[20/07/2018] Подводное судно с турбо-ядерным электрогенератором и системой электрожвижения
А.А.Виноградов, к.т.н., гендиректор и главный конструктор проектов АО «СИЛА ОКЕАНОВ» г. Шатура,
Россия
Настоящая статья касается видения перспективы и
способности главных конструкторов Объединённой судостроительной кампании (ОСК)
и Государственной корпорации (ГК) «Росатом» создавать новую технику на
принципиально новых технических решениях и изобретениях.
Технические характеристики ядерных реакторов
(ЯР) силовых транспортных установок, ядерных электрогенерирующих установок
(ЯЭУ) мощностью 10-100 МВ*А, атомных подводных лодок (АПЛ), кораблей и
ледоколов нельзя сегодня признать лучшими, полученными на основе современных
знаний, технических решений и изобретений последних лет.
Так, например,
конструкция АПЛ до сих пор копирует устройство первых подводных лодок серии Щ,
которые создавали ещё в 20-х годах 20 века для России немецкие инженеры.
Принцип был таков, что всё оборудование и экипаж размещены в одном герметичном
корпусе, несущем давление погружения и с отсеками непотопляемости. А все
попытки атомщиков создать специальную для АПЛ ядерную силовую установку,
динамичную и безопасную для экипажа, провалились. Кроме водо-водяного реактора
(ВВР) с низкими параметрами, имеющего кризис теплоотдачи, и паровой турбиной
ничего практичного так и не изобрели.
Особо следует отметить то, что все
разработки различных модификаций ядерных реакторов велись в основном с начала
50-х до конца 70-х годов в режиме соперничества с США. А дальше, плавный
переход к началу 80-х годов в застой, и стали только «долизывать» уже
сделанное. И в гражданском секторе атомной энергетики застопорились на ВВЭР и
РБМ-К, который после аварии на Чернобыльской АЭС, стал последним применяемым из
класса уран-графитовых реакторов. Застой ГК «Росатом» налицо, и для этого
утверждения имеются неопровержимые доказательства, обсуждение некоторых из
которых будет сделано в данной статье. А главный недостаток транспортных ЯР
заключается в конструкции и способе его размещения в корпусе АПЛ или судна,
которые и предопределяют все вредные качества, долгострой и дороговизну
применения атомной энергии в этих целях.
В
комментариях к статье «Подводная мини-АЭС» ГОСТЬ написал: - «Я отлично понимаю
все +/-, а традиционный подход в атомной промышленности ещё никому не мешал.
Много вас, инноваторов». И далее – «В чем, по-Вашему, заключается традиционный
подход? Это до 70-х годов были инженеры-конструкторы, сами считали, сами
чертили и проектировали, сами испытывали. Сегодня одни "манагеры" остались,
управленцы, в лучшем случае с гуманитарными знаниями, или вовсе без знаний, но
с красочными дипломами отечественных и зарубежных бизнес школ. Их кредо: -
"...переставлять кровати, а не девочек менять". Вот и получилось,
сегодняшние руководители не создают новое, а только переставляют старое, и прихваливают
- "старое проверенное и надёжное". Вот таков их, управленцев,
действующий сейчас подход к созданию прорывных изделий.
С новыми идеями им одни
только мучения и головная боль, надо иметь знания, а таковых у них
нет и уже не будет. Главное для них на занятом месте управленца успеть набить
карманы, войти в номенклатуру и перейти с повышением зарплаты на новое место». Из объяснения
конструкторов «Росатом», что такое «традиционный подход» сегодня, это когда в
новом изделии около 50-70% узлов использовано из старых проектов. Типичный
пример, по программе «Прорыв» реактор «Брест» - стержневая конструкция
тепловыделяющих элементов (твэлов) объединённых в тепловыделяющую сборку по
аналогии реактора ВВЭР. Только вот дистанционирование твэлов пуклёвками на
решётках в жидком свинце не будет работать, свинец не заходит в щели, значит,
будет локальный перегрев и разрушение оболочки твэла под пуклёвкой.
Такой же
промах в отношении «приемистости»
ЯР в режиме переменных нагрузок. Длинный твэл не терпит большого перепада
температур по своей длине. 120 0С это предел. Трещит. Значит к.п.д.
пришлось намеренно занизить. Так что, копировать уже созданное надо тоже с
умом. Да, экономия конструкторских работ. А если учесть ещё то, что сегодня нет
знающих инженеров–конструкторов, то это вообще единственный выход для КБ,
копировать старые архивные чертежи и подклеивать новые штампы. Для демонстрации
традиционного подхода на рис. 1 показан коллаж АПЛ.
