Системы СЭУ. Конспект лекций для курсантов специальности 26. 05. 06 Эксплуатация судовых энергетических установок очной и заочной форм обучения Керчь, 2021
 Скачать 6.64 Mb.
|
|
7.4 Циклы паровой турбинной установки Простой цикл (цикл Ренкина) - это цикл с полным расширением пара. Термический КПД идеального цикла Ренкина составляет η t = 0,35-0,45. Величина η t , находится в прямой зависимости от начальных параметров пара ив обратной — от давления в конденсаторе. С учетом допустимой влажности пара в последних ступенях турбины для каждого из значений температуры перегрева Тпе и давления в конденсаторе х имеется свое оптимальное значение начального давления к, при котором конечная влажность х доп не превышает указанной величины. Такие параметры — давление перегрева и температура — называются сопряженными. Для t пе = 510 ÷ 520 С сопряженное давление Pп.к= 6 ÷ 8 МПа, для t пе 450 ÷ 480 С соответственно P п.к = 4 ÷ 5 МПа. Идеальный регенеративный цикл Регенеративным называется такой цикл, который осуществляется в контуре ГД ПТУ при условии использования для подогрева питательной воды пара, частично совершившего работу расширения в турбине. Сущность регенеративного цикла заключается в том, что уменьшаются потери теплоты в конденсаторе (самые большие потери в ПТУ) в связи стем, что теплота некоторой части пара, совершившего полезную работу в турбине, используется для подогрева питательной воды. Естественно, что в этих условиях мощность турбины понизится, ноне пропорционально количеству отобранного пара, поскольку он совершил полезную работу прежде, чем был отобран. Идеальный регенеративный цикл — это цикл, в котором подогрев воды происходит в бесконечно большом числе подогревателей питательной воды при условии бесконечно малого повышения температуры воды в каждом из них. Идеальный регенеративный цикл будет называться предельным, если вода подогревается до температуры насыщения при соответствующем давлении в котле. В этом цикле теоретически можно получить наименьший удельный расход теплоты. Однако на практике реализовать предельный регенеративный цикл трудно. На рисунке 7.10, а приведен идеальный предельный регенеративный цикл для насыщенного пара. Считается, что цикл осуществляется в ПТУ с таким теоретически предполагаемым двигателем, в котором процесс расширения пара (ломаная 5-6) эквидистантен процессу подогрева питательной воды. Рисунок 7.10 - Идеальный предельный регенеративный цикл для пара а - насыщенного б - перегретого 1-2 - подогрев питательной воды 2—3 - парообразование 3-4 - перегрев пара 4-5 - расширение пара в турбине 5-6 - расширение пара в турбине и отдача теплоты питательной воде 6-1 - конденсация пара в конденсаторе 68 Вода подогревается во всей области при бесконечно малой разности температур пара и питательной волы. Из условия равенства количества теплоты, отданной паром и воспринятой водой при подогреве, площади 1—2—2'—I'—1 и 5—5'—6'—6—5 на диаграмме sT равны, а линии 1—2 и 5—6 эквидистантны. Подводимая теплота в цикле тратится только на испарение воды в процессе 2— 5. Тогда количество теплоты, затраченной в цикле на получение 1 кг пара, q 1 = Тн (s 3 – s 2 )=S 2—5—5'—2'—2, а количество теплоты, отданной 1 кг пара в процессе 6—1 в конденсаторе, q 2 = = Tx(s пл. 6—6'—1'—1'—6 Поскольку S 6 —S 1 = S 3 —S 2 , то термический КПД идеального регенеративного цикла для насыщенного пара Н Х Т Т q q q / 1 / ) ( 1 2 1 (будет равен КПД цикла Карно при тех же значениях максимальной и минимальной температур. Идеальный предельный регенеративный цикл для перегретого пара приведен на рисунке 7.10, б. Здесь идеальный обратимый процесс подогрева питательной воды начинается в тот момент, когда температура пара, совершающего работу в турбине, достигает значения температуры Тн насыщения воды в котле. Поскольку в этом цикле средняя температура подвода теплоты выше, чем в цикле для насыщенного пара, то и термический КПД соответственно больше. В рассмотренных циклах расход рабочего тела остается постоянным во всех ступенях турбины, и его состояние изменяется за счет процесса расширения и теплообмена с питательной водой. На самом деле после каждого отбора пара его расход через следующую ступень турбины уменьшается. Отсюда и потеря мощности турбины в целом. В действительности при конечном числе отборов пара из