В ОАО «ОКБМ Африкантов» при разработке и сервисном сопровождении эксплуатации различных реакторных установок и высокотехнологичного оборудования ведется всестороннее обоснование их работоспособности, надежности и безопасности. Все это требует масштабных исследований и экспериментальной отработки в условиях, приближенных к реальным.
Опытно-экспериментальная база ОКБМ сосредоточена в научно-исследовательском испытательном комплексе (НИИК). В структуру НИИК входит ряд специализированных лабораторий – критических систем (сборок) и теплофизики, тепло-гидравлических и механических испытаний оборудования, измерительных систем, прочности и систем диагностики, коррозии и технологии водно-химического режима, отделение эксплуатации инженерно-технологических систем и оборудования. Все лаборатории укомплектованы квалифицированным инженерно-техническим персоналом и оснащены уникальными экспериментальными стендами, исследовательскими установками, средствами измерения, контроля и автоматизации.
В процессе научно-исследовательских работ решаются принципиальные вопросы создания реакторных установок, проводятся испытания отдельных элементов оборудования, как правило, на масштабных моделях и образцах, в условиях, приближенных к реальным, что позволяет проверить и при необходимости уточнить принципиальные конструкторские решения. Окончательная проверка изделия на соответствие техническим требованиям осуществляется при выполнении пусконаладочных работ на объекте (установке).
Экспериментальная стендовая база ОКБМ позволяет отрабатывать и всесторонне обосновывать работоспособность оборудования реакторных установок различного назначения (водо-водяных реакторов для ледоколов и малой энергетики, реакторов на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем, высокотемпературных реакторов с гелиевым теплоносителем). Имеется также ряд стендов для испытаний отдельного оборудования реакторов типа ВВЭР.
Для хранения и последующей обработки экспериментальных данных результаты испытаний заносятся в банк данных, который представляет собой базу данных и знаний ОКБМ, построенную на технологии Search. Здесь собрана наиболее полная и структурированная информация по исследованиям и обработанные экспериментальные данные, что очень важно, в частности, для верификации и аттестации программных средств, используемых при расчетном обосновании проектных разработок.
Теплофизический стенд для блочных установокИсследования ядерных установок
Два критических стенда, предназначенных для изучения нейтронно-физических характеристик активных зон водо-водяных реакторов атомных ледоколов и станций малой и средней мощности, позволяют получить обширную информацию об интегральных и локальных характеристиках активной зоны. Спектральные характеристики нейтронного поля в активной зоне определяются активационным методом с применением наборов индикаторов с различными нейтронными фильтрами, запас реактивности – по дифференциальным характеристикам компенсирующих органов реактивности при различных температурах активной зоны и концентрации поглотителя.
На стендах проводится комплекс экспериментов по ядерной безопасности реакторов в условиях отказа рабочих органов аварийной защиты, с учетом возможных ошибок при комплектации и загрузке активной зоны. Их использование позволяет выбрать оптимальные условия контроля состояния активной зоны при загрузке и физическом пуске реакторов в период проведения монтажных и ремонтных работ.
Стенды могут быть легко переоборудованы для испытаний активных зон различных компоновок. Технические возможности позволяют вести исследования полномасштабных моделей проектируемых активных зон.
Комплекс теплофизических стендов электрической мощностью от 300 кВт до 3500 кВт позволяет моделировать интегральные реакторы на естественной и принудительной циркуляции теплоносителя, а также блочные компоновки реакторных установок, широко используемых на атомных ледоколах и кораблях ВМФ. Круг задач включает изучение гидродинамических процессов в циркуляционных контурах, термодинамических процессов в парогазовом объеме. Исследуются вопросы конденсации пара из парогазовой среды, кризиса теплоотдачи и температурные состояния тепловыделяющих элементов в закризисных режимах для прямой и обратной циркуляции, в условиях их осушения и повторного залива. Проводятся термоциклические ресурсные испытания отдельного оборудования.
Большое внимание уделяется исследованию пассивных систем безопасности, обеспечивающих теплоотвод как от реакторной установки при отказе основных систем отвода остаточных тепловыделений, так и от защитной оболочки в условиях проектной и запроектной аварий. Эти системы реализованы в проектах «АЭС-2006», плавучей АТЭС, атомных станций средней мощности.
В 2007 году в ОКБМ спроектирован, изготовлен и запущен в эксплуатацию экспериментальный крупномасштабный стенд для опытной отработки системы пассивного отвода тепла от защитной оболочки.
