Ядерная морская двигательная установка

редактировать

Ядерная морская двигательная установка - это движение корабля или подводной лодки с теплом, обеспечиваемым ядерным реактором. Электростанция нагревает воду для производства пара для турбины, используемой для вращения гребного винта корабля через коробку передач или через электрический генератор и двигатель. Военно-морская ядерная силовая установка используется специально в военно-морских кораблях, таких как суперкары. Построено небольшое количество экспериментальных гражданских атомных кораблей.

По сравнению с судами, работающими на нефтяном или угольном топливе, ядерная силовая установка предлагает преимущества очень длительных интервалов работы перед дозаправкой. Все топливо содержится в ядерном реакторе, поэтому топливо не занимает никакого места для груза или припасов, а также места для выхлопных труб или воздухозаборников для горения. Однако низкая стоимость топлива компенсируется высокими эксплуатационными расходами и инвестициями в инфраструктуру, поэтому почти все атомные суда являются военными.

Когда в 2007 году был введен в строй атомный ледокол класса « 50 лет Победы» « Арктика», он стал крупнейшим в мире ледоколом.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Электростанции
    • 1.1 Основные операции военного корабля или подводной лодки
    • 1.2 Отличия от наземных электростанций
  • 2 Вывод из эксплуатации
  • 3 Будущие дизайны
  • 4 Гражданская ответственность
  • 5 Военные атомные корабли
    • 5.1 Подводные лодки
    • 5.2 Авианосцы
      • 5.2.1 Французский флот
      • 5.2.2 ВМС США
    • 5.3 Эсминцы и крейсеры
      • 5.3.1 ВМФ России
      • 5.3.2 ВМС США
    • 5.4 Другие военные корабли
    • 5.5 Суда связи и управления
    • 5.6 Атомный НПА
  • 6 Гражданские атомные корабли
    • 6.1 Торговые суда
    • 6.2 Торговые грузовые суда
    • 6.3 Ледоколы
  • 7 См. Также
  • 8 ссылки
  • 9 Внешние ссылки

Электростанции

Основные операции военного корабля или подводной лодки

Большинство морских ядерных реакторов относятся к типу реакторов с водой под давлением, за исключением нескольких попыток использования реакторов с жидким натриевым теплоносителем. Первичный водяной контур передает тепло, образовавшееся в результате ядерного деления в топливе, парогенератору ; эта вода находится под давлением, поэтому она не закипает. Этот контур работает при температуре от 250 до 300 ° C (от 482 до 572 ° F). Любое радиоактивное загрязнение первичной воды ограничено. Циркуляция воды осуществляется насосами; на более низких уровнях мощности реакторы, предназначенные для подводных лодок, могут полагаться на естественную циркуляцию воды для снижения шума, создаваемого насосами.

Горячая вода из реактора нагревает отдельный водяной контур в парогенераторе. Эта вода превращается в пар и проходит через пароосушители на пути к паровой турбине. Отработанный пар низкого давления проходит через конденсатор, охлаждаемый морской водой, и возвращается в жидкую форму. Вода перекачивается обратно в парогенератор и продолжает цикл. Вода, потерянная в процессе, может быть восполнена за счет добавления опресненной морской воды в питательную воду парогенератора.

В турбине пар расширяется и снижает давление, передавая энергию вращающимся лопастям турбины. Может быть много ступеней вращающихся лопастей и неподвижных направляющих лопаток. Выходной вал турбины может быть соединен с коробкой передач для уменьшения скорости вращения, затем вал соединяется с гребными винтами судна. В другом варианте системы привода турбина вращает электрический генератор, и вырабатываемая электроэнергия подается на один или несколько приводных двигателей для гребных винтов судна. Военно- морские силы России, США и Великобритании полагаются на прямую паровую турбину, в то время как французские и китайские корабли используют турбину для выработки электроэнергии для движения ( турбо-электрическая трансмиссия ).

