1.1 Лекция презентация

1.

Военный институт (военно-морской политехнический)
ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия»
Дисциплина: «Корабельные реакторные установки»
Лекция 1.1
Тема: «Корабельная ядерная энергетическая установка»
Старший преподаватель кафедры ЯЭУ, КБН, капитан 2 ранга Макаров Александр Владимирович
Военный институт (военно-морской политехнический) ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия»

2.

Цели занятия
I.
Учебная цель: Изучить общие положения обеспечения ядерной безопасности.
Изучить корабельную ядерную энергетическую установку.
II.
Воспитательная цель: формировать и развивать у курсантов необходимые
личностные качества, стремление к совершенствованию личной подготовки.
2

3. Вопрос 1. Назначение, состав, устройство корабельных ядерных энергетических установок. Вопрос 2. Назначение, состав корабельных

Учебные вопросы
Вопрос 1. Назначение, состав, устройство корабельных ядерных энергетических
установок.
Вопрос 2. Назначение, состав корабельных ядерных энергетических установок.
Вопрос 3. Назначение, состав ядерного реактора.
3

4.

Литература
4
Основная:
1. Саматов А.А., Калгушкин И.Ю., Макаров А.В. Эксплуатация ядерных энергетических
установок. СПб.: ВМПИ ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия», 2023 г. –
Электронное учебное издание.
2. Костына М.В., Горшков А.А. Корабельные ядерные паропроизводящие установки.
СПб: ВМПИ. 2024. Электронное учебное пособие.
3. Макаров А.В., Саматов А.А., Фадеева Ю.О., Корабельные реакторные установки.
СПб.: ВМПИ ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия», 2024 г. – Электронное
учебное издание.
Дополнительная:
1. Щербина Н.Я. Основы профессии. Учебное пособие. – СПб.: ВМИИ, 2008 г.
2. Зимин В.А. Корабельные энергетические установки. Учебное пособие. – СПб.:
ВМИИ, 2010 г.

5.

Нормативно-правовые акты
1.
2.
3.
5
Федеральный закон №3 «О радиационной безопасности населения».
Наставление по обеспечению радиационной безопасности в ВС (НОРБ ВС-2003).
Наставление по обеспечению радиационной безопасности при эксплуатации
кораблей ВМФ (НОРБ-ВМФ-2004).
4. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/09).
5. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности
(ОСПОРБ-99/10).
6. Корабельный устав ВМФ-2001. М.: Воениздат 2002 г.
7. Правила водоподготовки и химического контроля качества воды АЭУ пла с водоводяными реакторами. 1989 г.
8. Общие положения обеспечения ядерной и радиационной безопасности
корабельных ядерных энергетических установок (ОПБ-К-98/05).
9. Правила ядерной безопасности корабельных АЭУ (ПБЯ-В.08-88/05).
10. Руководство по обеспечению ядерной безопасности объектов ВМФ
(РБЯ ВМФ-2001). М.: Воениздат 2002 г.
11. Руководство по радиохимическому и аппаратурно-технологическому контролю
на кораблях с АЭУ (РТК-2004).

6.

Интернет-ресурсы (при свободном доступе)
6
www.mil.ru – МО РФ/библиотеки и архивы;
www.cnlib.ru – Центральная военно-морская библиотека;
www.nlr.ru – Российской Национальной библиотека (Публичная библиотека имени М.Е.
Салтыкова-Щедрина);
www.knigafund.ru – Базовая библиотека для Вузов и студентов;
www.biblioclub.ru – Электронная библиотека.

7.

Вопрос 1. Назначение, состав, устройство КЯЭУ
7
Под энергетической установкой (ЭУ) как таковой понимается
комплекс технических средств, аппаратов и устройств, в которых
производится, преобразуется, передается, распределяется и
потребляется энергия любого вида.
АЭУ пла называется единый комплекс главных и вспомогательных
механизмов, теплообменных аппаратов, устройств и систем,
предназначенных для высвобождения ядерной энергии, ее
преобразования в другие виды энергии и распределения этой энергии
между потребителями, обеспечивающими движение судна с заданной
скоростью,
использование
оружия
и
технических
средств,
жизнедеятельность л/с.

