О выборе принципиальной схемы и об основных агрегатах корабельной установки.
Первоначальная задача стояла поглядеть, в первом приближении, из каких основных компонентов состоит АЭУ современного корабля. Правда, корабли этого типа уже довольно долго находятся в эксплуатации, но воззрения, за это время поменялись незначительно. Значительно поменялись технологии.
Итак, мы имеем по схеме (см. пост 7.2):
- Насос 1К. Это значит, что установка как минимум имела принудительную циркуляцию и видимо на повышенных режимах мощности.
- Система КД паровая с электроподогревом.
- Парогенератор МПЦ.
1. Сравним с установкой используемой на Советской/Российской ПЛА “симметричного ответа”. На современной установке типа KO-650 с реактором ВМ-5, установлены 2 двухскоростных ЦНПК. Они позволяют обеспечивать 4 основных “ступенчатых” мощностных режима для реактора:
- оба насоса на высокой скорости
- один насос на высокой скорости
- оба насоса на низкой скорости
- один насос на низкой скорости.
Кроме того, установка обеспечивает возможность работы на ЕЦ, в диапазоне мощности до 25%. То есть в режимах малошумного хода. В отличие от Американских, на Советских ПЛА обычно устанавливались 2 ГЭУ. Проблема надежности оборудования существовала в разных аспектах. Хотя, следует признать, что если эксплуатация организована правильно, аварии и отказы случались довольно редко. Но, тем не менее, мы говорим здесь о концепциях. Надежность, одна из причин наличия 2-х насосов на реакторе ВМ-5.
Кроме того, 20-30 лет назад, проблема использования частотного регулирования (изменение скорости вращения путем изменения частоты питающего тока) еще не была решена. А значит, применение 2-х скоростей на ЦНПК оправдано. То есть, скорее всего, Американцы применяли насос для ухода от проблем нестабильностей возникающих в первом контуре и, что целесообразно, на повышенных мощностях. Советские специалисты применяли 2 насоса скорее для обеспечения надежности, да и проблема ЕЦ еще не была детально изучена. С проведением испытаний на стенде КВ-1, стало понятно, что обеспечить надежное управление реактором во всем диапазоне мощностей возможно. Появились новые материалы и конструкции АЗ, новые конструкции ПГ. Был сделан следующий шаг.
2. Паровая система компенсации объема и давления. Довольно ретроградное решение. Оно частично оправдано при применении неинтегральной, а блочной схемы. Но, при наличии в реакторе источника тепла огромной мощности, зачем туда засовывать электрические подогреватели? Отверстия, провода, надежность? Смысл какой? На мой взгляд, система КОД с ГВД работает вполне себе нормально и надежно. Хотя если сравнивать массо-габаритные показатели, разветвленность трубопроводов, сравнение не в пользу ГВД. Можно привести много за и против обоих решений.
3. Парогенератор с многократно-принудительной циркуляцией. Это ретро из паро-котельных установок? Да, качество пара выше, работа турбины получше. Особенно если учесть варианты с экспериментами по применению на кораблях флота США турбин, скажем прямо огромных размеров. По известным данным, для того, чтобы понизить шум ГТЗА, на ПЛА “Нарвал” была применена однокорпусная турбина длиной 9 метров и диаметром более 3.5 метров. Это огромные размеры для ПЛ.
Действительно, степень сухости пара в установках с МПЦ выше. В них также применяются иные законы регулирования. По моему мнению, прямоточный (once-through) ПГ куда более технологичен и удобен. Надо признать, что в прошлом технологические проблемы были серьезным препятствием к использованию, но сегодня эти проблемы практически решены. А прямотрубные, кассетные ПГ или ПГ с цилиндрической навивкой высокоэффективны и успешно эксплуатируются на ПЛА и НК, в том числе и в АтомФлоте.
На фото момент исполнения операции №2. Замена парогенератора в аппаратной выгородке, на одной из установок атомного ледокола.
