Как уже сообщала «Энергия», на конкурсе ТК «ТВЭЛ» в номинации «Лучшее инженерно-технологическое решение» лауреатом корпоративной премии II степени стал авторский коллектив ОАО «МСЗ» в составе: Александр Лернер, главный специалист ТО, Василий Цветков, инженер-технолог цеха № 52, Сергей Тимошин, ведущий инженер ЦНИЛ, Юрий Лузан, начальник бюро ОГК и Александр Малахов, ведущий инженер ЦНИЛ. Представленная ими на конкурс работа называлась: «Внедрение малоотходных, энергосберегающих технологий в производство комплектующих ТВС».

 

Идея применения точных заготовок в механическом производстве далеко не нова и уходит своими корнями к началу прошлого века, к настоящему времени сформировавшись в точную науку, применение которой в практических целях позволяет резко снизить затраты на производство выпускаемой продукции. Но от идеи до ее воплощения в действующем производстве необходимо пройти непростой путь, изучив и правильно выбрав тот или иной способ получения точных заготовок для конкретного применения.

 

Работа по точным заготовкам началась еще в 2005 году. У истоков этой работы на ОАО «МСЗ» были такие специалисты как заместитель начальника цеха № 52 Александр Лернер, начальник бюро № 2 ОГК Юрий Гамыгин, инженер-технолог цеха № 52 Василий Цветков, начальник металловедческой лаборатории ЦНИЛ Сергей Тимошин и начальник бюро № 4 ОГК Юрий Лузан.

 

Большой вклад во внедрении точных заготовок в производство внесли старший мастер заготовительного отделения цеха № 52 Олег Краснов, ведущий инженер ЦНИЛ Александр Малахов, проводивший прочностные испытания заготовок.

Подробнее рассказать о тернистом пути, приведшем участников проекта к столь весомому результату, мы попросили Александра Лернера:

 

- Александр Ефимович, в нескольких словах – в чем суть вашей работы?

 

- Существующая конструкция и технология изготовления концевых деталей ТВС (головка, хвостовик, опорная решетка, антидебризный фильтр, подвеска и т.п.) для реакторов типа ВВЭР, БН, РБМК и т.д. основывались на использовании заготовки из сортового проката с последующим проведением большого объема механической обработки. При таком подходе мы получаем нужный результат, но он сопровождается большими затратами времени на изготовление деталей, повышенным износом дорогостоящих инструмента и оборудования, существенным отходом металла в стружку и в конечном счете приводит к большой трудоемкости, большим энергозатратам и низкой производительности при их изготовлении.

 

При этом проводимая модернизация существующих конструкций ТВС приводит к усложнению конструкции отдельных деталей и требует разработки новых высокопроизводительных технологических процессов для их изготовления.

 

Проведенные нами исследования показали, что для изготовления заготовок комплектующих: головок, хвостовиков, подвесок оптимально использовать метод горячей объемной штамповки и радиальную ковку как наиболее экономичные. Получаемые заготовки имеют размеры, максимально приближенные к размерам комплектующих изделий, поэтому для их изготовления требуется минимальная механическая обработка, что значительно сокращает отход металла в стружку, трудо- и энергозатраты. Кроме того, новые технологии обработки за счет улучшение структуры и качества металла благоприятно влияют на уровень механических свойств в рабочих зонах готового изделия.

 

- Учитывалась ли в ходе работ задача импортозамещения?

 

- Хочу подчеркнуть, что эти работы проводились с помощью российских предприятий, в основном ориентированных на работу с предприятиями военно-промышленного комплекса страны. Так, например, по заготовкам, получаемым горячей объемной штамповкой и радиальной ковкой, мы сотрудничали с ПНИТИ, г. Пермь, а по гидроабразивной резке в настоящее время имеется коммерческое предложение от ООО «НПП «Энергоприбор» (г. Рыбинск) на изготовление партии заготовок для опорных решеток-фильтров.

 

- Применялись ли вами при решении проблем принципы ПСР?

 

- Безусловно. Внедрение малоотходных и энергосберегающих технологий, обусловленных использованием точных заготовок, является реальным воплощением одного из главных принципов ПСР – получение максимальной прибыли при минимальных затратах.

 

- С какими подразделениями еще осуществлялась кооперация?

 

- В работе также участвовали и другие специалисты ОГК, ЦНИЛ и цеха № 52, но, к сожалению, конкурсные рамки не позволяли нам расширить список участников работы. Мы благодарны им всем за помощь и поддержку.