8.

Вопрос 1. Назначение, состав, устройство КЯЭУ
Структурная схема 2-контурной паротурбинной ЯЭУ
8

9.

Вопрос 1. Назначение, состав, устройство КЯЭУ
9
Классификация корабельных ЯЭУ
В зависимости от числа основных контуров циркуляции теплоносителя и рабочего
тела ЯЭУ делятся на одноконтурные, двухконтурные и многоконтурные.
В зависимости от числа ЯР различают однореакторные, двухреакторные
и многореакторные установки.
В соответствии с типом теплоносителя 1 контура различают ЯЭУ:
- с водяным теплоносителем:
а) не меняющим фазовое состояние;
б) меняющим фазовое состояние (кипящим);
- с газовым теплоносителем;
- с жидкометаллическим теплоносителем;
- с органическим теплоносителем.
В соответствии с типом активной зоны ЯР выделяют ЯЭУ, в состав которых входят
реакторы с активными зонами гетерогенного типа и ЯЭУ, в состав которых входят
реакторы с активными зонами гомогенного типа.
В зависимости от энергетического спектра нейтронов различают ЯЭУ с реакторами
на тепловых нейтронах; ЯЭУ с реакторами на промежуточных нейтронах; ЯЭУ с
реакторами на быстрых нейтронах.

10.

Вопрос 1. Назначение, состав, устройство КЯЭУ
10
В соответствии с типом входящих в состав ППУ парогенераторов ЯЭУ делятся на установки с
прямоточными ПГ и установки, имеющие в своем составе ПГ с многократной принудительной
циркуляцией.
В зависимости от способа организации циркуляции теплоносителя по 1 контуру различают ЯЭУ с
принудительной циркуляцией теплоносителя (ПЦТ) и ЯЭУ с естественной циркуляцией теплоносителя
(ЕЦТ).
В соответствии с типом используемого рабочего тела установки делятся на ЯЭУ с газовым
рабочим телом и ЯЭУ с рабочим телом, меняющим фазовое состояние (вода-пар).
В зависимости от типа используемого главного двигателя различают ЯЭУ с паровыми турбинами,
ЯЭУ с газовыми турбинами и ЯЭУ с гребными электродвигателями.
В соответствии с типом генераторов электроэнергии выделяют ЯЭУ с навешенными (на главную
турбину) генераторами и ЯЭУ с автономными турбогенераторами (АТГ), ЯЭУ с генераторами
переменного и генераторами постоянного тока.
По типу движителя ЯЭУ классифицируют на установки с гребными винтами; установки с
водометами; установки с магнитогидродинамическими движителями.
По способу передачи мощности гребным винтам различают ЯЭУ с непосредственной передачей
мощности (без изменения частоты вращения); ЯЭУ с редукторной передачей; ЯЭУ с электропередачей
(электродвижением).
В соответствии с числом линий вала различают одновальные, двухвальные и многовальные ЯЭУ.
В зависимости от принципа компоновки оборудования ППУ и ПТУ различают ЯЭУ с раздельной
компоновкой; ЯЭУ с блочной компоновкой; ЯЭУ с моноблочной компоновкой.

11.

Вопрос 2. Назначение, состав КЯППУ
11
ППУ – это замкнутая по внутренним связям, достаточно автономная и весьма
специфичная часть ЯЭУ, позволяющая отдельно рассматривать происходящие в ней
процессы.
ППУ представляет собой комплекс механизмов, устройств и систем,
предназначенных для преобразования ядерной энергии в теплоту и генерирования пара
заданных параметров.
Основным потребителем генерируемого в ППУ пара является ПТУ: турбина
главного турбозубчатого агрегата (ГТЗА), преобразующая энергию пара в механическую
энергию вала гребного винта и турбина АТГ, преобразующая энергию пара в
электрическую. Совокупность ППУ, ПТУ и сопряженной с ними электроэнергетической
системы образуют ЯЭУ.

12.

