S5G реакторы: АҚШ Әскери-теңіз күштері үшін жасалған прототиптік атомдық реактор.

Кіріспе

S5G реакторы – АҚШ Әскери-теңіз күштері үшін су асты кемелерінде электр энергиясын өндіру және қозғалыс қамтамасыз ету мақсатында жасалған прототиптік теңіз реакторы. S5G белгілемесі мыналарды білдіреді:

S = Су асты кеме платформасы
5 = Мердігер ұсынған бесінші буын ядролық қондырғы
G = General Electric – келісімшарт бойынша жобалаушы.

Дизайн

S5G – екі салқындатқыш контуры және екі бу генераторы бар қысымды суда жұмыс істейтін реакторлық қондырғы. Ол реакторлық корпусты қайықтың төменгі бөлігіне, ал бу генераторларын жоғары орналастыру арқылы бірінші контур салқындатқышының табиғи айналымын дамыту және сақтау үшін жобаланған. Реактордың бірінші контур салқындатқыш сорғылары – су асты кемелерінен шығатын шудың негізгі көздерінің бірі, сондықтан салқындатқыш сорғыларын және олармен байланысты жабдықтарды жою механикалық күрделілікті азайтуға және қозғалтқыш жабдықтарына қажетті кеңістікті қысқартуға мүмкіндік береді. S5G-де бірінші контур салқындатқыш сорғылары болған, бірақ олар тек өте жоғары жылдамдықтарда ғана қажет болды. Реакторлық өзегі салқындатқыш үшін өте тегіс жолдармен жасалғандықтан, салқындатқыш сорғылары бәсекелес S5W өзегінде қолданылатындарға қарағанда кішкентай және тыныш болды. Олардың саны да аз болды. Көп жағдайда су асты кемесі салқындатқыш сорғыларын пайдаланбастан жұмыс істей алатын. Шуды азайтуға бағытталған конструкция корпустың диаметрін үлкендетті, бірақ бәсекелес S5W реакторына қарағанда бірінші контур салқындатқыш құбырларын үлкен етуді қажет етті. Өлшемдері үлкен болғандықтан, S5G кейінгі шабуылдаушы су асты кемелерінде қолданылмады, бірақ S8G реакторының жобалануына негіз болды. Қозғалтқыш қондырғысының шуын одан әрі азайту үшін екі бу турбинасын бұранданы қозғалтуға арналған редуктор арқылы пайдаланудан бір үлкен қозғалтқыш турбинасына, редукторсыз өтуге көшті. Бұл редуктордың шуын жойды, бірақ үлкен негізгі қозғалтқыш турбинасын қажет етті. Турбина цилиндр пішіндес, диаметрі шамамен 12 фут (3,66 метр), ұзындығы 30 фут (9,14 метр) болатын. Мұндай үлкен өлшем оның бұранданы тікелей айналдыруына және оны тиімді етуіне мүмкіндік беру үшін қажет болды. Осы қозғалтқыш орнатылымы USS Narwhal және құрлықтағы прототипте де қолданылды. Әскери-теңіз күштері бұл жобаны сұраған кезде табиғи айналымды қамтамасыз ететін қондырғының тұжырымдамасы салыстырмалы түрде жаңа болды. Сондықтан Айдахо штатындағы прототиптік қондырғы АҚШ Әскери-теңіз күштері үшін жұмыс істейтінін анықтау үшін қатаң сынақтан өтті. Бұл жобаның Narwhal-дан басқа басқа жылдам шабуылдаушы су асты кемелері үшін негізі болмағанмен, сәтті аяқталды. Прототиптік сынақтар шабуылдаушы су асты кемесінің машиналық бөлімінің барлық бөліктерін модельдеуді қамтыды. Қондырғыны үлкен су тоғандарында орналастыру прототиптің ұзын осі бойымен айналуына мүмкіндік берді, реактор бөлімінің алдында орнатылған үлкен гироскоптарды айналдыру арқылы тізгінмен бұрылуды имитациялады. Бұл табиғи айналым тіпті тізгінмен бұрылу кезінде де жалғасатынын анықтау үшін қажет болды, өйткені табиғи айналым гравитацияға байланысты, ал су асты кемелері әртүрлі бұрыштарда маневр жасай алады.

The S5G was a pressurized water reactor plant with two coolant loops and two steam generators. It had to be designed with the reactor vessel situated low in the boat and the steam generators high in order for natural circulation of the primary coolant to be developed and maintained. Reactor primary coolant pumps are one of the primary sources of noise from submarines, and the elimination of coolant pumps and associated equipment would also reduce mechanical complexity and the space required by propulsion equipment. The S5G had primary coolant pumps, but they were only needed for very high speeds. And since the reactor core was designed with very smooth paths for the coolant, the coolant pumps were smaller and quieter than the ones used by the competing S5W core. They were also fewer in number. In most cases the submarine could be operated without using coolant pumps at all. The quiet design resulted in a larger hull diameter but required larger primary coolant piping than the competing S5W reactor. Due to the larger size, the S5G was not used in subsequent attack submarines, but was a precursor to the S8G reactor design used in the larger s.

To further reduce engine plant noise, the normal propulsion setup of two steam turbines driving the screw through a reduction gear unit was changed instead to one large propulsion turbine with no reduction gears. This eliminated the noise from the main reduction gears, but the cost was to have a huge main propulsion turbine. The turbine was cylindrical, about 12 feet in diameter, and about 30 feet long. This massive size was necessary to allow it to turn slowly enough to directly drive the screw and be fairly efficient in doing so. The same propulsion setup was used on both USS Narwhal and the land based prototype. The concept of a natural circulation plant was relatively new when the Navy requested this design. The prototype plant in Idaho was therefore given quite a rigorous performance shakedown to determine if such a design would work for the US Navy. It was largely a success, although the design never became the basis for any more fast attack submarines besides the Narwhal. The prototype testing included the simulation of essentially the entire engine room of an attack submarine. Floating the plant in a large pool of water allowed the prototype to be rotated along its long axis to simulate a hard turn, accomplished by torquing large gyroscopes mounted forward of the reactor compartment. This was necessary to determine whether natural circulation would continue even during hard turns, since natural circulation is dependent on gravity whereas submarines are known to maneuver at various angles.

Тарих

Бұл ядролық реактор құрлықтағы прототипке орнатылды – бастапқыда тұжырымдаманы сынау үшін, ал кейіннен мыңдаған Әскери-теңіз күштері операторларын даярлау үшін, Айдахо штатының Арко қаласы маңындағы Айдахо Ұлттық зертханасындағы Әскери-теңіз реакторлық қондырғыда, сондай-ақ USS Narwhal (SSN 671) суасты қайығында қолданылды; екеуі де қолдан алынып, қызметтен шығарылды. Оның мақсаты суасты кемелерінің шуылдауын азайтуға табиғи айналым технологиясының мүмкіндіктерін сынау болды. 1960 жылдардың басында салынған S5G прототипі 1995 жылдың мамыр айында тоқтатылды.