Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 [70] 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93

раторе. Возникающие при этом трудности, связанные с подбором конструкционных материалов для термоэлектрогенераторов, можно преодолеть значительно легче, чем в случае котельных или газотурбинных установок. Это объясняется тем, что конструкции поверхности теплообмена термоэлектрогенератора по горячей стороне взаимодействуют лишь с газовой средой и не подвержены одновременному воздействию больших перепадов давлений в условиях контакта с газом, водой или паром. В результате создаются предпосылки для выбора наиболее подходящих к рассматриваемым условиям конструкционных материалов.

Таким образом, с термодинамической точки зрения использование предвключенных термоэлектрогенераторов в составе цикла паротурбинной или газотурбинной установки, по-видимому, следует считать оправданным. Однако экономическая целесообразность такого решения требует оценки степени увеличения построечной стоимости установки, которая обусловливается введением термоэлектрогенератора и одновременным увеличением габаритов, а следовательно, и стоимости котельной установки (в случае газотурбинной установки построечная стоимость возрастает лишь на величину стоимости термоэлектрогенератора).

Выводы относительно экономической целесообразности применения на судах атомных термоэлектрических установок в значительной степени определяются специфическими особенностями ядерного источника энергии и имеют лишь частный характер ввиду многообразия типов и конструкций ядерных реакторов.

Практически могут быть рассмотрены три схемы, основанные на принципе сочетания ядерного источника и термоэлектрического преобразователя энергии:

- ядерный реактор и отдельный термоэлектрогенератор;

- ядерный реактор со встроенным термоэлектрогенератором, размещаемым непосредственно в активной зоне;

- ядерный реактор со встроенным и отдельным термоэлектрогенераторами.

Первая схема может быть признана экономически целесообразной, видимо, при тех же условиях, которые были получены при анализе парового цикла с котельной установкой, т. е. при условии значительного увеличения эффективности термоэлектрических материалов. При использовании второй и третьей схем к эффективности термоэлектрических материалов с этой точки зрения могут быть предъявлены несколько меньшие требования. Последнее объясняется возможностью некоторого уменьшения построечной стоимости установки по сравнению со стоимостью атомной энергетической установки обычного типа.

Поскольку топливная составляющая стоимости атомных установок имеет меньшую величину, чем установок, работающих на органическом топливе, экономическая целесообразность их применения в судовой энергетике может быть достигнута при меньшей



эффективности процесса прямого преобразования энергии, чем в случае установок, в которых используется органическое топливо. Следует также отметить, что в целом ряде случаев даже при больших затратах атомные термоэлектрические установки благодаря ряду неоспоримых преимуществ уже в настоящее время могут оказаться предпочтительнее.

Преимущества атомных термоэлектрических установок складываются из преимуществ энергетических установок с ядерным источником энергии и энергетических установок с прямым преобразованием энергии и электродвижительным комплексом.


Рис. 149. Конструктивная схема атомной термоэлектрической установки SNAP-10

/ - отражатель (Ве); 2 - ядерное топливо (U -j- ZrH); 3-термоэлектрогенератор (GeSi); 4-оребренная 4 поверхность теплообмена

Первая атомная термоэлектрическая установка с ядерным источником энергии «Ромашка» создана в СССР в 1964 г. [19].

Характеристики атомной термоэлектрической установки «Ромашка»

Тепловая мощность ядерного реактора, кет . . 40

Эффективная электрическая мощность, ет . . 500-ь800

Ядерное топливо и замедлитель . . . UQ (графит)

Загрузка ядерного топлива, кГ . 4,90

Материал отражателя.............. Ве

Температура наружной поверхности отражателя °К 1253 Температура основания излучающих ребер, °К . . 823 Величина нейтронного потока (в центре и на границе активной зоны), нейтрон/см -сек . . . 10-10-7Ю

Материал термоэлементов.......... GeSi

К. п. д. энергетической установки, %...... 1,25-2,0

Особенности конструкции элементов установки «Ромашка» определяются следующими факторами:

- использованием ядерного реактора с твердым замедлителем;



бсуЩесвлеййеМ ПоДводй tfefibtbi it горячим сПаям терМб* Элементов теплопроводностью;

- отводом теплоты от холодных спаев термоэлементов излучением.

Атомная термоэлектрическая установка «Ромашка» была выведена на режим в 1964 г. и успешно эксплуатировалась в течение длительного времени. Эксплуатация установки позволила накопить немалый опыт, весьма полезный для дальнейшего проектирования электроэнергетических систем такого типа.

В конструктивном отношении близка к «Ромашке» атомная термоэлектрическая установка SNAP-10, разработанная в США (рис. 149) [118], [145].

Характеристики атомной термоэлектрической установки SNAP-10

Эффективная расчетная электрическая мощность, em ... . 500

Экспериментально достигнутая электрическая мощность, вт 300

Материал ветвей термоэлементов (р- и п-типов)...... GeSi

Эффективный к. п. д. установки, % . . . . 2,5

Эта установка, рассчитанная на мощность 500 вт, включает термоэлектрогенератор, состоящий из 786 термоэлементов (сплавы РЪТе и GeBiTe). В процессе испытаний при к. п. д. 2,5% установка SNAP-10 развила мощность около 0,3 кет.

Ядерный реактор установки с замедлителем из гидрида циркония представляет собой двухзонную сборку, критичность которой достигается уменьшением зазора между этими сборками. В целях обеспечения безопасности эксплуатации реактор спроектирован с большим отрицательным температурным коэффициентом реактивности.

Атомная термоэлектрическая установка SNAP-10 практического применения не нашла, так как требовала значительной доработки. Полученные при ее опытной эксплуатации данные были использованы для разработки более совершенной бортовой электростанции SNAP- OA космического корабля, которая в 1965 г. в течение нескольких десятков часов работала на борту объекта [163], [165].

На рис. 150 показана принципиальная схема, на рис. 151 - общий вид установки SNAP-10A. В качестве источника тепловой энергии в установке был использован гомогенный ядерный реактор на тепловых нейтронах мощностью 35 кет, в качестве замедлителя- гидрид циркония [125]. Отвод тепла из активной зоны ядерного реактора и его подвод к горячим спаям термоэлементов Осуществлялись теплоносителем - эвтектическим сплавом Na-К, а принудительная циркуляция теплоносителя - при помощи электромагнитных насосов, получавших питание от автономных секций термоэлектрогенератора.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 [70] 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93



0.0085