Атомоходы

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Дальневосточный федеральный университет»

ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА

Кафедра кораблестроения и океанотехники

РЕФЕРАТ

«Атомоходы»

Преподаватель: Антоненко

Сергей Владимирович

Студент: Горбачев Алексей Владимирович

г. Владивосток

2014

Введение

В условиях Арктики, на подводных лодках, военных кораблях и авианосцах использование дизельных, электрических или турбинных силовых установок было достаточно не эффективным из-за:

1.высокой ресурсозатратности

2.малой мощностью

3.малой скоростью хода

Для данных судов требовалось изобретение такой силовой установки, которая бы долгое время обходилась без дозаправки и развивала достаточную скорость. Такой силовой установкой стал ядерная двигатель, а суда, снабженные им, назвали атомоходами.

Изобретение ядерного реактора

1896 г.: Анри Бекерель открыл радиоактивное излучение урана.

1919 гл Эрнесту Резерфорду впервые удалось искусственно вызвать ядерную реакцию, бомбардируя альфа-частицами атомы азота, превращавшегося при этом в кислород.

1932 г.: Джемс Чедвик обстреливая альфа-частицами атомы бериллия, открыл нейтроны.

1938 г.: Отто Ган впервые добивается в лаборатории цепной реакции, расщепив нейтронами ядро урана.

Ядерный реактор -- это устройство, предназначенное для организации управляемой самоподдерживающейся цепной реакции деления, которая всегда сопровождается выделением энергии (1 МВт на 3·1016 актов деления в секунду).

Когда немецким химикам Отто Гану и Фрицу Штрассману впервые удалось в 1938 г. расщепить ядро урана посредством нейтронного облучения, они не спешили сообщать публике о масштабах своего открытия. Эти эксперименты заложили основу использования атомной энергии - как в мирных, так и в военных целях.

Побочный продукт атомной бомбы.

Отто Ган, сотрудничавший до своей эмиграции в 1938 г. с австрийским физиком Лизой Мейтнер, прекрасно осознавал, что расщепление ядра урана - неостановимая цепная реакция - означает атомную бомбу. США, стремясь опередить Германию в создании ядерного оружия, начали Манхэттенский проект, предприятие невиданного размаха. В невадской пустыне выросли три города. Здесь работали в глубокой тайне 40 000 человек. Под руководством Робсрга Оппенгеймера, «отца атомной бомбы», в рекордные сроки возникли около 40 исследовательских учреждений, лабораторий и заводов. Для добычи плутония был создан первый атомный реактор под трибуной футбольного стадиона Чикагского университета. Здесь под руководством Энрико Ферми была в 1942 г. запущена первая контролируемая самоподдерживающаяся цепная реакция. Для выделявшегося в результате тепла тогда еще не нашли полезного применения.

Электрическая энергия из ядерной реакции.

В1954 г., в СССР была запущена первая в мире атомная электростанция. Она располагалась в Обнинске, примерно в 100 км от Москвы, и имела мощность 5 МВт. В1956 г. в английском местечке Колдер-Холл начал работу первый крупный ядерный реактор. Эта АЭС имела газовое охлаждение, обеспечивавшее относительную безопасность эксплуатации. Но на мировом рынке большее распространение получили разработанные в США в 1957 г. водяные атомные реакторы, охлаждаемые водой под давлением. Такие станции можно строить со сравнительно низкими затратами, однако их надежность оставляет желать лучшего. На украинской атомной станции Чернобыль расплавление активной зоны реактора привело к взрыву с выбросом радиоактивных веществ в.тысяч людей, повлекла за собой, особенно в Европе, многочисленные протесты.

По характеру использования ядерные реакторы делятся на:

Энергетические реакторы

Транспортные реакторы

Экспериментальные реакторы

Исследовательские реакторы

Промышленные (оружейные, изотопные) реакторы

Нас больше всего интересует транспортные реакторы.

Транспортные реакторы предназначены для снабжения энергией двигателей транспортных средств. Наиболее широкие группы применения -- морские транспортные реакторы, применяющиеся на подводных лодках и различных надводных судах, а также реакторы, применяющиеся в космической технике.

Ядерная судовая энергетическая установка -- совокупность устройств для получения тепловой, электрической или механической энергии в ходе управляемой ядерной реакции, осуществляемой в ядерном реакторе. Корабельные (судовые) ядерные энергетические установки, а также плавучая атомная электростанция, наряду с одним или несколькими реакторами включают такие элементы, как парогенераторы, паровые турбины, приводимые ими в действие электрические генераторы, а также трубопроводы, насосы и другое вспомогательное оборудование.

Безопасность обслуживающего персонала обеспечивается применением биологической защиты и систем контроля за режимом работы ядерного реактора.

Судовые ядерные энергетические установки

Судовая Ядерная энергетическая установка - ЯЭУ предназначена для обеспечения движения судна и снабжения теплом и электрической энергией находящихся на нем потребителей.

Общие требования к судовой энергоустановке сводятся к следующему:

1) жесткие ограничения по массе и габаритным размерам;

2) приспособленность к работе при быстроизменяющихся режимах;

3) наличие в составе энергоустановки реверсивных устройств;

4) повышенная надежность при эксплуатации и простота обслуживания в условиях длительной удаленности от баз.

Судовая ЯЭУ отличается рядом особенностей как от стационарной ЯЭУ, так и от судовой энергоустановки на органическом топливе. Перечислим эти специфические особенности.