 

- Каков эффект от реализации проекта?

 

- Внедрение энергосберегающих технологий позволило сократить себестоимость изготовления продукции за счет экономии материала и снижения трудоемкости. Коэффициент использованных материалов вырос почти в четыре раза.

 

На основе использования заготовок, полученных методом горячей объемной штамповки и радиальной ковки, уже изготовлено более 2000 комплектов серийных концевых деталей ВВЭР и БН. Экономический эффект от внедрения новых технологий  изготовления концевых деталей на ОАО «МСЗ» составил за 2011-2013 гг. около 27 млн руб.

 

Кроме того, в настоящее время предложено на основе технологии радиальной ковки улучшить конструкцию и технологию изготовления подвесок некоторых ТВС, исключив при этом сварные соединения составных частей подвесок и повысив их прочностные характеристики. Новая технология изготовления позволит также значительно снизить отход металла в стружку, трудо- и энергозатраты при их изготовлении.

 

- Возможен ли перенос полученных результатов на другие подразделения?

 

- Абсолютный перенос полученных результатов невозможен, т.к. в других подразделениях завода изготавливаются изделия, отличающиеся по конструкции и металлоемкости от комплектующих изделий, выпускаемых цехом № 52. Но, при необходимости, для снижения металлоемкости используемых в основных цехах заготовок можно также применить используемые нами принципы и методы их получения.

 

- Каковы перспективы продолжения работ?

 

- В настоящее время работы по внедрению точных заготовок продолжаются. Так, например, в ближайшее время будут ставиться на производство заготовки ещё к трём серийно выпускаемым изделиям.

 

С вопросами, чем была для вас интересна эта работа, какова зона вашей ответственности и о планах на будущее мы обратились также к другим членам творческого коллектива.

 

Юрий Лузан, начальник бюро ОГК, к.т.н. :

 

- Одна из частей работы касалась оптимизации процесса изготовления новых конструкций опорных решеток ТВС, разработанных с целью предотвращения дебризного разрушения твэлов. Их создателем выступил авторский коллектив сотрудников МСЗ, ставший в 2013 году победителем открытого конкурса ГК «Росатом» «10 инновационных задач атомной промышленности».

 

Новизна конструкции заключается в исключении из ТВС дополнительных антидебризных фильтров (АДФ), увеличивающих гидравлическое сопротивление ТВС, за счет придания несущим (НР) и опорным (ОР) решеткам ТВС ВВЭР и РБМК фильтрующих свойств путем изменения конфигурации проливных пазов.

 

Исключение АДФ из ТВС улучшает гидравлическую характеристику, упрощает конструкцию, повышает надежность, снижает трудоемкость изготовления при сохранении потребительских свойств и конкурентоспособности отечественного топлива.

 

В новых несущих решетках с фильтрующими свойствами (НРФ) проливные пазы имеют форму вытянутых прямоугольников, длинные стороны которых перпендикулярны граням решетки. При этом в ТВС ядерных реакторов ВВЭР-440, ВВЭР-1000, ВВЭР-1200 и РБМК-1000 при толщине перемычек 0,6...1,0 мм ширина проливных отверстий составляет примерно 2 мм, что обеспечивает требуемые фильтрующие свойства. Проливные пазы выполняются при изготовлении заготовки по гидроабразивной технологии и далее не требуют обработки. 

 

Анализ рынка оборудования и услуг показал, что более эффективным является их изготовление на условиях аутсорсинга. В этом случае механической обработке на ОАО «МСЗ» подвергаются только отверстия для установки твэлов и наружный контур детали, что значительно сокращает отход металла в стружку, трудо- и энергозатраты.

 

Кстати, разработанные под технологию гидроабразивной резки конструкции несущих и опорных решеток-фильтров защищены целым рядом патентов РФ на полезные модели и изобретения, обладателем которых является ОАО «МСЗ».

 

По результатам проведенных прочностные и гидравлические испытаний опорной решетки с фильтрующими свойствами ОКБМ планирует использовать ее в перспективной ТВСА-12PLUS без закрепления твэлов в нижней решетке. В этом году ОАО «МСЗ» изготовит макет ТВСА с использованием опытной ОРФ.