Вопрос 2. Назначение, состав КЯППУ
Схема двухконтурной ЯЭУ
1 – ЯР; 2 – ПГ; 3 – ЦНПК; 4 – турбина АТГ; 5 – генератор; 6 – конденсатор АТГ;
7 – конденсатный насос АТГ; 8 – турбина ГТЗА; 9 – редуктор; 10 – линия вала гребного винта;
11 – конденсатор ГТЗА; 12 – конденсатный насос ГТЗА.
12

13.

Вопрос 2. Назначение, состав КЯППУ
13
ППУ могут быть классифицированы по следующим основным признакам:
– по числу главных теплопередающих контуров;
– по типу ЯР;
– по типу ПГ;
– по способу обеспечения циркуляции теплоносителя;
– по типу системы компенсации изменений объёма теплоносителя.
Конструктивные типы корабельных ППУ определяются следующими
основными признаками:
– размещением активной зоны ЯР и поверхности теплообмена ПГ в одном общем
или отдельных корпусах;
– наличием трубопроводов большого диаметра, по которым теплоноситель
движется между активной зоной, ПГ и ЦНПК, и их длиной;
– местом размещения ЦНПК на трассе контура циркуляции теплоносителя между
активной зоной и ПГ.

14.

Вопрос 2. Назначение, состав КЯППУ
Петлевая схема компоновки оборудования ППУ
14

15.

Вопрос 2. Назначение, состав КЯППУ
Блочная компоновка оборудования
а – вид сбоку, б – вид сверху
15

16.

Вопрос 2. Назначение, состав КЯППУ
Моноблочная компоновка оборудования на ЕЦТ
16

17.

Вопрос 2. Назначение, состав КЯППУ
17
Функциональная схема ППУ с ВВР
1 – ЯР; 2 – активная зона; 3 – ПГ; 4 – ЦНПК; 5 – теплообменник 1-3 контура; 6 – ионообменный фильтр 1 контура; 7 ЦНР; 8 – компенсатор объёма;
9 – рабочая группа баллонов ГВД; 10 – резервная группа баллонов ГВД; 11 – подпиточный насос; 12 – бак системы подпитки;
13 – забортный теплообменник; 14 – циркуляционный насос 3 контура; 15 – подпиточный бак 3 контура; 16 – теплообменник 3-4 контура;
17 – циркуляционный насос 4 контура; 18 – фильтр механической очистки 4 контура; 19 – бак СВЗ; 20 – приводы органов СУЗ.

18.

Вопрос 2. Назначение, состав КЯППУ
18
Первый контур ППУ – замкнутый, движение воды обеспечивается за счет напора,
создаваемого ЦНПК и обслуживается системами:
• газа высокого давления (ГВД);
• системой воздухоудаления, дренажа и отбора проб первого контура;
• системой подпитки и аварийной проливки;
• системой охлаждения оборудования ППУ (третий контур);
• системой теплотехнического и радиационного контроля;
• системой дистанционного управления арматурой;
• системой автономного расхолаживания и др.
Вода в первом контуре находится под высоким давлением, создаваемым системой
ГВД. КО соединяется трубопроводом с контуром теплоносителя и представляет собой
сосуд, частично заполненный теплоносителем, в верхней части которого имеется
газовая «подушка», подключенная к баллонам ГВД. КО компенсирует изменение объёма
воды первого контура, вызванное изменением температуры теплоносителя.
Каждый ЯР оснащается не менее чем двумя ПГ, при этом предусматриваются
средства контроля плотности трубных систем каждого из ПГ и средства отключения ПГ
по пару и питательной воде в случае неплотности трубной системы ПГ.

19.

Вопрос 2. Назначение, состав КЯППУ
Принципиальная схема 1 контура
19

20.

Вопрос 2. Назначение, состав КЯППУ
Система ГВД.
Система ГВД предназначена
для создания и поддержания давления
в 1 контуре, а также для смягчения
колебаний давления при изменении
объема теплоносителя в 1 контуре.
Основным элементом системы ГВД
(рис.13) является рассмотренный выше
КО.
Принципиальная схема системы ГВД
1 - баллон запаса газа;
2 - 1-я рабочая группа РБ;
3 - резервная группа РБ;
4 - 1-я рабочая группа РБ;
5 - компенсаторы объема
20

21.