Рис. 1
Носовая часть взята от АПЛ
«Хаски», изображение которой взято из статьи «Хаски» – российская субмарина пятого поколения» http://interpolit.ru/blog/khaski_rossijskaja_submarina_pjatogo_pokolenija/2016-06-05-7000,
в которой в апреле 2016 года
со слов главы ОСК г-н Алексея
Рахманова написано, что новая АПЛ будет объединять в себе возможности многоцелевой
и стратегической подлодки. «Это будет лодка, которая будет унифицирована –
стратегической и многоцелевой по ряду своих ключевых элементов», – заявил он. А
центральная и кормовая части подрисованы нашим конструктором. Этому варианту
АПЛ дали название «Шаткихаски».
В средней части применён негерметичный корпус 1,
в котором размещены две турбо-ядерных батарейки 2 с электрической мощностью
около 70 МВ*А каждая и прорези водозабора 3 и водосброса 4. В негерметичном
корпусе имеется сквозной цилиндрический канал – гнездо 5 для двух батискафов 6.
Батискаф 6 имеет сферическую форму и люк 7. В батискафе находится экипаж и
аппаратура центрального поста АПЛ. В канале-гнезде 5 могут помещаться два
батискафа друг над другом, т.е. АПЛ может иметь 100% резервный центральный пост
и экипаж. Получилась уникальная АПЛ. Правда,
зачем оставлять рубку - надстройку с антеннами, перископом и др.
оборудованием. Лишнее сопротивление подводному движению, рубку тоже отрезали.
Лучше применить беспилотные аппараты, которые будут двигаться параллельным
курсом с АПЛ на некотором расстоянии, и осуществлять космическую связь,
круговой обзор над водой и под водой, подсветку целей и встречных объектов по
ходу движения АПЛ, и всю информацию передавать на центральный пост.
Беспилотники станут глазами и ушами командира АПЛ, а связь с ними по
ультразвуковому каналу без помех и сбоев. Это намного надежней и полезней, по
крайней мере, сама АПЛ ничего значительного излучать не будет, и ей для связи с
внешним миром не требуется находиться на поверхности, что не позволит определять
её координаты. И как раз на месте рубки освободится место для мокрого отсека
хранения беспилотных подводных аппаратов. На корме, на поверхности мокрого
корпуса 8 в углублениях установлено два движителя 9 с реактивной силой, см.
рис. 1, с изменяемым направлением вектора тяги с помощью поворотного сопла 10,
а также в хвосте имеется пара горизонтальных рулей 11.
Для замены ЯБ корпус 8
хвостовой части может поворачиваться вверх относительно оси 13, освобождая
доступ к ним. Движители имеют верхние наружные водозаборы 12 и внутренние
водозаборы для движения на поверхности. Движители с реактивной тягой позволяют
повысить подводную скорость АПЛ не меньше чем до 80 км/час (45 узлов), а также,
увеличить её манёвренность. АПЛ сможет разворачиваться на месте и увильнуть от
торпеды. По сравнению с «Хаски» АПЛ «Шаткихаски» обладает ещё многими
преимуществами, о которых при необходимости будет сказано позднее.
Дарим
эту идею компоновочного решения «Шаткихаски» гендиректору АО «СПМБМ «Малахит» Владимиру Юрьевичу Дорофееву
заблаговременно, т.е. до начала опытно-конструкторских работ по созданию
подлодки «Хаски», которые начнутся в 2019 году согласно заявлению в прессе – «Армия
и ОПК» – ТАСС 25.06.2018. Это вариант АПЛ как раз сделан в рамках Вашего
традиционного подхода, примерно 50% старого, 50% нового. Вам понравится,
поскольку АО «СПМБМ «Малахит»: - «... уделяет большое внимание применению
современных достижений в области информационных технологий при выполнении
проектно-конструкторских работ» (цитата взята из сайта «Малахит»). На все
вопросы Ваших конструкторов готовы ответить при прямом контакте.
Какие в
перспективе АПЛ можно ожидать?