 

Александр Малахов, ведущий инженер ЦНИЛ:

 

- Решения, которые предложил наш авторский коллектив, должны быть особенно востребованы при современной экономике. Направленные на снижение трудозатрат и экономию энергоресурсов, они так же обеспечивают новые требования к топливу – ремонтопригодность, защиту от дебрис-износа, технологичность изготовления. При этом мы должны быть уверены, что новая конструкция способна выдержать эксплуатационные нагрузки, при которых топливо подвержено воздействию температуры и множества силовых факторов. Важным требованием, влияющим на эксплуатационные характеристики топлива, является его механическая прочность, которая у новых изделий должна быть не хуже, а желательно существенно лучше, чем у штатных. Для подтверждения этих характеристик проводятся сравнительные испытания штатных и перспективных конструкций. Моя задача как раз и состояла в проведении этих работ. Получены положительные результаты, которые мы неоднократно представляли на отраслевых научных конференциях.

 

На нашем предприятии накоплен значительный опыт проведения испытаний различных конструкций от отдельных узлов до полномасштабных моделей, однако работа испытателя интересна тем, что каждое новое изделие уникально и требует разработки отдельного подхода к реализации работ. В данном случае сложность состояла в том, что мы имели дело с отдельными деталями, а необходимо было обеспечить точное сравнение их свойств с параметрами штатных конструкций в рабочих режимах, воспроизвести условия закрепления и факторы нагружения, а так же грамотно проанализировать полученные результаты.

 

В настоящее время наш завод является участником множества современных инновационных проектов атомной энергетики (БРЕСТ, МБИР, РУГК). Практически все новые конструкции будут проходить испытания у нас, поэтому планы вполне определенные. К тому же испытательное подразделение, в котором я работаю, всегда готово оказать помощь коллегам из других цехов в обосновании новых конструкторских решений, улучшающих качество нашей продукции и снижающих трудозатраты на ее изготовление.

 

Сергей Тимошин, ведущий инженер ЦНИЛ:

 

- Как правило, новые технологические решения, предусматривающие использование термических или термомеханических воздействий на материал при изготовлении комплектующих узлов, связаны с изменениями параметров и состояния макро- и микроструктуры данного материала, что, в конечном счёте, оказывает влияние на коррозионное поведение используемых материалов и геометрическую стабильность ТВС при эксплуатации.

 

С целью подготовки обоснования использования деталей ТВС из материалов, подвергнутых различным видам деформационного воздействия (объёмная штамповка, радиальная ковка), были проведены дореакторные комплексные материаловедческие исследования включающие металлографию, механические и коррозионные испытания, электронную микроскопию. Проведённые исследования подтвердили получение необходимого уровня качества макро- и микроструктуры материала, обеспечивающего заданные, а в некоторых случая более высокие значения механических и коррозионных характеристик.

 

Наше предприятие выпускает наукоёмкую и материалоёмкую продукцию. Для изготовления элементов ТВС используются сплавы на основе циркония и никеля, коррозионностойкие и инструментальные стали на основе железа, сложные композиционные материалы. С переводом с ОАО «МЗП» на площадку ОАО «МСЗ» производства изделий СУЗ, номенклатура используемых материалов существенно расширилась. В связи с этим, значительно расширился и круг материаловедческих задач, от решения которых в определённой степени зависит эффективность производства и уровень качества выпускаемой продукции.

 

Василий Цветков, инженер-технолог цеха №52:

 

- В мою зону ответственности входили разработка и согласование конструкторской документации с заводами-изготовителями заготовок, максимально приближенных к готовым изделиям, и разработка технологической документации для непосредственного их внедрение в производство. Самая сложная задача заключалась в выборе оптимальной технологии изготовления заготовок из предложений различных предприятий. Это необходимо было сделать для достижения набольшего экономического эффекта.

 

Хочу отметить, что в работе по внедрению малоотходных, энергосберегающих технологий в производство комплектующих ТВС еще рано ставить точку. Мы продолжаем её, распространяя новацию на весь спектр изделий, выпускаемых Машиностроительным заводом.

 

Подготовил Александр Кузнецов

 

 

*

 

Материалы предоставлен отделом по связям с общественностью ОАО «Машиностроительный завод».

 

Справка. Открытое акционерное общество «Машиностроительный завод» (ОАО «МСЗ») – одно из крупнейших промышленных предприятий страны. ОАО «МСЗ» входит в структуру Топливной компании «ТВЭЛ» Госкорпорации «Росатом» и является одним из ведущих мировых производителей и поставщиков ядерного топлива для атомных электростанций. Кроме того, предприятие выпускает топливо для исследовательских реакторов и реакторных установок судов морского флота.