RU2608843C1

RU2608843C1 - Underwater electricity production module

Info

Publication number: RU2608843C1
Application number: RU2016107305A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Антонов; Юрий Михайлович Трапезников; Андрей Евгеньевич Бабуркин; Владимир Владимирович Брилевский; Дмитрий Владимирович Гуреев; Олег Флоридович Зайнуллин; Александр Владимирович Круглов; Василий Сергеевич Устинов
Original assignee: АО "Санкт-Петербургское морское бюро машиностроения "Малахит" (АО "СПМБМ "Малахит")
Priority date: 2016-03-01
Filing date: 2016-03-01
Publication date: 2017-01-25

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: use: in electric power engineering. Underwater electricity production module has a device to accommodate electric power units including nuclear reactors connected with electric power generation means, electrical cables, support means. Electric power units are arranged on an underwater carrier permeable platform made with the possibility of its stationary installation on the bottom on vertical supports and including seats for electric power units with guides and means of protection and convectors electrically detachably connected with an electrical compartment in the form of a strong hull with electrical equipment, which is installed due to its negative buoyancy onto the central longitudinal axis of the platform and is equipped with means of ballasting, a hatch-gateway, a coaming platform, an input and at least one output high-current connectors. Herewith the electric power units are made in the form of underwater nuclear thermoelectric plants and are joined with the underwater platform in the seats on both sides along the electrical compartment by detachable mechanical and electrical connections.

EFFECT: technical result is simplified design, increased service life, higher reliability and independence of operation.

16 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области подводного производства электрической энергии, а именно к подводному модулю для производства электрической энергии в условиях замерзающих морей. Изобретение может быть использовано для обеспечения электроэнергией стационарных подводных и надводных объектов.The invention relates to the field of underwater production of electrical energy, namely to an underwater module for the production of electrical energy in the conditions of freezing seas. The invention can be used to provide electricity to stationary underwater and surface objects.

Известен комплекс технических средств для обеспечения электроэнергией потребителей в условиях замерзающих арктических морей (RU, п. №2522698, д. пр. 01.08.2012), включающий по крайней мере одно приемно-распределительное устройство, соединенное с потребителями, по крайней мере один источник электрической энергии - плавучий энергоблок, соединенный силовым электрокабелем с подводным распределительным устройством, а также якорные линии. Комплекс имеет ледокольное судно обеспечения с по крайней мере одним подводным аппаратом и подводный буй-ловитель. При этом приемно-распределительное устройство установлено на дне, каждый плавучий энергоблок снабжен штатными якорными линиями с мертвыми якорями, сильноточным разъемом, цистернами главного балласта, специальной цистерной для придания отрицательной плавучести, опорами, устанавливаемыми на дно, и имеет наружные посадочные комингсы для обслуживающих подводных аппаратов, а соединение плавучего энергоблока с приемно-распределительным устройством осуществлено посредством сильноточного разъема и буя-ловителя с силовым электрокабелем.A well-known set of technical means for providing electricity to consumers in the conditions of freezing Arctic seas (RU, p. No. 2522698, etc. pr. 01.08.2012), including at least one receiving and distribution device connected to consumers, at least one source of electrical energy - a floating power unit connected by a power electric cable to an underwater switchgear, as well as anchor lines. The complex has an icebreaking support vessel with at least one underwater vehicle and an underwater buoy-catcher. At the same time, the receiving and distributing device is installed at the bottom, each floating power unit is equipped with standard anchor lines with dead anchors, a high-current connector, tanks for the main ballast, a special tank for imparting negative buoyancy, supports installed on the bottom, and has outdoor landing coings for serving underwater vehicles and the connection of the floating power unit with the receiving and distributing device is carried out by means of a high-current connector and a fishing buoy with a power electric cable.

Недостатками являются невозможность ремонта энергетической установки энергоблока без замены энергоблока в целом, необходимость постоянного присутствия на борту энергоблока обслуживающего персонала, а также необходимость частого регламентного обслуживания энергоблока под водой. Не раскрыт источник электрической энергии.The disadvantages are the impossibility of repairing the power unit of the power unit without replacing the power unit as a whole, the need for constant attendance of personnel on board the power unit, and the need for frequent scheduled maintenance of the power unit under water. The source of electrical energy is not disclosed.

