Уникальная технология ООО «НПО «ГКМП» поможет в изготовлении российских стендов для испытаний порт-плагов ИТЭР
ООО «НПО «ГКМП» находится в активной фазе разработки стендов вакуумных испытаний порт-плагов. Производство и испытания идут в плановом порядке.
Работа системы. Гарантия функционирования порт-плагов, производство и испытания идут по плану
На 14 экваториальных и 16 верхних порт-плагах будут размещены средства диагностики, элементы систем ионного и электронно-циклотронного нагрева, а также модули испытательного бланкета. Эти 30 порт-плагов,которые спроектированы таким образом, чтобы их можно было снять для обслуживания, должны соответствовать целевым показателям безотказной работы. Для достижения данных целей инженеры ИТЭР* планируют испытать порт-плаги перед установкой на реактор и после любого ремонта на этапе эксплуатации.
Вакуумные стенды для испытания порт-плагов предназначены для проведения как испытаний приближенных к реальным условиям (например, герметичность при термоциклировании и высоком давлении), так и для функциональных испытаний. На площадке ИТЭР будут установлены три стенда для проверки порт-плагов после их доставки и перед установкой на Токамак; четвертый будет доставлен непосредственно в Европейское Домашнее агентство ИТЭР* (European Domestic Agency) для испытаний порт-плагов, находящихся в его ведении.
Позже два стенда будут установлены в ядерной среде горячей камеры ИТЭР для проверки порт-плагов после ремонта или технического обслуживания во время эксплуатации.
Российское домашнее агентство ИТЭР в России осуществляет поставку с ООО «НПО «ГКМП» четырех испытательных стендов в период с 2022 по 2024 год. Каждый испытательный стенд состоит из испытательного резервуара, системы нагрева, вакуумной системы, системы погрузки, а также систем управления и контроля.
Проведение испытаний для соответствия уникальным требованиям
Некоторые из самых серьезных технических проблем, которые приходится решать производителям порт-плагов, связаны с уникальной средой в реакторе ИТЭР: компоненты должны выдерживать относительно быстрые термические циклы, не нарушая вакуумного барьера, которое они представляют в отверстии порта.
«Металлпорт-плагов значительно расширяется, – поясняет Юрий Румянцев, технический руководитель Российского домашнего агентства ИТЭР*.– Когда нержавеющая сталь нагревается от комнатной температуры до 240 °C, она расширяется примерно на 3 мм/метр, что может вызвать утечки в отверстии порта. Чтобы решить эту проблему, производителям пришлось выбрать специальную металлическую уплотнительную прокладку и изготовить фланец для этой прокладки с очень высокой точностью».
«Очень немногие системы в мире имеют такое сочетание термоциклирования, высокого вакуума и ядерных требований, – говорит Олеся Соловьева, директор проектного офиса ИТЭР ООО «НПО «ГКМП». Наша задача - предоставить испытательное оборудование, которое позволит убедиться, что порт-плаги выдерживают испытания, с которыми они столкнутся в реакторе ИТЭР.
В ходе одного комплекса испытаний порт-плаги будут подвергаться термоциклике в высоком вакууме. Инженеры должны будут выполнить три цикла (цикл от комнатной температуры до 240 °C) и проверить возможность утечки гелия из узлов порт-плагов. Также будут проведены испытания, чтобы убедиться, что контуры охлаждения могут выдержать как высокое давление, так и перепады давления. Будет измеряться скорость дегазации, чтобы убедиться, что вакуум защищен при изменениях температуры и давления.
Для проведения испытаний порт-плаги будут установлены в испытательном резервуаре - вакуумной камере объемом 40 м3, где будут имитированы вакуумные условия Токамака. Система нагрева, используемая для циклического регулирования температуры, состоит из водяного контура, циркулирующего воду внутри порт-плагов и вокруг испытательного резервуара под давлением 40 атмосфер для нагрева и охлаждения порт-плага во всем диапазоне температур испытания.
Функциональные испытания будут зависеть от характера диагностики, размещенной в порт-плагах, и, в качестве примера, могут включать в себя испытания на электрическую целостность, испытания калибровки детектора, испытания на выравнивание и очистку диагностических зеркал или испытания сигнала датчика заслонки.
«Есть один конкретный случай, который должен быть тщательно проработан на стенде испытаний порт-плагов, – подчеркивает Технический руководитель проекта международной организации ИТЭР Тьерри Серизье.– Если тестируемая сборка выйдет из строя таким образом, что это приведет к разрыву водяной трубы, это может привести к тому, что давление внутри резервуара может взлететь до такой степени, что приведет к повреждению порт-плага. Чтобы предотвратить это, в конструкцию испытательных стендов были включены специальные сливные емкости для снятия давления, которое в противном случае могло бы разрушить некоторые ключевые элементы на границе заглушки порта».
Важная веха на полпути к реализации проекта
«Этот год является самым важным в жизненном цикле проекта, потому что именно в этот год мы начинаем производство, - отмечает Олеся Соловьева. – Первый испытательный стенд будет доставлен на площадку ИТЭР в июне 2022 года, а второй будет доставлен в Европейское агентство ИТЭР сразу вскоре после этого. Пока неядерные стенды находятся в изготовлении, мы завершим проектирование двух ядерных стендов, предназначенных для горячей ячейки (Hot Cell). Они будут доставлены на площадку ИТЭР в 2024 году».
«Ядерные стенды также будут использоваться на самом раннем этапе испытаний, до того, как порт-плаги будут впервые установлены на Токамаке, – говорит Юрий Румянцев.– Затем, когда этот этап закончится, стенды будут доработаны и переведены в их постоянное место в горячей ячейке, где они будут использоваться для испытаний порт-плагов после их ремонта или модернизации».
Три стенда испытаний порт-плагов ИТЭР будут установлены в Международной организации ИТЭР на площадке намотки катушек полоидального поля, где есть «чистые» условия, которые идеальны для проведения испытаний, а место будет предоставлено European Domestic Agency. Первый испытательный стенд, который будет неядерным, прибудет на площадку в 2022 году и будет установлен по мере завершения изготовления катушек полоидального поля. Два других испытательных стенда, готовых к ядерным условиям, будут поставлены в 2024 году.
Для справки:
*ИТЭР (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor) – проект первого в мире международного термоядерного экспериментального реактора, строящегося усилиями международного сообщества в Провансе (Франция), близ Марселя. Задача Проекта заключается в демонстрации научно-технологической осуществимости использования термоядерной энергии в промышленных масштабах, а также в отработке необходимых для этого технологических процессов.
*Европейское домашнее агентство ИТЭР (European Domestic Agency) – это Европейское совместное предприятие по проекту ИТЭР и развитию термоядерной энергетики.
*Российское домашнее агентство ИТЭР – Частное учреждение государственной корпорации по атомной энергии "Проектный центр ИТЭР" Росатома.
