Поднять в воздух сто тонн

06:00 — 05.07.2016

Поднять в воздух сто тонн

Автор фото: Макет предоставлен ОКБМ

Поднять в воздух сто тонн

06:00 — 05.07.2016

Ученые Нижегородского госуниверситета выиграли грант Российского научного фонда на создание уникального программного продукта для атомной энергетики.

Работы над проектом «Разработка теоретических основ исследования динамики и отработки технологии электромагнитного подвеса вертикального ротора больших габаритов и веса новых установок атомной энергетики и возобновляемых источников энергии» ведутся под руководством главного научного сотрудника НИИ механики ННГУ академика РАН Фёдора Митенкова.

Полмиллиметра и девять этажей

Рассказывает заведующий лабораторией НИИ механики Михаил Николаев:

– Наша работа касается, пожалуй, одного из наиболее перспективных направлений развития атомной энергетики – высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов. Темой ВТГР уже почти полвека занимается нижегородское АО ОКБМ «Африкантов». Мы подключились к работам в конце прошлого века, исследовали акустические нагрузки, которые возникают в первом контуре реакторной установки. Когда стало ясно, что одной из ключевых частей должна стать турбомашина с гибким сложным ротором на электромагнитном подвесе, специалистам лаборатории была предложена задача построения компьютерной модели динамики подобного ротора. Подобным ранее никто плотно не занимался.

Представьте стотонную махину, буквально висящую в воздухе, точнее, в электромагнитном поле. Это и есть сложный гибкий ротор на электромагнитных подшипниках. Их использование объясняется особенностью теплоносителя первого контура. Это не жидкость, как в водо-водяных реакторах или в реакторах типа БН, а газ – гелий. Он перемещается в активной зоне и в турбинном отсеке при температуре около 1000 градусов. Понятно, что при такой температуре любая смазка, необходимая для подшипников, превращается в газ. А примеси в гелии отрицательно скажутся на протекании ядерной реакции, внесут непредсказуемые обратные связи. То есть, например, оператор предполагает, что реакция замедляется, а на самом деле её скорость увеличивается. К чему приведёт такое «непонимание», несложно догадаться.

Чтобы такого не случилось, было принято решение использовать электромагнитный подвес, который не даёт громадному ротору соприкасаться со страховочными подшипниками. Причём зазор должен быть порядка полмиллиметра. А высотой стотонная «деталька» равна девятиэтажному дому.

Нюансы больших размеров

Задача наших специалистов заключается в составлении математической модели динамики этой махины. Она позволит разработчикам из ОКБМ проводить как натурные, так и вычислительные эксперименты.

В ОКБМ сначала был создан небольшой десятикилограммовый мини-макет, на котором мы изучали динамику объекта. Затем перешли к работе с двенадцатиметровой моделью весом около тонны. Эксперименты показали, что на больших роторах возникают нюансы, несущественные для малых, но способные оказать влияние на работу механизма.

Таким образом, работа включала и экспериментальную часть, и теоретические вычисления. Собственно, именно сочетание теоретической и экспериментальной работы отличает «фирменный» стиль НИИ механики, когда вычисления можно проверить на практике, а результаты работ выливаются в строгие математические формулы.

На основе этих экспериментов были предложены способы решения возникающих перед конструкторами задач по нейтрализации остаточного дисбаланса ротора, то есть по минимизации возникающих сил инерции, из-за которых, как говорится в детском стихотворении, «вся портновская работа разъезжается по швам».

Поймать такую «щуку» одно удовольствие

– На основе моделирования разгона и торможения ротора, – коллегу дополняет ведущий научный сотрудник НИИ механики Виктор Овчинников, – нами была разработана математическая модель, позволяющая по результатам записи процесса движения ротора оценить величину дисбаланса и нужных дополнительных грузов.

Это дало нам чувство самой конструкции.

– Управление электромагнитным подвесом – задача сложная, – уточняет заместитель директора НИИ механики ННГУ Вячеслав Егунов. – Попробуйте удержать кусочек металла между двумя магнитами, чтобы он не упал ни на один из них, а оставался в подвешенном состоянии. А система управления действует, как правило, с некоторым запаздыванием. Поэтому для безаварийной эксплуатации такого сложного объекта как ротор на электромагнитных подвесах необходима разработка компьютерных моделей. Ранее работы проводились за деньги ОКБМ, сейчас – за счёт средств гранта Российского научного фонда.

– Как механикам нам интересно смоделировать динамику сложного объекта, сопоставить свои расчёты с результатами эксперимента, – говорит Виктор Овчинников. – Увидеть, что система ведёт себя так, как ты и рассчитывал, всегда приятно. Таких моментов в работе над ВТГР было немало.

– Это всё равно что поймать щуку на спиннинг, – добавляет заядлый рыбак Михаил Николаев.

Теги: Промышленность

744

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии. Авторизуйтесь, пожалуйста, или зарегистрируйтесь, если не зарегистрированы.