Известна атомная установка энергоснабжения объектов морского нефтегазового месторождения (RU, п.м. №153219, д. пр. 04.07.2014), содержащая несколько энергетических модулей и расположенная на плавучей платформе, снабженной якорной системой, обеспечивающей возможность ее стабилизации в подводном положении или надводном положении. При этом каждый из энергетических модулей состоит из ядерного реактора, парогенератора и паровой турбины с электрогенератором. Установка содержит пароводяной теплообменник и модуль управления с распределителем тепла, к которому подключены патрубки выхода пара паровых турбин всех энергетических модулей, и с электрораспределительным устройством, соединенным с электрогенератором каждого из энергетических модулей и выполненным с возможностью соединения с электрораспределительными устройствами подводного и надводного объектов МНГМ. Причем пароводяной теплообменник имеет патрубок входа пара из распределителя тепла, патрубок для отвода конденсата и патрубки отвода и подвода воды, при этом патрубки отвода и подвода воды выполнены с возможностью подключения через теплоизолированные трубопроводы к системе теплоснабжения надводного и/или подводного объекта.A well-known nuclear installation for power supply of objects of an offshore oil and gas field (RU, subway meter No. 153219, etc. pr. 04.07.2014), containing several energy modules and located on a floating platform equipped with an anchor system, providing the possibility of its stabilization in underwater or surface position. In addition, each of the energy modules consists of a nuclear reactor, a steam generator, and a steam turbine with an electric generator. The installation comprises a steam-water heat exchanger and a control module with a heat distributor, to which steam outlet pipes for steam turbines of all energy modules are connected, and with an electrical distribution device connected to the electric generator of each of the energy modules and made with the possibility of connecting with the electrical distribution devices of the underwater and surface objects of the MNGM. Moreover, the steam-water heat exchanger has a steam inlet pipe from the heat distributor, a condensate drain pipe and a water discharge and water supply pipe, while the water pipe and water supply pipe are configured to be connected through heat-insulated pipelines to the heat supply system of the surface and / or underwater object.

Недостатками являются невозможность работы установки энергоснабжения в ледовых условиях, сложность конструкции энергетических модулей из-за наличия парогенератора, паровой турбины с электрогенератором и теплообменников.The disadvantages are the impossibility of the power supply installation in ice conditions, the complexity of the design of energy modules due to the presence of a steam generator, a steam turbine with an electric generator and heat exchangers.

Известна подводная атомная станция для обеспечения электрической энергией потребителей в закрываемых льдами акваториях шельфа (RU, п. №2399104, д. пр. 03.12.2008), которая включает подтопленную заякоренную платформу с посадочными местами с направляющими кранцами и ловильно-стыковочными устройствами, с приемно-распределительными устройствами, соединенными с потребителями кабельными линиями, и источник электрической энергии - подводные атомные энергетические модули, состыкованные с платформой. Подводные атомные энергомодули являются автономными, способными, как подводные лодки, самостоятельно совершать подводно-подледное плавание, осуществлять маневры по наведению, швартовке и стыковке с платформой подводной атомной электростанции. В прочном корпусе подводного атомного энергомодуля установлены однореакторная и турбогенераторная установки сравнительно небольшой электрической мощности.A well-known underwater nuclear power plant for providing consumers with electric energy in shelf ice-covered waters (RU, item No. 2399104, etc. 03.12.2008), which includes a flooded anchored platform with seats with guiding fenders and fishing docking devices, with a receiving -distribution devices connected to consumers by cable lines, and a source of electrical energy - submarine atomic energy modules docked to the platform. Submarine nuclear power modules are autonomous, capable, like submarines, of independently performing underwater-ice navigation, to maneuver in guidance, mooring and docking with the platform of an underwater nuclear power plant. A single-reactor and a turbogenerator unit of relatively small electric power are installed in a durable case of an underwater atomic energy module.

Недостатками являются повышенная сложность конструкции и эксплуатации самоходных атомных энергетических модулей с экипажем, длительное бездействие их движительных комплексов, сложность и опасность стыковки-расстыковки энергетических модулей с работающими реакторами с заякоренной платформой, отсутствие возможности смены персонала и пополнения запасов без всплытия в надводное положение в сложной ледовой обстановке.The disadvantages are the increased complexity of the design and operation of self-propelled atomic energy modules with the crew, the prolonged inactivity of their propulsion systems, the complexity and danger of docking-undocking of the energy modules with operating reactors with an anchored platform, the inability to change personnel and replenish reserves without surfacing in an ice surface in a complex ice setting.