турбины для регенеративного подогрева питательной воды процесс 5—6 (рисунок 7.10) будет ступенчатым (число ступеней будет соответствовать числу отборов пара. Цикл с промежуточным перегревом пара Многоступенчатый подвод теплоты в цикле является одним из способов повышения термического КПД. В судовых ПТУ такой подвод осуществляется в виде промежуточного перегрева пара (ППП). Суть его состоит в том, что пар после расширения в ТВД вторично перегревается при постоянном давлении и поступает в ТСД и ТНД, где расширяется до конечного давления. Идеальный цикл с ППП приведен на рисунке 7.11. Здесь сложный цикл 1—2—3—4—5— 6—7—1 можно представить состоящим из двух простых основного 1—2—3—4—5'—1 (цикл Ренкина) и дополнительного 5'—5—6—7—5'. Полезную работу основного и дополнительного циклов можно записать так ) ( ) ( 5 5 7 6 ' 5 4 i i i i l i i l o oR (Тогда термический КПД идеального цикла с ППП определится зависимостью )] ( ) /[( ) ( 5 6 1 О о (7.4) 69 Здесь q 1 — полное количество теплоты, подведенной в цикле к 1 кг рабочего тела, в том числе в основном цикле (q 1R ) и дополнительном ( 1 q ). Приведенное выражение можно преобразовать к виду )} / /(1 )] / )( / ( 1 {[ 1 1 1 1 R R tR t tR t nn q q q q (где и t - КПД соответственно основного и дополнительного циклов. Рисунок 7.11 - Идеальный цикл с однократным ППП Из последней формулы следует, что КПД цикла с ППП выше КПД основного цикла при условии t > tR . На практике выигрыш от введения ППП оценивают не поэтому выражению, а сопоставлением КПД сложного и простого циклов при той же максимальной температуре перегрева и сопряженном с ней начальным давлением. В этом случае применение ППП может оказаться целесообразными при t < Введение ППП сдвигает процесс расширения пара на диаграмме sT вправо в область низких давлений. Это позволяет снизить степень, влажности в последних ступенях турбины и существенно повысить начальное давление в основном цикле по сравнению с сопряженным давлением при температуре первоначального перегрева. С повышением только начального давления пара экономичность установки возрастает на 3—8, а температура — на 2, 5—5%. Экономичность цикла зависит еще от способа перегрева пара, температуры ППП, давления в промежуточном перегревателе, мощности турбины и количества промежуточных перегревов. Наибольшая экономичность установки достигается при самой высокой температуре t n n , которую можно получить, полностью используя свойства металла промежуточного пароперегревателя (чем меньше давление, тем большее значение t n n можно получить. Тем не менее на практике из-за конструктивных соображений часто оказывается более выгодным применять одинаковую или даже несколько меньшую t nn , чем t ne . Термодинамического оптимума величина t nn не имеет, как и t Этого нельзя сказать о давлении промежуточного перегрева пара Рпк, имеющем термодинамический оптимум. На практике Рпп определяют исходя из условий 70 t nn = t ne , Рпп = (0, 165 ÷ 0,25) Рпк (7.6) t nn < t ne , Рпп = (0, 1 ÷ 0,143) Рпк (7.7) ∙ 7.5 Принципиальные схемы ПТУ на органическом топливе Все элементы ПТУ связаны между собой трубопроводами, по которым перетекает рабочее тело (вода или пар. Схема этих трубопроводов и элементов называется тепловой схемой установки. В зависимости от преследуемых целей тепловая схема может быть выполнена принципиальной, развернутой и полной. Первая отображает только основные взаимосвязи установки. Принципиальная тепловая схема обычно используется для теплового расчета ПТУ. На ней должно быть отображено следующее термодинамический цикл (нерегенеративный, регенеративный и пр состояние пара, применяемого для питания вспомогательных механизмов (перегретый, насыщенный и др способ использования теплоты отработавшего пара вспомогательных механизмов и горячих конденсатов система регенерации теплоты пара, отбираемого из промежуточных ступеней ГД; способ пополнения утечек воды и пара из тракта. Классификация тепловых схем принята в зависимости от способа регенерации теплоты полностью или частично отработавшего пара - нерегенеративные, в которых не предусмотрено использование отбираемой теплоты - тепловые схемы города, предусматривающие регенерацию только теплоты пара, отбираемого из промежуточных ступеней расширения ГД; - тепловые схемы города, в которых для нужд регенерации используется