Некоторые атомные подводные лодки имеют один реактор, но российские подводные лодки - два, как и военный корабль США «  Тритон». Большинство американских авианосцев оснащены двумя реакторами, но у USS  Enterprise было восемь. Большинство морских реакторов относятся к типу реакторов с водой под давлением, хотя военно-морские силы США и СССР разработали военные корабли с реакторами с жидкометаллическим теплоносителем.

Отличия от наземных электростанций

Реакторы морского типа отличаются от наземных коммерческих энергетических реакторов по нескольким параметрам.

В то время как наземные реакторы на атомных электростанциях вырабатывают до 1600 мегаватт электроэнергии, типичный морской реактор вырабатывает не более нескольких сотен мегаватт. Из соображений площади требуется, чтобы морской реактор был физически маленьким, поэтому он должен генерировать более высокую мощность на единицу пространства. Это означает, что его компоненты подвергаются большим нагрузкам, чем компоненты наземного реактора. Его механические системы должны безупречно работать в неблагоприятных условиях, встречающихся в море, включая вибрацию, а также качки и качку судна, работающего в бурном море. Механизмы останова реактора не могут полагаться на силу тяжести для опускания управляющих стержней на место, как в наземном реакторе, который всегда остается в вертикальном положении. Коррозия в соленой воде - дополнительная проблема, усложняющая техническое обслуживание.

Ядерный топливный элемент для грузового корабля NS  Savannah. Элемент содержит четыре пучка по 41 твэлу. Оксид урана обогащен до 4,2% и 4,6% по U-235.

Поскольку активная зона морского реактора намного меньше энергетического реактора, вероятность того, что нейтрон пересечется с делящимся ядром, прежде чем он уйдет в защиту, намного ниже. Таким образом, топливо обычно более высокообогащенное (т. Е. Содержит более высокую концентрацию 235 U по сравнению с 238 U), чем топливо, используемое на наземной атомной электростанции, что увеличивает вероятность деления до уровня, при котором протекает устойчивая реакция. может возникнуть. Некоторые морские реакторы работают на относительно низкообогащенном уране, который требует более частой перегрузки топлива. Другие работают на высокообогащенном уране, варьирующем от 20% 235 U до более 96% 235 U, обнаруженного на подводных лодках США, у которых в результате меньшая активная зона работает тише (большое преимущество для подводной лодки). Использование более высокообогащенного топлива также увеличивает удельную мощность реактора и продлевает полезный срок службы загрузки ядерного топлива, но это более дорого и представляет больший риск для распространения ядерного оружия, чем менее высокообогащенное топливо.

Морская ядерная двигательная установка должна быть высоконадежной и самодостаточной, требующей минимального обслуживания и ремонта, которые, возможно, придется проводить за многие тысячи миль от порта приписки. Одной из технических трудностей при создании тепловыделяющих элементов морского ядерного реактора является создание тепловыделяющих элементов, выдерживающих большое количество радиационных повреждений. Топливные элементы со временем могут треснуть, и могут образоваться пузырьки газа. Топливо, используемое в морских реакторах, представляет собой сплав металл- цирконий, а не керамический UO 2 ( диоксид урана ), часто используемый в наземных реакторах. Судовые реакторы рассчитаны на длительный срок службы активной зоны благодаря относительно высокому обогащению урана и включению в тепловыделяющие элементы « выгорающего яда », который медленно истощается по мере старения тепловыделяющих элементов и их меньшей реакционной способности. Постепенное рассеяние «ядерного яда» увеличивает реактивность активной зоны, чтобы компенсировать снижение реактивности стареющих топливных элементов, тем самым продлевая срок службы топлива. Срок службы компактного корпуса высокого давления реактора увеличивается за счет обеспечения внутренней нейтронной защиты, которая снижает повреждение стали от постоянной бомбардировки нейтронами.

Вывод из эксплуатации

Вывод из эксплуатации атомных подводных лодок стал важной задачей для военно-морских сил США и России. После выгрузки топлива, согласно практике США, секция реактора вырезается из корпуса для захоронения на мелководье как низкоактивные отходы (см. Программу утилизации кораблей и подводных лодок ). В России целые суда или герметичные секции реактора обычно остаются на плаву, хотя новый объект возле бухты Сайда должен обеспечить хранение в помещении с бетонным полом на суше для некоторых подводных лодок на крайнем севере.