1. Особые условия эксплуатации судна (крен, дифферент, качка, сотрясение и вибрация корпуса) исключают возможность использования ряда конструкционных решений, обычных для стационарной установки, например аварийных устройств, срабатывающих под действием силы тяжести, конструкции кладки замедлителя, фундаментов и других деталей, не рассчитанных на воздействие внешних возмущающих сил и ускорений.

2. Затесненность энергетических отсеков судна и ограничение массогабаритных характеристик судовой ЯЭУ практически исключают возможность применения для работы судовых реакторов слабообогащенного ядерного топлива, ограничивают выбор конструкционных материалов, усложняют конструкцию биологической защиты.

3. Автономность судна (оторванность от баз) требует наличия в составе энергоустановки судовой электростанции для покрытия собственных нужд в тепле и электрической энергии, для привода в действие резервных средств движения. Оторванность судна от баз не позволяет выполнять внеплановые ремонтные работы квалифицированным специалистам в условиях технически оснащенных предприятий. Поэтому предъявляются более жесткие требования к надежности всех элементов оборудования судовых ЯЭУ и квалификации обслуживающего их персонала.

4. Необходимость обеспечения различных скоростей судна, прохода узкостей, швартовки, задних ходов и других специфических режимов предъявляет высокие требования к маневренности судовой ЯЭУ.

5. В аварийной ситуации (столкновение, посадка на мель, пожар, затопление судна, разрыв первого контура и др.) конструкция судовой ЯЭУ должна предотвратить радиоактивное загрязнение окружающей среды. Для локализации и предотвращения аварий судовой ЯЭУ необходимы дополнительные устройства, что в условиях ограничения массогабаритных характеристик значительно усложняет конструкцию энергоустановки.

6. Судовая ЯЭУ будет конкурентоспособна с судовой энергоустановкой на органическом топливе только в том случае, если ее стоимость, эксплуатационные расходы и надежность будут близки к этим показателям для обычных судов. Очевидно, что перечисленные особенности судовых ЯЭУ должны в полной мере учитываться при разработке их принципиальной схемы и оборудования.

В судовой ЯЭУ между главными двигателями (турбинами) и движителями (гребными винтами) устанавливается промежуточное звено, которое называют главной передачей. Главная передача служит для: передачи крутящего момента валу движителя; снижения частоты вращения движителя до оптимальных значений (общий показатель для всех главных передач -- передаточное отношение); объединения мощности нескольких главных двигателей или разделения мощности главного двигателя на несколько потоков; создания эластичной связи между главным двигателем и движителем; изменения направления крутящего момента (реверса).

Обычно главные передачи выполняют одновременно несколько функций из перечисленных.

Главные передачи могут быть механическими (тогда главный двигатель вместе с главной передачей называют главным турбозубчатым агрегатом -- ГТЗА), электрическими и гидравлическими.

Как уже отмечалось, в состав судовой ЯЭУ должна обязательно входить резервная энергоустановка, которая позволяет избежать аварий, возможных при потере хода, отказаться от буксировки; резервная энергоустановка используется при подходе к ремонтной базе для докования, когда должен быть остановлен и охлажден реактор. В связи с этим резервная энергоустановка должна обеспечить скорость хода судна более 6 узлов (т. е. достаточную для обеспечения управляемости), дальность плавания не менее 1000 миль (или более 5 сут) и иметь время включения не более 15 мин.

В качестве резервных используются дизельные, - паротурбинные, газотурбинные, электрические установки. Возможны также их комбинации.

По типу главных двигателей судовые ЯЭУ разделяются на судовые ядерные паротурбинные установки (ЯПТУ) и судовые ядерные газотурбинные установки (ЯГТУ). Схема судовой ЯЭУ в основном определяется типом реактора. В принципе возможно применение реактора любого существующего типа, однако в настоящее время на судах применяются наиболее отработанные и надежные двухконтурные судовые ЯПТУ с водо-водяными реакторами. Такими ЯПТУ. оборудованы советские атомные ледоколы и зарубежные суда «Саванна» (США), «Отто Ган» (ФРГ), «Муцу» (Япония).

В связи с тем, что судов с ЯЭУ мало, проблема отработки их тепловых схем остается актуальной.

Помимо высокой надежности судовых ЯПТУ и оборудованных ими судов важно также обеспечить возможно большую их экономичность. Последнее связано с достижением высокого термического КПД ЯПТУ при ограничении их массы и габаритов. Однако при повышении термодинамической эффективности, с одной стороны, уменьшаются массогабаритные характеристики части оборудования (например, при более высокой КПД снижается номинальная тепловая мощность реактора, вследствие чего уменьшаются масса и габариты реактора и биологической защиты); с другой стороны, для достижения высокого КПД (при определенных параметрах на выходе из реактора) требуется дополнительное оборудование и усложнение конструкций (дополнительные отборы пара в турбине, теплообменники в системе регенеративного подогрева питательной воды, разветвленные трубопроводы со сложной арматурой в случае применения промежуточного перегрева пара или схемы с использованием пара двух или более начальных давлений). Последнее приводит к ухудшению массогабаритных характеристик и усложнению схемы, что снижает эксплуатационную надежность установки.