толькс теплота пара, отработавшего в ВД; - тепловые схемы города, где для целей регенерации используется K ai отработавший пар ВД, таки пар отбора из промежуточных ступеней расширения ГД. Нерегенеративная тепловая схема изображена на рисунке 7.12. Здесь ГД - турбина 3 через редуктор 2 приводящая гребной винт 1; ВД - турбина 4 и теплообменные аппарата 5 потребляют пар из парового котла б, а отработавший пар турбин сбрасывается в главный конденсатор 10, куда также поступает конденсат греющего пара теплообменных аппаратов. Особенностью схемы является открытая система питания котла, в соответствии которой конденсат из ГК подается конденсатным насосом 9 в теплый ящик 8, выполняющий роль аккумулятора воды при изменении нагрузки на установку. Теплый ящик вентиляционной трубой сообщается с атмосферой, поэтому в питательной воде могут находиться в большом количестве агрессивные газы. Питательный насос 7 забирает воду из ящика и нагнетает в котел. Значительное количество кислорода и углекислоты способствует существенному ускорению коррозионных процессов на поверхностях нагрева котла. В связи с этим открытые системы питания применяются в установках при давлении пара не более 2 МПа. 71 Рисунок 7.12 - Нерегенеративная тепловая схема ПТУ Экономичность ПТУ, работающей по нерегенеративной тепловой схеме, можно повысить, если отработавший в ВД пар, вместо того чтобы сбрасывать в ГК, использовать для подогрева питательной воды, нагнетаемой в котлы. Принципиальная тепловая схема города представлена на рисунке 7.13. Ее отличительная особенность — наличие подогревателя 8 питательной воды смесительного типа, являющегося одновременно и деаэратором. Магистраль отработавшего пара ВД одним концом соединена с деаэратором, а другим - через нагруженный невозвратный клапан 11 конденсатором (позиции 1-7, 9, 10 - те же, что и на рисунке 7.12). Давление в магистрали отработавшего пара больше, чем в конденсаторе. На величину этого давления и настраивают клапан. Избыток отработавшего пара через клапан перепускается в конденсатор. Необходимое количество отработавшего пара с достаточно высокой температурой поступает в подогреватель питательной воды, отдает свою теплоту воде и конденсируется. При нагреве воды до температуры насыщения происходит ее деаэрация, те. выделение растворенных в ней газов. В этом случае применена закрытая схема питания парового котла, в тракте отсутствует возможность открытого контакта воды и воздуха, газы удаляются в деаэраторе. Последний используется как аккумулятор и имеет вместимость, достаточную для подачи воды в котел в течение 12-15 мин при неработающем конденсатном насосе. Поскольку часть теплоты отработавшего пара используется полезно, затраты теплоты и топлива на ПТУ, выполненную по схеме города, уменьшаются по сравнению с установкой, работающей по нерегенеративной тепловой схеме. Однако этот вывод справедлив при небольшом избытке отработавшего пара или его отсутствий. С увеличением относительного количества избыточного пара (по отношению к расходу пара на ГД) экономический выигрыш будет снижаться. 72 Рисунок 7.13 - Принципиальная тепловая схема ПТУ с регенерацией теплоты отработавшего пара вспомогательных двигателей Расход пара на ВД и относительное количество избыточного пара определяются, с одной стороны, противодавлением этих двигателей, увеличение которого способствует росту расхода пара из-за снижения располагаемой энергии каждого килограмма пара. С другой стороны, количество конденсирующегося в подогревателе пара (конденсирующая способность теплообменника) также растет по причине повышения температуры подогрева питательной воды. Однако при оптимальном значении противодавления относительный избыток пара будет минимальным, а КПД установки - максимальным. Эффективность установки можно повысить путем деления ВД на две группы. В первую группу включают двигатели с повышенным противодавлением, потребляющие расход пара, равный конденсирующей способности подогревателя питательной воды. Во вторую группу объединяют двигатели, в которых пар расширяется до давления в конденсаторе и сбрасывается в него. Выигрыш здесь состоит в том, что расход пара на вторую группу будет меньше по сравнению с расходом, который имел бы место при повышенном противодавлении. Следовательно, количество отработавшего пара (с меньшей