CC BY
0
УДК 531.44
ИССЛЕДОВАНИЕ УЗЛА ТРЕНИЯ УСТАНОВКИ ДЛЯ РЕЗКИ РАДИОАКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ
К. М. Зубашевский 1>2, А. В. Гуськов 1
1Конструкторско-технологический филиал Института гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН Российская Федерация, 630090, г. Новосибирск, ул. Терешковой, 29
2Новосибирский государственный технический университет Российская Федерация, 630073, г. Новосибирск, пр-т К. Маркса, 20 E-mail: zubaschewscky@yandex.ru, a.guskov@corp.nstu.ru
В работе рассматривается исследование износостойкости узла трения установки для резки отработанных тепловыделяющих сборок. Продлевая ресурс работы этой установки, можно уменьшить такие факторы, как экономические затраты, радиационный вред персоналу, работающему с установкой, а также экологический вред, которые связаны с эксплуатацией установки. Так как ядерная энергетика также является перспективным источником энергии для применения в ракетно-космической технике, результаты работы могут применяться и в этой области.
Ключевые слова: радиоактивные отходы, трение, износостойкость, атомная энергетика.
RESEARCH OF THE FRICTION UNIT OF THE RADIOACTIVE WASTE
CUTTING MACHINE
K. M. Zubashevskii1,2, A. V. Guskov1
1Design and Technology Branch of the Lavrentyev Institute of Hydrodynamics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences Russian Federation, 630090, Novosibirsk, Tereshkovoi st., 29
2Novosibirsk State Technical University Russian Federation, 630073, Novosibirsk, pr. K. Marksa, 20 E-mail: zubaschewscky@yandex.ru, a.guskov@corp.nstu.ru
The paper considers the study of the wear resistance of the friction unit of the machine for cutting spent fuel assemblies. By extending the service life of this machine, it is possible to reduce such factors as economic costs, radiation damage to personnel working with the installation, as well as environmental damage associated with the operation of the machine. Since nuclear power is also a promising source of energy for use in rocket and space technology, the results of the study can also be applied in this area.
Keywords: radioactive waste, friction, wear resistance, atomic energy.
Введение. Применение атомной энергии в качестве движущей сил в космических полетах является одним из перспективных вариантов развития ракетно-космической техники, в том числе и для межпланетных полетов [1]. Однако в процессе применения подобных технологий неизбежно возникает проблема утилизации радиоактивных отходов. Для решения этих вопросов можно использовать уже существующие решения из области атомной энергетики.
После выработки тепловыделяющей сборкой своего ресурса она подлежит утилизации (либо захоронению, либо переработке с целью получить энергоноситель для дальнейшего
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 2
применения в ядерном реакторе). Для утилизации отработанную тепловыделяющую сборку (ОТВС) обычно фрагментируют, то есть нарезают на более мелкие части, чтоб обеспечивает компактное хранение.
Одним из способов фрагментации ОТВС наряду с резкой фрезами, пилами, лазером [2] является резка с помощью пресса со специальными ножами. Конструкция подобной установки [3] приведена на рисунке 1. При ее работе резка осуществляется за счет поступательного движения подвижного ножа.
В описанной установке имеются узлы трения, представляющие собой массив цилиндрических элементов, движущийся вдоль сплошной поверхности (рис. 2). В работе рассматривается износостойкость узлов трения, выполненных из различных материалов. Исследование является актуальным, так как узел трения - один из критически важных элементов установки, его износ приводит к перекосу подвижного ножа, что влечет выход его из строя. В свою очередь, это приводит к необходимости замены и утилизации ножевого блока, загрязненного радиацией, что увеличивает опасность для персонала, потенциальный экологический вред и экономические затраты. Соответственно, если подобрать наиболее износостойкие в условиях работы установки материалы, срок службы узла трения и блока резки увеличится, что приведет к снижению вышеперечисленных вредных факторов и затрат.
6 - подвижный нож, 7 - неподвижный нож.
12 3
Рис. 2. Схема узла трения: 1 - направляющая, 2 - подвижный элемент, 3 - цилиндрические элементы.
Цель работы заключается в исследовании износостойкости пар материалов в условиях, приближенных к таковым в установке для резки ОТВС. Исследование проводится на
специальной машине трения [4]. Подвижная часть выполняется из сталей, неподвижная представляет собой цилиндрический элемент из твердого сплава.
Предварительные результаты измерений износа поверхностей из сталей ЭИ958 и ДИ37 при трении в паре с твердым сплавом МС221 представлены на рисунке 3.
го X S
ю >
я
1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0
Износ образцов
ш
ЭИ958 ДИ37
0 5 10
Поперечный размер, мм
Рис. 3. Результаты измерений износа образцов
Видно, что износ после 150 часов трения для стали ДИ37 почти в 2 раза меньше, чем для стали ЭИ958, ранее применявшейся в качестве материала для узла трения. Это связано с ее большими твердостью и ударной вязкостью (60 HRC и 60 Дж/см2 у ДИ37, и 51 HRC и 30 Дж/см2 у ЭИ958).
Дальнейшие исследования направлены на исследование таки материалов как стали ДИ37, ДИ57, ЭК80 и твердые сплавы МС221, ВК6 ВК10 в различных сочетаниях. Давления при трении составляют порядка 40-80 МПа, скорость трения - 20 см/с, температуры - 100, 140 °С.
Кроме того, также планируется рассмотреть трение не только единичного цилиндрического элемента, но и их массива.
Библиографические ссылки
1. Ядерная энергетика - ключ к началу пилотируемых полетов на Марс / А. С. Коротеев, Н. И. Архангельский, Е. И. Музыченко и др. // Известия РАН. Энергетика, 2020, №3, стр. 3-14
2. Зубашевский К. М. Методы сегментации радиоактивных отходов / К. М. Зубашевский, О. И. Стояновский ; [науч. рук. А. В. Гуськов] // Наука. Технологии. Инновации : сб. науч. тр. : в 9 ч., Новосибирск, 30 нояб .-4дек. 2020 г. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2020. - Ч. 9. - С. 131-135.
3. Установка для резки отработавших тепловыделяющих сборок: патент 2732279 Российская Федерация: МПК G 21 C 19/00 / Галуцкий В. Г., Котов И. М., Ляхов В. В., Черендин А. Ф.; заявитель и патентообладатель фед. гос. бюдж. учрежд. науки «Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН». - № 2019132770, заявл. 15.10.2019, опубл 15.09.2020, Бюл. №26 - 11 с.
4. Установка для испытания пары сухого трения на износ при возвратно-поступательном движении: патент 2745799 Российская Федерация: МПК G01N 3/56 / Стояновский О. И., Галуцкий В. Г., Черендин А. Ф.; заявитель и патентообладатель фед. гос. бюдж. учрежд. науки «Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН». - № 2020120734, заявл. 16.06.2020, опубл 01.04.2021, Бюл. №10 - 10 с.
© Зубашевский К. М., Гуськов А. В., 2022