Известен подводный модуль для производства электрической энергии (RU, п. №2549362, д. пр. 28.09.2010), принятый за прототип и содержащий средства в виде удлиненного цилиндрического корпуса, в которые интегрированы средства, образующие электрический энергоблок и содержащие средства в виде кипящего ядерного реактора, связанные со средствами производства электрической энергии, соединенными при помощи электрических кабелей с внешним пунктом распределения электрической энергии. Модуль содержит два электрических энергоблока, расположенные симметрично с двух сторон от центральной поперечной плоскости средств в виде корпуса вдоль их продольной оси, и подсобный отсек, общий для обоих электрических энергоблоков, который расположен в центре средств в виде корпуса и с двух сторон которого расположены энергоблоки.A well-known underwater module for the production of electrical energy (RU, p. No. 2549362, etc. pr. 28.09.2010), adopted as a prototype and containing means in the form of an elongated cylindrical body, which integrated means forming an electric power unit and containing means in the form of boiling a nuclear reactor connected with electric energy production facilities connected by electric cables to an external electric energy distribution center. The module contains two electric power units located symmetrically on both sides of the central transverse plane of the means in the form of a housing along their longitudinal axis, and an auxiliary compartment common to both electric power units, which is located in the center of the means in the form of a housing and on which two power units are located.

Недостатками являются наличие теплообменников, турбогенераторов в энергоблоке, необходимость выравнивания и уплотнения донного грунта для постановки модуля на длинных опорах, невозможность использования сигнального буя в ледовых условиях и гондол-движителей при длительной стоянке на дне.The disadvantages are the presence of heat exchangers, turbogenerators in the power unit, the need for leveling and compaction of the bottom soil for placing the module on long supports, the inability to use a signal buoy in ice conditions and gondolas-movers with long-term parking at the bottom.

Техническим результатом является упрощение конструкции, повышение срока службы, повышение надежности, автономности работы.The technical result is to simplify the design, increase the service life, increase the reliability, autonomy of work.

Технический результат достигается тем, что в подводном модуле для производства электрической энергии, включающем средство, в котором размещены электрические энергоблоки, включающие ядерные реакторы, связанные со средствами производства электрической энергии, электрические кабели, опорные средства, энергоблоки размещены на подводной несущей проницаемой платформе, выполненной с возможностью ее стационарной установки на дне на вертикальных опорах и включающей посадочные места для энергоблоков с направляющими устройствами и средствами защиты и конвекторы, электрически разъемно соединенные с электротехническим отсеком в виде прочного корпуса с электротехническим оборудованием, который установлен за счет его отрицательной плавучести на центральной продольной оси платформы и снабжен средствами балластировки, люк-шлюзом, комингс-площадкой, входными и как минимум одним выходным сильноточными разъемами, при этом энергоблоки выполнены в виде подводных ядерных термоэлектрических установок и состыкованы с подводной платформой в посадочных местах по обе стороны вдоль электротехнического отсека разъемными механическими и электрическими соединениями.The technical result is achieved by the fact that in the underwater module for the production of electric energy, comprising a means in which electrical power units are located, including nuclear reactors associated with electric power production means, electric cables, supporting means, power units are placed on an underwater carrier permeable platform made with the possibility of its stationary installation at the bottom on vertical supports and including seats for power units with guiding devices and means and protections and convectors, electrically detachably connected to the electrical compartment in the form of a robust housing with electrical equipment, which is installed due to its negative buoyancy on the central longitudinal axis of the platform and is equipped with ballasting, a hatch, a coaming platform, input and at least one output high-current connectors, while the power units are made in the form of underwater nuclear thermoelectric installations and are docked with the underwater platform in the seats on both sides along the electrical compartment detachable mechanical and electrical connections.

Энергоблоки, платформа и электротехнический отсек могут быть выполнены с возможностью их отдельной транспортировки, погружения и установки.Power units, platform and electrical compartment can be made with the possibility of their separate transportation, immersion and installation.

Энергоблоки, платформа и электротехнический отсек могут быть снабжены подъемными рымами.Power units, a platform and an electrical compartment can be equipped with lifting eyes.

На платформе может быть установлено как минимум четыре энергоблока.At least four power units can be installed on the platform.