Будущие дизайны

Россия построила плавучую атомную электростанцию для своих дальневосточных территорий. В проекте два блока мощностью 35 МВт на базе реактора КЛТ-40, используемого в ледоколах (с перегрузкой каждые четыре года). Некоторые российские военно-морские корабли использовались для снабжения электроэнергией для бытовых и промышленных нужд в отдаленных дальневосточных и сибирских городах.

В 2010 году Lloyd's Register изучала возможность использования гражданских ядерных морских силовых установок и переписывала проект правил (см. Текст в разделе « Торговые суда»).

Гражданско-правовая ответственность

Страхование ядерных судов не похоже на страхование обычных судов. Последствия аварии могут выходить за рамки национальных границ, а масштабы возможного ущерба выходят за рамки возможностей частных страховщиков. Специальное международное соглашение, Брюссельская конвенция об ответственности операторов ядерных судов, разработанная в 1962 году, возложила бы ответственность подписавших национальных правительств за аварии, вызванные ядерными судами под их флагом, но никогда не было ратифицировано из-за разногласий по включению военных кораблей в конвенция. Ядерные реакторы, находящиеся под юрисдикцией Соединенных Штатов, застрахованы в соответствии с положениями Закона Прайса – Андерсона.

Военные атомные корабли

К 1990 году на кораблях (в основном военных) было больше ядерных реакторов, чем на коммерческих электростанциях по всему миру, вырабатывающих электроэнергию.

Военный корабль США «  Наутилус» в гавани Нью-Йорка, 25 августа 1958 года. Наутилус недавно завершил полярное плавание под арктическими льдами. Французская подводная лодка с  ядерным двигателем Saphir возвращается в Тулон, порт приписки, после миссии Héraclès.

Под руководством капитана ВМС США (впоследствии адмирала) Хаймана Дж. Риковера проектирование, разработка и производство ядерных морских силовых установок началось в Соединенных Штатах в 1940-х годах. Первый прототип военно-морского реактора был построен и испытан на Военно-морской реакторной установке на Национальной испытательной станции реакторов в Айдахо (ныне Национальная лаборатория Айдахо ) в 1953 году.

Подводные лодки

Дополнительная информация: Атомная подводная лодка

Первая атомная подводная лодка, USS  Nautilus  (SSN-571), вышла в море в 1955 году (SS было традиционным обозначением американских подводных лодок, а SSN обозначало первую «атомную» подводную лодку).

Советский Союз также создавал атомные подводные лодки. Первыми разработанными типами были проект 627, обозначенный НАТО как ноябрьский, с двумя водоохлаждаемыми реакторами, первый из которых, К-3 Ленинский комсомол, находился в стадии разработки на атомной электростанции в 1958 году.

Ядерная энергия произвела революцию в подводной лодке, сделав ее настоящим «подводным» судном, а не «подводным» кораблем, который мог оставаться под водой только ограниченное время. Это давало подводной лодке возможность работать под водой на высоких скоростях, сопоставимых со скоростью надводных кораблей, в течение неограниченного времени, зависящее только от выносливости экипажа. Для демонстрации этого USS  Triton был первым судном, совершившим подводное кругосветное плавание над Землей ( операция Sandblast ) в 1960 году.

Наутилус с реактором с водой под давлением (PWR) привел к параллельной разработке других подводных лодок, таких как уникальный реактор с жидкометаллическим (натриевым) теплоносителем в USS  Seawolf или два реактора в Triton, а затем подводные лодки класса Skate, оснащенные одним двигателем. реакторы и крейсер USS  Long Beach в 1961 году с двумя реакторами.

К 1962 году в составе ВМС США было 26 действующих атомных подводных лодок и еще 30 строились. Ядерная энергия произвела революцию в военно-морском флоте. Соединенные Штаты поделились своими технологиями с Великобританией, в то время как французские, советские, индийские и китайские разработки шли отдельно.