Вопрос 2. Назначение, состав КЯППУ
21
Система 3 контура предназначена для отвода тепла от активного оборудования
ППУ.
Принципиальная схема системы 3 контура

22.

Вопрос 2. Назначение, состав КЯППУ
22
Система 4 контура предназначена для отвода тепла от теплообменников 3/4
контуров в забортное пространство.
Принципиальная схема системы 4 контура

23.

Вопрос 2. Назначение, состав КЯППУ
23
Система заполнения, подпитки и аварийной проливки 1, 3 контуров.
предназначена для первоначального заполнения 1 контура, восполнения
эксплуатационных потерь рабочих сред 1 и 3 контуров, подачи воды в 1 контур при
малых и больших течах теплоносителя (подпитки 1 контура), подачи воды при разрыве
1 контура (проливки а.з. ЯР)
Система заполнения, подпитки и аварийной проливки 1, 3 контуров

24.

Вопрос 2. Назначение, состав КЯППУ
24
Система безбатарейного расхолаживания.
предназначена для первоначального заполнения 1 контура, восполнения
эксплуатационных потерь рабочих сред 1 и 3 контуров, подачи воды в 1 контур при
малых и больших течах теплоносителя (подпитки 1 контура), подачи воды при разрыве
1 контура (проливки а.з. ЯР)
Система безбатарейного расхолаживания

25.

Вопрос 2. Назначение, состав КЯППУ
Биологическая защита.
предназначена для первоначального
заполнения 1 контура, восполнения
эксплуатационных потерь рабочих
сред 1 и 3 контуров, подачи воды
в 1 контур при малых и больших
течах
теплоносителя
(подпитки
1 контура), подачи воды при разрыве
1 контура (проливки а.з. ЯР)
Принципиальная схема
биологической защиты ЯР
1 – кессоны корпусов;
2 – первый пояс свинца;
3 – второй пояс свинца;
4 – блоки сухой биологической защиты;
5 – вода третьего контура;
6 – элементы конструкции бака СВЗ
25

26.

Вопрос 3. Назначение, состав ЯР
Ядерным реактором называется устройство,
предназначенное для организации и поддержания
управляемой самоподдерживающейся реакции
деления ядер некоторых тяжелых элементов,
вызываемых нейтронами.
Корабельный ЯР состоит из:
1.
корпуса ЯР;
2.
крышки ЯР;
3.
экрана выемного с плитами и группами;
4. активной зоны в составе комплекта рабочих
каналов, комплекта стержней АЗ, комплекта чехлов АЗ и
чехлов термометров.
26

27.

Вопрос 3. Назначение, состав ЯР
Корпус ЯР при изготовлении
27

28.

Вопрос 3. Назначение, состав ЯР
Крышка ЯР предназначена для
уплотнения верхнего торца корпуса ЯР,
является защитой от излучения
активной зоны, а также служит опорой
для механизмов СУЗ. Крышка ЯР
вместе с корпусом представляет собой
толстостенный герметичный сосуд.
28

29.

Вопрос 3. Назначение, состав ЯР
Выемная экранная сборка с
плитами и группами выполняет роль
опоры для ТВС активной зоны и КГ,
разделяет полости ЯР с различной
величиной давления теплоносителя в них
(напорная и сливная полости), а также
служит в качестве защити корпуса и
крышки ЯР от излучения активной зоны.
Выемной экран с плитами и КГ
1. Болт М16 (12 шт.)
2. Верхняя плита
3. Сплошные направляющие ПКГ
4. Бурт
5. Полые направляющие КГ
6. Графитовые вкладыши
7. Стойки
8. Промежуточная плита
9. Средняя плита
10. Цилиндрическая обечайка
11. Нижняя плита
12. Щелевой фильтр
13. Нижний лист
14. Набор экранов
15. Болты
16. Стяжки
17. Стержни КГ
18. Направляющие трубки
19. Нижняя плита КГ
20. Сухарь
21. Верхняя плита КГ
22. Продольные пазы (4 шт.)
23. Шток канала
24. Отверстие для прохода теплоносителя (2 шт.)
25. Г-образные башмаки
26. Гайки
27. Подвеска
29

30.