Подводная ядерная термоэлектрическая установка может быть выполнена в виде расположенного в газоплотной защитной оболочке легководного ядерного реактора и термоэлектрических блоков, равномерно расположенных вокруг реактора и состоящих из корпуса с размещенными в нем термоэлектрическими модулями.An underwater nuclear thermoelectric installation can be made in the form of a light-water nuclear reactor located in a gas tight protective shell and thermoelectric blocks uniformly located around the reactor and consisting of a housing with thermoelectric modules placed in it.

Вертикальные опоры могут быть выполнены с возможностью стационарной установки платформы над донным грунтом на расстоянии не менее 3,5 м.Vertical supports can be made with the possibility of stationary installation of the platform above the bottom soil at a distance of not less than 3.5 m.

Стационарные вертикальные опоры могут быть установлены по периметру платформы и выполнены в виде трубчатой конструкции с возможностью завинчивания в грунт или в виде вакуумных свай.Stationary vertical supports can be installed around the perimeter of the platform and made in the form of a tubular structure with the possibility of screwing into the ground or in the form of vacuum piles.

Посадочное место может быть выполнено с возможностью быстрой стыковки-растыковки механического соединения энергоблоков с платформой.The seat can be made with the possibility of quick docking-jointing of the mechanical connection of power units with the platform.

Посадочное место может быть снабжено соединительным устройством пружинно-рычажного и электромагнитного типа.The seat can be equipped with a spring-lever and electromagnetic type connecting device.

Посадочное место может быть выполнено с возможностью быстрой стыковки-растыковки электрического соединения энергоблоков с электротехническим отсеком.The seat can be made with the possibility of quick docking-jointing of the electrical connection of the power units with the electrical compartment.

Посадочное место может быть снабжено сильноточным разъемом, соединенным с подводным кабель-каналом, проложенным в трубе, закрепленной на платформе.The seat can be equipped with a high-current connector connected to an underwater cable channel, laid in a pipe mounted on the platform.

На платформе могут быть закреплены подводные кабели.Submarine cables can be fixed to the platform.

Прочный корпус электротехнического отсека может быть выполнен цилиндрическим с полусферическими концевыми переборками.The robust housing of the electrical compartment can be made cylindrical with hemispherical end bulkheads.

Электротехнический отсек может быть снабжен средствами балластировки в виде расположенных в его нижней части уравнительно-балластных цистерн и баллона воздуха высокого давления в его верхней части.The electrical compartment can be equipped with ballasting in the form of equalization-ballast tanks located in its lower part and a high-pressure air cylinder in its upper part.

Конвекторы могут быть выполнены в виде подводных винтов, установленных в горизонтальной плоскости платформы между энергоблоками.Convectors can be made in the form of submarines mounted in the horizontal plane of the platform between the power units.

Модуль может быть выполнен с возможностью дистанционного управления с берегового пункта.The module can be made with the possibility of remote control from a coastal point.

Устройство поясняется чертежами.The device is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлен вид подводного модуля сверху, где часть укрытий не показана. На фиг. 2 представлен продольный разрез электротехнического отсека по центральной продольной оси подводного модуля. На фиг. 3 представлен поперечный разрез Α-A подводного модуля.In FIG. 1 shows a top view of an underwater module, where part of the shelters is not shown. In FIG. 2 shows a longitudinal section of the electrical compartment along the central longitudinal axis of the underwater module. In FIG. 3 is a cross-sectional view Α-A of the underwater module.

Подводный модуль включает средство, на котором размещены электрические энергоблоки, и электрические энергоблоки, включающие ядерные реакторы, связанные со средствами производства электрической энергии, а также опорные средства и электрические кабели. В конкретном исполнении подводный модуль выполнен в виде энергоблоков 3 в виде ядерных термоэлектрических установок, подводной несущей проницаемой платформы 1 с вертикальными опорами 2 и электротехнического отсека 5 в виде прочного корпуса 10 с электротехническим оборудованием.The underwater module includes the means on which the electric power units are located, and the electric power units, including nuclear reactors associated with the means for generating electric energy, as well as supporting means and electric cables. In a specific embodiment, the underwater module is made in the form of power units 3 in the form of nuclear thermoelectric installations, an underwater carrier of a permeable platform 1 with vertical supports 2, and an electrical compartment 5 in the form of a robust housing 10 with electrical equipment.