После судов класса Skate американские подводные лодки оснащались серией стандартизированных однореакторных конструкций, построенных компаниями Westinghouse и General Electric. Компания Rolls-Royce plc построила аналогичные блоки для подводных лодок Королевского флота, в конечном итоге разработав модифицированную версию своей собственной, PWR-2 ( реактор с водой под давлением ).

Самые большие из когда-либо построенных атомных подводных лодок - это российские подводные лодки класса «Тайфун» водоизмещением 26 500 тонн. Самыми маленькими ядерными боевыми кораблями на сегодняшний день являются французские ударные подводные лодки класса « Рубис» грузоподъемностью 2700 тонн. Между 1969 и 2008 годами ВМС США управляли невооруженной атомной подводной лодкой NR-1 Deep Submergence Craft, которая не была боевым кораблем, но была самой маленькой атомной подводной лодкой массой 400 тонн.

Авианосцы

США и Франция построили атомные авианосцы.

Авианосец Шарль де Голль ВМС Франции Авианосец USS Nimitz в ВМС США
  • Единственный французский атомный авианосец - « Шарль де Голль», введенный в строй в 2001 году (планируется второй).
  • У ВМС США гораздо более широкий опыт. USS  Enterprise, находившийся на вооружении с 1962 по 2012 г., оснащенный восемью реакторными установками, до сих пор остается единственным авианосцем, на котором размещено более двух ядерных реакторов, причем каждый реактор A2W заменяет один из обычных котлов в более ранних постройках. Последние американские суда включают классы Nimitz и преемника Gerald R. Ford.

Французский флот

Французский флот имеет один авианосец, оснащенный катапультами и ОПН. « Шарль де Голль» - это атомный авианосец водоизмещением 42 000 тонн, введенный в строй в 2001 году и являющийся флагманом ВМС Франции (Marine Nationale). Корабль оборудован самолетами Dassault Rafale M и E ‑ 2C Hawkeye, вертолетами EC725 Caracal и AS532 Cougar для боевых поисково-спасательных операций, а также современной электроникой и ракетами Aster.

ВМС США

ВМС США эксплуатируют 11 авианосцев, все ядерные:

Эсминцы и крейсеры

ВМФ России

Российский флагман Петр Великий Смотрите также: Линейный крейсер типа Киров

Кировский класс, советское обозначение «Проект 1144 Орлана» ( орлан ), представляет собой класс атомных подводных ракетных крейсеров в ВМФ СССР и ВМФ России, крупнейших и тяжелейших поверхности строевых кораблей (т.е. не на авианосец или десантного корабля ) в эксплуатации в мире. Среди современных военных кораблей они уступают по размеру только крупным авианосцам и по размеру сопоставимы с линкорами времен Второй мировой войны. Советская классификация корабельного типа «тяжелый атомный ракетный крейсер» ( русский : тяжёлый атомный ракетный крейсер). Западные комментаторы обороны часто называют корабли линейными крейсерами из-за их размера и общего вида.

ВМС США

Смотрите также: Атомные крейсера ВМС США

Когда-то в составе флота ВМС США были атомные крейсеры. Первым таким кораблем был USS Long Beach (CGN-9). Поступивший в строй в 1961 году, он стал первым в мире надводным бойцом с ядерной установкой. Год спустя за ней последовал USS Bainbridge (DLGN-25). В то время как Long Beach проектировался и строился как крейсер, Bainbridge начинал жизнь как фрегат, хотя в то время военно-морской флот использовал код корпуса «DLGN» для « лидер эсминца, управляемая ракета, ядерный ».

Последними ядерными крейсерами, которые будут производить американцы, будут четырехместные крейсеры типа « Вирджиния ». USS  Virginia  (CGN-38) был введен в строй в 1976 году, за ним последовал USS  Texas  (CGN-39) в 1977 году, USS  Mississippi  (CGN-40) в 1978 году и, наконец, USS  Arkansas  (CGN-41) в 1980 году. обслуживание оказалось слишком дорогостоящим, и все они были сняты с производства в период с 1993 по 1999 год.