Одна из особенностей судовых ЯПТУ -- наличие промежуточного контура, в котором теплота от пресной воды, охлаждающей элементы оборудования судна, передается забортной воде. Промежуточный контур предотвращает попадание забортной воды в теплоноситель первого и второго контуров. Он предназначен для охлаждения пресной водой ГЦН, бака первичной защиты, теплообменных аппаратов системы очистки и т. д. В промежуточный контур входят циркуляционные насосы пресной воды, теплообменные аппараты, в которых тепло отводится забортной водой, насосы забортной воды, трубопроводы и арматура. Следует отметить, что промежуточный контур отсутствует при охлаждении конденсаторов (главных турбин, турбогенератора судовой электростанции, конденсаторов расхолаживания), так как в этом случае его теплообменники получаются очень больших габаритов.

Дополнительное усложнение схемы судовой ЯПТУ связано со снабжением энергией общесудовых потребителей и резервных средств движения и специфичностью работы при маневрировании. Регенеративные схемы судовых ЯПТУ менее развиты, поэтому возможности обеспечения их высокого КПД меньше, чем на стационарных ЯПТУ.

Для примера рассмотрим упрощенную тепловую схему судовой ЯПТУ ледокола с параметрами, близкими к параметрам установок атомоходов типа «Арктика» (рис. 1.). На ледоколах в связи с большими динамическими нагрузками применяется электрическая главная передача: главные двигатели (турбины) приводят во вращение электрические генераторы, а выработанная ими электроэнергия приводит во вращение гребные электродвигатели.

Первый контур, как и в стационарных установках с ВВЭР, включает в себя реактор У, парогенератор 6 главный 29 и аварийные 28 циркуляционные насосы, связанные между собой трубопроводами. Реактор от парогенератора и насосов может быть отключен с помощью запорных задвижек 4, 31. На выходе насосов предусмотрены обратные клапаны 30. К неотключаемой «горячей» части трубопровода на выходе из реактора подключен паровой компенсатор давления 3. Впрыск холодной воды в паровое пространство компенсатора производится из «холодной» нитки трубопровода. Так же как и в стационарных установках, около 1% теплоносителя постоянно отбирается из первого контура (постоянная продувка первого контура), охлаждается в холодильнике 32 и проходит через фильтры очистки 27, далее очищенная вода возвращается в основной контур. Для прокачки теплоносителя через контур очистки на приведенной схеме используется напор ГЦН, при этом фильтры должны быть рассчитаны на полное давление контура. В других схемах могут быть использованы фильтры низкого давления. В этом случае продувка дросселируется до заданного давления, а после очистки вода в контур возвращается с помощью специальных насосов.

Для исключения возможности попадания радиоактивного теплоносителя за борт при нарушении герметичности холодильника контура очистки используется промежуточный контур охлаждения, состоящий из холодильника контура очистки 32, промежуточного теплообменника 34 и насоса промежуточного контура 33. Промежуточный контур заполнен чистой водой. Этой же водой охлаждаются ГЦН первого контура (на схеме не показано). Для охлаждения воды промежуточного контура используется забортная вода, которая подается специальными насосами забортной воды 35.

Первый контур подпитывается из резервного бака с помощью насоса 2 (вода подается в компенсатор давления), возможны другие схемы подпитки.

Установки с реактором под давлением характеризуются высокими давлениями в первом контуре (10--20 МПа). Давление в первом контуре ЯЭУ атомных ледоколов составляет около 20 МПа, что позволяет иметь на выходе из реактора среднюю температуру теплоносителя около 598 К при значительном недогреве до кипения -- около 40 К. Высокая температура теплоносителя на выходе из реактора позволяет получать во втором контуре слабоперегретый пар давлением 3,1 МПа, температурой 583 К.

Перегретый пар из парогенератора 6 поступает на главные турбины 10. Ледоколы типа «Арктика» имеют по две главные турбины мощностью 27,6 МВт (37 500 л. с). Параметры пара перед турбиной р0=3 МПа, Г=572 К. Полный процесс расширения такого пара в турбине осуществляется при допустимой влажности. Поэтому в схеме турбоустановки в отличие от ранее рассмотренной схемы стационарной ЯЭУ с реактором с водой под давлением не требуются промежуточные сепараторы влаги, и они в рассматриваемой схеме отсутствуют. Использование слабоперегретого пара не является обязательным и типичным для всех судовых установок. На зарубежных транспортных судах, например на «Саванне» и «Муцу», во втором контуре генерируется насыщенный пар. Поэтому в турбоустановке используется, как и в стационарных установках, промежуточная сепарация.

Пар за турбиной конденсируется в конденсаторе 12 при давлении 3,5--7,0 кПа. Конденсатор охлаждается забортной водой, подаваемой насосом 13. Конденсатным насосом 15 образовавшийся конденсат направляется через конденсаторы эжекторов 19, 20 и конденсатоочистку 21 в деаэратор 23. Из деаэратора вода питательными насосами 25 при температуре 373 К направляется в парогенератор. Предусмотрены также аварийные питательные насосы с электроприводом 26. Так как конденсаторы охлаждаются забортной солевой водой, имеется принципиальная возможность попадания забортчой воды в контур при нарушении герметичности конденсаторов. Поэтому во втором контуре судовых ЯЭУ используется 100%-ная конденсатоочистка. Турбоустановка допускает до 15 полных сбросов и набросов нагрузки в час.

В связи с частыми и значительными изменениями нагрузки на ледоколах не считается целесообразным применять регенеративный подогрев питательной воды из отборов главной турбины. Вода подогревается в деаэраторе паром выхлопа турбоприводов питательных и других насосов второго контура (на схеме показана подача пара в деаэратор только с выхлопа турбопривода 24 питательного насоса). Другая часть пара выхлопа турбоприводов конденсируется, и конденсат также используется для подогрева питательной воды. На транспортных судах, энергоустановки которых работают преимущественно в стационарных, близких к оптимальным режимам, наряду с подогревом в деаэраторе и за счет дренажа конденсата вспомогательных турбин используется и регенеративный подогрев из отборов главных турбин. Однако число отборов и соответственно ступеней регенеративного подогрева, как правило, значительно меньше, чем в стационарных ЯЭУ. Так, на судне «Саванна» имеется один подогреватель низкого давления, обогреваемый из отбора главной турбины, далее питательная вода нагревается в деаэраторе ив подогревателе высокого давления, обогреваемом отработавшим паром турбопривода питательных насосов.

Параллельно главной турбине включены вспомогательные турбогенератор 7 с отдельным конденсатором 8 и конденсатным насосом 9 и турбоприводы питательного и других насосов второго контура (конденсатного 16, забортной воды 14 и др. Турбопривод работает с противодавлением на выхлопе (около 0,12 МПа). Именно поэтому отработавший пар турбопривода и может быть использован для подогрева питательной воды.

На вспомогательный турбогенератор предусмотрена подача насыщенного пара от вспомогательных котлов ВК. При внезапном сбросе нагрузки пар направляется помимо турбин в конденсатор 17 через редукционно-охладительное устройство 11, которое включено параллельно главной турбине. Избыток конденсата турбоприводов направляется насосом 18 в так называемый «теплый ящик» или уравнительную цистерну 22, откуда при падении уровня в деаэраторе конденсат может подаваться непосредственно на вход питательных насосов. На главном паропроводе установлен предохранительный клапан 5. На соединительных трубопроводах размещены запорная и регулирующая арматура и обратные клапаны.

Отличительная особенность выполненных проектов судовых ЯГТУ -- использование закрытого цикла независимо от того, выбрана одно- или двухконтурная схема. Из-за опасности радиационного загрязнения окружающей среды одноконтурные ЯГТУ открытого цикла для судов неприменимы. ЯГТУ открытого цикла могут быть использованы при двухконтурном исполнении на надводных судах. Но это экономически целесообразно при наличии освоенных конструкций ГТУ открытого типа и высокотемпературных реакторов. В связи с лучшими массогабаритными характеристиками ГТУ закрытого цикла при высоких давлениях газа, например гелия, и независимостью их работы от внешней среды предпочтение отдается судовым ЯГТУ закрытого цикла.

Расчеты показывают, что при параметрах гелия на выходе из реактора р = 7,75 МПа, Т=1090 К КПД такой ЯГТУ мощностью 30 000 л. с. (22 МВт) на гребном валу составит 35%, а при Т=1273 К -- 40%.

Первые атомоходы

Подводная лодка ВМС США «Наутилус» стала первой субмариной с атомным двигателем, которая вышла в море 17 января 1955 года. Она была названа первой настоящей подводной лодкой, поскольку могла оставаться под водой сколь угодно долго. «Наутилус» длиной 99 метров имел дистанцию хода в подводном положении 4023 км, глубину погружения 336 метров и скорость хода под водой 20 узлов.

Первым военным надводным кораблем с атомным двигателем был 14 000-тонный крейсер ВМС США «Лонг Бич», спущенный на воду 14 июля 1959 года.

Первым атомным авианосцем стал корабль ВМС США «Энтерпрайз». Он был спущен на воду 24 сентября 1960 года, его длина составила 336 метров; корабль был спроектирован для несения 100 самолетов.

Первым торговым судном на атомном ходу стало 20 000-тонное судно «Саванна», спущенное на воду в 1962 году. США построили его в основном в экспериментальных целях, и оно не эксплуатировалось нормальным порядком.

В 1969 году Германия построила «Отто Хан» -- рудовоз с атомным двигателем. Самым успешным использованием атомного двигателя на гражданских судах стало их применение на ледоколах. Первым таким ледоколом стал атомоход «Ленин», введенный в эксплуатацию в 1959 году.

Первый в мире гражданский атомоход -- ледокол «Ленин».

«Ленин» -- атомный ледокол, первое в мире надводное судно с ядерной силовой установкой. Ледокол был построен в СССР, в первую очередь, для обслуживания Северного морского пути.

Проект атомохода был разработан в ЦКБ-15 (п/я 619) (ныне «Айсберг») в 1953--1955 годах (проект № 92) после принятия решения о строительстве атомного ледокола 20 ноября 1953 Советом министров СССР. Главным конструктором был В. И. Неганов. Атомная установка проектировалась под руководством Игоря Ивановича Африкантова. Научным руководителем работ был назначен академик А. П. Александров. Корпусная сталь марок АК-27 и АК-28 была специально разработана в институте «Прометей» для ледоколов.

Из-за новизны оборудования, во время проектирования возникли сложности с компоновкой машинного отделения. Было принято решение о создании макета машинного отделения из дерева. На этом макете отрабатывались компоновочные решения конструкторов, благо переделать тот или иной фрагмент помещений было достаточно просто и, без сомнения, куда дешевле, чем если бы это пришлось делать на строящемся судне.

Судно было заложено 25 августа 1956 года на судостроительном заводе им. А.Марти в Ленинграде. Главный строитель -- В. И. Червяков.

Спущен на воду 5 декабря 1957 года[1]. Ядерная энергетическая установка смонтирована в 1958--1959 годах. 6 августа 1959 года осуществлен физический пуск ядерного реактора. 12 сентября1959 года уже с верфи Адмиралтейского завода отправился на ходовые испытания под командованием П. А. Пономарева.