Электрические энергоблоки 3 включают ядерные реакторы, связанные со средствами производства электрической энергии. Энергоблоки 3 выполнены в виде подводных ядерных термоэлектрических установок, каждая из которых выполнена в виде подводного водо-водяного ядерного реактора блочного типа с термоэлектрическими генераторами в виде термоэлектрических блоков (не показано). Известная подводная ядерная термоэлектрическая установка выполнена в виде расположенного в газоплотной защитной оболочке легководного ядерного реактора и термоэлектрических блоков, равномерно расположенных вокруг реактора и состоящих из корпуса с размещенными в нем термоэлектрическими модулями (RU, п. 2568433, д.пр. 14.11.2014). Оборудование первого контура размещено внутри прочноплотного модуля, рассчитанного на максимальные проектные аварии. В ядерной термоэлектрической установке одноконтурной схемы с рабочей средой первого контура воды высокой степени чистоты использован естественной циркуляции на всех мощностных режимах функционирования. Электрический ток вырабатывается вследствие прямого преобразования тепловой энергии в электрическую с использованием термоэлектрических генераторов. Автоматика работы ядерной термоэлектрической установки и ее электрическая система встроены в модуль.Electrical power units 3 include nuclear reactors associated with electric energy production facilities. Power units 3 are made in the form of underwater nuclear thermoelectric plants, each of which is made in the form of an underwater water-cooled nuclear reactor of block type with thermoelectric generators in the form of thermoelectric blocks (not shown). The well-known underwater nuclear thermoelectric installation is made in the form of a light-water nuclear reactor located in the gas tight protective shell and thermoelectric blocks uniformly spaced around the reactor and consisting of a housing with thermoelectric modules placed in it (RU, p. 2568433, etc. 14.11.2014). The primary circuit equipment is located inside a high-density module, designed for maximum design basis accidents. In a nuclear thermoelectric installation of a single-circuit scheme with a working medium of the first water circuit of a high degree of purity, natural circulation was used at all power operation modes. Electric current is generated as a result of direct conversion of thermal energy into electrical energy using thermoelectric generators. The automation of the nuclear thermoelectric installation and its electrical system are built into the module.

Использование термоэлектрических генераторов прямого преобразования энергии обеспечивает упрощение конструкции энергоблоков 3, их компактность, повышенную автономность и повышенный ресурс работы по сравнению с машинным преобразованием, для которого необходимо наличие габаритных парогенераторов и турбин. Естественная циркуляция охлаждающей воды позволяет отказаться от насосов второго контура и дает возможность автономной работы ядерной термоэлектрической установки, находящейся под водой на акватории. Упрощение конструкции энергоблока 3 происходит также за счет отсутствия паропроводов, насосов, клапанов и регулируемой арматуры и отсутствия аварийных систем проливки и аварийного расхолаживания. Выполнение энергоблоков 3 в виде ядерной термоэлектрической установки обеспечивает упрощение конструкции, надежность и автономность работы подводного модуля при длительном ресурсе работы.The use of thermoelectric generators of direct energy conversion provides a simplification of the design of power units 3, their compactness, increased autonomy and increased service life compared to machine conversion, which requires the presence of large-sized steam generators and turbines. The natural circulation of cooling water eliminates the need for secondary pumps and enables the autonomous operation of a nuclear thermoelectric plant located under water in the water area. The simplification of the design of the power unit 3 is also due to the lack of steam pipelines, pumps, valves and adjustable fittings and the absence of emergency spill systems and emergency cooling. The implementation of power units 3 in the form of a nuclear thermoelectric installation provides simplification of design, reliability and autonomy of the underwater module with a long service life.

Компактное размещение ядерной термоэлектрической установки внутри защитного прочного корпуса, например, в виде транспортабельной прочной капсулы и полная автоматизация ядерной установки дают возможность размещения нескольких энергоблоков 3 на открытой подводной несущей платформе 1 без заключения их в единый прочный корпус, а также возможность замены отдельного энергоблока 3 в процессе работы подводного модуля по прямому назначению без его отключения в целом. Установка энергоблоков 3 на несущем средстве обеспечивает их электрическое подключение и готовность к пуску. Каждый энергоблок 3 снабжен подъемными рымами 17 для обеспечения его транспортирования.The compact placement of a nuclear thermoelectric installation inside a protective robust housing, for example, in the form of a transportable durable capsule and the complete automation of the nuclear installation make it possible to place several power units 3 on an open underwater carrier platform 1 without enclosing them in a single durable housing, as well as the ability to replace a separate power unit 3 in the operation of the underwater module for its intended purpose without disconnecting it as a whole. The installation of power units 3 on a carrier ensures their electrical connection and readiness for start-up. Each power unit 3 is equipped with lifting frames 17 to ensure its transportation.