Испытание насоса для АЭСИспытания оборудования и материалов
Проведение испытаний насосов атомных станций (более 60 типоразмеров горизонтального и вертикального исполнений) для подтверждения соответствия основных параметров требованиям технических условий осуществляется на универсальном насосном стенде. Здесь тестируют типоразмеры насосов первого, второго и третьего контуров (питательные, аварийно-питательные, конденсатные, насосы систем безопасности и вспомогательные), а так же герметичные электронасосы для нефтехимической промышленности.
На специальных стендах проводится всесторонняя экспериментальная отработка конструкции герметичных вертикальных электронасосов для ядерных установок с целью подтверждения их соответствия техническим требованиям. Проверяется работоспособность насосов в установившихся и переходных режимах, а также их способность выполнять свои функциональные возможности в течение всего срока эксплуатации в штатных условиях с учетом воздействия различных факторов. Основные технические характеристики стендов: температура рабочей среды – до 320 °С; давление рабочей среды – до 20 МПа; контролируемый расход по циркуляционному контуру – до 2100 м3/ч; энергоемкость – до 700 кВт.
На полномасштабных макетах осуществляются ресурсно-гидравлические испытания и экспериментальная отработка конструкций тепловыделяющих сборок для активных зон энергоблоков типа ВВЭР-1000 при штатных параметрах.
Для испытаний на воде опытных и серийных образцов главных циркуляционных насосов первого и второго контуров проектов БН-800 и БН-1200 создан крупномасштабный стенд. Он обеспечивает необходимые технические характеристики циркуляционного контура.
На специальных стендах, обеспечивающих натурные параметры сред, выполняются различные виды испытаний водяной и паровой арматуры.
Теплотехнические, газодинамические и тепло-гидравлические испытания моделей парогенераторов и высокотемпературных теплообменников реакторных установок с газовым теплоносителем проводятся на специальном крупномасштабном стенде (мощность системы электронагрева – 15 МВт; температура газа на входе в нагреватель – 342 °С, на выходе – 750 °С; давление рабочей среды – 4,9 МПа; производительность газодувки – 20 т/ч).
Крупномасштабный стенд для испытаний оборудования в среде гелия
Крупномасштабный стенд для испытаний оборудования в среде гелияСтенды для исследования прочностных характеристик оснащены современными средствами, основанными на использовании методов тензотермометрии, виброметрии, динамической прочности, неразрушающего и разрушающего контроля. Имеется динамический стенд грузоподъемностью 4000 кг и двухкомпонентный вибростенд для испытаний оборудования весом до 1000 кг.
На специальном стенде выполняются исследования механических характеристик полномасштабных кассет тепловыделяющих сборок ВВЭР-1000 для анализа вибропрочности и продольной устойчивости, обоснования работоспособности и формоизменения в процессе эксплуатации, а также получения экспериментальной информации для тестирования расчетных моделей и верификации расчетных кодов.
Для испытаний электромеханического, электронного, электротехнического оборудования на работоспособность и устойчивость при воздействии различных условий окружающей среды (температуры, влажности) используются климатические камеры.
Исследуются узлы трибосопряжений применительно к жидким и газообразным средам. Изучаются износостойкость различных сочетаний материалов пар трения, определяются их триботехнические характеристики: износ, коэффициент трения, интенсивность изнашивания и др.
Сертификация оборудования
В составе НИИК функционирует специальный центр, аккредитованный в Системе сертификации ГОСТ Р и Системе сертификации оборудования, изделий и технологий для ядерных установок, радиационных источников и пунктов хранения, проводящий испытания в целях сертификации. Область аккредитации включает в себя оборудование атомного и общего машиностроения: насосы, компрессоры, теплообменное оборудование, арматуру, трубы и их соединения, отдельные виды оборудования для добычи нефти и газа, аппараты для физико-механических и физико-химических процессов, фильтры и т.д.
Испытательный центр сотрудничает с органами сертификации в области атомного и общего машиностроения.
Научно – исследовательский комплекс постоянно развивается: внедряются современные технологии, осуществляется модернизация испытательного оборудования и информационно-измерительных систем, сооружаются новые экспериментальные стенды для обеспечения инновационного развития атомной энергетики и машиностроительного комплекса России.
Авторы: А.М. Бахметьев, д.т.н., В.В. Вахрушев, к.т.н., В.В. Петрунин, д.т.н. (ОАО «ОКБМ Африкантов»)
