4.1.3. Основные особенности судовых ядерных энергетических установок

Преимущества и недостатки судовых ядерных энергетиче­ских установок обусловлены самой природой получения тепло­вой энергии в результате ядерного распада, принципиально отличной от получения ее за счет сжигания химического топлива.

Важнейшим преимуществом судовых ядерных энергетиче­ских установок перед обычными является возможность получе­ния огромного количества тепловой энергии при незначительном (по весу) расходе ядерного горючего, что может обеспечить судну практически неограниченную дальность и большую авто­номность плавания при относительных больших скоростях хода.

Так, суточный расход ядерного горючего (урана U²³⁵) в судо­вых энергетических установках мощностью около 15000 л.с. со­ставляет примерно 15—18 г; длительность плавания атомного судна без перезарядки реакторов ядерным горючим составляет более двух лет.

Вторым очень важным преимуществом судовых ядерных энергетических установок является возможность получения в них тепловой энергии без потребления воздуха или какого-либо иного окислителя топлива. Это преимущество открывает широкие возможности применения ядерных энергетических уста­новок на подводных судах. Однако и для надводных судов это преимущество также имеет большое значение, так как позво­ляет отказаться от сложных устройств подачи воздуха в котель­ные отделения и отвода из них в атмосферу горячих дымовых газов. Очень важным преимуществом судовых ядерных энергетиче­ских установок является возможность сосредоточить в ограни­ченных габаритах отсеков судна источник тепловой энергии значительно большей мощности, чем при обычных установках. Это позволяет резко повысить энерговооруженность судов, а в отдельных случаях и увеличить их грузоподъемность, в част­ности на атомных судах большого дедвейта с длительными рейсами непрерывного плавания.

Наряду с преимуществами судовым ядерным энергетическим установкам свойственны и некоторые существенные недостатки:

а) необходимость обеспечения биологической защиты людей от радиоактивного излучения реакторов, что требует создания тяжелых и громоздких экранов, значительно увеличивающих га­бариты всей энергетической установки. Худшие, чем у обычных установок, габаритные характеристики судовых ядерных энер­гетических установок затрудняют их размещение на судне;

б) необходимость наличия на атомном судне какого-либо независимого источника питания, используемого при пуске реактора для приведения в действие вспомогательного оборудо­вания, а также устройства для расхолаживания реактора после его выключения;

в) высокая стоимость по сравнению со стоимостью обычных установок;

г) относительная сложность эксплуатации, в том числе осмотра и ремонта отдельных узлов и механизмов, а также от­носительная сложность работ по перезарядке реакторов ядер­ным горючим. Все это требует наличия персонала высокой ква­лификации, а также специальной аппаратуры, оборудования и устройств как непосредственно на самом судне, так и на бере­говых базах.

Нужно добавить, что обязательность наличия на атомных судах системы дозиметрической аппаратуры, усложняя судовые ядерные энергетические установки, также является их недо­статком.

Судовые энергетические установки должны удовлетворять следующим, предъявляемым к ним, основным требованиям:

- безопасность и высокая надежность действия на всех режимах эксплуатации на корабле (судне);

- живучесть при боевых и на­вигационных повреждениях отдельных механизмов, систем и устройств;

- удобство обслуживания и доступность ремонта меха­низмов и узлов;

- малые габариты (в том числе вес).

При этом требования безопас­ности и высокой надежности действия механизмов, систем и устройств, а также живучести при авариях и повреждениях для ядерных установок приобретают особенно важное значение ввиду значительно большей сложности (а в некоторых случаях и невозможности) выполнения ремонта отдельных узлов уста­новки, связанных с ее первым контуром, по соображениям ра­диоактивной безопасности.

Кроме указанных выше общих основных требований, ядер­ные судовые энергетические установки должны удовлетворять специфическим требованиям, а именно:

- обеспечение полной радиоактивной безопасности всех людей, находящихся на ко­рабле (судне);

- исключение радиоактивного заражения водного пространства, акватории и береговой территории при плавании и при стоянках в портах и базах;

- радиоактивная безопасность, удобство и быстрота перезарядки реакторов ядерным горючим;

- наиболее целесообразное обогащение ядерного горючего изото­пом урана U²³⁵.

Безопасность и высокая надежность ядерных судовых энер­гетических установок обеспечиваются правильным выбором теп­лоносителя реакторов, параметров рабочих сред в первом и вто­ром контурах, запасов прочности всех элементов установки, систем управления, контроля и защиты установки при отклоне­нии от допустимых параметров ее работы, соответствующего комплекса биологической защиты, а также правильной эксплуа­тацией установки в целом.

Конструкции элементов и узлов судовых энергетических установок должны обеспечивать надежность работы при сотрясениях и вибрациях, при качке, кренах, дифферентах, изменениях температуры окружающих судно воды и воздуха, а для подводных судов еще и при резком изменении глу­бины погружения и отсутствии сообщения с атмосферой.

Для обеспечения большей живучести ядерных судовых энер­гетических установок предусматривается обычно также и боль­шее резервирование (дублирование) обслуживающих реактор­ную установку механизмов, систем и устройств, что позволяет сохранять работоспособность установки на ходу судна при вы­ходе из строя тех или иных отдельных механизмов и устройств.

Реакторные (паропроизводительные) установки на судах размещают в изолированных отсеках, а нередко, кроме того, и в прочных защитных контейнерах, амортизированных относи­тельно корпуса судна и оборудованных противоударной защи­той на случай возможного столкновения с другим судном.

В ядерных судовых энергетических установках относительно большой мощности предусматриваются две и более автономные реакторные (паропроизводительные) установки, которые могут работать совместно или раздельно.

Доступ к элементам установки при ремонтах обеспечи­вается их рациональным размещением на судне, а удобство об­служивания, кроме того,— применением современных средств и приборов контроля и управления.

Вес биологической защиты, составляющий 40—50% от об­щего веса всей паропроизводительной установки, находится в прямой зависимости от размеров активной зоны ее реактора, а также от габаритов помещения, в котором размещено актив­ное оборудование. В частных случаях вес биологической защиты может, кроме того, зависеть от периметра паропроизводительной установки (в плане), в который вписываются реактор и соответствующее оборудование, связанное с радиоактивным первым контуром. Поэтому одним из возможных источников снижения веса ядерной судовой энергетической установки, кроме правильного выбора материалов, рациональной конструк­тивной компоновки биологической защиты, является сокращение ее периметра. Это в известной мере может быть достигнуто за счет конструктивно правильной и удачной компоновки оборудо­вания реакторной (паропроизводительной) установки внутри биологической защиты, использования, в частности, самого обо­рудования в качестве элементов защиты.

Существенное влияние на габариты и вес конструктивной биологической защиты, следовательно и всей реакторной уста­новки, оказывают размеры активной зоны, а значит, и самого реактора. В силу этого обычно используют для активных зон ядерное горючее, значительно обогащенное по изотопу U²³⁵, что позволяет получать активную зону реактора меньших размеров.

Следует также иметь в виду, что большая концентрация тепловой мощности в одном реакторе позволяет получать меньшие удельные (на единицу мощности) габариты и вес реактор­ной установки.

Для исключения радиоактивного заражения акваторий и бе­реговых территорий в местах нахождения атомных судов на них должны предусматриваться соответствующие системы и хранилища (цистерны и пр.) для дренажа, сбора и временного хранения радиоактивных отбросов, которые впоследствии дол­жны удаляться с судна для организованного захоронения.

Из сказанного следует, что особенности ядерных судовых энергетических установок создают известные затруднения при их эксплуатации. Во второй половине XX века, несмотря на наличие существенных недостатков, присущие ядерным судовым энергетическим установкам, прин­ципиальные большие преимущества открывали невиданные пер­спективы для технической реконструкции и развития морского флота, что вылилось в результате, в появление ряда экспериментальных гражданских (коммерческих) судов. Однако их эксплуатация оказалась нерентабельной, даже несмотря на серию топливных кризисов, продолжающихся и поныне. На данный момент ЯЭУ используются только на военном надводном и подводном флоте, а также на судах специального назначения, например, ледоколах. В обоих случаях применение ЯЭУ обусловлено необходимостью обеспечения большой автономности и дальности плавания судов и кораблей со сверхмощными СЭУ, а также невозможностью использования атмосферного кислорода в качестве окислителя органического топлива.

Источники:

1. Быховский И.А., «Атомные суда», Судпромгиз 1961.