Средство, на котором размещены энергоблоки 3, выполнено в виде подводной несущей проницаемой платформы 1. Энергоблоки 3 размещены на подводной несущей проницаемой платформе 1, выполненной, например, в виде горизонтальной продольной рамной конструкции прямоугольной формы. Платформа 1 также служит основанием для размещения посадочных мест 4, конвекторов 9, подводных кабелей 16, продольного прочного корпуса 10 электротехнического отсека 5. Вытянутая форма платформы 1 обеспечивает оптимальную компоновку и позиционирование оборудования подводного модуля, устойчивость подводного модуля, установку защиты энергоблоков 3. Габариты платформы 1 выбирают в зависимости от количества устанавливаемых на ней энергоблоков 3, т.е. в зависимости от мощности подводного модуля. Расстояние между посадочными местами 4 принято конструктивно и обеспечивает возможность проведения грузоподъемных операций с энергоблоками 3 и эффективное охлаждение каждого энергоблока 3. Проницаемость позволяет не рассчитывать конструкцию на забортное давление. Конструкция платформы 1 обеспечивает ее универсальность, т.е. возможность использования платформы на любой глубине дна, простоту и надежность, неограниченный срок службы.The means on which the power units 3 are located is made in the form of an underwater carrier permeable platform 1. The power units 3 are placed on an underwater carrier permeable platform 1, made, for example, in the form of a horizontal longitudinal frame structure of a rectangular shape. Platform 1 also serves as the basis for the placement of seats 4, convectors 9, underwater cables 16, a longitudinal strong housing 10 of the electrical compartment 5. The elongated shape of the platform 1 provides optimal layout and positioning of equipment of the underwater module, stability of the underwater module, installation of protection for power units 3. Dimensions of the platform 1 are selected depending on the number of power units 3 installed on it, i.e. depending on the power of the underwater module. The distance between the seats 4 is made constructively and provides the ability to carry out lifting operations with power units 3 and the effective cooling of each power unit 3. Permeability allows you to not count the design for outboard pressure. The design of the platform 1 provides its versatility, i.e. the ability to use the platform at any depth of the bottom, simplicity and reliability, unlimited service life.

Платформа 1 выполнена с возможностью ее стационарной установки на дне на вертикальных опорах 2. Стационарные вертикальные опоры 2 установлены по периметру платформы 1 и могут быть выполнены в виде труб большого диаметра с возможностью завинчивания в грунт или в виде вакуумных свай. Вертикальные опоры 2 обеспечивают устойчивое положение подводного модуля на дне. Вертикальные опоры выполнены с возможностью стационарной установки платформы над донным грунтом на расстоянии не менее 3,5 м. Такая высота вертикальных опор 2 предотвращает попадание в охлаждающий контур энергоблока 3 песка и ила и исключает выход придонных гидрантов из-за повышения температуры воды у дна при работе ядерных реакторов энергоблоков 3. Это повышает надежность работы подводного модуля.The platform 1 is made with the possibility of its stationary installation at the bottom on the vertical supports 2. Stationary vertical supports 2 are installed around the perimeter of the platform 1 and can be made in the form of pipes of large diameter with the possibility of screwing into the ground or in the form of vacuum piles. Vertical supports 2 provide a stable position of the underwater module at the bottom. Vertical supports are made with the possibility of stationary installation of the platform above the bottom soil at a distance of not less than 3.5 m. This height of the vertical supports 2 prevents sand and silt from entering the cooling circuit of the power unit 3 and excludes the exit of bottom hydrants due to an increase in the bottom water temperature during operation nuclear reactors of power units 3. This increases the reliability of the underwater module.