энтальпией, поступающего в конденсатор, снижается, и, как следствие, уменьшаются потери теплоты, передаваемые забортной воде. Областью применения схем города в чистом виде являются ЭУ судов, для которых характерна длительная работа на режимах частичных нагрузок, например, ледоколы. Неизменное значение температуры питательной воды обеспечивается поддержанием постоянного давления в магистрали отработавшего пара. Более экономичные тепловые схемы города ПТУ для ледоколов приведены в специальной литературе. Тепловые схемы города принципиально отличаются от рассмотренных схем города способом регенерации теплоты. Различие состоит в том, что пар, частично расширившийся в ГД, используется для подогрева питательной воды, как правило, в теплообменниках поверхностного типа. На рисунке 7.14 представлена принципиальная тепловая схема идеализированной ПТУ с регенерацией теплоты в цикле ГД. Схема называется идеализированной потому, что ГД — единственный потребитель свежего пара, а пар, отбираемый из ГД, используется только для подогрева питательной воды. Она выполнена стремя промежуточными отборами пара (цифры I—III на рисунок 7.16) из ГД 3 для трех регенеративных подогревателей питательной воды. Подогреватели 8 и 5 (низкого и высокого давления) поверхностного типа, а подогреватель среднего давления — деаэратор — смесительного типа. 73 Конденсат греющего пара из подогревателя низкого давления 8 поступает в ГК 10, а из теплообменника 5 - в деаэратор б, где он смешивается с питательной водой. Из деаэратора смесь питательной воды, поступающей из теплообменника 8, и конденсаторов греющего пара среднего и высокого давления питательным насосом 7 подается в паровой котел 4 (позицией 1 обозначен гребной винт, 2 - редуктор, 9 - насос. При прочих равных условиях число отборов пара оказывает прямое влияние на тепловую экономичность ПТУ. С ростом количества отборов повышается температура питательной воды на выходе из последней ступени подогрева. Наряду с этим увеличение числа отборов вызывает усложнение и удорожание установки, возрастание ее массы. В современных ПТУ количество отборов составляет 4 - 5. Рисунок 7.14 - Принципиальная тепловая схема идеализированной ПТУ с регенерацией теплоты в цикле ГД Контрольные материалы для проверки усвоения учебного материала 1. Судовая главная паротурбинная установка. 2. Назначение, состав, работа, требования Морского Регистра судоходства. Принципиальные схемы ПТУ на органическом топливе 74 Лекция №8 Судовые ядерные и газотурбинные энергетические установки. Особенности СЭУ промысловых судов (2 часа) Цель занятия занятия направлены на формирование компетенций: ПК-5. Способен выполнять безопасные и аварийные процедуры эксплуатации механизмов двигательной установки, включая системы управления (З, З, У, У, ВПК Способен осуществлять подготовку, эксплуатацию, обнаружение неисправностей и меры, необходимые для предотвращения причинения повреждений следующим механизмами системам управления 1. Главный двигатель и связанные с ним вспомогательные механизмы 2. Паровой котел и связанные с ним вспомогательные механизмы и паровые системы 3. Вспомогательные первичные двигатели и связанные сними системы 4. Другие вспомогательные механизмы, включая системы охлаждения, кондиционирования воздуха и вентиляции (З, З, З, З, У, У, В. Методические материалы 1. Коршунов Л. П. Энергетические установки промысловых судов Л. П. Коршунов - Л Судостроение, 1991. – 360 с. 2. Соловьев, ЕМ. Судовые энергетические установки, вспомогательные и промысловые механизмы учебник для средних спец. учебных заведений / ЕМ. Соловьев. - М Агропромиздат, 1986. - 183 с. 3. Судовые энергетические установки учебное пособие для вузов / ГА. Артемов и др. - Л Судостроение, 1987. - 477 с.