«ОКБМ Африкантов» (входит в машиностроительный дивизион Росатома – Атомэнергомаш) приступило к изготовлению оборудования реакторной установки «РИТМ-200» для атомного ледокола «Чукотка». Процессы производства, которые стали уже рядовыми для предприятия, впервые показали широкой общественности.

Корреспонденты посетили площадку предприятия в Нижнем Новгороде и смогли запечатлеть несколько важных процессов изготовления деталей, которые в скором времени станут частью самых мощных в мире атомных ледоколов.

«Чукотка» — это четвертый серийный атомный ледокол проекта 22220. Он был заложен на Балтийском заводе в декабре 2020 года. Согласно графикам, в мае-июне 2024 года судно должны спустить на воду, а к концу 2026 года сдать в эксплуатацию. 

О СОЗДАНИИ РЕАКТОРНЫХ УСТАНОВОК

Главная деталь всех ледоколов серии — это реакторные установки (РУ) РИТМ-200 мощностью в 175 МВт, разработанные на «ОКБМ Африкантов». Компания отвечает за комплектную поставку РУ, которые изготавливаются в кооперации с другими предприятиями «Атомэнергомаша». Основное оборудование создается на производственной площадке ОКБМ — парогенераторы, крышки реакторов, системы управления и так далее. За изготовление топлива отвечает «Машиностроительный завод» в Электростали. Изготовление корпусных конструкций реактора и финальную сборку осуществляет «ЗиО-Подольск».

По словам разработчиков, реакторы линейки РИТМ-200 всегда создавались с привлечением исключительно российских предприятий, а доля импорта на них минимальна. Это были, к примеру, отдельные комплектующие по части электроники в составе шкафов управления. Но и им уже нашли варианты аналогов — китайские и отечественные. Поэтому недавно наложенные ограничения потребуют небольших корректировок в проекте и составленных ранее процедурах закупки, но они не отразятся на сроках поставки. 

О НОВОМ ПЕРЕГРУЗОЧНОМ КОМПЛЕКСЕ 

Важным этапом, связанным с эффективной эксплуатацией атомных ледоколов, стало завершение на “ОКБМ Африкантов” изготовления комплекса для перегрузки активных зон специально для РУ модели РИТМ-200. Это устройство будет обслуживать все ледоколы проекта 22220, когда им понадобится перегрузка топлива. Ориентировочно этот момент наступает через семь лет с начала эксплуатации судна. 

Перегрузочный комплекс прошел испытания, был принят заказчиком и сейчас находится на хранении на площадке ОКБМ. Для надлежащей эксплуатации необходимо обеспечить инфраструктуру, которая пока на стадии проработки. 

Как пояснили «Медиапалубе» в Атомэнергомаше, рассматривается два варианта осуществления перегрузки топлива. Либо это будет часть специального берегового комплекса на базе Атомфлота в Мурманске, куда ледокол будет подходить для перезарядки. Либо для этих же процессов будет использоваться специальное судно атомного технологического обеспечения (АТО), к которому также будет подходить атомоход и при помощи устройства выполнять перегрузку. 

Сам комплекс состоит более чем из 20 разноплановых компонентов и механизмов, которые обеспечивают безопасность и эффективность процессов. Это устройство для вскрытия реактора, набор для выгрузки топлива, механизмы для разгерметизации основного разъема, инструменты для проверки внутрикорпусных устройств и так далее. То есть разработанный комплекс предназначен для обслуживания всего процесса перезарядки — от разборки до испытаний и физического пуска. 

Подобные операции считаются сложными и потенциально опасными, требующими контроля на каждом этапе. И примечательной особенностью этого устройства, по сравнению с предыдущими поколениями аналогичным механизмов, является его автоматизированность, когда команда на выполнение бОльшей части процессов отдается дистанционно. 

По технике тоже есть свои новшества. К примеру, поскольку на реакторе используется новый тип активной зоны — кассетный, то были проведены и разработки новых методов по обращению с ней. Среди них требование к точному позиционированию по углу, установка с фиксацией, учет дополнительных электротехнических приводов, которые должны сработать слаженно и точно — каждый в свое назначенное время. 

Соответственно, система управления отслеживает каждый из процессов, оператор дает команду на выполнение, а далее устройство само определяет нужную ячейку, ориентирует захваты нужным образом, извлекает из активной зоны топливо, помещает в контейнер, герметизирует его и готовит к транспортировке в специальное хранилище. 

О ПРОЦЕССЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЫШКИ РЕАКТОРА

Что же касается деталей самого реактора, то мы смогли застать часть процессов изготовления крышек для реактора «Чукотки».  Их также создают на производственных мощностях ОКБМ «Африкантов». 

Основная сложность при изготовлении этих элементов заключается в том, что в плите-основании высотой более полуметра необходимо просверлить 40 сквозных отверстий с допуском 0,2 мм. Для того, чтобы добиться нужного результата, специалисты освоили технологию эжекторного сверления, благодаря чему удалось ускорить процесс в два раза. 

Крышка для атомного реактора РИТМ-200 представляет собой плиту-основание и установленные на нее стойки, где в будущем разместится оборудование для управления атомными процессами и их контроля. Элементы разработаны и изготовлены таким образом, что крышка будет уплотнять корпус реактора, гарантируя герметичность, и одновременно обеспечивать биологическую защиту при помощи специального материала — серпентинитовой гали. 

Внедрение новых технологий и отработка производства при создании деталей для четырех предыдущих ледоколов серии позволила сократить процесс изготовления с более чем двух лет до менее чем 12 месяцев. 

О ВОЗМОЖНОСТЯХ ВИРТУАЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ

Ускорению процесса производства и итоговой эффективности реакторных установок способствует еще и то, что разработчики за последние годы значительно продвинулись в области супервычислений и математического моделирования. Если раньше дополнительное время и производственные силы уходили на изготовление опытных образцов, то сейчас все необходимые расчеты и испытания можно провести на суперкомпьютерах. 

Математические модели создаются в ОКБМ на стенде виртуальных ядерных энергетических установок. Создаваемые на компьютерах модели используются на всех этапах жизненного цикла оборудования — от разработки до эксплуатации, и позволяют проверить объекты на безопасность, определить совместимость системы управления с объектами и подготовить персонал при помощи тренажеров. 

Всего выделяется три уровня моделирования. Первый, когда используются CFD-коды для создания трехмерных моделей при помощи суперкомпьютера. На этом этапе применяются максимально ресурсоемкие вычисления, где одна секунда виртуальных расчетов заменяет несколько часов физических. 

На следующем уровне используется упрощенная одномерная модель для проверки отдельных элементов. Здесь пока не достигнуты показатели, когда можно работать в режиме реального времени, но разработчики близки к этому. 

А для таких процессов как отладка систем управления, поддержка проектирования, обоснование безопасности, работа на тренажере необходимы модели, которые будут считаться в реальном времени или с его опережением. Для этого используется моделирование третьего уровня на основе инженерных расчетных кодов. 

Для того чтобы обеспечить все эти процессы на ОКБМ есть целый набор инструментов, куда входит не только мощная техника, но и собственная лаборатория для проведения экспериментов по валидации трехмерных форм, где можно проверить — соответствует ли заложенная физика тому, что должно получиться на практике. А также это ряд программных комплексов собственной разработки и база данных конструкторских моделей, откуда можно черпать самые актуальные данные от конструкторов об устройстве реакторов. 

О ПЕРСПЕКТИВАХ И НОВЫХ ВЫЗОВАХ

Сейчас на «ОКБМ Африкантов» уже приступили к изготовлению реакторной установки РИТМ-400 для ледокола «Россия» проекта 10510 «Лидер», который строится в Большом камне силами судостроителей ССК «Звезда». Ее мощность будет превышать «двухсотую» модель в два раза. В настоящее время запущен процесс по созданию ряда комплектующих для оборудования РУ, в частности для парогенераторов. 

РИТМ-400 на сегодня являются самыми мощными из перспективных судовых реакторов в мире. Поэтому сейчас задачи по увеличению мощности не стоит, в «Атомэнергомаше» работают над тем тем, чтобы снизить затраты на производство уже имеющихся моделей реакторов, а также сделать РУ более универсальными и расширить возможности их эксплуатации для объектов различного назначения. 

Уже рабочим примером того, что линейка РИТМ пригодна не только для ледоколов, служит запуск процесса изготовления оборудования для реакторов, которые будут применяться на модернизированных плавучих энергоблоках для Баимского ГОК. На них будут использоваться адаптированные РУ модели РИТМ-200С. 

источник