Вопрос 3. Назначение, состав ЯР
Экран выемной с плитами и группами (3-D модель)
30

31.

Вопрос 3. Назначение, состав ЯР
31
Активная зона водо-водяного реактора
Активная зона – часть ядерного реактора, содержащая ядерное
топливо, в котором происходит управляемая цепная ядерная реакция.
В состав активной зоны современных ЯР, как правило входят:
1. ТВС основные – 178 шт;
2. ТВС под стержень АЗ – 16 шт;
3. ТВС со штоком – 5 шт;
4. стержень АЗ – 16 шт;
5. гильзы АЗ – 16 шт;
6. гильзы термометров (ТСП) – 5 шт.
Активная зона представляет собой комплекс рабочих каналов (ТВС),
стержней A3 и гильз, размещенных в выемном экране с плитами и КГ .

32.

Вопрос 3. Назначение, состав ЯР
Тепловыделяющий элемент (1. оболочка; 2. топливная композиция)
32

33.

Вопрос 3. Назначение, состав ЯР
Рисунок 30 – Общий вид (а)
и состав (б) основной ТВС
Рисунок 31 - Кассета основной ТВС и ТВС со штоком
33

34.

Вопрос 3. Назначение, состав ЯР
Рисунок 32 - Кассета ТВС под стержень АЗ
34

35.

35
Вопрос 3. Назначение, состав ЯР
а)
Чехол
стержня АЗ
Активная часть
Подвеска ТВС
Биологическая защита
Удлинитель
б)
Цанговый
захват
B4C
Шарнирное
соединение
БС-15-3
Кассета ТВС
Оболочка
Шестигранный
вытеснитель
Блочек
стержня АЗ
Рисунок 33 – Устройство и размещение стержней аварийной защиты:
ТВС под стержень аварийной защиты (а); стержень аварийной защиты (б)

36.

36
Вопрос 3. Назначение, состав ЯР
Верхняя втулка
Крышка
реактора
Головка
Верхняя
плита
Пружина
Промежуточная часть
Подвеска ТВС
Резьбовое
соединение
Окна для выхода
теплоносителя
Отверстие для
слива
теплоносителя при
РР
Нижняя
плита КГ
Резьбовое
соединение
Рисунок 34- Подвеска основной ТВС

37.

37
Вопрос 3. Назначение, состав ЯР
Крышка
реактора
Б-Б
Пружина
Промежуточная часть
Резьбовое
соединение
Подвеска ТВС
Верхняя втулка
Верхняя
плита
Окна для выхода
теплоносителя
Отверстие для слива
теплоносителя при РР
Нижняя
плита КГ
Чехол стержня
АЗ
Резьбовое
соединение
Рисунок 35 - Подвеска ТВС под стержень АЗ
Головка
Верхняя плита
Резьбовое
соединение
Промежуточная часть
Головка
Подвеска ТВС
Верхняя втулка
Пружина
Продольные
пазы
Шток
При загрузке
Б-Б
Сухарь
Б
Б
Нижняя
плита КГ
В рабочем положении
Рисунок 36 - Подвеска ТВС со штоком

38.

Вопрос 3. Назначение, состав ЯР
38
Рисунок 37 - Расположение КГ и стержней АЗ по высоте активной зоны

39.

Вопрос 3. Назначение, состав ЯР
Рисунок 38 - Физическое профилирование активной зоны
39

40.

Вопрос 3. Назначение, состав ЯР
40
Стержень ВП и РИН:
а – поперечный разрез ТВС;
б – общий вид СВП (РИН);
в – СВП;
г – РИН

41.

Военный институт (военно-морской политехнический)
ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия»
Занятие окончено
Старший преподаватель кафедры ЯЭУ, КБН, капитан 2 ранга Макаров Александр Владимирович
Военный институт (военно-морской политехнический) ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия»