイルシステムは、大型の中央支持構造体（CSS）によって支持され、クライオスタットによって熱的に保護されている。磁石システムの重量は、低温のCSSにボルト締めされた支持部によって支えられている。これら10本のいわゆるクライオ脚部は、クライオスタット壁を貫通して常温の機械ベースに至る。クライオ脚部の設計には、熱伝導率を比較的小さく保つためにガラス繊維強化プラスチック管が組み込まれている。磁石システムの自由な熱収縮を確保し、クライオ脚部における応力を低減するため、機械ベースとのインターフェースには滑り軸受および回転軸受が用いられている。機械ベースとクライオ脚部の常温端部との間のタイロッドは、磁石システムのトロイダル方向の回転と、非対称荷重による水平方向のずれを防止する。磁石システムの組立中に、クライオ脚部の位置に垂直方向の不整が生じ、設計段階では想定されていなかったかなりの内部応力が発生した。さらに、当初計画されていなかったトリムコイルが非対称な周期的荷重を誘起する。そのため、周期境界条件を用いて1つのモジュールのみを解析する従来の手法は適用できなくなった。そこで、5つのモジュールすべてを含む磁石システム全体のモデルを構築し、解析を行った。約100トンの静的荷重に加えて新たな周期的荷重が作用するクライオ脚部について、寿命評価のための疲労解析が実施された。本論文では、実際の組立状態におけるW7-X磁石システムの構造解析の進捗、トリムコイル運転による荷重、および重量支持部の疲労解析の結果について報告する。