Корабельныеатомныеэнергетическиеустановки
И.Г. Захаров, доктортехническихнаук, профессор, контр-адмирал; Я.Д. Арефьев, доктортехническихнаук, профессор, контр-адмирал; Н.А. Воронович, кандидаттехническихнаук, капитан 1 ранга; О.Ю. Лейкин, кандидаттехническихнаук, капитан 1 ранга
Кконцу 40-х - началу 50-хгодоввСоветскомСоюзеспециальносозданнымиНИИилабораториямибылизавершеныфундаментальныенаучныеисследованиявобластиядернойфизики, результатыкоторыхпозволилиперейтикрешениюнаучно-техническихпроблем, обеспечивающих, всвоюочередь, началоразработокиреализациюконкретныхпроектоватомныхэнергетическихустановок.
Срединаиболееважныхисследований, имевшихопределяющеезначениедлясозданияатомнойэнергетикидляВМФиполученныхпонимрезультатов, следуетотметитьработы, связанные:
- ссозданиемтехнологическихпроцессовдобычииприготовлениякомпонентовтопливногоциклаприиспользованиипринципиальноновогоядерногогорючего, котороевотличиеоторганическоготопливаэнергоемкостьюдо 10000 ккал/кгсодержит, например, водномкилограмме U235энергию 760МВтсутки (1,5х1010ккал/кг), т.е. вполторамиллионаразбольше, чтопрактическиснимаетвсеограничениядляАЭУподальностиипродолжительностиплаваниякорабля;
- стеоретическойразработкойиэкспериментальнымопределениемосновныхзакономерностейвзаимодействиянейтроновсядрами, результатыкоторыхпозволилисделатьвыводовозможностиразмещенияядерногогорючеговобъемах, значительноменьшихпосравнениюсаналогичнымиобъемамитопокнаорганическомтопливе; - сопределениемосновныххарактеристикспонтанного (сильноэкзотермического) делениятяжелыхядер, втомчислесреднегораспределенияэнергиинаодноделение (суммарно 200Мэв) ссозданиемрасчетаактивныхзонреакторов;
- сопределениемраспределенияпродуктовделения, среднегочисламгновенныхнейтронов, энергетическогоспектранейтроновделения, данныхпозапаздывающимнейтронам, атакжемножестводругиххарактеристикпроцессовделениятяжелыхизотопов, позволившихприниматьконструктивныерешенияпоактивнымзонамисистемамрегулирования, чтообеспечивалоустойчивоеподдержаниецепныхреакцийнастационарныхипеременныхрежимахработыядерныхреакторов;
- сразработкойновыхконструкционныхматериаловдляядерныхреакторов, обеспечивающихихработувусловияхбольшихнейтронныхпотоковидругихвидовизлучений, чтопозволялосоздаватьконструкцииАЭУнатребующийсядлякораблейдостаточнобольшойсрокслужбы;
- сразработкойтеориииметодовформированиябиологическойзащитыреакторовимедико-биологическихвопросов, которыепозволялирешатьпроблемыкакобитаемостиплавающихобъектов, такиобеспеченияядернойирадиационнойбезопасноститранспортныхАЭУ.
Решеныбылитакжеинаучно-техническиезадачибольшогоперечняНИОКР, которыепозволиливыработатьсистему, нормы, методыиправилапроектированиякорабельныхреакторныхустановок.
ОбщееруководствовсемиработамипоатомнойэнергетикеосуществлялиакадемикиИ.В.КурчатовиА.П.Александров.
Следуетотметить, чтоначальныйэтапсозданиякорабельнойатомнойэнергетикипроходилвобстановкеповышенногорежимасекретности, атехническиезаданиянасозданиекорабельныхАЭУнепроходилисогласованияспредставителямиВМФ, чтотребовалосьвсоответствииспринятымвкораблестроениипорядкомдлявсехвидовновойтехникиивооружения. Крометого, всёвобластикорабельнойатомнойэнергетикибылонастольконовым, чтопотребовалорешенияцелогокомплексапринципиальныхнаучно-техническихзадач. Вчастности, былонеобходимо: выбратьтипиколичествоядерныхреакторов; определитьматериалы, формутепловыделяющихэлементов, типтеплоносителейдлясъематеплавактивнойзонеиконструктивныерешения, обеспечивающиеегоподводиотвод; определитьоптимальныепараметрырабочеготелаконтуровиспособыциркуляциитеплоносителя; разработатьпринципыисистемыуправленияизащитыреактора; компоновочныесхемыбиологическойзащиты, атакжерешитьмножестводругихзадачпоразработкепервойкорабельнойАЭУ.
ВрезультатевыполненныхисследованийипроработококончательнобылоприняторешениесоздатьдватипаАЭУдляподводныхлодок: сводо-водянымреакторомподдавлением (установкаВМ-А, наземныйпрототипстенд 27/ВМ) иреактором, длякотороговкачестветеплоносителяиспользовалсяжидкийметалл Pb-Bi (установка 645ВТ, наземныйстенд 27/ВТ).
Создание, испытаниеивыборвпоследующемдлякораблейодногоиздвухтиповреакторовбылиобусловленыстремлениемкакможноболееобоснованно, спроверкойвкорабельныхусловияхотработатьнаиболеенадежныйибезопасныйтипреактора.
Такойпутьтогдаповторял, визвестноймере, путьамериканцев, которыевначалетакжепошлипопутисозданиядвухтиповреакторов, стойтолькоразницей, чтовкачествежидкометаллическоготеплоносителя (ЖМТ) имибылпринят Na (болееагрессивныйпосравнениюс Pb-Bi), откоторогопослепервыхжеиспытаний, приведшихксерьезнымавариям, импришлосьотказаться,
Перваякорабельнаяпаропроизводящаяустановка (ППУ) ВМ-АразрабатываласьНаучно-исследовательскимконструкторскиминститутомэнергетическойтехники (НИКИЭТ) подруководствомакадемикаН.А.Доллежаля, паротурбиннаяустановка (ПТУ) набазеГТЗА-ТВ9 -турбиннымКБЛенинградскогоКировскогозаводаподруководствомМ.А.Козака, парогенераторыдляустановкиВМ-А - Специальнымконструкторскимбюрокотлостроения (СКБК) БалтийскогозаводаподруководствомГ.А.Гасанова.
РазработкойАЭУвцеломруководилиглавныеконструкторыпоспециальностямСКВ-143 Г.А.Воронич, П.Д.ДегтяревиВ.П.Горячев. ВсозданиипервыхобразцовкорабельныхАЭУпринималоучастиенесколькодесятковспециализированныхНИИ, КБизаводов, обеспечивавшихразработкуипоставкукомплектующегооборудования.
ИзначальнокорабельнымэнергетикамдлясозданияАЭУпервогопоколенияпришлосьрешатьчрезвычайносложнуюзадачуиз-занеобходимостиразмещенияустановкиввесьмаограниченныхобъемах, выделенныхдляППУиПТУ, идостиженияудельноймассыустановкивцелом " 70 кг/л.с., чтопримерновдвоежестчепотребованиям, чемвамериканскихустановках.
ВкорабельномвариантеАЭУвключалавсебядвеППУ, всоставекаждойизкоторыхпредусматривалисьодинядерныйводо-водянойреакторВМ-Асдвухходовымдвижениемтеплоносителяпоактивнойзоне, парогенератор, состоящийизчетырехсекций; главныйивспомогательныйциркуляционныенасосыпервогоконтура, атакжесистемыгазавысокогодавления, подпиткииаварийнойпроливкипервогоконтура, воздухоудаленияиотборапроб. ОхлаждениеоборудованияППУобеспечивалитретийичетвертыйконтуры. ВкаждойиздвухПТУпредусматривалсяглавныйтурбозубчатыйагрегат (ГТЗА) собслуживающимисистемами.
Передачамощностиотоднокорпуснойглавнойтурбинынавалосуществляласьчерездвухступенчатыйредукторсраздвоениеммощности. ПодключениеГТЗАквалопроводупроизводилосьспомощьюшинно-пневматическоймуфты. ОтличительнойособенностьюПТУпервогопоколенияявилосьиспользованиеэлектрогенераторасприводомотредуктораглавнойтурбины.
ОбеспечениемощностиАЭУпервогопоколения 17500л.с. взаданныхобъемахоказалосьсложнейшейнаучно-техническойпроблемойипотребовалосозданиявысоконапряженнойактивнойзоныипрямоточныхпарогенераторов. Поэтойжепричинедавлениевпервомконтуренеобходимобылопринятьоколо 200кгс/см2чтобыобеспечитьпараметрыпараповторомуконтуру - давление 36кгс/см2итемпературу 310°С. Вугодууменьшениямассогабаритныхпоказателейустановкибылиприняты“навешенные”наГТЗАэлектрогенераторы.
Какпоказалпервыйжеопытэксплуатации, втомчислеиопытнаяэксплуатацияпервойАПЛ, всепринятыевышерешенияпредопределилирядсерьезныхнедостатковустановокВМ-А, таких, какнизкаянадежностьработыпервыхобразцовактивныхзон, малыйресурс (приблизительно 1000ч) первыхконструкцийпрямоточныхпарогенераторов, частыеотказывработебессальниковыхзатворов (отсечнойарматурыпопервомуконтуру), сложностивуправленииустановкойиз-за“навешенных”генераторов, неудовлетворительноекачествоводоподготовкипоконтурам, частыеотказыглавныхциркуляционныхнасосов (ГЦН) ивспомогательныхциркуляционныхнасосов (ВЦН), атакжеряддругихнедостатков, устранениекоторыхвылилосьвнеобходимостьрешенияцелогорядасложнейшихнаучно-техническихзадач.
СмоментаначаластроительствапервойАПЛкработампоеесозданиюбылподключенфлот, вчастностигруппуспециалистовВМФвозглавилИ.Д.Дорофеев. Совместнымиусилиямиспециалистовотраслевойнауки, промышленностииВМФнаосноведополнительныхэкспертизпроектныхрешений, анализарезультатовэксплуатациистенда 27/ВМ, опытнойэксплуатацииАПЛпроекта 627 ицелойсериииспытанийопытныхобразцов, работыпокоторымвозглавляли, какправило, специалисты 1-гоЦНИИМО, былосделанонесколькопрограммпоотработкеидоведениюосновногооборудованияАЭУдоуровнятребованийзаказчика.
Большойобъемработбылпроделанвобластиповышениянадежностипарогенераторовисовершенствованиясистемводоподготовки. Былосозданоииспытанооколодвухдесятковразличныхпарогенераторов (ПГ), испытаныразнообразныематериалыдлятрубныхсистем - отуглеродистыхсталейдотитановыхсплавов. ПроведеномножествоиспытанийопытныхобразцовПГ. ВэтойработеособаярольпринадлежитГ.А.ГасановуиспециалистамвозглавляемогоимКБ.
Существенныйвкладвотработкупарогенераторовпервогопоколениявнеслиспециалисты 1-гоЦНИИМОМ.И.Киргичев. Н.А.Черноземова. Вчастиотработкиводоподготовкииотдельныхмеханизмовмногобылосделанотакжесотрудниками 1-гоЦНИИМОА.В.Кожевниковым, А.И.СвиташовымиГ.А.Сокальским.
Работапосовершенствованиюводоподготовкипервогоконтура, выполнявшаясявИнститутеатомнойэнергии (ИАЭ) подруководствомизвестногоспециалистаН.В.Потехина, проводиласьспостановкойзначительногообъемаэкспериментальныхработидалаположительныерезультаты.
Работыпосовершенствованиюводоподготовкивторогоконтура, включаяразработкуионо- иэлектронно-ионообменныхтермостойкихматериалов, проводившиесявЦНИИим.академикаА.Н.Крылова, возглавилЛ.П.Седаков, активноеучастиевнихпринималиспециалистыэтогоинститутаЮ.К.Душин, Р.К.Платонов, Г.Я.Рассадин. Значительныйвкладвразработкуинструментальныхихимико-аналитическихметодикконтроляосновныхпоказателейкачестваводывнеслиН.Д.Боярская, В.К.Сендо, Г.И.Ройф.