Атомная энергетика. Ядерные реакторы АЭС. Атомный флот. Ядерное оружие

РБМК-1000
Гражданский суда
Авиация

Судовая ядерная энергетика

Судовая ядерная энергетика начала свое развитие практически одновременно с появлением атомных электростанций. Побудительными стимулами для этого послужили новые, весьма важные потребительские качества, которые в принципе могла обеспечить ядерная энергетика, а именно:

  • увеличение мощности движителей практически без ограничений;
  • любой потребный энергозапас в реакторе;
  • неограниченность плавания судов во времени и пространстве;
  • повышенная автономность эксплуатации атомного флота в сравнении с судами на органическом топливе.

Перечисленные качества имеют стратегическое значение не только для коммерческих судов, но и для кораблей военно-морского флота, поэтому становление и развитие судовой ядерной энергетики в какой-то степени испытывало влияние параллельно развивающейся ядерной энергетики для ВМФ.

Более чем за 40 лет судовая ядерная энергетика прошла большой путь в своем развитии. Качественные изменения претерпели технологические схемы ядерных энергетических установок (ЯЭУ), их структура, конструкция оборудования, компоновочные решения, системы управления.

Уже на самом начальном этапе поиска рациональных проектных решений выяснилось, что специфика условий использования ядерных энергоисточников на судах исключает возможность заимствования проектных решений, положительно зарекомендовавших себя в условиях эксплуатации атомных электростанций. Для судовых ЯЭУ характерны жесткие ограничения по габариту и весу, близость к размещению обслуживающего персонала, ограничения на его численность, специфические особенности внешних воздействий и др. Разработчикам судовых ЯЭУ пришлось искать оригинальные проектные и конструкторские решения, преодолевая значительные трудности при создании высоконадежного оборудования и составляющих систем.

Обзор судов с ядерной энергетической установкой.

Первыми судами с ядерными энергетическими установками были: в СССР - атомный ледокол "Ленин" (1959), в США - торговое судно "Саванна" (1960), в Германии - рудовоз "Отто Ган" (1968) и в Японии - экспериментальное судно "Муцу" (1972). Однако только в СССР строительство судов с ЯЭУ получило коммерческое продолжение и развитие. К настоящему времени Россия располагает атомным флотом сугубо гражданского назначения: девятью ледоколами с двухреакторными и однореакторными ЯЭУ и одним контейнеровозом-лихтеровозом ледового плавания.

После наработки более 100 тыс. часов выведен из эксплуатации по причине изношенности корпуса судна ледокол "Ленин", хотя его ЯЭУ сохранила работоспособность, что подтвердила ревизия оборудования и обеспечивающих систем. Так, ревизия главных циркуляционных насосов (рис. 1) показала, что после функционирования в течение более 100 тыс. часов их работоспособность не вызывает сомнений. В частности, на подшипниковых опорах не выявлено заметного износа. Электрические, механические и гидравлические характеристики сохранили свои проектные значения. То же состояние зарегистрировано для приводов органов управления и защиты, для арматуры. Металловедческие исследования главных патрубков реактора, соединяющих его с корпусами парогенераторов и насосов, не обнаружили каких-либо развивающихся дефектов в материалах патрубка, включая и материал сварного шва.

Результаты ревизии послужили основой для корректировки назначенного ресурса и определения условий его продления в процессе эксплуатации. В частности, на эксплуатирующемся и поныне ледоколе "Арктика" достигнутый ресурс ЯЭУ составляет около 150 тыс. часов, обосновывается возможность продления ресурса до 175 тыс. часов.

В судовых ЯЭУ критическим элементом всегда была теплообменная поверхность парогенераторов. Сложные условия ее работы, большое число Бездействующих факторов различной природы обусловили довольно длительный период поиска оптимальной конструкции парогенератора и конструкционных материалов для теплообменной поверхности. Эта задача нашла успешное решение в рамках современных требований. Эффективность конструкции перспективных парогенераторов подтверждена продолжительной эксплуатацией.

Корпус реактора также подвержен воздействию разнообразных факторов, изменяющихся в процессе эксплуатации. Однако исчерпание его ресурса определяется не термомеханическими нагрузками, а воздействием флюенса (потока) нейтронов на материал корпуса и сварных швов в районе активной зоны. Поток нейтронов существенно изменяет их микроструктуру и, соответственно, механические свойства, в частности, пластичность и критическую температуру хрупкости. Дальнейшее повышение ресурса корпуса реактора, в случае использования существующих материалов, возможно лишь, если уменьшить поток нейтронов на корпусе. Это достигается только за счет увеличения поглощения нейтронов в радиальном зазоре между корпусом и активной зоной. В результате увеличивается диаметр корпуса реактора, что может заметно усложнить его транспортировку по железной дороге.

Многолетняя эксплуатация нескольких поколений судовых ЯЭУ с реакторами на воде в качестве теплоносителя-замедлителя показала, что они имеют достаточно высокие характеристики и по ресурсной надежности, и по безопасности. При этом сохраняется возможность дальнейшего совершенствования судовых ЯЭУ, чтобы обеспечить рост ресурса и безопасности.

Следует иметь в виду, что параллельная работа над проектами ЯЭУ для ВМФ и гражданских судов, включая анализ эксплуатационного опыта по обоим направлениям, существенно расширяет базовую информацию, помогая выбору оптимальных конструктивных решений в каждом из направлений, включая проблему безопасности.

На главную