Другие военные корабли

Корабли связи и управления

Командно-коммуникационный корабль SSV-33 Урал Смотрите также: Советский корабль связи ССВ-33

SSV-33 "Урал" ( ССВ-33 Урал ; по классификации НАТО : Капуста ( рус. " Капуста ")) был военным кораблем управления и контроля, эксплуатируемым Советским ВМФ. ПОК-33 ' s корпус был получен от того из Атомных Кирова -class крейсеров с ядерными судовыми двигателями. SSV-33 выполнял функции электронной разведки, слежения за ракетами, космического слежения и ретранслятора связи. Из-за высоких эксплуатационных расходов SSV-33 был поставлен на прикол.

SSV-33 несло только легкое оборонительное вооружение. Это были две 76-мм пушки АК-176, четыре 30-мм пушки АК-630 и четыре счетверенные ракетные установки «Игла».

Атомный НПА

См. Также: Многоцелевая система "Статус-6" Океаник.

« Посейдон» ( русский : Посейдон, « Посейдон », по классификации НАТО - Kanyon), ранее известный под российским кодовым названием Статус-6 ( Русский : Статус-6), представляет собой беспилотный подводный аппарат с ядерным двигателем и ядерным вооружением, разрабатываемый компанией Rubin Design. Бюро, способное доставлять как обычные, так и ядерные нагрузки. Согласно российскому государственному телевидению, он способен доставить термоядерную кобальтовую бомбу мощностью до 200 мегатонн (в четыре раза мощнее, чем самое мощное устройство из когда-либо взорвавшихся, Царь-бомба, и вдвое больше максимальной теоретической мощности) по военно-морским портам противника и прибрежные города.

Гражданские атомные корабли

Инженерный погон из Саванны

Ниже приведены корабли, которые используются или находились в коммерческом или гражданском использовании и имеют ядерную морскую двигательную установку.

Торговые суда

Гражданские торговые суда с ядерными двигателями не развивались дальше нескольких экспериментальных судов. Построенный в США NS  Savannah, построенный в 1962 году, был прежде всего демонстрацией гражданской ядерной энергетики и был слишком маленьким и дорогим, чтобы эксплуатировать его как торговое судно с экономической точки зрения. Дизайн был слишком компромиссным, поскольку он не был ни эффективным грузовым судном, ни жизнеспособным пассажирским лайнером. Грузовое судно и исследовательский центр Otto Hahn, построенное в Германии, без каких-либо технических проблем проплыло около 650 000 морских миль (1 200 000 км) в 126 рейсах за 10 лет. Однако он оказался слишком дорогим в эксплуатации и был переведен на дизельное топливо. Японского муцу преследовали технические и политические проблемы. В его реакторе произошла значительная утечка радиации, и рыбаки протестовали против эксплуатации судна. Все эти три корабля использовали низкообогащенный уран. «Севморпуть», советский, а затем и российский авианосец LASH с ледокольными возможностями, успешно работает на Северном морском пути с момента его ввода в эксплуатацию в 1988 году. По состоянию на 2021 год это единственное находящееся в эксплуатации торговое судно с атомными двигателями.

Гражданские атомные корабли страдают от затрат на специализированную инфраструктуру. « Саванна» была дорогостоящей в эксплуатации, поскольку это было единственное судно, на котором использовался специализированный персонал на берегу и обслуживающий персонал. Более крупный флот может разделить фиксированные расходы между большим количеством работающих судов, что снизит эксплуатационные расходы.

