«Наука в Сибири» КТИ НП И КОРПОРАЦИЯ «ТВЭЛ»:
|
Система КОНТРОЛЬ в производственной линии измерения геометрии ТВЭЛ в ОАО «НЗХК». |
И такая задача нами была решена. В течение ряда лет были созданы системы
Важнейшим компонентом ТВС является сложная в изготовлении дистанционирующая решётка в виде сотовой структуры (высотой
Вот почему руководством «ТВЭЛ» перед нами была поставлена непростая задача: создать на основе достижений современной оптики принципиально новую высокопроизводительную лазерную измерительную машину (ЛИМ), работающую в реальном времени, причём с производительностью в сотни раз выше КИМ. Аналогов таких машин в мировой практике (на момент разработки, да и до сего времени) не было. При разработке ЛИМ нами за основу
Универсальная лазерная измерительная машина для контроля дистанцирующих решеток. |
В результате интенсивных научно-исследовательских работ удалось довести до «измерительной кондиции» лазерный метод 3D контроля решёток с микронным разрешением, на основе которого нами был создан опытный образец измерительной машины, не имеющей аналогов в мировой практике: её производительность — до 5 решёток в час (в 300 раз быстрее, чем у существующих КИМ). Уникальная особенность ЛИМ — возможность получения 3D модели канала каждой ячейки решётки (благодаря обработке информации более чем в 10 её сечениях по высоте). С 2002 г. ЛИМ успешно эксплуатируется на НЗХК в режиме контроля циркониевых дистанционирующих решёток ТВС реакторов
Интересно отметить, что успех в создании ЛИМ вдохновил руководство «ТВЭЛ» заказать нам НИОКР на разработку универсальной машины для контроля геометрии не только российских, но и западных решёток (типа «PWR»). Выполненный силами молодёжи института цикл исследований по использованию в качестве структурного освещения набора световых колец (около 10) создал предпосылки для разработки компактной измерительной машины
Кроме задач размерного контроля внешних геометрических параметров изделий атомной энергетики, актуальной оказалась проблема контроля качества сварных соединений ТВЭЛ. Для решения задачи обнаружения дефектов (свыше 100 микрон) внутри сварного шва был разработан томографический метод с использованием рентгеновской техники. Созданная на его основе впервые в отечественной практике система ТОМОГРАФ успешно прошла производственные испытания на НЗХК.
И, наконец, ещё об одном проекте, связанном с прецизионным автоматическим и бесконтактным контролем геометрии микродефектов на поверхности ТВЭЛ. Созданная нами оптико-электронная система ПРОФИЛЬ для 3D измерения микродефектов позволила на НЗХК объективизировать и автоматизировать процесс измерения (до этого операции выполнялись вручную с помощью микроскопов осевого сечения). Оценив в деле эффективность такой техники, предприятие заказало нам дополнительно ещё два образца системы ПРОФИЛЬ (все три системы сертифицированы и находятся в промышленной эксплуатации). В отличие от зарубежных низкокогерентных систем, наш ПРОФИЛЬ позволяет работать в цеховых условиях.
Нужно сказать, что КТИ НП накопил немалый опыт взаимодействия и с другими предприятиями «ТВЭЛ». В течение почти 10 лет мы тесно сотрудничаем с Чепецким мехзаводом (г. Глазов). На ОАО «ЧМЗ» внедрены в промышленную эксплуатацию разработанные нами три оптико-электронные системы контроля геометрии концевых изделий типа ГРАД.
Укрепляется сотрудничество с ещё одним флагманом атомной промышленности — Электростальским машиностроительным заводом (ОАО «МСЗ»). В настоящее время ОАО «МСЗ» выступает в роли полигона для системы технического зрения ДЕФЕКТ — одной из наших последних разработок. Она предназначена для автоматического контроля качества внешнего вида топливных таблеток на основе двуокиси урана. Ввиду особой актуальности задача автоматизации контроля внешнего вида таблеток ставилась нам более 20 лет назад. И это вполне понятно. Дело в том, что срок службы тепловыделяющих сборок в немалой степени определяется качеством таблеток, к их внешнему виду предъявляются жёсткие требования. Так, на момент постановки задачи существовало около 100 браковочных признаков, по которым визуально операторами производилась отбраковка таблеток. Ввиду невысокой достоверности (вследствие субъективности) и низкой производительности такого ручного контроля руководство корпорации «ТВЭЛ» в качестве первоочередной поставило нам задачу создания в самые ближайшие годы автоматической системы обнаружения дефектов таблеток и внедрения её на ОАО «МСЗ» и ОАО «НЗХК».
