Паропроизводящая установка (ППУ) — это комплекс устройств, систем и механизмов, предназначенных для преобразования ядерной энергии в теплоту и генерирование пара в заданных параметрах.
Паротурбинная установка (ПТУ) — турбина, преобразующая энергию пара в механическую энергию вала гребного винта и турбина автономного турбогенератора, преобразующая энергию пара в электрическую.
ППУ и ПТУ и сопряженность электроэнергетической системы образует ядерную энергетическую установку.
Рис. 1. Схема двухконтурной ЯЭУ: 1 — реактор; 2 — парогенератор; 3, 7 — насосы; 4 — турбина; 5 —генератор; 6 —конденсатор
Теплоноситель первого контура забирает тепло от активной зоны реактора и передает в парогенератор рабочему телу. Рабочее тело переходит в состояние пара, и пар второго контура используют для турбины. В качестве рабочего тела и теплоносителя чаще всего используют воду.
Более подробно хотелось бы остановиться на паропроизводящей установке и рассказать, как она классифицируется и на какие конструктивные типы она делится.
ППУ классифицируется:
1) Различаются по числу главных теплопередающих контуров
– одноконтурные
– двухконтурные
– трехконтурные
2) По типу реакторов
– по назначению
– по структуре активной зоны
– по конструктивному признаку
– по виду замедлителя
– по виду теплоносителя
– по виду ядерного топлива
3) По типу парогенераторов
– с естественной циркуляцией
– по способу омывания теплопередающей поверхности
– с прямоточной циркуляцией
4) По способу обеспечения циркуляции теплоносителя
– с естественной
– с принудительной
5) По типу системы компенсации объема теплоносителя
– паровая
– газовая
Конструктивные типы корабельных ППУ:
1) Петлевая схема ППУ с раздельным размещением элементов
Применяется на подлодках и судах первого поколения в новых схемах ядерного реактора и парогенератора, соединяются трубопроводами большого диаметра. На трубопроводах устанавливается арматура для отключения отдельных петель.
Недостатки такой схемы заключается в том, что длинные трубопроводы и запорная арматура увеличивает гидравлическое сопротивление контура циркуляции теплоносителя и необходимый напор насоса. А также значительное количество сварных соединений на трубопроводах повышает радиационную опасность. Запорная арматура большого диаметра уменьшает надежность. Усложнение проведения монтажных работ и контроль качества технологических операций.
2) Блочная компоновка ППУ
Парогенераторы размещаются по окружности относительно центральной оси реактора и по возможности ближе к нему. Роль трубопроводов выполняют патрубки типа «труба в трубе» соединенные между собой, по которым подводится и отводится теплоноситель.
Циркуляционные насосы первого контура (ЦНПК) могут быть установлены на парогенераторах или отдельно от них.
Парогенераторы и другие элементы ППУ размещены вокруг реактора в баке свинцово- водной защиты.
Преимущества блочной компоновки:
– уменьшенные габариты
– уменьшается гидравлическое сопротивление первого контура
– увеличивается радиационная безопасность ППУ
– возникает возможность собрать ППУ в цеху с последующей погрузкой на корабль
– компенсатор объема располагается отдельно от реактора
Примеры такой компоновки (КЛТ-40, КЛТ-40М, КЛТ-40С, ПАТЭС «Академик Ломоносов»)
3) Моноблочная компоновка ППУ
При такой компоновке активная зона и парогенератор размещаются в одном корпусе. Роль трубопровода выполняют элементы корпуса. Поверхность теплообмена парогенератора располагается вокруг или выше активной зоны. Обычная рабочая среда движется внутри трубок, а в межтрубном пространстве теплоноситель.
Различают три вида ЦНПК:
– на крышке корпуса
– на боковой поверхности корпуса
– вокруг корпуса с соединенными патрубками
Моноблоки бывают на естественной циркуляции (парогенератор располагается выше активной зоны). Компенсатор объема может быть установлен отдельно от корпуса или в корпусе.
Преимущества моноблочной компоновки:
– уменьшенные массогабаритные характеристики
– снижается возможность разрыва трубопровода большого диаметра
– улучшаются качества монтажа
– уменьшается поток излучения на корпус моноблока
– уменьшается гидравлическое сопротивление первого контура
– все оборудование размещается в одном корпусе
Недостатки такой компоновки в том, что возрастает активация питательной воды и пара потоком нейтронов, а также усложняется конструкция крышки реактора (т. к. располагаются патрубки и насосы парогенератора). Затрудняется ремонт элементов ППУ и элементов реактора.
Примерами являются: первый моноблок на судне «Отто Ган», южно-корейский реактор «SMART», «IRIS», «РИТМ-200», «Бета»
Литература:
- Левин В. Е. Ядерная физика и ядерные реакторы. — М.: Атомиздат, 1979. — 288 с.
- Кузнецов В. А. Судовые ядерные энергетические установки. — М.: Атомиздат, 1976.-376с.
- Саркисов А. А., Пучков В. Н. Физические основы эксплуатации ядерных паропроизводящих установок. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 504 с.
