Проекты XXI века

Об MPD с места событий. Часть 3

В отличие от предыдущих статей о проекте MPD (№№ 8, 11), место основных событий по созданию магнита пока находится в Чехии, а не в ОИЯИ, а само повествование хотелось бы начать не с технологии, а с личности. Заместитель главного инженера ЛФВЭ, начальник конструкторского отдела ЛФВЭ Николай Дмитриевич Топилин более 20 лет проработал на проекте ATLAS. Разработчик конструкций, автор изобретений и усовершенствований, "Инженер года", "Заслуженный работник науки и образования", "Профессор РАЕ", обладатель медали имени Альфреда Нобеля за вклад в развитие изобретательства, многих премий и званий. Проекту NICA, можно сказать, повезло, что специалист с таким опытом и компетенциями занимается созданием магнитной системы для детектора MPD.

- Николай Дмитриевич, из чего состоит магнит, и за что отвечаете именно вы?

Центральная «бочка» адронного калориметра установки ATLAS. Фото сделано по окончании передвижения 1600-тонной (вместе с жидкоаргонным калориметром внутри) бочки на нулевую координату.

- Магнитная система для MPD состоит из двух основных частей - сверхпроводящего соленоида и ярма магнита. Сверхпроводящий соленоид для нас изготавливают итальянские специалисты, уже заключен контракт с компанией "ASG Superconductors spa" (Генуя), ответственный от ОИЯИ за изготовление этой системы Н.Э.Емельянов. Я отвечаю за "железо" - создание ярма магнита, а также за сопутствующие этому вопросы: фундамент под MPD, рельсовые пути, систему перемещения MPD, крановое оборудование, разработку сценария сборки и необходимое для сборки технологическое оборудование. Ярмо магнита собственным весом порядка 630 тонн состоит из двух 42-тонных опорных колец диаметром около 6,7 м, 28 балок длиной около 8,5 м и весом 16 тонн каждая, опирающихся на опорные кольца и образующих "бочку", двух 50-тонных полюсов, которые устанавливаются в опорные кольца. Нижние 13 балок ярма укладываются на ложемент, состоящий из двух мощных частей общим весом 74 тонны. Все это плюс две транспортные опоры для полюсов составляет один заказ по контракту с чешской компанией VHM (Vitkovice Heavy Machinery, Острава). На цветной схеме все это изображено синим цветом. Кроме того, должна быть разработана и изготовлена система перемещения магнита, потому что он будет несколько раз передвигаться от места сборки до штатного месторасположения и обратно.

- С чем связаны эти перемещения?

- Это обусловлено технологической необходимостью. В штатном положении к магниту вплотную подходят элементы ускорительной системы, а для установки детекторов внутрь MPD необходимо свободное пространство длиною до 10 м с обоих торцов. Исходя из этого детектор собирается на удалении от оси пучка, в так называемом сборочном положении. Затем собранный детектор перемещается на 6 м в сторону пучка. В этом положении устанавливаются полюса с навешанным на них оборудованием. Транспортные опоры полюсов отстыковываются и откатываются в стороны, а детектор перемещается в штатное (рабочее) положение строго по оси пучка.

- Расскажите, пожалуйста, о принципе работы и составных частях магнита, чтобы читатели имели представление, какой объем работы предстоит выполнить.