Ответ единственный. В
ОСК собираются делать АПЛ громоздкими, неповоротливыми, с нулевой «приемистостью», а
реакторные установки в ГК «Росатом» будут делать на весь срок эксплуатации АПЛ,
т.е. на 42 года с одной загрузкой ядерного топлива. Форма корпуса АПЛ сохранят
– «сигара». Весь запас ракет будут хранить в чреве лодки в пусковых шахтах, с
размещением их в герметичном корпусе АПЛ вместе с экипажем. И запуск ракет
будут осуществлять с лодки. АПЛ будет
иметь реакторный и машинные отсеки, в которых сохранят принцип постоянного
обслуживания матросами. Движитель – винт. Привод – паровая турбина и
шестерёнчатые редукторы.
Ядерный реактор (ЯР) может быть и с жидкометаллическим
теплоносителем, а теплообменники и парогенератор оставят – прямоточными,
имеющими кризис теплоотдачи, а значит и вероятность разрушения. За лодкой
сохранится мощный тепловой шлейф. Глубина погружения не более 600-700 м. Экипаж будет
многочисленным, 100-140 человек. Система управления АПЛ и ЯР сохранит
электроуправление, программный принцип, электрические кабельные проходки,
значит, будут электрические помехи, сбои и потребуются перезагрузки программ
управления и измерения параметров. Одна капсула на весь экипаж для спасения при
авариях. После всплытия такой капсулы в открытом океане, экипаж будет абсолютно
беспомощен, «просто бери тепленьких в плен». Других идей ни в США, ни в Китае и России пока нет.
А
по существу ситуация сегодня такова, что сохранена вероятность повторения
ядерной и иной аварии, или невыполнения боевого задания из-за неудачной
конструкции ЯР и АПЛ. На рис. 2 показаны последствия ядерной аварии на АПЛ.
Рис. 2
Технология
реакторных установок с жидкометаллическим теплоносителем (ЖМТ) достигла «максимума»
в начале 80-х годов, ею были оснащены самые
скоростные и маневренные АПЛ. Наиболее удачная разработка – блочная
ядерная паропроизводящая установка (ЯППУ) БМ-40/А для второго поколения АПЛ с
ЖМТ. ЯППУ
с ЖМТ, обладают, в принципе, такими неоспоримыми по сравнению с традиционными
водо-водяными реакторами (ВВР) преимуществами, как: низкое давление в первом
контуре (10-15 атм. вместо 150-100),
что делает их значительно более безопасными;
возможность улучшения массогабаритных показателей (на 15-20% по сравнению с
ВВР).
Другой
особенностью ЯППУ с реактором на ЖМТ была ее высокая «приемистость» - лодка (в
отличие от лодок с ВВР) могла развить полный ход в течение одной минуты.
Кроме того такой лодке достаточно было 30 минут, чтобы
отойти от пирса и скрыться под водой, в то время как АПЛ с ВВР для этого
необходимо было 2-3 часа.
24 мая 1968 в 11:35 на АПЛ К-27 произошла
ядерная авария (подробнее о ней рассказано на странице «Аварии с ЯО») в
результате, которой облучился весь экипаж (по разным данным 144-142 человека) и
погибло 9 человек. НО опять же в 1977 году (проект АПЛ 705К) военные согласились на применение
паровой турбины, и опять тепловой шлейф за АПЛ, проблемы затвердевания и
разогрева свинцово-висмутого теплоносителя, стержневые твэлы и медленный выход
на полную мощность, стесненный реакторный отсек, и т.д. В реакторной установке
АПЛ проекта 705 протиснуться невозможно, см. рис. 2, показанный на «Форум АЭС
специалистов с осколков СССР», http://ludiwosleaeskotlov.1bbs.info/viewtopic.php?p=985
И
вообще, зачем и кто принял решение находиться экипажу в «обнимку» с ядерным реактором
и пусковыми шахтами ракет. Именно по такому компоновочному решению выполняются
сегодня все АПЛ, см. рис. 3.
Рис. 3
Применение
паровой турбины для привода обязывает создавать в чреве АПЛ большой машинный
зал, также как строили ещё в 18 веке суда с паровыми машинами и котлами. Что
также требует большой экипаж обслуживания. И монтаж на верфях, годами «лепят»
реактор в корпусе корабля или АПЛ вместе с трубопроводами, насосами, зубчатыми
редукторами и т.п. Наладка оборудования на предмет вибрации, автоматики
переходных процессов, датчиков и т.п. производится индивидуально и по месту во
время испытаний, т.е. в полевых условиях. Качество этой процедуры в полевых
условиях, конечно, на много ниже, чем в заводских условиях. Шум от турбины,
насосов, редукторов и др. оборудования сохранился большим. В машинном зале без
наушников нельзя находиться.