Набор слайдов с иллюстрациями по теме лекции Учебное оборудование Аудитория, комплектованная учебной мебелью, доской и видеопроекционным оборудованием для презентаций, средствами звуковоспроизведения, экраном. Последовательность изложения учебного материала 8.1 Классификация типов ядерных реакций. Принцип действия ядерных энергетических установок В основу работы ядерных энергетических установок лежат так называемые ядерные реакции, те. превращение атомных ядер, обусловленных их взаимодействиями с элементарными частицами и друг с другом. Известно много типов ядерных реакций, их можно классифицировать по различным признакам. В настоящее время наиболее распространены ядерные реакции, в которых в качестве исходных частиц участвуют сравнительно тяжёлые ядра-мишени ил гкие бомбардирующие частицы нейтроны (n). В современных ядерных судовых энергетических реакторах используется реакция делениями нейтронами ядер урана. U 235 + n -> (2 - 3)n + Д +энергия где ОД - осколки деления. В судовых ректорах наиболее часто применяют двуокись урана UO 2 , температура её плавления около С. Образование тепла в реакторе начинается с момента деления ядер U 235 75 Избыточное количество ядерного топлива вызывает избыточную реактивность, в результате чего возникает опасность разгона реактора. Для поддержания нужного баланса нейтронов в активную зону реактора вводят регулирующие стержни из бора, кадмия, гафния. Эти стержни автоматически вдвигаются в активную зону, регулируя поток нейтронов. Компания реактора, те. продолжительность его работы до замены тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ). Теплоносители. В реакторе в процессе цепной реакции деления большая часть энергии выделяется виде тепла, и передача его рабочему телу двигателя осуществляется теплоносителем, омывающим сначала ТВЭЛ, а затем протекающим через теплообменный аппарат, где тепло передаётся рабочему телу. В судовых реакторах в качестве теплоносителя применяют преимущественно воду, — она хорошо замедляет нейтроны, имеет малую продолжительность наведённой активности период полураспада около 7 сек, обладает большой объёмной теплоёмкостью и высоким коэффициентом теплоотдачи. К недостаткам следует отнести, то что при движении в активной зоне вода испытывает ядерные превращения и для связывания О необходима водородная подпитка, а также сравнительно низкий КПД. Ядерные реакторы Ядерный реактор представляет собой устройство для осуществления управляемой цепной реакции деления ядер урана (U 235 , и U 239 ). В общем случае он состоит из корпуса, в котором размещена активная зона (A3), заключающая ядерное топливо и замедлитель нейтронов. В активной зоне циркулирует теплоноситель, отводящий из реактора тепло, образующееся при реакции деления ядер. Активная зона окружена отражателями нейтронов для уменьшения их утечки за ее пределы и тепловой защитой из экранов, размещенных между нею и внутренней стенкой корпуса для предохранения материала корпуса реактора от температурных напряжений, возникающих от действия потока гамма-лучей. Для регулирования цепной реакции с целью удержания реактора на нужном режиме и его остановки служат стержни управления, сделанные из материалов, сильно поглощающих нейтроны. Для предохранения обслуживающего персонала от действия излучения корпус реактора окружен биологической защитой. В зависимости оттого, является ли главным источником деления поглощение быстрых нейтронов (Е Мэв), промежуточных (Е Мэв) или медленных (Е, 025—0,12 эв), различают реакторы, работающие на быстрых нейтронах, на промежуточных и на тепловых, причем первые два не имеют замедлителя. По способу размещения ядерного топлива реакторы делят на гетерогенные и гомогенные в первых ядерное топливо заключено в ТВЭЛ, окруженных замедлителем, во вторых оно равномерно распределено в замедлителе в виде раствора или расплава и представляет собой однородную смесь. На рисунке 8.1 показана принципиальная схема гетерогенного реактора, работающего на тепловых нейтронах. В корпусе реактора размещены активная зона, отражатель, тепловая защита и стержни управления. ТВЭЛ и замедлитель образуют активную зону, через которую протекает теплоноситель, отводящий тепло, образующееся прицепной реакции деления ядер, причем замедление быстрых нейтронов достигается упругим рассеянием их при соударении с ядрами замедлителя, масса ядер которого должна быть возможно ближе к массе нейтронов. 