- Вы видели электромагнит? В нем есть сердечник и намотка, или катушка. У нас проводник находится при низких температурах, 4 градуса Кельвина. Для охлаждения его помещают в специальный вакуумный кожух. Проводник охлаждается до криогенной температуры, чтобы он пришел в состояние сверхпроводимости. В данной конструкции у нас "катушка" внутри, а магнитопровод, "железо", снаружи. Магнитопровод состоит из 28 стальных балок. Каждая представляет собой "стержень" длиной 8470 мм толщиной 350 мм с трапецеидальным поперечным сечением шириной 740 мм, вес ее 16 тонн. Все поковки для балок (материал сталь-10) изготовлены на Новокраматорском машиностроительном заводе (г. Краматорск, Украина). Предварительно (с плюсовым допуском) обработанные поковки сразу после изготовления были перевезены в Чехию. Поковки двух опорных колец и двух полюсов были изготовлены на итальянской фирме "Forgiatura Morandini" (поковки полюсов диаметром 4,5 метра еще можно было сделать на территории России, а чтобы изготовить поковки диаметром 6,7 м, в стране не нашлось ни одного завода, который мог бы это осилить). Все 4 поковки колец также были предварительно обработаны в размер с плюсовым допуском и доставлены в Витковице в августе прошлого года. За два месяца до этого чешские специалисты получили комплект рабочих чертежей деталей магнитопровода, выполненных нашим конструкторским отделом, и начали чистовую обработку деталей. В сентябре этого года мы планируем начать контрольную сборку магнитопровода на заводе. Мной составлен план-график работ и перечень необходимых инструментов, приспособлений. Часть технологического оборудования сделают чешские специалисты по нашему техническому заданию.

Балки и полюса магнитопровода в цехе VHM, г. Острава.

- То есть требуется не только создание магнитопровода, но и специальный инструментарий для его сборки?

- Основное приспособление, с помощью которого мы будем собирать MPD, это манипулятор из ЦЕРН, уникальное изделие весом 5 тонн, существует в единственном экземпляре в мире. Манипулятор был сделан в 2002 году для сборки трех "бочек" адронного тайлкалориметра установки ATLAS в ЦЕРН, я лично работал с ним 4 года, сам управлял им. Когда я пришел на проект NICA, понял, что без него нам не обойтись, а свой похожий делать дорого и долго. Я поговорил с руководством ATLAS, и они безвозмездно передали его нам. В 2013 году манипулятор привезли в Дубну. Сейчас мы готовим его к отправке в Чехию для выполнения на заводе контрольной сборки магнитопровода под нашим руководством и при участии наших монтажников.

В настоящее время проведен тендер и оформляется договор на изготовление, монтаж и сдачу в эксплуатацию двух дистанционно управляемых 80-тонных кранов для павильонов MPD и SPD. Специфика этого заказа в том, что мы заказываем скорость перемещения основного крюка от 0,05 метра в минуту, чтобы очень деликатно устанавливать наши компоненты детекторов. Они очень дорогостоящие, единичного производства, поэтому обращаться надо бережно и устанавливать с максимально возможными плавными и низкими скоростями. Для работы на этих кранах мы уже обучили трех сотрудников нашей лаборатории.

Кроме этого, проведен тендер на изготовление фундаментных плит для павильонов MPD и SPD общим весом 140 тонн и подрельсовых плит общим весом 22 тонны для павильона MPD.

- Как долго ведется работа над магнитом для MPD?

- Я пришел в проект в декабре 2008 года, с 2011 года стал руководителем конструкторского отдела ЛФВЭ. Трудно сказать, сколько человек участвовало в разработке, сколько времени потребовалось на каждый участок. Мы находимся на переднем крае науки, аналогов в мире нет. Все, что мы делаем, - начинаем с нуля. Некоторые элементы приходилось переделывать по несколько раз в связи с изменяющимися требованиями заказчика. Устраиваем, что называется, мозговой штурм. И нет над нами никого, кто бы пришел и сказал - здесь вы делаете неправильно, надо по-другому. До всего доходим своим умом, применяем свой опыт.

Концептуальный проект магнитопровода был подготовлен фирмой "Нева-магнит" (Санкт-Петербург), но мы его творчески переработали. У нас, например, теперь ажурная конструкция транспортной опоры перемещения полюса. До этого она весила 60 тонн, сейчас 15. Мы упростили конструкцию ложемента, вместо 94 тонн он стал весить 74. По техническим причинам вместо 24 балок магнитопровода перешли на 28, всю документацию переделали.