Принцип работы созданной нами системы основан на формировании и регистрации ПЗС-камерой изображения поверхности таблетки в наклонном пучке света с последующей операцией выделения дефектных областей методами цифровой обработки изображений. Опытный образец системы ДЕФЕКТ с производительностью
А дальше судьба этой разработки начала складываться крайне неожиданно для нас: мы полагали, что «доказав теорему существования», т.е. создав автомат контроля внешнего вида таблеток, производственники возьмут его, как говорят, с руками и ногами (кто-то из начальников в шутку сказал: «Решите задачу — бюст на родине героя обеспечен»). Но не тут-то было. Они заявили, что автомат с такой производительностью их не устраивает: им нужен с производительностью
В этой ситуации пришлось срочно менять концепцию построения системы. В кратчайшие сроки (за несколько месяцев) нами для ОАО «МСЗ» были созданы две подсистемы контроля торцевых поверхностей таблеток, которые успешно прошли заводские испытания в составе комплекса контроля внешнего вида таблеток с производительностью
В целом за последние 10 лет на предприятиях Росатома введены в промышленную эксплуатацию более 20 разработанных КТИ НП систем бесконтактного размерного контроля различных ответственных компонентов оборудования для атомной энергетики. Их использование, в конечном счете, способствовало повышению безопасности ядерных реакторов.
Но это «железная часть» нашего взаимодействия с предприятиями корпорации «ТВЭЛ». Для нас же, академической организации, очень важна «интеллектуальная часть». За годы деятельности по тематике отрасли нами получено более 10 патентов, в т.ч. 4 из них — совместно с заводчанами, около 100 публикаций, в т.ч. более 30 из них — в научных журналах. Результаты совместной деятельности докладывались на 11 отечественных и 23 зарубежных конференциях, симпозиумах, конгрессах. Сотрудниками КТИ НП успешно защищено несколько кандидатских и одна докторская диссертации по атомной тематике. Самое главное — за прошедшие годы нам удалось изменить мировоззрение производственников: они поверили в возможности оптической измерительной техники в деле решения их актуальных проблем (а это дорогого стоит!), поверили в плодотворность сотрудничества с таким необычным академическим институтом Сибирского отделения, как КТИ НП.
Задачи, которые ставит корпорация «ТВЭЛ», во многом определяются стратегией развития ядерной энергетики в стране. В конечном счете, она предусматривает заметное увеличение доли российской атомной энергетики как на международном, так и на внутреннем энергетическом рынках. Реализация этой стратегии, как отмечалось на заседании Комиссии по модернизации и технологическому развитию экономики страны, предполагает, в частности, решение двух задач: первая — оптимизация эксплуатационных характеристик реактора ВВЭР, вторая — формирование технологической базы атомной энергетики на основе реакторов на быстрых нейтронах
Нами заключён с ОАО «НЗХК» хоздоговор на поставку в 2010 г. системы технического зрения для обнаружения дефектов таблеток с радикально улучшенными техническими характеристиками.
Если же говорить о нашей нише в связи с промышленным освоением ядерных реакторов на быстрых нейтронах, то здесь сложность научно-технических задач, связанных с размерным контролем, резко возрастает. Речь идёт о разработке дистанционных высоконадёжных методов и средств для автоматического бесконтактного технологического контроля производства ТВЭЛов и ТВС с виброуплотнённым МОКС-топливом в закрытых боксах, исключающих присутствие человека. Диапазон задач в этой области широкий — начиная от поиска механических повреждений внешней поверхности и измерения с микронным разрешением глубины обнаруженных дефектов до автоматического трёхмерного обмера тепловыделяющих сборок. Здесь без задельных научно-исследовательских работ не обойтись.
