Введение
Испытательный ядерный реактор, построенный армией США. Ядерный реактор ML-1 был экспериментальным ядерным реактором, построенным в рамках программы ядерной энергетики армии США в период с 1961 по 1965 год. Он предназначался для обеспечения ядерной энергией, устанавливаемой на грузовиках, способной сопровождать войска и обеспечивать электроэнергией командные и коммуникационные центры, эвакуационные госпитали, склады, а также радиолокационные и вооружённые системы. В отличие от других семи реакторов этой программы, он не использовал паровую турбину, а вместо этого применял азотный теплоноситель для привода газотурбинного двигателя замкнутого цикла. Он был спроектирован для выработки 3,3 МВт тепловой мощности и 400 кВт мощности на валу при температуре на выходе. Несмотря на перспективность концепции газотурбинного двигателя замкнутого цикла на азоте, конструкция не оправдала ожиданий и была прекращена после закрытия ML-1 в 1965 году, после нескольких крупных модернизаций и лишь нескольких сотен часов испытаний. Схожие концепции в последнее время предлагались в рамках программы PBMR как её производные. Экономический анализ 1964 года показал, что общая стоимость приобретения и эксплуатации ML-1 в течение десяти лет будет примерно в десять раз выше, чем у сопоставимой дизельной установки при обычных затратах на топливо.
the nuclear reactor
ML 1 was an experimental nuclear reactor built as part of the US Army Nuclear Power Program between 1961 and 1965. It was intended to provide truck mounted nuclear power that could accompany troops from place to place and provide power to command and communication centers, evacuation hospitals, depots, and radar and weapons systems. Unlike the other seven reactors of this program, it did not use a steam turbine, but instead used a nitrogen coolant at to drive a closed cycle gas turbine. It was designed to produce 3.3 MWthermal of heat and 400 kW of shaft horsepower with an outlet temperature of
Though the concept of a nitrogen closed cycle gas turbine was strong, the design failed to live up to expectations, and was abandoned with the closure of ML 1 in 1965 after several major refits and with only a few hundred hours of testing completed in all. Similar concepts have been more recently proposed as part of the PBMR program as derivatives thereof. A 1964 economic analysis concluded that the overall cost of purchasing and operating the ML 1 for a period of 10 years would be about ten times that of a comparable diesel plant at normal fuel costs.
Концепция
Основная концепция газовой турбины с замкнутым циклом, использующей азот – относительно инертный газ – в замкнутом контуре с источником тепла деления, расположенным между компрессорной и турбинной ступенями газовой турбины, была и остаётся весьма перспективной. В связи с этим, Комиссия по атомной энергии посчитала, что такой реактор может удовлетворить потребности армии; армия проявила заинтересованность, и начался процесс проектирования и изготовления.
Проектирование и изготовление
Конструкция ML 1 была обусловлена требованиями заказчика, то есть армии, которая хотела турбину, транспортируемую самолетом (имеющую небольшой вес и размер, соответствующий грузовому контейнеру), что привело инженеров Aerojet General Nucleonics, главного подрядчика, к нестандартным конструкторским решениям. Для снижения веса была отказана от обширной экранизации в пользу зоны исключения персонала радиусом 500 футов (152 м) во время работы; были внедрены устройства повышения эффективности, такие как рекуператоры; была задана изоляция для поддержания тепловых параметров в оптимальных пределах; была реализована сложная система управления и сложная активная зона; была спроектирована совершенно новая газовая турбина специально для этой установки; и рабочая жидкость – азот – сжималась до…
Техническое задание было выполнено; установка функционировала (в расчетах); и соответствовала требованиям армии по транспортировке. ML 1 был изготовлен в соответствии со спецификацией, однако впоследствии было обнаружено, что использованы материалы, не соответствующие требованиям (в частности, для некоторых трубопроводов был указан сплав нержавеющей стали марки 316L, в составе которого в нескольких местах наблюдалось недостаточное содержание хрома, что делало его подверженным коррозии), хотя это не было сразу заметно в готовом изделии.
The design specification achieved its goals; the plant worked (on paper); and was transportable to Army requirements. The ML 1 was fabricated as specified, though it was discovered later that materials not to specification were present (the specified stainless steel alloy for some of the piping, grade 316L had insufficient chromium in its composition in several locations, making it susceptible to corrosion) though this was not immediately evident in the delivered product.
Испытания на прием
Впервые МЛ-1 начал работать как электростанция 21 сентября 1962 года, вырабатывая всего несколько киловатт электроэнергии. Он впервые достиг полной мощности 28 февраля 1963 года. 4 марта, после первого 100-часового испытания на высокой мощности, было обнаружено, что охлаждающий газ просачивается в воду-модератор. Установка была разобрана и перестроена, и вновь запущена в эксплуатацию весной 1964 года. МЛ-1 работал (хотя и никогда не соответствовал спецификациям, достигая пиковой мощности лишь 66% от заявленной электрической мощности), но на пути к этому возникло множество серьезных проблем. Частыми были быстрые остановки, зачастую из-за ложных показаний датчиков, а реальные механические неисправности неядерных компонентов системы часто оставались незамеченными до наступления определенных повреждений. Справедливо или нет, высшее армейское руководство в определенной степени стало считать его "бракованным" экземпляром, а сокращения бюджета, вызванные войной во Вьетнаме, привели к окончательному закрытию установки в 1965 году.
Анализ
Адамс утверждает, что проектирование и реализация ML 1 были ошибочными из-за решения о создании передовой, высокоэффективной, легко транспортируемой газовой турбины с замкнутым азотным циклом до того, как была создана какая-либо другая работоспособная версия конструкции. Адамс полагает, что конструкторы ML 1 допустили ряд неверных решений, включая добавление ненужного рекуператора для повышения эффективности, использование источника тепла деления на основе каландрии с водяным теплоносителем, не проверенного в реальных условиях, применение давления в девять атмосфер на входе компрессора, что позволило сэкономить место, но потребовало создания турбины по индивидуальному заказу, а не использования турбины, рассчитанной на атмосферное давление, размещение изолирующей фольги внутри газопроводов для повышения эффективности (впоследствии фольга отслаивалась и загрязняла замкнутый контур частицами, вызывая проблемы с отслоением для инженеров), и использование компонентов, изготовленных по индивидуальному заказу и не имеющих аналогов, вместо коммерчески проверенных авиационных или турбин, используемых в энергетике.