Несмотря на это, интерес к ядерным двигательным установкам сохраняется. В ноябре 2010 года British Maritime Technology и Lloyd's Register приступили к двухлетнему исследованию совместно с американской Hyperion Power Generation (ныне Gen4 Energy ) и греческим судоходным оператором Enterprises Shipping and Trading SA с целью изучения практического морского применения малых модульных реакторов. Целью исследований было создание концептуального проекта танкера на базе реактора мощностью 70 МВт, такого как Hyperion. В ответ на интерес своих членов к ядерной силовой установке, Регистр Ллойда также переписал свои «правила» для ядерных кораблей, которые касаются интеграции реактора, сертифицированного наземным регулирующим органом, с остальной частью корабля. Общее обоснование процесса нормотворчества предполагает, что в отличие от нынешней практики морской отрасли, когда проектировщик / строитель обычно демонстрирует соблюдение нормативных требований, в будущем ядерные регулирующие органы захотят убедиться, что он является оператором атомной станции. который демонстрирует безопасность в эксплуатации, в дополнение к безопасности благодаря конструкции и конструкции. Атомные корабли в настоящее время находятся в ведении своих стран, но ни одна из них не участвует в международной торговле. В результате этой работы в 2014 году Lloyd's Register и другие члены этого консорциума опубликовали две статьи по коммерческим ядерным морским двигательным установкам. В этих публикациях рассматриваются прошлые и недавние работы в области морских ядерных силовых установок и описывается предварительное концептуальное исследование  танкера Suezmax дедвейтом 155000 тонн, основанного на традиционной форме корпуса с альтернативными вариантами размещения ядерной силовой установки мощностью 70 МВт, обеспечивающей мощность до 23,5 тонн. Мощность на валу МВт при максимальной продолжительной мощности (средняя: 9,75 МВт). Рассмотрен силовой модуль Gen4Energy. Это небольшой реактор на быстрых нейтронах, использующий эвтектическое охлаждение свинец-висмут и способный проработать десять лет на полной мощности перед перегрузкой топлива, а срок эксплуатации - 25 лет. Они приходят к выводу, что концепция осуществима, но для того, чтобы концепция стала жизнеспособной, потребуются дальнейшее совершенствование ядерных технологий, а также разработка и гармонизация регулирующей базы.

Ядерная силовая установка была предложена снова на волне декарбонизации морского судоходства, на которое приходится 3-4% мировых выбросов парниковых газов.

Торговые грузовые суда

  • Муцу, Япония (1970–1992; никогда не перевозил коммерческих грузов, переоборудован в RV Mirai с дизельным двигателемв 1996 году)
  • Отто Хан, Германия (1968–1979; переоборудован дизельным двигателем в 1979 году)
  • Н. С.  Саванна, США (1962–1972)
  • Севморпуть, Россия (1988 – настоящее время)

Ледоколы

Основная статья: Атомный ледокол

Ядерная силовая установка доказала технически и экономически целесообразно для атомных ледоколов в СССР, а затем России, в Арктике. Суда, работающие на атомном топливе, годами работают без дозаправки, и у них есть мощные двигатели, хорошо подходящие для ледокольных работ.

Советский ледокол Ленин был первым в мире надводное судно с ядерной силовой установкой в 1959 году и оставался на службе в течение 30 лет (новые реакторы были установлены в 1970 году). Это привело к ряду крупных ледоколов, в 23500 тонн Arktika класса из шести судов, запущенного начиная с 1975 г. Эти суда имеют два реактора и используются в глубоких водах Арктики. НС « Арктика» было первым надводным судном, достигшим Северного полюса.

Для использования на мелководье, таком как эстуарии и реки, мелкосидящие ледоколы класса « Таймыр » были построены в Финляндии и затем оснащены их однореакторной ядерной двигательной установкой в России. Они были построены в соответствии с международными стандартами безопасности атомных судов.

Все атомные ледоколы сданы в эксплуатацию Советским Союзом или Россией.

Смотрите также

использованная литература

  • AFP, 11 ноября 1998 г.; в "Атомные подводные лодки обеспечивают электричеством сибирский город", FBIS-SOV-98-315, 11 ноября 1998 г.
  • ИТАР-ТАСС, 11 ноября 1998 г.; в "Российские атомные подводные лодки поставляют электроэнергию в города на Дальнем Востоке", FBIS-SOV-98-316, 12 ноября 1998 г.
  • План Гарольда Уилсона статья BBC News

внешние ссылки

Последняя правка сделана 2023-03-29 01:00:18
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте