Введение к работе
Актуальность работы.
В России работает 31 энергоблок на 10 АЭС. В период до 2020 года планируется рост выработки электроэнергии атомных станций - в 1,8-2,1 раза.
Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов (твэлы) снаряжены топливными таблетками. Выполнение технических требований к изготовлению топливных таблеток для твэлов в условиях их массового производства ставит проблему эффективного управления процессом изготовления этих таблеток и, прежде всего, установкой сушки и спекания (далее установкой спекания), в значительной мере определяющей появление брака спеченных таблеток.
Сложность физико-химических явлений, протекающих в установке спекания, делает актуальной проблему моделирования изучаемого объекта для решения задач оптимизации технологии спекания таблеток ядерного топлива.
Работа выполнена в рамках «Стратегии развития атомной энергетики в
рамках долгосрочной комплексной государственной топливно-
энергетической программы Российской Федерации на период до 2020 года» и «Программы развития атомной энергетики РФ на 1998-2005 годы и на период до 2010 года».
Целью работы является разработка и научное обоснование комплекса математических моделей, позволяющих оптимизировать технологический режим спекания топливных таблеток.
Для достижения поставленной цели в работе ставятся и решаются следующие научно-технические задачи:
исследование закономерностей процесса формирования топливных таблеток;
обоснование совокупности моделей, описывающих фабрикацию топливных таблеток на установке спекания;
разработка математической модели процесса спекания топливных таблеток, учитывающей вероятность появления брака спеченных таблеток;
разработка методики предпроектного анализа установки спекания таблеток как объекта управления.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:
разработана методика моделирования установки спекания, включающая в себя построение "каркаса" модели на основе имеющейся априорной информации, построение на основе натурно-вычислительного эксперимента расчетно-логической и оптимизационной моделей, позволяющих минимизировать потери, обусловленные изменениями дисперсионных и реологических свойств прессуемргр П9рошкд^ьнд
і БИБЛИОТЕКА /
разработана методика построения концептуальной модели установки спекания, позволяющая обосновать требования к системе управления установкой спекания топливных таблеток;
установлены закономерности, определяющие появление брака топливных таблеток с учетом взаимосвязей дисперсионных и реологических свойств порошка, поступающего на прессование; а также влияния вязкости на линейную усадку таблеток в процессах сушки и спекания;
разработана общая постановка задачи управления установкой спекания, использующая прогноз плотности спеченных таблеток для определения требуемой температуры спекания.
На защиту выносятся:
" методика моделирования вероятности появления брака топливных таблеток, возникающего при снятии давления прессования и выталкивании их из прессформы, а также при термической усадке в процессах сушки и спекания;
математическая модель зависимости плотности спеченных таблеток и доли дефектных таблеток от крупности зерен порошка и температуры спекания;
методика предпроектного анализа установки спекания как объекта управления, позволившая обосновать структуру системы управления камерой спекания.
Практическая значимость. Методика предпроектного анализа установки спекания как объекта управления, включающая в себя: обоснование комплекса параметров, дестабилизирующих качество спеченных таблеток; построение "каркаса" модели на основе имеющейся априорной информации; построение на основе натурно-вычислительного эксперимента расчетно-логической и оптимизационной моделей, позволяющих минимизировать потери, обусловленные изменениями дисперсионных и реологических свойств исходного порошка; обоснование классов объектов, позволяющих конструировать структуру системы управления, принята к использованию на ФГУП ПО «Маяк».
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на IV Международном научно-практическом семинаре «Интеллектуальные информационные технологии в управленческой деятельности» (Екатеринбург, 2002); на Международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию СвердНИИхиммаша (Екатеринбург, 2003); на III Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике и технике» (Пенза, 2003); на третьей Международной конференции Регионального Уральского отделения АИН (Екатеринбург, 2004); на выездном заседании секции №2 и секции №3 НТС-4 Федерального агентства по атомной энергии Российской Федерации (Екатеринбург,2004).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех приложений; содержит 151 страницу, 50 рисунков, 8 таблиц.
