Атомные энергетические установки

В атомных энергетических установках тепловую энергию получают в ядерном реакторе за счет энергии, освобождаю­щейся при делении ядер расщепляющихся элементов.

В качестве топлива в энергетических установках ядерными реакторами используется искусственно обогащенный уран. Теплота из реактора отводится теплоносителем, цир­кулирующим по замкнутому контуру, с помощью циркуляцион­ного насоса. Теплоносителем может быть вода, органические жидкости, газы, жидкие металлы.

В судовых установках теплоносителем и замедлителем нейтронов является вода, поэтому реакторы обычно называются водо-водяными. Кроме воды, роль выполняют жидкие ме­таллы, газы и органические жидкости.

На рис.5 представлена принципиальная схема АЭУ, наи­более широко применяемая на судах.

Принцип действия судовой атомной энергетической установки заключается в следующем.

В ядерном реакторе 3, заключенном в контейнер 1, осуществляется самоподдерживающаяся цепная реакция с пре­образованием освобождающейся при этом энергии в теплоту.

Замкнутая теплопередающая система, в которой с помо­щью циркуляционного насоса 10 циркулирует теплоноситель, называется первым контуром. Теплоноситель проходит через парогенератор 4, где отдает теплоту жидкости второго тепловоспринимающего контура.

Комплекс, состоящий из реактора, парогенератора, вспомогательного оборудования и систем первого контура, заключается в биологическую защиту 11, поглощающую все вредные излучения до уровней, безопасных для человека.

Образующийся в парогенераторе пар направляется в турбину 5, которая через редуктор б вращает гребной винт 7. Из конденсатора 8 конденсат питательным насосом 9 вновь направляется в парогенератор.

Атомная энергетическая установка, работающая по та­кой схеме, называется двухконтурной (Рис.7).

Рис. 7. Принципиальная схема атомной энергетической установки.

При использовании теплоносителя в качестве рабочего тела установка выполняется одноконтурной. В зависимости от ти­па теплоносителя воды или газа такая установка может быть паротурбинной или газотурбинной.

В реакторах кипящего типа одноконтурных паротурбинных установок вода превращается в пар, который, пройдя через турбину, сбрасывается в конденсатор, и оттуда подается насосом в реактор.

В реакторе одноконтурных газотурбинных установок на­гнетаемый компрессором сжатый газ (гелий, азот, углекис­лый газ) нагревается и поступает в газовую турбину, отку­да направляется через охладитель в компрессор.

В настоящее время судовые АЭУ изготовляются преиму­щественно с использованием водо-водяных гетерогенных ре­акторов, работающих на тепловых нейтронах. Чтобы регули­ровать тепловыделение, мощность, в реакторе необходимо влиять на скорость цепной реакции

Для этой цели служит система регулирования. Основу ее составляют подвижные стержни 2 (см. рис. 5), содержащие вещества, активно поглощающие нейтроны. Для увеличения мощности стержни выдвигают из активной зоны, для уменьшения - опускают.

В настоящее время построено и находится в эксплуатации небольшое количество атомных судов.

Увеличение стоимости органического топлива на мировом рынке, а также потребности в больших мощностях и автономности плавания для проектируемых судов являются факторами, способствующими развитию и применению на судах атомных энергетических установок. Одним из этих судов является ледокол "Арктика" (см. рис.6), мощность энергетической установки которого составляет 4 8,6 МВт.

Рис. 6 Расположение АЭУ ледокола <Арктика>

1. – дифферентная цистерна
2. – отделение гребных электродвигателей
3. – кормовая электростанция
4. – ледовый ящик
5. - помещение атомной паропроизводительной установки
6. - отделение главных турбогенераторов
7. - отделение вспомогательных механизмов
8. – провизионные кладовые
9. - грузовое помещение

Порядок выполнения работы:

1. Изучить основные элементы и устройства, входящие в состав каждой из изучаемых СЭУ.
2. Выполнить принципиальные схемы рассматриваемых СЭУ, изучить их принцип действия.
3. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы.

- для чего предназначен каждый из элементов и устройств, входящий в состав данной СЭУ;

- чем отличается ГТУ открытого цикла от ГТУ закрытого цикла;

- почему в камеру сгорания ГТУ подается воздуха в не­сколько раз больше, чем теоретически необходимо;

- как распределяется мощность, вырабатываемая турбиной между движителем и компрессором;

- что дает использование цикла ГТУ с регенерацией;

- почему неэффективно применять паротурбинные установ­ки на речных и "река-море" судах;

- за счет чего и где получают тепловую энергию в АЭУ;

- что называется активной зоной реактора;

- какой реактор называют гетерогенным, какой гомоген­ным;

- каким образом регулируется мощность АЭУ;

- в каком случае АЭУ называется одноконтурной, в каком - двухконтурной;

- какие достоинства и недостатки имеет каждая из рас­смотренных СЭУ.