Чтобы «удержаться на плаву» высокой конкурентоспособности, «ТВЭЛ» с самого основания широким фронтом ведёт целевые НИОКР в интересах своих предприятий. Участником этого процесса вот уже многие годы является и КТИ НП. Что характерно, на выходе этих НИОКР мы, как правило, имели экспериментальные образцы, которые внедрялись на предприятиях концерна. В последнее время корпорация «ТВЭЛ» выступает заказчиком целевых НИР (с небольшим финансированием) по разработке различных измерительных средств, как правило, не имеющих аналогов в мире. При этом по результатам выполненных НИР заводы заказывают нам из собственных средств измерительную технику для оснащения ею технологических линий по производству ТВЭЛ и ТВС. Имеет место дальновидная научно-технологическая политика, взятая руководителями корпорации из лучшего советского наследия.
Будучи высокотехнологичной отраслью, атомная промышленность нуждается в постоянном обновлении, оснащении предприятий новейшими измерительными системами для обеспечения выпуска высоконадёжных ТВС с большим сроком выгорания топлива. А чтобы внедрение состоялось, нужен хороший полигон, на котором можно «обкатывать» нашу технику. Таковым полигоном для нас вот уже 30 лет является Новосибирский завод химконцентратов, руководители которого, начиная от Э. Н. Свечникова до нынешнего генерального директора предприятия В. В. Рожкова, всегда придавали большое значение сотрудничеству с институтами СО АН СССР — СО РАН. За многие годы взаимодействия завода и КТИ НП сформировалась команда единомышленников, искренне заинтересованных во внедрении нашей новейшей техники. В связи с этим не могу не сказать много добрых слов в адрес многочисленных сотрудников НЗХК, благодаря усилиям которых наша техника находится в промышленной эксплуатации. Среди них руководители верхнего и среднего звена — И. Г. Чапаев, М. Г. Зарубин, А. Б. Александров, А. А. Енин, А. К. Иванов, К. Ю. Вергазов, Ю. А. Жуков, О. А. Дубровин, Н. А. Бычихин, ведущие специалисты — А. А. Палехин, А. Н. Петров, В. Г. Марченко, А. И. Рабин, М. А. Шустов, В. А. Кочнев, М. В. Полозов, К. А. Соловьёв, А. В. Ли, С. Ю. Сайфутдинов, Б. А. Конев, В. И. Игнатов, В. Л. Окунев.
Безусловно, одним из основных слагаемых нашего успеха является напряжённый труд с полной отдачей сил многих сотрудников КТИ НП старшего поколения, включая ветеранов ОНИЛ ТЗ — В. В. Вертопрахова и Б. Е. Кривенкова, нынешних сотрудников Института — к.т.н. Л. В. Финогенова, к.т.н. А. К. Поташникова, к.т.н. С. В. Плотникова,
И, конечно же, успешное внедрение нашей техники не было бы возможно без слаженной работы Опытного производства под руководством главного инженера института А. П. Кратова и самоотверженного труда всех сотрудников служб КТИ НП.
Необходимо укрепить сотрудничество СО РАН с атомной отраслью, заметно расширить географию сотрудничества. В своё время существовали соглашения (в виде совместных приказов) о сотрудничестве между атомной отраслью и СО АН СССР. На их основе формировались пятилетние координационные планы сотрудничества по тематическим направлениям (секциям), представляющим взаимный интерес. Крайне важно, что многие годы «организационным мотором» нашего взаимодействия была лаборатория по координации сотрудничества отрасли и СО АН СССР — СО РАН (при НЗХК), руководимая неутомимым, преданным своему делу Николаем Васильевичем Матюховым (безвременно ушедшим от нас). Полагаю, что такую лабораторию нужно восстановить.
Секции возглавлялись на паритетных началах представителями отрасли и Сибирского отделения. Одной из таких секций довелось руководить мне с главным прибористом НЗХК к.т.н. Ю. К. Карловым. Заседания этой секции оказались чрезвычайно полезными для сотрудников Отделения. Сейчас работа в рамках Координационного плана прекратилась, что не может не вызывать глубокого сожаления. Как мне представляется, новому руководству СО РАН нужно предпринять все усилия, чтобы в самое ближайшее время подписать соответствующее соглашение о сотрудничестве СО РАН с Росатомом (даже в условиях перманентных реорганизаций в отрасли). Уверен, что это заложит хорошую основу для динамичного взаимодействия институтов Отделения с одной из базовых динамичных отраслей страны. Нет сомнения, что «на атомном поле» многие институты СО РАН найдут себе работу высшей интеллектуальной пробы, что отвечало бы интересам страны в деле реализации проектов в области ядерной энергетики.