Мы разработали технологию сборки и эксплуатации MPD. Часть технологических решений была принята из опыта работ на проекте ATLAS: технология сборки, разборки и финальной сборки "бочки" магнитопровода с применением большого количества одновременно устанавливаемых штифтов с натягом; технология обеспечения неплоскостности торца бочки (отклонение не более 0,5 мм на диаметре 6,7 м); обеспечение безопасной работы технического персонала на верхних наклонных поверхностях балок, когда работа с лесов уже невозможна, и многое другое.

- Сколько сделано из запланированного на сегодняшний день?

- Два опорных кольца полностью изготовлены. В феврале я был на заводе в Чехии. Из 28 балок 15 уже были в работе. Сейчас они заканчивают обработку почти всех балок. Пока не могут изготовить последние две балки, для которых мы не можем дать окончательные чертежи. На эти балки опирается криостат через промежуточный кронштейн. Итальянцы попросили разрешение увеличить диаметр криостата, места для расположения опор осталось мало. Нам не просто его надо закрепить, но и обеспечить возможную юстировку положения криостата плюс-минус 20 мм по трем осям по результатам измерения положения осей магнитного поля. Вес криостата 66 тонн, он находится внутри магнитопровода, это отдельная, очень сложная тема...

Опорное кольцо после финишной обработки, VHM.

Балки магнитопровода, межоперационное хранение, VHM.

- Однако на этом примере видно, с какой точностью нужно устанавливать огромные металлические конструкции и как сложно координировать усилия разных производителей... У меня последний вопрос - в какие сроки предполагаете уложиться?

- По контракту изготовление магнитопровода с контрольной сборкой должно быть закончено в этом году в ноябре. Недели две оставим на контрольные измерения, потом все надо будет разобрать, упаковать и отправить. Нас эти сроки устраивают, потому что здание для MPD строители сдадут только в июне 2018 года. Параллельно мы занимаемся краном, он должен быть поставлен в декабре этого года. К этому времени должна стоять металлоконструкция здания без крыши - залитый фундамент, колонны. Мы привезем и установим кран, а также будут установлены фундаментные плиты под рельсовые пути. Потом делается крыша, проводятся коммуникации, здание в середине июня должно быть готово для первой приемки оборудования. И к этому времени мы из Чехии должны привезти наш магнит. А до этого времени еще надо произвести монтаж рельсовых путей - два рельса по 30 метров и четыре по 8 метров - предстоит точно выставить плиты и засверлить по месту большое количество резьбовых отверстий для установки болтов крепления подрельсовых плит к фундаментным.

Часть ложемента, межоперационное хранение, VHM.

Криостат должен прибыть в Дубну в октябре следующего года, до конца навигации. Его высота вместе с платформой и выступающей трубой составляет 7,3 метра, транспортировка очень сложная. Поскольку, как правило, все мосты, электрические провода и прочие технические объекты имеют высоту над дорогой 4,3-4,5 метров, предполагается доставка водным путем. ЛФВЭ находится на острове, как это ни парадоксально. К нам подплыть можно с двух сторон - либо с реки Дубна, либо по каналу имени Москвы, в районе станции "Соревнование". А дальше доставка автомобильным транспортом. К осени следующего года мы должны собрать половину магнитопровода. Скорее всего, на этом этапе мы смонтируем и опробуем работоспособность системы перемещения MPD, которую еще предстоит изготовить в этом году. По прибытии криостата необходимо установить его внутрь магнитопровода и завершить сборку. Параллельно необходимо будет установить теплые катушки (прибывшие также из Генуи) в полюса, полюса перевести из горизонтального положения в вертикальное и закрепить на их транспортных опорах.

После этого мы можем полноценно испытать систему перемещения MPD и установить детектор в штатное положение на оси пучка для проведения измерения магнитного поля. Но эта работа уже вне моей компетенции или, как говорится, другая история.

Галина МЯЛКОВСКАЯ,
фотографии предоставлены Н.Д.ТОПИЛИНЫМ