Поднять в воздух сто тонн
Ученые Нижегородского госуниверситета выиграли грантРоссийского научного фонда на создание уникального программного продукта дляатомной энергетики.Работы над проектом «Разработка теоретических основисследования динамики и отработки технологии электромагнитного подвесавертикального ротора больших габаритов и веса новых установок атомнойэнергетики и возобновляемых источников энергии» ведутся под руководствомглавного научного сотрудника НИИ механики ННГУ академика РАН Фёдора Митенкова.Полмиллиметра и девять этажейРассказывает заведующий лабораторией НИИ механики МихаилНиколаев:– Наша работа касается, пожалуй, одного из наиболее перспективныхнаправлений развития атомной энергетики – высокотемпературных газоохлаждаемыхреакторов. Темой ВТГР уже почти полвека занимается нижегородское АО ОКБМ«Африкантов». Мы подключились к работам в конце прошлого века, исследовалиакустические нагрузки, которые возникают в первом контуре реакторной установки.Когда стало ясно, что одной из ключевых частей должна стать турбомашина сгибким сложным ротором на электромагнитном подвесе, специалистам лабораториибыла предложена задача построения компьютерной модели динамики подобногоротора. Подобным ранее никто плотно не занимался.Представьте стотонную махину, буквально висящую в воздухе,точнее, в электромагнитном поле. Это и есть сложный гибкий ротор наэлектромагнитных подшипниках. Их использование объясняется особенностьютеплоносителя первого контура. Это не жидкость, как в водо-водяных реакторахили в реакторах типа БН, а газ – гелий. Он перемещается в активной зоне и втурбинном отсеке при температуре около 1000 градусов. Понятно, что при такойтемпературе любая смазка, необходимая для подшипников, превращается в газ. Апримеси в гелии отрицательно скажутся на протекании ядерной реакции, внесутнепредсказуемые обратные связи. То есть, например, оператор предполагает, чтореакция замедляется, а на самом деле её скорость увеличивается. К чему приведёттакое «непонимание», несложно догадаться.Чтобы такого не случилось, было принято решение использоватьэлектромагнитный подвес, который не даёт громадному ротору соприкасаться состраховочными подшипниками. Причём зазор должен быть порядка полмиллиметра. Авысотой стотонная «деталька» равна девятиэтажному дому.Нюансы больших размеровЗадача наших специалистов заключается в составленииматематической модели динамики этой махины. Она позволит разработчикам из ОКБМпроводить как натурные, так и вычислительные эксперименты.В ОКБМ сначала был создан небольшой десятикилограммовыймини-макет, на котором мы изучали динамику объекта. Затем перешли к работе сдвенадцатиметровой моделью весом около тонны. Эксперименты показали, что набольших роторах возникают нюансы, несущественные для малых, но способныеоказать влияние на работу механизма.Таким образом, работа включала и экспериментальную часть, итеоретические вычисления. Собственно, именно сочетание теоретической иэкспериментальной работы отличает «фирменный» стиль НИИ механики, когдавычисления можно проверить на практике, а результаты работ выливаются в строгиематематические формулы.На основе этих экспериментов были предложены способы решениявозникающих перед конструкторами задач по нейтрализации остаточного дисбалансаротора, то есть по минимизации возникающих сил инерции, из-за которых, какговорится в детском стихотворении, «вся портновская работа разъезжается пошвам».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 записипроцесса движения ротора оценить величину дисбаланса и нужных дополнительныхгрузов.Это дало нам чувство самой конструкции.– Управление электромагнитным подвесом – задача сложная, –уточняет заместитель директора НИИ механики ННГУ Вячеслав Егунов. – Попробуйтеудержать кусочек металла между двумя магнитами, чтобы он не упал ни на один изних, а оставался в подвешенном состоянии. А система управления действует, какправило, с некоторым запаздыванием. Поэтому для безаварийной эксплуатациитакого сложного объекта как ротор на электромагнитных подвесах необходимаразработка компьютерных моделей. Ранее работы проводились за деньги ОКБМ,сейчас – за счёт средств гранта Российского научного фонда.– Как механикам нам интересно смоделировать динамикусложного объекта, сопоставить свои расчёты с результатами эксперимента, –говорит Виктор Овчинников. – Увидеть, что система ведёт себя так, как ты ирассчитывал, всегда приятно. Таких моментов в работе над ВТГР было немало.– Это всё равно что поймать щуку на спиннинг, – добавляетзаядлый рыбак Михаил Николаев.
