Подводные лодки советского флота 1945-1991 гг. Монография, том I. - Ю. Апальков

Автоматическое регулирование мощности реактора и остановка его в случае аварии осуществляется при помощи системы управления и защиты (СУЗ). Стержни (регулирующие, компенсирующие и аварийной защиты) изготавливают из хорошо поглощающих нейтроны материалов: бористой стали, кадмия или гафния. Регулирующие стержни СУЗ предназначены для управления мощностью реактора. Они снабжены электромеханическим реечным приводом, обеспечивающим введение в активную зону со сравнительно невысокими скоростями. Чем выше подняты регулирующие стержни, тем больше мощность реактора, и, наоборот – по мере их опускания мощность реактора падает. Когда регулирующие стержни доходят до концевиков, реактор полностью расхолаживается. Стержни аварийной защиты предназначены для аварийной остановки реактора. При аварийном сбросе защиты стержни «выстреливаются» с помощью гидравлического или любого другого быстродействующего привода, в результате чего ядерная реакция моментально прекращается.

Компенсирующие стержни используются для борьбы с «отравлением» в A3 реактора. Это явление вызвано тем, что во время работы реактора в активной зоне накапливаются продукты деления ядер. Некоторые из них, особенно ксенон-135, захватывают нейтроны интенсивнее, чем ядерное горючее, действуя как вредные поглотители, нарушая баланс нейтронов в реакторе. По мере накопления продуктов деления, компенсирующие стержни выдвигаются в A3 до момента достижения равновесия концентрации вредных поглотителей.

«Отравление» крайне опасно во время аварийного сброса защиты. После остановки реактора происходит резкий скачок концентрации ксенона, что может привести к тому, что пуск реактора может оказаться невозможным в течение нескольких часов. Не случайно, на отечественных (в том числе и в пр. 627), а также американских АПЛ емкость АБ рассчитана таким образом, что в случае аварийного сброса защиты реактора (или обоих реакторов) она обеспечивает кораблю движение в подводном наложении и одновременно его пуск (или реактора одного из бортов). Плановая остановка реактора осуществляется при помощи регулирующих стержней СУЗ. Они опускаются с таким расчетом, чтобы не допустить «отравления» A3, поэтому, когда АПЛ возвращается в базу, приведение реактора в исходное состояние занимает несколько часов.

ТВЭЛы изготавливаются из уран-циркониевого сплава в виде металлических пластин или спиралевидных трубок. Между ними циркулирует дистиллят воды высокой чистоты, называемый водой первого контура. Она при помощи циркуляционных насосов первого контура (ЦНПК) подается в парогенератор (ПГ), который представляет собой вертикально стоящий теплообменный аппарат. Он насыщен секциями из большого числа изогнутых (для компенсации температурного расширения) трубок, называемых трубной системой. Через стенки этой системы тепло первого контура передается питательной воде конденсатно-питательной системы (воде второго контура) и превращает ее в перегретый пар. В верхней части ПГ смонтированы паросборники и сепараторы, которые поддерживают влажность свежего насыщенного пара в определенных параметрах (не более 0,25%). На корабле пр. 627, например, были установлены два прямоточных ПГ, каждый из которых состоял из восьми камер и работал на свой борт. На отечественных АПЛ второго и третьего поколений использовались более надежные ПГ с естественной циркуляцией воды второго контура. Причем каждую автономную петлю первого контура на них обслуживали четыре ПГ. Из них один являлся резервным. В случае необходимости этот ПГ можно бьшо подключить к любому из трех контуров теплоносителя.

АПЛ ВМС США, начиная с 1969 г., оснащаются АЭУ с естественной циркуляцией теплоносителя первого контура, т. е. без ЦНПК. Особенностью этой установки является то, что вода в первом контуре под давлением циркулирует благодаря конвекции, чем обеспечивается низкий уровень шума во время ее работы. Расположенный на берегу прототип такой установки (S-5G) был испытан в 1965 г., а затем установлен на экспериментальной Narwhal (SSN-671), переданной ВМС США в июле 1969 г.

Все оборудование ППУ расположено в специальной герметичной необитаемой выгородке. Она закрыта экранами биологической защиты. Пространство этой выгородки, для поддержания разряжения, оснащено системой вакуумирования. Для контроля и управления ППУ (помимо пультов дистанционного управления) в реакторном отсеке расположены контрольно-измерительная аппаратура и клапаны с дистанционным (гидравлическим и электромагнитным) или ручным приводами. Если на корабле два реактора, то таких выгородок две.

