Проекты XXI века

MPD: на пути к цели

Собраться вместе есть начало. Держаться вместе есть прогресс. Работать вместе есть успех.

Генри Форд

В начале прошлого года наша газета сообщала об успешном завершении контрольной сборки магнитопровода соленоидального спектрометрического магнита установки MPD комплекса NICA. О том, какие работы проводились после этого, каков их статус на сегодняшний день и что предстоит сделать в дальнейшем, мы попросили рассказать заместителя главного инженера ЛФВЭ К.А.Мухина. Читателю, возможно, такое повествование покажется перегруженным техническими подробностями. Зато создаст впечатление о сложности и разнообразии выполняемых на мегасайенс-проекте NICA работ. Ведь в данном случае речь идет только об одном этапе одного из направлений большого проекта.

Особенно важна в таких процессах слаженность действий всех ответственных служб, подразделений, привлеченных специалистов - только так преодолеваются возникающие трудности, только так возможно движение вперед.

Испытания и наладка вакуумной системы соленоида.

- Константин Александрович, что происходило дальше, после установки соленоида в магнитопровод?

- Инженерами компании ASG (Генуя) было проведено компьютерное моделирование магнитного поля. Это было сделано, чтобы определить влияние отклонений, появившихся при установке соленоида в магнитопровод. Значения были получены в пределах допуска и составили по вертикальной оси не более 0,5 мм, а по горизонтальной - 2,4 мм от номинала. По информации производителя, компании ASG, эти отклонения не повлияли на однородность магнитного поля, и дополнительная юстировка положения соленоида в магнитопроводе не потребовалась. Поэтому соленоид был зафиксирован в данном положении, и началась подготовка к его испытаниям.

- Что нужно было сделать после этого для подготовки магнита к работе на физические эксперименты?

- До запуска магнита в работу с охлаждением до 4,5 К и начала магнитных измерений предстояло выполнить большой цикл работ по сборке соленоида и его узлов: провести испытания на прочность и герметичность, выполнить электрические тесты, сборку и испытания криогенной системы, а также сборку и подключение водяного охлаждения систем электропитания соленоида.

- Какие из них уже выполнены?

- Прежде всего это работы по испытаниям соленоида и криогенных трубопроводов на прочность и герметичность, работы по проверке целостности сверхпроводящих кабелей обмотки соленоида, проверке работоспособности разъемов, датчиков температуры и датчиков напряжения, расположенных внутри соленоида.

- Расскажите подробнее, как происходят проверки таких сложных многокомпонентных систем.

Старт испытаний на герметичность дает директор ОИЯИ Г.В.Трубников.

- Испытания соленоида предполагают проверку вакуумного объема соленоида на герметичность, контура азотного теплового экрана, а также контура циркуляции жидкого гелия на прочность и герметичность. Испытания проводятся вакуумным методом при фоновом значении течеискателя не хуже, чем 2·10^-8 мбарл/с и при давлении не выше, чем 5·10^-4 мбар в объеме соленоида. Данные требования заданы производителем и позволяют определить даже незначительные течи. Проверка целостности вакуумного объема соленоида проводилась обдувом гелием снаружи всех сварных швов, а также глухих фланцев, которые были установлены вместо транспортных штифтов, предохраняющих все внутреннее оборудование, тепловые мосты, опоры и трубопроводы (все это в документах называется "cold mass") от повреждения при транспортировке. В случае попадания гелия в откачиваемый объем молекулы гелия детектируются течеискателем. Для проверки на герметичность азотного и гелиевого контуров внутрь каждого из них подается гелий под давлением 10 и 25 бар, соответственно. В случае течи гелий также попадет в откачиваемый объем, и течь будет обнаружена. Давление при испытаниях превышает рабочее в 1,5 раза, что говорит о дополнительном запасе прочности изделия.

Для проведения этих работ сотрудниками НЭОМД при участии коллег из Лаборатории нейтронной физики была разработана и согласована с ASG схема испытаний и изготовлен испытательный стенд, включающий в себя вакуумное оборудование, предохранительные и управляющие клапаны, переходники и фланцевые соединения подключения системы к испытываемому объему.

Испытана и адаптирована под испытания вакуумная система соленоида. Сектором инженерной поддержки MPD разработана программа автоматического управления вакуумной системой, предотвращающей выход из строя оборудования или разгерметизацию соленоида в процессе испытаний.

Испытания проводились силами специалистов ОИЯИ в присутствии инспектора от ASG. А старт этим испытаниям дал директор ОИЯИ Григорий Владимирович Трубников.

- Что можно сказать об итогах?

- Результаты испытаний показали, что вакуумный объем и установленные на торцах фланцы герметичны. Также тест на утечку успешно прошел и гелиевый контур. Однако азотный контур испытания не прошел, специалистами ОИЯИ была обнаружена течь на тройнике, в месте пайки медного трубопровода. Специалистами ASG и ОИЯИ была разработана и согласована программа ремонта течи. После ремонта повторные испытания показали герметичность контура в пределах заданных параметров.