Атомный ледокол «Ленин» -- гладкопалубное судно с удлинённой средней надстройкой и двумя мачтами, в кормовой части размещена взлётно-посадочная площадка для вертолётов ледовой разведки. Ядерная паропроизводительная установка водо-водяного типа, расположенная в центральной части судна, вырабатывает пар для 4 главных турбогенераторов, питающих постоянным током 3 гребных электродвигателя, последние приводят в действие 3 гребных винта (2 бортовых и 1 средний) особо прочной конструкции. Имеются 2 автономные вспомогательные электростанции. Управление механизмами, устройствами и системами -- дистанционное. Экипажу созданы хорошие бытовые условия для длительного арктического плавания.

Первый в мире военный атомоход -- ракетный крейсер «Лонг Бич».

USS Long Beach (CGN-9) -- атомный ракетный крейсер флота США. Первый в мире надводный боевой корабль с ядерной силовой установкой. Также последний корабль в ВМФ США, построенный на корпусе крейсера (последующие ракетные крейсера имели обводы корпуса эсминцев и лидеров). Построен специально для взаимодействия с атомным авианосцем «Энтерпрайз».

К проектированию первого атомного ракетного крейсера «Лонг Бич» (CGN-9 Long Beach) в США приступили в 1955 году. Следует заметить, что американцы вовсе не стремились создать именно «крейсер». Основной задачей будущего корабля виделась ПВО авианосного соединения во главе с первым атомным авианосцем «Энтерпрайз». Таким образом предполагалось создать фактически эскортный корабль. Однако в тот момент американские судостроители ещё не располагала достаточно компактными ЯЭУ. Энергетическая установка «Лонг Бич» C1W создавалась на базе реактора S5W, применявшихся на первых серийных ПЛ ВМС США. Мощность оказалась недостаточной и на крейсере пришлось установить два таких реактора, причём общий вес энергетической установки оказался в 5 раз больше, чем такой же по мощности котлотурбинной. Результатом этого стал резкий рост размеров и водоизмещения корабля.

Ввиду исключительно высокой стоимости, Лонг Бич стал единственным кораблем серии, "белым слоном флота". Несмотря на это, проект оказался удачным с технической стороны, а все уникальные механизмы и системы вооружений, протестированные на крейсере Лонг Бич, были признаны эффективными и были приняты на вооружение кораблей других серий.

Первый военный советский -- крейсер «Киров».

«Киров» -- российский тяжёлый атомный ракетный крейсер, головной корабль проекта 1144 «Орлан». Входит в состав Северного флота ВМФ России, с 1999 года находится на модернизации. С 1992 по 2004 год назывался «Адмирал Ушаков».

26 марта 1973 года на Балтийском Заводе было начато строительство первого головного корабля проекта 1144 -- тяжёлого атомного ракетного крейсера (сокр. ТАРК) «Киров»

Спуск на воду состоялся 27 декабря 1977 года

30 декабря 1980 года крейсер был передан флоту.

1984 год -- первый боевой поход, в Средиземное море.

Из-за случившейся на крейсере серьёзной поломки главного редуктора турбозубчатого агрегата, ещё во время срочного похода к месту аварии подводной лодки К-278 «Комсомолец» в 1989 году, и в дальнейшем усугубленной проблемами с главной энергетической установкой, корабль с 1991 года ни разу не выходил в море.

В 1992 году переименован в «Адмирал Ушаков».

В 1999 году корабль поставлен на модернизацию вСеверодвинске; начата в 2003 году.

Типы судов с ядерной судовой энергетической установкой

Различают атомоходы гражданские (атомные ледоколы, транспортные суда) и военные (авианосцы, подводные лодки, крейсеры, фрегаты).

В настоящее время практически все крупные военные суда оснащаются атомной силовой установкой.

Это обеспечивает им практически неограниченную дальность плавания и возможность длительного поддержания близкой к максимальной скорости хода. В то же время, вопросы боевой устойчивости, живучести и, особенно, безопасности для собственного экипажа корабля с ЯСУ, участвующего в боевом столкновении, остаются открытыми.

Атомные ледоколы -- суда, построенные специально для использования в водах, круглогодично покрытых льдом. Ледоколы -- суда, способные плавать по покрытым льдом водами, ломая лёд специально приспособленным носом (в ряде случаев -- и кормой). Атомные ледоколы намного мощнее дизельных. Они были сконструированы в СССР для обеспечения судоходства в холодных водах Арктики.

Одно из главных преимуществ атомного ледокола -- отсутствие необходимости в частой дозаправке, которая может возникнуть в плавании во льдах, когда такой возможности нет, или такая дозаправка сильно затруднена. Все атомные ледоколы имеют электрическую передачу на винты. Атомные ледоколы класса «Арктика» используются для сопровождения грузовых и других судов по Северному морскому пути. В этот путь входят Баренцево, Печорское, Карское, Восточно-Сибирское моря, море Лаптевых и Берингов пролив.

Как мы узнали ранее, первым в мире надводным судном с ядерной силовой установкой был атомный ледокол «Ленин», который был спущен на воду в 1957г.. В 1977 г. ледокол «Арктика» стал первым надводным судном, достигшим Северного полюса. С 1989 г. некоторые атомные ледоколы используются для туристических экскурсий, в основном -- к Северному полюсу. Зимой толщина льда в Северном ледовитом океане варьируется от 1,2 до 2 м, а в некоторых местах достигает 2,5 м.

Атомные ледоколы способны плавать в водах, покрытых таким льдом, со скоростью в 20 км/ч (11 узлов), а в свободных ото льда водах -- до 45 км/ч (до 25 узлов). Все десять существующих в мире атомных ледоколов (хотя один из них на самом деле является не ледоколом, а атомным лихтеровозом с ледокольным носом) были построены в СССР.

«Арктика» -- второй в мире атомный ледокол, первое судно, достигшее Северного полюса в надводном плавании.

Атомный ледокол «Арктика» (головной корабль серии проекта 1052) заложен 3 июля 1971 года на Балтийском заводе в Ленинграде. Спуск на воду произведен 26 декабря 1972 года. Окончание ходовых испытаний -- 17 декабря 1974 года. Приём в эксплуатацию и подъём государственного флага на ледоколе -- 25 апреля 1975 года.

10 ноября 1982 года умер Леонид Ильич Брежнев. Согласно постановлению ЦК КПСС было решено увековечить память Л. И. Брежнева. Есть версия, что из-за опечатки в постановлении имя было присвоено не строящемуся ледоколу, а действующему, и в период с 1982 года и до 1986 года ледокол «Арктика» носил имя «Леонид Брежнев», вместо строящегося ледокола, который впоследствии был назван «Советский Союз».

«Ямал» -- российский атомный ледокол класса Арктика.

Ледокол был заложен в 1986 году, а спущен на воду в 1989 году. В 2000 году он совершил экспедицию к Северному полюсу для встречи третьего тысячелетия. «Ямал» -- седьмой корабль, достигший Северного полюса. Всего же он совершил 46 рейсов к Северному полюсу.

Рассчитан на преодоление ровного льда толщиной 2,5--2,9 метров с устойчивой скоростью 1--2 узла.

Судно имеет двойной корпус, изготовленный из стали АК-28. В месте столкновения со льдом внешний корпус имеет «ледовый пояс» пятиметровой высоты толщиной 46 мм, в других местах толщина внешнего корпуса около 30 мм. Корпус покрыт полумиллиметровым слоем специальной краски «Инерта-160» для уменьшения трения. Между внешним и внутренним корпусами помещён водный балласт, который может быть перемещён для поддержания остойчивости судна. Корпус судна разделён на 8 водонепроницаемых отсеков, по центру расположена пятиуровневая надстройка. Для защиты корпуса от обмерзания используется пневмообмыв.

Судно может колоть лёд, двигаясь как вперёд, так и назад. Реверсирование двигателя (смена направления вращения от полных оборотов в одну сторону до полных в другую) занимает 11 секунд, при весе винта 50 тонн.

Судно может самостоятельно пройти тропики для работы в Антарктике, но тогда при пересечение тропиков температура в отдельных помещениях может подниматься выше 50 градусов по Цельсию, что в свою очередь может быть губительным для отдельных механизмов судна. Так же потребуется снизить мощность установки до минимума.

«Севморпуть» -- ледокольно-транспортное судно (лихтеровоз) с атомной силовой установкой. Построено в Керчи, на судостроительном заводе «Залив».

Заложен 2 ноября 1984 года, спущен на воду 20 февраля 1986 года. Введен в строй в 1988 году.

Судно предназначено для транспортировки грузов в лихтерах и контейнерах в отдалённые северные районы. Способно самостоятельно следовать во льдах, толщиной до 2 м.

Муцу (яп. ‚Ю‚В) -- японское грузо-пассажирское судно, одно из всего четырёх когда-либо построенных торговых судов с ядерной энергетической установкой. Ввод в эксплуатацию планировался в 1972 году, но серьёзные проблемы с радиационной защитой реактора привели к задержке из соображений безопасности. После длительных ремонтов, было предпринято несколько коротких выходов в море. Судно имело множество технических проблем, и официально так и не было принято в эксплуатацию. Японские рыбаки устраивали масштабные демонстрации протеста против Муцу. В 1990 году было официально заявлено, что испытания ядерной силовой установки прошли успешно. С 1990 по 1992 годы было проведено несколько опытных плаваний. Несмотря на наличие позитивных результатов, целесообразность проекта была под вопросом, поэтому в 1995 году реактор был удалён и началась ядерная дезактивация. «Муцу» было списано, так ни разу и не приняв коммерческого груза.

Отто Ган (нем. Otto Hahn) -- немецкое торговое и исследовательское судно с ядерной энергетической установкой.

Проектирование торгового и исследовательского судна для выяснения целесообразности использования атомной энергии в гражданском флоте началось в Германии в 1960 году. Судно было заложено в 1963 году компанией Howaldtswerke-Deutsche Werft в городе Киле. Спуск на воду состоялся в 1964 году. Судно было названо в честь Отто Гана, выдающегося немецкого радиохимика, нобелевского лауреата, открывшего ядерную изомерию (Уран Z) и расщепление урана. Первым капитаном был Генрих Леманн-Вилленброк, известный германской подводник второй мировой войны. В 1968 году был запущен 38-мегаваттный атомный реактор судна, и начались ходовые испытания. В октябре того же года Отто Ган был сертифицирован как торговое и исследовательское судно.

В 1972 году, после четырёх лет работы, реактор был перезаправлен. Судно прошло около 250 000 морских миль(463 000 километров), использовав 22 килограмма урана.

В 1979 году Отто Ган было деактивировано. Его реактор и двигатель были удалены и заменены обычной дизельной силовой установкой. К этому времени судно прошло 650 000 морских миль (1 200 000 километров) на ядерном топливе, побывав в 33 портах 22 стран

«Саванна» -- грузо-пассажирский атомоход, построенный в конце1950-х годов в США и названный в честь парохода «Саванна» -- первого парохода, пересёкшего Атлантику. Стоимость судна составила 46,9 миллионов долларов, из них 28,3 миллиона составила стоимость реактора. Строительство финансировало правительство США как проект для демонстрации возможностей ядерной энергетики. Судно спущено на воду 21 июля 1959 года и работало с 1962 по 1972 годы. Это судно -- одно из всего четырех когда-либо построенных торговых судов с ядерной энергетической установкой.

«Шарль де Голль»(фр. Charles de Gaulle, R91) является примером атомного авианосца -- флагман французского военно-морского флота, единственный действующий авианосец ВМС Франции, первый французский надводный боевой корабль с атомной силовой установкой и первый атомный авианосец, построенный за пределами США[1]. Среди авианосцев других стран, исключая США, это второй по величине (после российского «Адмирала Кузнецова») и самый боеспособный авианесущий корабль. Строительство начато в 1989г, на воду был спущен в 1994г., введён в эксплуатацию с 2001г.

Авианосец выполнен по традиционной схеме -- с надстройкой, сдвинутой к правому борту и угловой палубой. Угловая полётная палуба имеет размеры 21,6Ч195 м и расположена под углом 8,3° к оси корабля. Для взлета самолётов предназначены две паровые катапульты C-13F, изготовленные во Франции по американской лицензии. При длине стартовой дорожки 75 м они разгоняют самолёты массой до 25 т до скорости более 200 км/ч с темпом запуска 1 самолёт в минуту. За катапультами смонтированы охлаждаемые отражатели газовых струй сотовой конструкции, а палуба в районе взлёта покрыта алюминиевыми панелями с водяным охлаждением. Аэрофинишеры способны принять один самолёт каждые 36 с.

Имеются также системы радиоэлектронной борьбы ARBR-17 и ARBR-33, 4 пусковые установки системы AMBL 2А Sagaie (по два с каждого борта) для запуска дипольных отражателей на расстояние до 8 км и инфракрасных помех на расстояние до 3 км) и система противоторпедной защиты SLAT

Авианосец невелик по сравнению с американскими аналогами. Длина составляет 261,5 м, ширина 64,36 м, высота 75 м. Водоизмещение более 40 600 т. Вмещает примерно 1 959 человек экипажа корабля, а также 800 пехотинцев на бронетранспортерах. Площадь взлетно-посадочной полосы достигает 12 000 мІ, территория самолетных ангаров -- 4 600 мІ.

Авианосец оснащен атомной установкой, достаточной мощной для ежегодных походов на расстояние до 1 150 тысяч морских миль без ограничений по общей продолжительности[источник не указан 329 дней]. Автономность составляет ок. 45 дней. Проектом предусматривалось годовое пребывание в море (с условием пополнения запасов). Авиапарк включает до 40 самолетов следующих типов: истребителей палубного базирования: Rafale M, модифицированных для палубного взлёта и посадки штурмовиков: Super Йtendard самолётов разведки и связи: Grumman E-2 Hawkeye, вертолётов: SA-365. Максимальная вместимость -- до 100 самолетов на срок до 7 дней. Запуски могут производиться каждые 30 с. Впрочем, одновременные взлёты и посадки не предусмотрены конструкцией.

Располагает радиолокационными комплексами средней и малой дальности. Собственное вооружение включает оборудование для ведения радиоэлектронной борьбы, а также комплексы ПВО (в частности, зенитные ракеты типа Aster).

Поддерживает стандарт тактической радиосвязи L16 для обмена данными между военными единицами, в которой может выступать как командный пункт. В этом случае он может управлять самолётами-истребителями, отправлять им данные целеуказания, назначать боевые задачи.

Атомная подводная лодка (АПЛ, ПЛА) -- подводная лодка с ядерной силовой установкой.

Корпус

из стали (легированная сталь с высоким пределом текучести)

из титана (К-222 (первая в мире), «Комсомолец», лодки проектов 705(К) «Лира», 945 «Барракуда», 945А «Кондор»; на Западе титановых лодок не строили)

Реакторы

водяной ядерный реактор

Реактор с жидкометаллическим теплоносителем (проект 645 «Кит», проект 705 «Лира», USS Seawolf). В СССР в качестве жидкометаллического теплоносителя был выбран сплав свинца с висмутом; выбор США в пользу натрия был ошибочным из-за пожаро- и взрывоопасности.

В проекте 651Э переоборудования ДЭПЛ использовалась модульная атомная энергетическая установка.

Лодка может иметь как один, так и два (проект 667А «Навага», проект 661 «Анчар», проект 717, проект 941 «Акула», USS Triton) реактора.

Двигатели

Дополнительно к основному двигателю ЯСУ лодка может быть оснащена двигателями подкрадывания. Для аварийных случаев и прибрежного маневрирования могут быть установлены дизель-генераторы со шнорхелем.

Вооружение

Торпеды

Крылатые ракеты

МБР

Подводные лодки проекта 955 «Борей» (по кодификации НАТО SSBN «Borei» или «Dolgorukiy» после спуска на воду головного корабля) -- серия российских атомных подводных лодок класса «ракетный подводный крейсер стратегического назначения» (РПКСН) четвёртого поколения. Головной корабль -- «Юрий Долгорукий» находится в составе Северного флота, второй -- «Александр Невский» -- в составе Тихоокеанского флота, третий -- «Владимир Мономах» прошел государственные испытания, готовится к передаче флоту. Четвёртый -- «Князь Владимир». Пятый -- «Князь Олег» находятся в стадии постройки и шестой - «Князь Суворов» готовится к закладке, которая намечена на 21 декабря 2014 года.

