ГлавнаяЮдин А. И. → Конструктор твэлов

Юдин Анатолий Иванович

Начальник группы в лаборатории автоматизации технологических процессов ВНИИНМ, где проработал 45 лет. Изобретатель, ветеран атомной промышленности и энергетики, ветеран труда.

Конструктор твэлов

В 1951 году после окончания Московского механического института (ныне МИФИ) по специальности «автоматика и телемеханика» я был направлен на работу в НИИ-9 Специального металлургического управления НКВД СССР (ныне АО «ВНИИНМ»). Пятидесятые годы 20 века запомнились мне как время беззаветного труда и постоянного самообразования, изучения любой информации об аналогичных работах за рубежом, как время учёбы на ошибках и радости от успехов. Конечно, сложностей в работе было много: всегда сжатые сроки выполнения поставленных задач, обязательное требование высокого качества любой документации и изделий, необходимость довести теоретическое решение вопроса до конкретного внедрения в производство новой методики, оригинальной установки или изобретённого прибора. В те годы практически все работали не считаясь со временем и здоровьем, все были полны энтузиазма, стремились повысить свой КПД. Это, несомненно, давало громадные результаты, в полной мере оценить которые можно только сейчас, по прошествии более чем полувека.

В 1961 году я был назначен начальником группы в лаборатории автоматизации технологических процессов (Л-24) под руководством В.В. Горского. Это позволило интенсифицировать научную, проектную и конструкторскую работу в области неразрушающего контроля, которым я занимался. Особенно памятен мне тот период шестидесятых годов, когда меня привлекли к выполнению Заказа № 501, полученного Электростальским машиностроительным заводом (ЭМЗ) в соответствии с распоряжением Совета Министров СССР.

На ЭМЗ тогда осваивалась технология изготовления виброуплотнённых пароперегревательных тепловыделяющих элементов (твэлов) дисперсионного типа диаметром 20 мм и длиной 6 000 мм. Они были спроектированы во ВНИИНМ твэльной технологической группой А.В. Поздняковой под руководством начальника Л-18 А.Г. Самойлова и предназначались для реактора АМБ второго блока Белоярской атомной электростанции в Свердловской области.

К 1967 году выяснилось, что разработанный ранее высокочастотный прибор для определения границ раздела сред делящегося материала не выдаёт искомого результата. С целью исправления ситуации руководство отдела поручило начальнику Л-24 разработать альтернативный прибор. В.В. Горский поставил мне задачу: в кратчайшие сроки предложить идею и схему нового прибора для определения границ раздела сред. С задачей мы справились: мной был разработан изотопный указатель границ раздела сред (УГРИ-2), который вскоре прошел испытания и внедрение на ЭМЗ. 

В ходе испытаний УГРИ-2 мне удалось основательно изучить технологический процесс изготовления твэлов на ЭМЗ. Меня беспокоило наличие некоторых недоработок в технологии, что выражалось в сбоях на этапе засыпки диоксида урана в оболочки, при пропитке порошка медно-магниевым сплавом в печи разогрева и при выгрузке сборки из печи разогрева.

Как оказалось, крупка диоксида урана засыпалась в оболочки твэлов без какой-либо предварительной подготовки, непосредственно из транспортного контейнера, имевшего нефиксированное ручное управление. При такой засыпке по всему объёму сердечника образовывались мелкодисперсные пробки, которые не только плохо пропитывались медно-магниевым сплавом, но и мешали ему равномерно распределяться по сердечнику. Чтобы добиться равномерной пропитки сердечника, приходилось существенно перегревать и бачок со сплавом, и сборку твэлов, а также увеличивать время, отводимое на пропитку сердечников. Длительный перегрев приводил к существенному утолщению эвтектического слоя на внутренних оболочках твэлов, а значит, к наращиванию барьера, препятствовавшего отводу тепла от сердечника к теплоносителю. Надо было избавиться от этих негативных явлений. Но как? Я предположил, что в данном случае могут помочь принудительное распределение диоксида урана по фракционному составу и обеспечение непрерывности струи при засыпке порошка. 

Реализуя свою идею, я разработал конструкцию нового четырехсекционного бункера-дозатора, обеспечивавшего нужное распределение крупки в секциях, получение необходимого фракционного состава и непрерывность истечения порошка. Мой бункер-дозатор позволял заполнять крупной фракцией порошка и нижнюю часть, и периферию, и верх стержней, устраняя при этом случайные скопления мелкодисперсной крупки и давая возможность равномерно пропитывать медно-магниевым сплавом сердечники по всей их длине. А равномерное распределение топлива в сердечнике твэла исключало возникновение в нём температурных перепадов в процессе эксплуатации и, соответственно, препятствовало появлению механических напряжений, приводящих к образованию микро- и макропор, мелких отверстий и дыр, чреватых выходом осколочных продуктов из твэла в первичный контур теплоносителя.