76 Рисунок 8.1 - Принципиальная схема гетерогенного 335—345° С энергетического ядерного реактора 1 - контрольные приборы и устройства 2 - биологическая защита 3 - приводы стержней 4; 5; 6 - стержни 7 - тепловая защита 8 - торцевой отражатель 9 - замедлитель 10 - боковой отражатель 11 - ТВЭЛ; 12 - канал для прохода охладителя 13 - каналы для прохода стержней управления 14 - торцевой экран ВВРД обычно принимают не более 150-200 ama, тепловой защиты 15 - корпус реактора Отражатель окружает активную зону для уменьшения утечки нейтронов за ее пределы. Тепловая защита имеет целью ослабить действие гамма-лучей на корпус реактора, внутри которого поддерживается давление теплоносителя корпус окружен биологической защитой. Стержни управления (регулирующие, компенсирующие и аварийные) обеспечивают поддержание цепной реакции на нужном уровне и автоматически прекращают цепную реакцию при аварии. Теплоноситель (охладитель) циркулирует в каналах между ТВЭЛ и графитовым замедлителем и может служить непосредственно рабочим телом для турбины или же греющей средой для образования рабочего тела в специальных теплообменных аппаратах. Скорость 77 охладителя в активной зоне принимается для жидких металлов 1— 3 м/сек, для воды 2—4 м/сек, для газов 30—80 м/сек. Из-за большого количества графита в активной зоне реакторы рассматриваемого типа имеют большие размеры и вес. Наиболее освоены и чаще всего применяются на судах водо-водяные реакторы под давлением (ВВРД). В них вода является одновременно замедлителем и теплоносителем охладителем активной зоны такое совмещение функций позволяет упростить конструкцию реактора и уменьшить его веси габариты по сравнению с реакторами, в которых в качестве замедлителя принят график. В связи стем, что обычная вода захватывает медленные нейтроны, в ВВРД приходится применять обогащенный уран или же тяжелую воду, однако очень высокая стоимость и дефицитность последней ограничивает ее использование. Положительным свойством ВВРД является их саморегулируемость благодаря отрицательному температурному коэффициенту реактивности, обусловленному значительным уменьшением плотности воды при её нагреве. Предотвращением кипения воды в ВВРД обеспечивается поддержанием ее температуры на 30 - С ниже температуры кипения при давлении в реакторе. Таким образом, даже при критическом давлении 225 ama вода в ВВРД не нагревается выше. На рисунке 8.2 показана зависимость давления воды в ВВРД от ее температуры. Вследствие конструктивных, технологических и эксплуатационных затруднений давление в ВВРД обычно принимают не более 150 - 200 ama, этому давлению соответствует температура насыщения 340-365° С, а нагрев воды не превышает 300 - 335° С. Однако в некоторых вновь разрабатываемых ВВРД вода нагревается до температуры насыщения. Из ВВРД вода поступает в генератор пара, откуда посредством главного циркуляционного насоса возвращается обратно, образуя первый контур циркуляции. Температура пара, образованного в парогенераторе, ниже температуры греющей воды на 15-30° С (температурный подпор. р Рисунок 8.2 - Зависимость недогрева t s –t 1 до температуры насыщения t, от давления воды в ВВРД: О – стационарные ВВРД; Х – судовые ВВРД Увеличение расхода пара во втором контуре установки с ВВРД вызывает падение давления в первом контуре. В результате в активной зоне реактора может возникнуть поверхновтное или объемное кипение с угрозой повреждения ТВЭЛ. В связи с этим в установке предусматривают компенсаторы давления. На рисунке 8.3 показан ВВРД атомного ледокола Ленин тепловой мощностью 90 Мет. В качестве топлива в этом реакторе используется двуокись урана с 5%-ным обогащением. 78 Давление воды в первом контуре около 200 aтм с недогревом до температуры насыщения приблизительно на С схема движения воды трехходовая с целью улучшения теплопередачи вода поступает снизу в центральные каналы, частично нагретая спускается по экранами снова поднимается, омывая периферийные сборки ТВЭЛ; затем вода попадает в сборную камеру и выходит из реактора через верхние патрубки. Рисунок 8.3 - Разрез реактора ледокола Ленин 1- днище 2 - рубашка из нержавеющей стали 3 - корпус реактора 4 - компенсирующая решетка 5 - тяга привода компенсирующей решетки 6 - регулирующие стержни 7 - шпилька 8 - нажимной фланец 9 - крышка реактора 10 - уплотняющая прокладка 11 - технологические каналы с ТВЭЛ; 12 - кольцевые экраны В парогенераторе образуется слегка перегретый пар с давлением 28 ama при t=310° С температурный подпор около СВ отличие от ВВРД в кипящих водо-водяных реакторах (ВВРК) вода не остается в жидкой фазе, а переходит в пар. Таким образом, при той же верхней температуре в ВВРК 79 давление ниже благодаря этому реакторы имеют меньшую толщину стенок корпуса, трубопроводов первого контура и других элементов. Применение