Второй основной составляющей АЭУ является ПТУ. Пар от трубной системы ПГ собирается в паросборнике и от него по главному паропроводу поступает маневровому устройству ГТЗА. В турбине переднего или заднего хода энергия пара превращается в кинетическую энергию вращения ее ротора. Крутящий момент через редукторную передачу (РП), шинно-пневматическую и зубчатую муфты передается гребному валу. На отечественных АПЛ первого поколения (в том числе и на пр. 627) от ведущей шестерни второй ступени РП вращался ротор турбогенератора (так называемый навешенный турбогенератор или НТГ) корабельной электростанции. На АПЛ второго и третьего поколений устанавливались автономные турбогенераторы (АТГ), чьи роторы приводились во вращение паром от второго контура. Отработанный в турбине пар сбрасывается на главный конденсатор, через систему трубопроводов которого при помощи циркуляционного насоса (ЭЦН) прокачивается забортная вода. Конденсат из главного конденсатора забирается конденсатным насосом (ЭКН) и по напорно-питательному трубопроводу подается в ПГ для последующего цикла работы.

Управление работой ППУ осуществляется со специального пульта заданием расхода питательной воды в ПГ и мощности реактора. Управление частотой вращения ротора ГТЗА, и следовательно, скоростью движения корабля, осуществляется либо дистанционно, с пульта управления, либо с местного поста в турбинном отсеке путем воздействия на маневровое устройство (чем больше оно открыто тем выше скорость, и – наоборот).

Для компенсации изменения объема теплоносителя первого контура при его разогреве или охлаждении, а также регулирования давления в нем при изменении мощности реактора, в ППУ предусмотрена система газа высокого давления, включающая в себя компенсаторы объема, ресиверные, пусковые и запасные баллоны газа высокого давления.

Охлаждение оборудования ППУ (теплообменника, фильтра первого контура, бака железноводной биологической защиты, привода компенсирующей решетки) производится пресной водой третьего контура. В ее систему входят насосы, теплообменник третьего и четвертого контуров, трубопроводы и арматура. Отвод тепла от теплообменника третьего контура осуществляется с помощью забортной воды, подаваемой насосами четвертого контура. Новейшие АПЛ имеют естественную циркуляцию воды четвертого контура, что существенным образом снижает уровень шума АЭУ во время работы.

Применение ППУ и ПТУ с многочисленными сильно шумящими обслуживающими механизмами, привело к необходимости разработки комплекса мер, направленных на снижение уровня шума корабля. По существу, частные ТТЗ, выданные СКБ-143, свелись к требованиям по снижению уровня создаваемого оборудованием воздушного шума, а вопрос об уровне его вибраций даже не ставился, так как не был достаточно хорошо изучен. Тем не менее, все вспомогательные механизмы главной энергетической установки АПЛ разместили на виброизолирующих амортизаторах, а фундаменты под них облицевали вибропоглащающим резиновым покрытием, между насосами и трубопроводами смонтировали гибкие патрубки. Для снижения уровня шума, на прочный корпус корабля в районе расположения наиболее шумящих главных и вспомогательных механизмов нанесли звукоизолирующие покрытия.

Электроэнергетическая система (ЭЭС), как и у ДЭПЛ пр. 611, строилась на использовании постоянного тока. С одной стороны, такое решение объяснялось желанием упростить схему резервного питания от АБ, и главным образом для ЦНПК, а с другой – использовать уже отработанные образцы оборудования и радиотехнических средств.

Основу ЭЭС корабля составляли два навешенных на ГТЗА турбогенератора (НТГ). Их применение позволило отказаться от трубопроводов и механизмов, необходимых для автономных турбинных агрегатов, что, в конечном итоге, позволило уменьшить водоизмещение корабля примерно на 200 т и сократить количество личного состава, необходимого для обслуживания всей ЭЭС. Вместе с тем, НТГ, работая от редуктора ГТЗА, могли обеспечивать потребители электроэнергией только во время движения корабля. Да и само по себе их использование приводило к усложнению переключения питания оборудования при реверсах гребного вала. В результате такие электрогенераторы устанавливались только на отечественных АПЛ первого поколения.