(Продолжение в сообщении 10.3)
Интересно, но я никогда бы не подумал, что Атомные Энергетические установки (АЭУ) для ПЛА и НК флота США, развивались примерно так же и в то же время что в СССР и России. Нет, ну предположительно это так и было, но чтоб технические решения были настолько похожи? Ну к примеру, есть (остался) в России НИТИ, а в США есть INEL или Knoll. Но чтобы в 80…90-е годы, в этих исследовательских заведениях одновременно работали по одной тематике и в одном направлении? Подобное решение предлагалось и для стенда КВ-2. Вот интересно, сперли идею, или сами придумали? Мне кажется сами, так как предлагалась механическая рука, а не качалка, как на фото (см. ниже).
Правда, справедливости ради надо сказать, что в СССР в 90-е годы подобные испытания только начинали, а в США, испытания установки с естественной циркуляцией (ЕЦ) начались в 1965 году и к середине 90-х уже закончились. Прямых параллелей тут проводить нельзя. По найденным в сети данным первой установкой с ЕЦ была оснащена ПЛА “Нарвал” (?). Реактор-прототип, для этой ПЛА был выведен в критическое состояние аж в сентябре 1965 года. Экспериментальная установка прототип S5G (5G видимо указывает скорее на 5-ю “редакцию”, по Американской классификации, хотя это только мое предположение), судя по всему размещалась в прочном корпусе, который находился в бассейне. Бассейн же применялся для имитации качки и крена, для изучения явления естественной циркуляции при воздействии этих динамических эффектов (качка, крены и дифференты).
Однако, по моему, размеры экспериментальной установки на этой фотографии указывают на то, что в корпусе находится не фактический реактор и реальная турбина, а скорее всего (не точно, но вероятно) масштабная модель с электрической АЗ. Ну, это когда вместо реальной АЗ в корпусе реактора установлены электричесике ТЭНы. Зная проблемы с конструкцией подобной электрической зоны, например для MASLWR, предполагаю, что не все сразу получилось верно.
В 69-м году, использование 100% ЕЦ было не рекомендовано, по причине возникновения неустойчивостей в контуре, при кренах и дифферентах. Однако, я не думаю, что на конец 20 века, ситуация не изменилась. Прежде всего, если мы говорим о ПГ с МПЦ и прямоточных ПГ, о блочной или моноблочной конструкции. Кроме того, вопрос использования установки на частичных уровнях мощности при кренах и дифферентах, правильное алгоритмирование уверенно решает и эту проблему.
Таким образом, из S5G появился реактор S8G, который надолго стал базовым вариантом для ПЛА США. Размеры реакторной установки не позволяли “затолкать” его в корпус многоцелевой (атакующей) ПЛА, но постепенно эта проблема была решена.
ЧАСТЬ 3: СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ
Отдельный разговор требуется про системы безопасности и вывод установки. Это касается работы систем при нормальном и при аварийном выводе. Предложенные схемные решения, на мой взгляд, совершенно не удовлетворяют необходимым и достаточным требованиям. Это пока в работе.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ К ОБЗОРУ И РАЗРАБОТКЕ:
Поскольку я не знаком со многими ограничениями накладываемыми стандартами NRC, если проблема с тем исчерпана, то, чтобы “напихать” в такую зону максимальное количество топлива в определенном количестве сборок вроде бы уже решена (по крайней мере так говорят расчетчики) при обогащении около 8% по U5, то далее возникают следующие вопросы:
- как конструктивно исполнить профилирование в 32 каналах? Это как раз технически не проблема. Вопрос в том, надо ли и сколько стоят материалы для этого. Размещение вполне возможно… но?
- как обеспечить максимальное выгорание до того, как нижняя часть АЗ начнет “газить”? Ну как раз комбинацией, поглотителей и регулированием. 6-7 приводов вполне достаточно, при условии наличия выгорающих поглотителей и “глубоком профилировании”… но?
ДОПОЛНИТЕЛЬНО ПОТРЕБУЮТ ОСВЕЩЕНИЯ ВОПРОСЫ:
- Алгоритмирования
- Оптимизации параметров.
Фото из частного архива автора.
(For additional information: www.NuScalePower.com and presentations)
