АНАЛИЗ ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КАССЕТ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ РЕАКТОРНЫХ УСТАНОВОК «РИТМ-200» УНИВЕРСАЛЬНЫХ АТОМНЫХ ЛЕДОКОЛОВ

В настоящее время в России интенсивно строится новый ледокольный флот, включающий универсальные атомные ледоколы нового поколения пр. 22220. В эксплуатации уже находятся атомные ледоколы данного проекта: «Арктика», «Сибирь». Практически готов вступить в строй «Урал». В состоянии строительства находятся «Якутия», «Чукотка» и ледокол-лидер пр. 10510. На атомных ледоколах нового поколения указанных проектов впервые используется интегральная компоновка основного оборудования реакторной установки. Отмечается, что применение нового принципа компоновки оборудования требует перехода к принципиально новому способу формирования теплообменной поверхности парогенераторов. В результате были применены прямотрубные модульные конструкции, скомпонованные в кассеты парогенераторов. Темой исследования являются теплогидравлические характеристики кассет парогенераторов реакторных установок «РИТМ-200». При этом рассмотрены конструктивные решения, приводящие к изменениям данных характеристик. Особое внимание уделяется организации подвода питательной воды и отвода пара из парогенераторов, поскольку это оказало существенное влияние на теплогидравлические процессы в кассетах. Выполнены необходимые теплогидравлические расчеты для сопоставления новых решений с уже имеющимися. При этом отмечается снижение температуры пара на выходе из парогенераторов. Кроме того, теплообменная поверхность модулей в продольном сечении образует кольцевые каналы с двухсторонним обогревом теплоносителем, что также содержит дополнительные факторы, влияющие на формирование характеристик парогенераторов. Приведены сопоставления коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи по фазовым участкам теплообмена, а также среднелогарифмические тепловые напоры. Отмечается различный характер распределения теплообменных поверхностей участков по сравнению с ранее применяемыми змеевиковыми парогенераторами. Особое внимание уделяется вопросу снижения гидравлических сопротивлений потоков по рабочему телу и теплоносителю, что уменьшает затраты энергии на прокачку сред и создает благоприятные условия для улучшение естественной циркуляции теплоносителя. В данной статье проанализированы особенности теплогидравлических характеристик кассет парогенераторов и выполнено их сопоставление с аналогичными характеристиками находящихся в эксплуатации змеевиковых парогенераторов.

интегральная компоновка, парогенерирующий элемент, модуль, кассета, секция, двухсторонний обогрев, коэффициенты теплопередачи, кольцевые щели, теплообменная поверхность, кризис теплообмена, гидравлическое сопротивление

1. Зверев Д. Л. Реакторные установки для атомных ледоколов. Опыт создания и современное состояние / Д. Л. Зверев, Ю. П. Фадеев, А. Н. Пахомов, В. Ю. Галицких, В. И. Полуничев, К. Б. Вешняков, С. В. Кабин, А. Ю. Турусов // Атомная энергия. - 2020. - Т. 129. - № 1. - С. 29-37.

2. Зверев Д. Л. Опыт создания и перспективы развития ядерных энергетических установок для ледокольного флота и энергообеспечения / Д. Л. Зверев, Ю. П. Фадеев, А. Н. Пахомов, В. И. Полуничев // Атомная энергия. - 2018. - Т. 125. - № 6. - С. 318-322.

3. Кудинович И. В. Ядерные энергетические установки перспективных объектов морской техники гражданского назначения / И. В. Кудинович, А. Ж. Сутеева, В. Г. Хорошев // Труды Крыловского государственного научного центра. - 2018. - № 4 (386). - С. 95-106.DOI: 10.24937/2542-2324-2018-4-386-95-106.

4. Королёв В. И. Повышение экономических показателей эксплуатации атомных ледоколов при проводке судов в Арктике / В. И. Королёв // Арктика: экология и экономика. - 2021. - Т. 11. - № 2. - С. 244-253. DOI: 10.25283/2223-4594-2021-2-244-253.

5. Королев В. И. Основы эксплуатации и ремонта реакторных установок плавучих объектов с ядерной энергетической установкой: в 2 ч. / В. И. Королев. - СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2019. - Ч. 2. - 312 с.

6. ЦПКУ.501421.037РЭ Кассета парогенератора: руководство по эксплуатации. - «ОКБМ Африкантов», 2013.

7. Михеев М. А. Основы теплопередачи / М. А. Михеев, И. М. Михеева. - М.: Энергия, 1973. - 320 с.

8. ЦПКУ.501421.037РР Кассета парогенератора. Расчет тепловой и гидравлический. - «ОКБМ Африкантов», 2009.

9. РД 24.035.05-89. Тепловой и гидравлический расчет теплообменного оборудования АЭС: метод. указания. - Л.: Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. Ползунова (НПО ЦКТИ), 1991. - 211 с.

10. Кириллов П. Л. Справочник по теплогидравлическим расчетам / П. Л. Кириллов, Ю. С. Юрьев, В. П. Бобков. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 296 с.

11. Гидравлический расчет котельных агрегатов (Нормативный метод) / В. А. Локшин, Д. Ф. Петерсон, А. Л. Шварц и др. [под ред. В. А. Лошкина]. - М.: Энергия, 1978. - 256 с.

12. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И. Е. Идельчик. - М: Машиностроение, 1975. - 559 с.