Работая на ЭМЗ с УГРИ-2, я также видел, что при выгрузке сборки из печи разогрева и опускании её на пол вибростенда сборка гнётся. При изгибе сборки эвтектический слой неизбежно подвергается незапланированному воздействию и разрушается случайным образом, так же случайно изменяя условия теплосъёма с сердечника твэла в теплоноситель. В реальных условиях реактора это может привести к катастрофе. Для предотвращения деформации сборки при её перемещении мной было найдено такое конструктивное решение: оснащение рёбрами жёсткости несущей трубы сборки. Со своими конструкторскими идеями и предложениями по совершенствованию технологии производства твэлов дисперсионного типа я ознакомил В.В. Горского и А.В. Позднякову. И получил одобрение.

В том же 1967 году стало ясно, что при отработке твэльной технологии ЭМЗ практически полностью израсходовал нормативные запасы делящихся и конструкционных материалов, но добился при этом неутешительных результатов. Время, отведённое на отработку технологии, подходило к концу, а в каждой пробной серии почти половина продукции браковалась, и лишь 50% твэлов оценивались как пригодные для дальнейшего использования.

В тот период главным инженером ЭМЗ был К.Я. Егоров. Видя, что срок сдачи Заказа № 501 неумолимо приближается, он решил узаконить пятидесятипроцентное отбраковывание производимых на ЭМЗ твэлов дисперсионного типа. Чтобы официально провести такое решение, необходимо было получить согласие предприятия-разработчика, то есть ВНИИНМ. Институт должен был согласиться на пятидесятипроцентный выход готовой продукции и дать разрешение на штатный выпуск её с таким процентом брака.

К.Я. Егоров пригласил А.В. Позднякову на завод в Электросталь. Зная, о чём пойдёт речь, Альбина Васильевна предварительно выяснила у меня, сколько времени потребуется для перевода «в металл» нового четырёхсекционного бункера-дозатора и для устройства на заводе стенда, позволяющего засыпать порошок диоксида урана в оболочки твэлов по усовершенствованной технологии. Я просил на эту работу две недели. На ЭМЗ состоялся тяжёлый разговор, в ходе которого Альбину Васильевну практически принуждали завизировать выпуск твэлов в рамках Заказа № 501 с пятидесятипроцентным браком. А.В. Позднякова попросила перенести окончательное решение вопроса на две недели с тем, чтобы реализовать предложения А.И. Юдина.

За период отсрочки на заводе был собран и установлен мой четырёхсекционный бункер-дозатор, сделан новый стенд снаряжения твэлов и начат выпуск изделий по усовершенствованной технологии. Суть новшеств состояла в том, что в секциях бункера-дозатора формировался порошок с определённым фракционным составом, процесс заполнения порошком оболочек твэлов стал автоматическим, непрерывным и равномерным. Это предотвращало появление полостей и устраняло скопления мелкодисперсных слоёв на концах сердечника и по всему его объему. За счет равномерного распределения крупки в твэлах нормализовался процесс их заливки медно-магниевым сплавом. Сокращались период и температура заливки. Эвтектический слой на оболочках уменьшался с 8085 мкм до 25 мкм.

Результат внедренных усовершенствований превзошел все ожидания: 97% и даже 100% годной продукции. Ультразвуковой прибор конструкции В.Т. Пронякина и В.Т. Шмарова, использовавшийся для контроля качества твэлов, показывал сплошные белые полосы с попадающимися кое-где небольшими черными пятнами вместо прежних черных полос с редкими белыми пятнами. Я был рад и гордился тем, что мой вклад в общее дело позволил существенно повысить выход работоспособных энергетических твэлов.

В 1968 году по предложению А.В. Поздняковой диаметр твэлов дисперсионного типа был увеличен до 23 мм. На ЭМЗ поступил правительственный Заказ № 502, предусматривавший освоение технологии производства обновленных тепловыделяющих элементов. Предполагая, что все трудности с освоением производства твэлов уже позади, руководство ЭМЗ отказалось от научного руководства со стороны ВНИИНМ. Два года работники Электростальского завода корректировали документацию и отрабатывали технологию изготовления увеличенных в диаметре твэлов. Однако результат вновь оказался плачевным: половина бракованной продукции.

В тот период я работал по другой тематике и решал в 50-м корпусе ЭМЗ другую задачу. Но попав в цех №39, где находилась знакомая установка, я не мог не пройти по всей технологической цепочке изготовления твэлов. Мое внимание привлекли многочисленные нарушения исходной технологии, которые допускались работниками завода. Всего таких нарушений я насчитал более двадцати. Обдумав увиденное на ЭМЗ, я составил докладную записку на имя д.т.н., профессора А.Г. Самойлова и в скором времени лично изложил её суть Андрею Григорьевичу. Мои основные предложения как конструктора и изобретателя состояли в следующем. На бункер-дозатор следует установить мой уже опробованный прибор УГРИ, обеспечивающий контроль высоты столба засыпаемого порошка. Для устранения мелкодисперсных пробок, появляющихся в верхней части засыпаемого порошка, в донной части бункера-дозатора, на его внутренней стенке, необходимо встроить дополнительные «карманы», вмещающие по 0,5 кг диоксида урана, которые автоматически будут заполняться крупнофракционной крупкой. Выходные отверстия из этих «карманов» будут открываться только тогда, когда из основных секций бункера-дозатора высыплется вся крупка. Кроме того, для разгрузки тяги клапана, перекрывающего донное отверстие, следует ввести в конструкцию бункера-дозатора экран тяги в виде трубки, располагающейся по всей длине этой тяги, что позволит клапану, перекрывающему отверстие, свободно перемещаться и надежно перекрывать выходное отверстие. При этом кромку клапана необходимо сделать острой, чтобы при вибрации он не приоткрывал донное отверстие.

Через некоторое время на ЭМЗ состоялось совещание, посвящённое результатам освоения твэльной технологии. От ВНИИНМ на это совещание были приглашены сотрудники Л-18 В.П. Костомаров и П.В. Морозов, а также начальник этой лаборатории А.Г. Самойлов. Андрей Григорьевич предложил и мне поехать в Электросталь. На совещании выступали многие. Я тоже взял слово и изложил содержание своей докладной записки. По итогам совещания было решено немедленно приступить к устранению выявленных недостатков, взяв за основу замечания и предложения, изложенные в докладной записке А.И. Юдина.

За короткий период все конструктивные недоработки и отклонения от технологии изготовления твэлов, рекомендованной ВНИИНМ, были устранены. В результате выход качественных твэлов достиг 100%. И со следующего года на второй блок Белоярской АЭС стали серийно поставляться тепловыделяющие элементы, произведённые на ЭМЗ. Они работали прекрасно. Вплоть до снятия реактора с эксплуатации не было ни одного случая выхода этих твэлов из строя.

Моё участие в работе Электростальского машиностроительного завода по производству энергетических твэлов было отмечено довольно необычно – выдачей удостоверения исполкома Московского городского Совета депутатов трудящихся о бессрочном предоставлении Юдину А.И., изобретателю, работающему во ВНИИНМ, права пользования дополнительной жилой площадью в размере 20 кв.м. для служебных занятий на дому.

Во ВНИИНМ мне довелось работать 45 лет. За эти годы мной и при моем непосредственном руководстве было разработано и внедрено в производство на заводах в Москве, Челябинске-40, Электростали и Усть-Каменогорске 45 установок и приборов для неразрушающих испытаний и неразрушающего контроля специзделий, предназначенных для энергетических, транспортных и других типов реакторов. Практически всю свою жизнь конструктора и изобретателя я прожил, думая о твэлах, трудясь в интересах оборонно-промышленного комплекса страны и неизменно следуя правилу: «Не всегда говори, что знаешь, но всегда знай, что говоришь».

 

 

 

Предприятия: Белоярская АЭС, ВНИИНМ имени А.А. Бочвара, ОАО (Институт специальных металлов НКВД, Инспецмет НКВД, НИИ-9, ВНИИ неорганических материалов), Машиностроительный завод, ПАО (МСЗ, «Элемаш», завод № 12), Маяк, ПО (Челябинск-40, Челябинск-65, завод № 817, ХК «Маяк»), Министерство среднего машиностроения СССР, аппарат (Минсредмаш СССР, Министерство атомной энергетики и промышленности СССР, Министерство Российской Федерации по атомной энергии, Минатом России, Федеральное агентство по атомной энергии, Росатом, Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом», госкорпорация «Росатом»)

Персоналии: Егоров К.Я., Самойлов А.Г.