- Какие еще работы были выполнены?

Проверка целостности сверхпроводящих кабелей обмотки соленоида.

- Кроме испытаний на прочность и герметичность, специалистами группы №2 защиты электротехнических устройств под руководством Николая Анатольевича Филиппова были проведены и электрические испытания целостности сверхпроводящей обмотки соленоида, а также проверено отсутствие контакта обмотки и корпуса соленоида.

Замена вышедшего из строя разъема.

В это же время специалисты сектора инженерной поддержки MPD отдела НЭОМД совместно с представителями ASG проверили работоспособность разъемов, расположенных на торцах соленоида, от которых идут управляющие и информационные сигналы в систему контроля и управления. Также были проверены датчики температуры и датчики напряжения. Стоит отметить, что это очень кропотливая и ответственная работа. Всего на целостность проверено около 450 кабелей. В ходе проверки разъемов было определено, что один из разъемов вышел из строя и подлежит замене. Работы по замене разъема были выполнены специалистами ASG. Повторная проверка после замены показала, что все датчики и разъемы находятся в рабочем состоянии.

Кроме того, продолжаются работы в помещениях, примыкающих к тоннелю ускорителя. Там подрядчиками, под надзором ОКС и прикрепленных сотрудников ОИЯИ, продолжается монтаж системы водяного охлаждения электропитания соленоида и его корректирующих катушек. Хладагентом контура охлаждения будет деминерализованная вода, циркулирующая по замкнутому контуру. Теплосъем будет происходить в пластинчатых теплообменниках.

- Расскажите о ближайших планах. Что предстоит сделать вашим специалистам?

- По планам мы должны были начать монтаж слаботочных кабелей соленоида с последующей проверкой их работоспособности. Эта работа была немного сдвинута, так как компания ASG не смогла доставить в ОИЯИ оставшиеся 2 кабеля из 18. В связи с этим было принято решение подготовить разъемы и кабели собственными силами, чтобы минимизировать сроки задержки по проекту. Учитывая высокую квалификацию привлекаемых к этой работе сотрудников отдела MPD, думаю, что к моменту выхода этой статьи вышеуказанная работа будет закончена. Также ближайшим важным этапом является сборка узла подключения соленоида к контрольному дьюару (узел chimney), являющемуся промежуточным звеном между криогенной системой охлаждения и соленоидом. Здесь также возникли сложности ввиду того, что ASG не предоставили эти узлы в ОИЯИ, хотя должны были это сделать. Это очень ответственный узел, а после его монтажа по конструкции, предложенной ASG, доступ к нему будет ограничен и сложен. Документация ASG предполагала доступ к этому узлу только после полной разборки всего оборудования, разгерметизации контуров и вакуумной рубашки всей системы магнита. Таким образом, в случае необходимости ремонта или доступа к этому узлу пришлось бы остановить работу магнита не менее чем на 6 месяцев. Нам такой подход показался не рациональным, и совместно с заместителем главного инженера ЛФВЭ Николаем Топилиным и инженером-конструктором Сергеем Герасимовым мы разработали новую сборку, конструкция которой даст возможность иметь доступ как к вакуумному кожуху, так и к внутренним трубопроводам узла без масштабной разборки криогенного оборудования и верхней платформы в целом. Все отдельные детали будут изготовлены в мастерских ЛФВЭ. После частичной сборки "узла chimney" и проведения процедур проверки узла на прочность и герметичность продолжится сборка магнитопровода (установка опорных колец, балок и верхней платформы для криогенного оборудования). После сборки будут проводиться работы по измерению положения всей конструкции (магнитопровод + соленоид) для итогового определения отклонений.

Параллельно с этим специалистами ОИЯИ проводится разработка и согласование плана работ по сборке корректирующих катушек магнита и их установки в полюса. Все вышеописанные работы мы планируем выполнить до конца июля 2022 года. Также параллельно идет тестирование и сборка основных узлов криогенной системы охлаждения соленоида, таких как рефрижератор и системы подачи азота в экран. Учитывая нынешнею ситуацию с поставками из ЕС, нами ведется активная работа по переориентации заказов на рынки РФ. Несмотря на все возникающие сложности, я уверен, что мы сможем выполнить задачу и запустить охлаждение магнита, а также провести первичное измерение магнитного поля в ноябре-декабре 2022 года.

В завершение хочу поблагодарить руководство Лаборатории физики высоких энергий за поддержку в нашей работе, а также сотрудников научно-экспериментального отдела многоцелевого детектора, КБ, мастерских, научно-инженерного отдела систем электропитания Нуклотрона, другие подразделения ЛФВЭ, СМТС ОИЯИ, которые профессионально выполняют свои обязанности и помогают разбираться во всех тонкостях работы и тестирования оборудования, входящего в область их компетенции.

Материал подготовила Галина МЯЛКОВСКАЯ