П.И. Лавренюк,
вице-президент корпорации «ТВЭЛ»
— Как вы оцениваете деятельность КТИ НП в интересах корпорации «ТВЭЛ»?
— Самым положительным образом: все системы внедрены, работают. Ведь это же не бумажки, а действующие новейшие измерительные системы! Считаю, что это стало возможным благодаря тесному взаимодействию КТИ НП с производственниками, прежде всего, с НЗХК. Институт чувствует их нужды. Особо следует отметить энергичное прохождение стадий ОКР и внедрения, а также хорошее сопровождение систем, внедрённых в промышленное производство.
— В решении каких крупных задач корпорации на ближайшее пятилетие мог бы оказать существенную помощь КТИ НП? Как видится вам поле деятельности института в решении отраслевых задач?
— Надо исходить из того, что измерительные задачи по мере развития атомной энергетики усложняются: необходимость в ряде случаев в измерениях с микронной точностью — это уже сегодняшний день. Полагаю, что многие задачи так или иначе связаны с топливом, с технологией производства таблеток, несовершенство которой и приводит к их дефектам. Рекомендую КТИ НП «погрузиться» в контроль технологии на всех стадиях её производства, нам нужно иметь на выходе таблетки с минимумом дефектов. Уверен, что такое «погружение» выведет институт на «светлую дорожку» — на серьезные задачи.
Корпорация с нетерпением ждёт от КТИ НП реализации предложенных институтом прорывных оптических решений по организации быстрого эффективного контроля дефектов таблеток (в рамках хоздоговора с ОАО «НЗХК»), позволяющих создавать компактные надёжные высокопроизводительные линии с минимумом механики.
В качестве перспективной ниши для КТИ НП мне видятся НИОКР, нацеленные на разработку и создание дистанционных автоматических систем размерного контроля компонентов реакторов на быстрых нейтронах
— Ваши пожелания КТИ НП?
— Ещё теснее работать с заводами корпорации, в первую очередь — с ОАО «НЗХК».
В. В. Рожков,
генеральный директор ОАО «НЗХК»
— Как вы оцениваете деятельность КТИ НП в интересах ОАО «НЗХК»?
— КТИ НП выполняет свое изначальное предназначение связующего звена между производством и наукой. Созданные нашими общими усилиями установки бесконтактного контроля изделий для нашей основной продукции — тепловыделяющих сборок, помимо экономического эффекта, позволили перейти к статистическим методам контроля регулирования качества продукции, а также предъявлять вполне конкретные требования к нашим поставщикам сырья, материалов и комплектующих.
Это один из тех шагов, которые способствовали закреплению нашей продукции, продукции корпорации «ТВЭЛ» на рынке ядерного топлива, а также его значительному расширению.
Например, китайские партнеры имели возможность выбора поставщиков ядерного топлива, и то, что они выбрали Новосибирский завод химконцентратов, говорит о качестве нашей продукции, в том числе, о средствах регистрации ее параметров, созданных совместно с КТИ НП.
— В решении каких крупных задач завода на ближайшее пятилетие мог бы оказать существенную помощь КТИ НП?
— Сотрудничество с КТИ НП, вне всяких сомнений, продолжится. Основано оно будет именно на той базе, которая создана в предыдущие годы. Думаю, что разработкам КТИ НП будет найдено применение и в контроле машиностроительной продукции, которая будет поставляться на строящиеся АЭС всех типов.
— Ваши пожелания институтам Сибирского отделения?
— У нас многолетние связи со многими институтами Сибирского отделения академии наук. И всем нам можно пожелать только их углубления и появления новых тем для развития с теми, с кем еще не работали.
Главное же пожелание, чтобы все, что разрабатывается в нашем производстве, в промышленности, было востребовано в России.
стр. 6-7