ВВРК дает принципиальную возможность исключить из системы теплообменники отдельный генератор пара, однако для судовых установок целесообразно применять двухконтурную систему, которая позволяет освободить второй контур от биологической защиты. Для ВВРК требуется обогащенное топливо. Боковые пластины чехлов ТВЭЛ перфорируются по всей площади для облегчения выхода пузырей пара, образующихся на поверхности топливного стержня. Необходимость парового объема приводит к увеличению высоты реактора. Изменение расхода пара существенно влияет на нейтронные процессы в ВВРК. Приуменьшении расхода повышается давление в реакторе, увеличивается плотность пара, улучшается замедление нейтронов, возрастает вероятность деления ядер U и соответственно растет мощность реактора. При возрастании расхода пара происходят обратные явления и мощность реактора падает. Для обеспечения стабильной работы реактора необходимо строго поддерживать постоянное давление, уровень воды также должен быть постоянным во избежание резких колебаний нейтронного потока и перегорания ТВЭЛ. В одноконтурной установке с ВВРК радиоактивный пар из реактора поступает в турбину, поэтому турбинная установка должна иметь биологическую защиту. При двухконтурной схеме пар из реактора поступает в теплообменный аппарат, где образуется рабочее тело, в этом случае достаточно предусмотреть биологическую защиту только для первого контура. Реакторы с органическим замедлителем (OOP) могут иметь высокую температуру замедлителя-теплоносителя при малом давлении при давлении в реакторе около 3 кГ/см в парогенераторе можно получить водяной пар с температурой выше 300° С. Органические замедлители, однако, обладают рядом недостатков ив настоящее время не получили распространения. К числу их недостатков относятся малая теплопроводность, большая вязкость, низкий коэффициент теплоотдачи и склонность к разложению под действием высоких температур и радиационного облучения. В графито-натриевом реакторе (ГрНР) в качестве замедлителя используется графита в качестве охладителя-теплоносителя— натрий. Температура натрия в реакторе лежит в пределах от 250° С при входе до 500° Си выше на выходе из активной зоны, и это. обеспечивает возможность образования пара с параметрами, характерными для современных морских паровых котлов. Натрий пригоден для реакторов на быстрых нейтронах. Одним из существенных недостатков натрия является то, что он активно реагирует с водой и кислородом. Реакторы с газовым охладителем (ГОхР) имеют в качестве замедлителя графит. Охладителем в них служат Не, СО, N 2 и газовые смеси. Реактор обеспечивает возможность образования рабочего тела в двухконтурной установке как с паровым, таки с газовым циклом. Температура газа в установках с ГОхР может достигать уровня, отвечающего современному состоянию газотурбостроения, а параметры пара в случае применения паровой турбины могут быть выше, чем при ВВРД и ВВРК. Пароохлаждаемый реактор (ПОР) предложен в стремлении повысить экономичность ядерной установки с паровой турбиной путем повышения начальных параметров рабочего тела. На рисунке 8.4 показано устройство ПОР. В нем имеются два полностью разобщенных друг от друга контура - паровой контур охлаждения и контур легкой или тяжелой воды, являющейся замедлителем нейтронов. В контуре замедлителя вода принимает часть тепла от 80 ТВЭЛ и поступает в теплообменный аппарат для предварительного подогрева конденсата из ТЗА, затем она возвращается в реактор. В случае аварии замедлитель спускается через штуцер, расположенный в нижней части реактора, и таким образом реакция деления прекращается. Рисунок 8.4 - Схема переохлаждаемого реактора 1 - корпус 2 - вход замедлителя 3 - вход насыщенного пара 4 - защита 5 - коллектор перегретого пара 6 - выход перегретого пара 7 - выход замедлителя 8 - аварийный слив замедлителя 9 - направляющее устройство. Активность парового контура реактора может быть небольшой, и специальной защиты для него может не потребоваться для водяного контура защита необходима, так как он имеет более высокую активность. При наличии первичной защиты реактора и контура замедлителя можно ослабить вторичную защиту контейнера, в котором предполагается разместить реактор с первичной защитой и контуром замедлителя. Схема проекта ядерной установки с ПОР показана на рисунке 8.5. |