На
рис. 3 показано наиболее часто применяемое на сегодняшний день примерное
размещение оборудования в АПЛ. Подход сохранился ещё с тех времён 100 летней
давности. Только вместо парового котла применяют ядерный реактор со всем
комплексом парогенерирующего крупногабаритного и тяжелого оборудования, ну в
прям как на 1-ой в мире
АЭС в г. Обнинск. Силовая часть занимает половину герметичного
корпуса АПЛ.
Застой
инженерной мысли очевиден. Причина кроется в системе управления
чиновниками - манагерами, прошедших обучение в бизнес школах за рубежом,
например, в Школе Бизнеса университета Чикаго по специальности "мастер
делового администрирования". А ведь на главного управленца в поведении
ориентируются все его подчинённые. По их методике обучения считается, что если
вложить деньги, то новая техника сразу будет создаваться и производиться. А
нет. Старые образцы изделий, на которые уже есть чертежи, может быть так и
можно изготавливать. Но тогда деньги тратятся впустую, а действительно новых,
прорывных изделий не будет и в помине, даже если внушать всем рекламой и
пиаром, что разрабатываются инновационные технологии и изделия.
Такая ситуация
сложилась и в ОСК, и в ГК «Росатом». Главные конструкторы, под влиянием
чиновников – управленцев, дабы им угодить и удержаться на своём месте,
превратились из изобретателей конструкторов и инженеров в удобных «белых и
пушистых» для вертикали власти чиновников. Они потеряли способность
самостоятельно видеть перспективу для своей работы, для своей карьеры как
конструктора. Зарплата конструкторов в разы меньше зарплаты манагера, что
естественно заставляет подстраиваться под вертикаль власти. А если верхний
уровень власти и «топнет ногой», то уже ничего принципиально нового конструктор
- манагер не в состоянии изобрести и создать. Он разучился конструировать с
чистого листа. И он начинает пиарить старинные технические решения, выдавая их
за последние достижения науки и техники, и организует подтверждение их как
новых коллегиальными решениями НТС. Коллегиальное решение, которое привито
сейчас принципами т.н. западной демократии, есть не что иное, как способ
управления массами.
Если в коллегиальном органе принятия решения, например, в
НТС из 11 членов будет 6 дебилов или управляемых марионеток, то и коллегиальное
решение будет дебильным, т.н. «карманным решением». А это не что иное, как «научный терроризм». А кто «топнул ногой»,
что надо создать более грозную АПЛ, он тоже ничего не смыслит в технике, и
верит нижнему уровню управленцев, что якобы лучше не создать, что якобы нет
надлежащего технического уровня развития в России. А если ещё и Заказчик новой техники, тоже
манагер, и он идет на соглашение с создателем и производителем, не имея
собственных знаний и технического кругозора, то тогда вообще развитию страны
«крышка».
Заказчик будет перед Главнокомандующим повторять слова конструктора,
что ничего лучшего на сегодняшнем уровне развития техники сделать в России
нельзя. Тогда ещё много лет будут делать
старинную технику, выдавая её как прорывную, с помощью рекламы в СМИ, самопиара
на ТВ и мультиков реанимации желаемого. Круг замкнулся, система манагеров
сгнила первой в мире в США, и Президент Трамп, первым это понял и стал загонять
всю промышленность на территорию США. Управленец, топ-мэнеджер, если он не
прошел путь от конструирования и производства изделия до руководителя, то он
будет воспринимать свои управленческие функции как игру в «Монополию», ровно
так, как преподносят в бизнес школах. Для такого управленца крах его фирмы или
банкротство, это проходящее. Главное попасть в номенклатурный список, тогда
лично не потонешь. Кто не понял смысл
этих фраз, значит, не дано ему от Бога понять весь этот механизм управленцев. Такова
жизнь стала и в России.
Что делать? В СМИ уже давно появились
статьи типа «Руководство Объединенной судостроительной корпорации работает не в
интересах государства», 25.10.2017. Оригинал этого материала, http://www.moscow-post.com/politics/sudnye_dni_raxmanova25783/
The Moscow Post (http:
//www.moscow-post.com/) English version (https: //translate.google.cz/translate?hl=en&sl=ru&u=https://rucompromat.com/articles/aleksey_rahmanov_poteryal_chuvstvo_osk).
Аналогичные
есть материалы и про ГК «Росатом».