Атомный ракетный крейсер -- подкласс ракетных крейсеров, отличающийся от других кораблей этого класса наличием ядерной энергетической установки (ЯЭУ). Первые атомные крейсеры появились в 1960-х годах. В связи со значительной сложностью и крайне высокой стоимостью они имелись лишь в ВМС сверхдержав -- США и СССР. В настоящий момент атомные ракетные крейсеры эксплуатируются только ВМФ России.

В начале 1950-х годов военных и конструкторов ведущих стран охватила «ядерная» эйфория. Несмотря на скромные удельные характеристики тогдашних ЯЭУ, ядерные реакторы планировались к установке на самолёты, локомотивы и даже автомобили. Естественно первыми кандидатами на звание «атомных» стали военные корабли. В 1955 году вошла в строй первая в мире атомная ПЛ «Наутилус». Однако если целесообразность установки ЯЭУ на ПЛ была вполне очевидной, то выгоды подобной энергетики для надводных кораблей представлялись не столь однозначными. В 1950-х -- начале 1960-х годов в США развернулась открытая дискуссия о применении атомных надводных кораблей. Сторонники ядерной энергетики, которых возглавлял «отец атомного флота» адмирал Хайман Г. Риковер, выдвигали следующие аргументы в пользу ЯЭУ:

Очень большая автономность по дальности плавания;

Способность практически неограниченно длительного поддержания высокой скорости без влияния на pесуpс главных механизмов;

Отсутствие pазвитых газоходов, упpощающее внутpеннее pасположение и аpхитектуpу надстpойки.

Противники атомного флота в свою очередь указывали на следующие проблемные моменты:

Чрезвычайно большая стоимость, что неизбежно приведёт к сокращению численности флота;

Возможности более традиционных энергетических установок ещё не исчерпаны;

Пресловутая высокая автономность кораблей с ЯЭУ достигается только по дальности плавания, но отнюдь не по боезапасу, провианту и прочим видам снабжения.

В 1960-х годах главной задачей Советского ВМФ считалась борьба с атомными ПЛ вероятного противника. Это привело к появлению невиданного ранее класса -- больших противолодочных кораблей (БПК), чьей задачей стала ПЛО в морской и океанской зоне. Первенцем этих программ стал БПК проекта 61, считавшийся вполне удачным кораблём. На его концептуальной базе в 1962 году и начал создаваться проект 1144 атомного БПК. В соответствии с веяниями времени водоизмещение корабля поначалу ограничивалось 8000 тонн. Основным вооружением нового БПК должен был стать перспективный Универсальный ракетный комплекс (УРК), способный поражать все типы целей -- воздушные, надводные и подводные. Дополнять его должны были артустановки калибра 57-76 мм, РБУ, торпедные аппараты и беспилотный вертолёт.

Всего было заложено и построено 4 тяжёлых атомных ракетных крейсеров (сокращённо ТАРКР) проекта 1144 «орлан»: «Киров», «Фрунзе», «Калинин» и «Юрий Андропов». Ещё один крейсер, «Адмирал Флота Советского Союза Кузнецов», был зачислен в списки Советского ВМФ, но не закладывался и 4 октября 1990 г. снят со строительства на Балтийском заводе.

Вывод

Изобретение ядерного реактора, а впоследствии ядерной силовой установки способствовало созданию и развитию атомного флота, с помощью которого стало возможным изучение Арктики, передвижение на более большие дистанции без дозаправки при больших скоростях. К тому же топливо, использующееся в ядерных реакторах, имеет относительно низкую стоимость, а двигатели долгое время обходятся без дозаправки.

В целом изобретение ядерной силовой установки позволило создать на его основе мощный и экономичный атомный флот, который во всем стал лучше, использовавшихся ранее судов, и занял особую роль в истории мирового судостроения.

Россия же на данный момент обладает самым мощным ледокольным флотом в мире и уникальным опытом конструирования, постройки и эксплуатации таких судов. Задача ледокольного флота - обеспечивать стабильное функционирование Северного морского пути, а также доступ к районам Крайнего Севера и арктическому шельфу.

атомоход ядерный энергетический

Список литературы

1.Левин В.Е. Ядерная физика и ядерные реакторы. 4-е изд. -- М.: Атомиздат, 1979.

2.Шуколюков А.Ю. «Уран. Природный ядерный реактор». «Химия и Жизнь» № 6, 1980 г., с. 20-24.

3.Л.С. Селивёрстов В Арктике на парусниках и атомоходах. -- Мурманск: Мурманское книжное идательство, 2008. -- С. 313-319. -- 410 с. -- 1000 экз. Круглов А. К. Как создавалась атомная промышленность в СССР. -- М.: ЦНИИатоминформ, 1995. -- 380 с.

4.Ненахов Ю.Ю. Энциклопедия крейсеров 1910--2005. -- Минск: Харвест, 2007.

5.Википедия - свободная энциклопедия https://ru.wikipedia.org/.

6.Ядерные энергетические установки - Под Общей Редакцией Академика Н.А. Доллежаля; Б.Г. Ганчеев Л.Л. Калишевский Р.С. Демишев Е.Б. Копосов Л.А. Кузнецов Н.Ф. Рекшня С.В. Селиховкин.

Размещено на Allbest.ru