Подготовка и каблирование сверхпроводящих стрендов, изготовленных на Чепецком заводе (ВНИИКП)
2010, Tом 7, выпуск 1
Тематика: НТСП устройства
ИТЭР - уникальный международный проект, направленный на изучение и демонстрацию возможности использования термоядерной энергии в промышленных масштабах – является в настоящее время одним из самых крупных потребителей сверхпроводниковых материалов на основе Nb3Sn и NbTi. Российская Федерация вносит свой вклад в ИТЭР в виде кабелей, проводников, катушек полоидального и тороидального полей для магнитной системы реактора ИТЭР и других устройств.
В проекте участвуют несколько крупных научно-исследовательских институтов и организаций, одна из которых ОАО «ВНИИКП», которая отвечает за хромирование и никелирование медных и сверхпроводящих стрендов, изготовленных на Чепецком заводе по технологии ВНИИНМ, а также последующее изготовление из них кабелей и проводников для катушек магнитной системы ИТЭР. Для серийного производства сверхпроводящих кабелей полоидального поля(ПП) и тороидального поля (ТП) магнитной системы ИТЭР в ОАО «ВНИИКП» был разработан и создан технологический комплекс, включающий полный производственный цикл от исходных компонентов до готовой продукции, состоящий из:
l многоуровневого жесткого контроля исходных материалов;
l подготовки поверхности медных и сверхпроводящих стрендов;
l нанесения на стренды гальваническим методом хромового и никелевого покрытий толщиной 1,5 - 2,0 мкм с производительностью 4-5 км/час (рис. 1);
l скрутки заготовок для кабелей полоидального поля и тороидального поля;
l формирования каналообразующей спирали, скрутки заготовок для кабелей полоидального поля и тороидального поля и их обмотки нержавеющими лентами;
l процедуры заключения кабеля в нержавеющую оболочку (джекетирование) с последующей его намоткой в однослойный транспортный соленоид диаметром 4 метра. Общая протяженность линии джекетирования составляет более 800 метров.
Созданный комплекс позволит выполнить все обязательства РФ по изготовлению кабелей для магнитной системы ИТЭР по программе 2010-2013 года.
Рис. 1. Линия подготовки поверхности и линия хромирования.
Конструкция кабелей для полоидальных и тороидальных катушек предусматривает пятистадийную скрутку для каждого из них по следующим схемам:
для тороидального кабеля - [(2SC+1Cu)x3x5x(5+сердечник 3x4 Cu)]x(6+спираль)
для полоидального кабеля - 3SCx4x4x5x(6+спираль)
На различных стадиях скрутки кабеля применяются крутильные машины различного типа: высокоскоростные тубулярные крутильные машины используются на 1-ой и 2-ой стадиях скрутки, а также на обоих стадиях скрутки сердечника (для ТП-кабеля) (рис. 2); Крутильные машины планетарного типа используются на 3-ей, 4-ой и 5-ой стадиях скрутки кабелей с одновременным со скруткой наложением обмотки из стальных лент.
Рис. 2. Тубулярная крутильная машина и готовая скрутка.
Следующий этап - заключительная скрутка субкабеля вокруг центрального каналообразующего элемента (спирали) осуществляется с помощью планетарной крутильной машины с дополнительными устройствами. Кабель уплотняется, его «пористость» уменьшается. Для сохранения качества гальванических покрытий на стрендах и минимизации их деформации, машина дополнена специально разработанным роликовым скруточным и уплотняющим калибром. Затем кабель обматывается в лентообмотчике лентой из нержавеющей стали, при этом может задаваться усилие натяжения ленты вплоть до ее разрыва. Размеры кабеля постоянно контролируются двухкоординатным лазерным измерителем и фиксируются в компьютере, затем кабель проходит тяговое устройство колесного типа и наматывается на барабан способный вмещать не менее 800 метров готовой продукции.
Рис. 3. Линия джекетирования.
Заключительная операция - джекетирование кабеля проводится в ИФВЭ (Протвино) на специально оборудованной для этого линии, состоящей из участка сварки труб и участка по затягиванию кабеля в подготовленную трубу и его компактирование с одновременным формированием транспортного соленоида (рис. 3). В результате описанных выше операций получается кабель, полностью соот-ветствующий всем техническим условиям международного Соглашения о поставках проводников для ИТЭР (рис. 4).
Рис. 4. Готовый кабель-в-оболочке.