А
что толку. Ничего не меняется ни в разработках, ни в образовании. А кто может
переломить ситуацию. Но очевидно не снизу, и не главный конструктор, и не
учитель, и даже ни директор КБ. Возможно, надо постоянно «капать» на мозги
главного управленца, и убеждать его примерами и фактами, через СМИ и личными
обращениями специалистов, не замазанных в денежных распилах. С помощью решений
НТС ГК «Росатом» проблема не решится, поскольку председатели секций НТС уже
давно лоббируют каждый свою тему работ, и каждый согласовал её руководителем
ГК. Конкуренция им не нужна. Поэтому всё новое на НТС верхнего уровня будут
чернить и говорить «что сегодняшний уровень техники не позволяет создать
заявленное Вами изделие».
Многим это покажется вымыслом, но
именно Сергей Кириенко относился со вниманием к вопросам о перспективных направлениях в контуре Росатома,
только надо было правильно формулировать для него задачу и конкретно, с доказательствами предложить свой вариант решения.
Он мог разобраться и принять своё решение по конкретному изделию, и затем пропустить
его без «писка» через НТС. Обыватели,
особенно в комментариях к статьям ничего не зная по факту, а видя только
поверхностные события, высказываются как ничего не понимающий рядовой человек.
Возможно, и знаний такие комментаторы не имеют вовсе.
На
вопрос «что делать?» я отвечу так. Надо менять систему управления и во главе КБ
и проекта ставить главного конструктора, с полными полномочиями, а не
финансиста или директора. ТЗ на проект не должен разрабатывать сам себе главный
конструктор. ТЗ на выполнение проекта должен писать экспертный отдел
перспективных разработок со стороны Заказчика.
Для
сохранения преемственности знаний и способности проектировать с чистого листа, надо
искать способных студентов, и с ними работать главному конструктору
индивидуально, как наставнику своего приемника.
Конструкция
ЯБ постоянно улучшается, и в её конструкцию вносятся новые технические решения,
в частности, улучшающие «приемистость».
Поэтому в качестве ЯБ в данной статье
рассматривается вариант турбо-ядерного (ТЯ) электрогенератора. В отличие от ЯБ
в варианте Ядерной электрогенерирующей установки (ЯЭУ), о которой было
рассказано в ранее опубликованных статьях http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=7862
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=7991,
ТЯ-электрогенератор позволит увеличить электрическую мощность до 100% за время
меньше 30 секунд, т.е. выполнить за это время команду «полный вперёд». В ТЯ-электрогенераторе
главным является турбоустановка, работающая в цикле Брайтона с рабочим телом в состоянии сверхкритики S-CO2 (Ю.Корея).
http://www.heuristic.su/effects/catalog/est/byId/description/122/index.html
Техническая сложность
реализации лежит в большей степени на турбоустановке, а конструкция ЯР решается
достаточно просто в рамках уже просчитанных технических решений. Поэтому эта
разработка в большей степени относится к ОДК «Сатурн» и его техническим
решениям. Описание ТЯ-электрогенератора будет изложено в последующих статьях в
ПРоАтом.
Главные
преимущества АПЛ «Шаткихаски» по
сравнению с АПЛ «Хаски»
1. В силу конструктивных малых размеров корпусов
ядерной батарейки и батискафа их можно сделать выдерживающими большую (до 10 км и более) глубину
погружения. При этом стоимость их в десятки раз будет меньше стоимости несущего
давление погружения (НДП) сигарообразного корпуса «Хаски».
2. Применение реактивного движителя сделает АПЛ
глубоководной, манёвренной (разворот на 1800 на месте, уход от удара
торпеды в бок и корму) и скоростной, а также абсолютно бесшумной.
3. Численность экипажа в десятки раз меньше и
длительность подводного хода до 3-х лет без всплытия. Экипаж не контактирует с
ядерным реактором и в принципе не подвержен облучению. Замена экипажа в любой
точке океана путем замены батискафа вместе с экипажем.
4. Ядерная батарейка (ЯБ) транспортабельна,
можно перевозить по ж.д., её можно изготавливать серийно на заводе с полным
комплексом испытаний. ЯБ позволяет хранить её в т.н. «замороженном виде» на
любых складах примерно до 50 лет. Замена ЯБ в АПЛ производится достаточно
просто и быстро. Для ремонта силовых агрегатов не требуется база, ремонт
агрегатов на месте не выполняется, при отказах движителя и ЯБ производится их
замена в любой точке океана, для чего используется корабль обеспечения.
|