Энергоблоки 3 состыкованы с подводной платформой 1 в посадочных местах 4 разъемными механическими и электрическими соединениями. Платформа 1 включает посадочные места 4 для установки энергоблоков 3 с направляющими устройствами и средствами защиты 6 и 7. Посадочные места 4 расположены симметрично по обе стороны электротехнического отсека 5, вдоль него, например, по 5 с каждой стороны. Такая компоновка обеспечивает симметричность нагрузки на платформу-основание 1 и вертикальные опоры 2, а также возможность раздельного монтажа и замены энергоблоков 3. Направляющее устройство 8 обеспечивает точную установку энергоблока 3 в посадочное место 4.Power units 3 are docked with the underwater platform 1 in the seats 4 detachable mechanical and electrical connections. Platform 1 includes seats 4 for installing power units 3 with guiding devices and protective equipment 6 and 7. The seats 4 are located symmetrically on both sides of the electrical compartment 5, along it, for example, 5 on each side. This arrangement provides the symmetry of the load on the base platform 1 and the vertical supports 2, as well as the possibility of separate installation and replacement of power units 3. The guide device 8 provides accurate installation of the power unit 3 in the seat 4.

В посадочных местах платформы энергоблоки закреплены с помощью разъемных механических соединений. Посадочное место 4 выполнено с возможностью быстрой стыковки-расстыковки механического соединения энергоблоков 3 с платформой 1. Посадочное место 4 снабжено средством разъемного механического соединения с энергоблоком 3, например фиксаторами или соединительными устройствами пружинно-рычажного и электромагнитного типа. Средство разъемного механического соединения обеспечивает, с одной стороны, надежное закрепление энергоблока 3 на платформе 1 и, с другой стороны, быструю стыковку-расстыковку механического соединения энергоблока 3 с платформой 1.In the seats of the platform, the power units are fixed using detachable mechanical connections. The seat 4 is made with the possibility of quick docking-undocking of the mechanical connection of the power units 3 with the platform 1. The seat 4 is equipped with a means of detachable mechanical connection with the power unit 3, for example, clamps or connecting devices of spring-lever and electromagnetic type. The means of detachable mechanical connection provides, on the one hand, a reliable fastening of the power unit 3 on the platform 1 and, on the other hand, a quick docking-undocking of the mechanical connection of the power unit 3 with the platform 1.

Посадочное место 4 выполнено с возможностью быстрой стыковки-растыковки электрического соединения энергоблоков 3 с электротехническим отсеком 5 и снабжено разъемными электрическими соединениями. Электрическое соединение энергоблоков 3 с электротехническим отсеком 5 может быть выполнено с помощью подводных сильноточных разъемов, установленных на посадочных местах 4 и соединенных с подводными кабель-каналами 16, проложенными в трубе, закрепленной на платформе 1. Труба обеспечивает дополнительную защиту подводного кабеля. Разъемное электрическое соединение обеспечивает надежное электрическое подключение энергоблоков 3 и позволяет быстро осуществить замену энергоблоков 3 в подводных условиях без остановки работы всего подводного модуля.The seat 4 is made with the possibility of quick docking and bridging of the electrical connection of the power units 3 with the electrical compartment 5 and is equipped with detachable electrical connections. The electrical connection of the power units 3 with the electrical compartment 5 can be made using high-current underwater connectors installed on the seats 4 and connected to the underwater cable channels 16, laid in a pipe mounted on the platform 1. The pipe provides additional protection for the underwater cable. A detachable electrical connection provides a reliable electrical connection of the power units 3 and allows you to quickly replace the power units 3 in underwater conditions without stopping the operation of the entire underwater module.

Средства защиты выполнены в виде верхнего съемного укрытия 6 и нижнего стационарного укрытия 7, например, в виде защитной проницаемой конструкции. Укрытия 6 и 7 предназначены для защиты энергоблоков 3 от тонущих и плавающих предметов и объектов и от возможных таранных ударов подводными аппаратами, крупными морскими животными. Укрытия 6 и 7 обеспечивают свободную естественную циркуляцию морской воды для надежного охлаждения ядерных реакторов энергоблоков 3.The protective equipment is made in the form of an upper removable shelter 6 and a lower stationary shelter 7, for example, in the form of a permeable protective structure. Shelters 6 and 7 are designed to protect power units 3 from sinking and floating objects and objects and from possible ramming attacks by underwater vehicles, large marine animals. Shelters 6 and 7 provide free natural circulation of sea water for reliable cooling of nuclear reactors of power units 3.

Платформа 1 включает конвекторы 9, которые электрически разъемно соединены с электротехническим отсеком 5. Конвекторы 9 обеспечивают принудительную циркуляцию морской воды, за счет которой повышается интенсивность охлаждения энергоблоков 3 и предотвращается газообразование из придонных жидких гидрантов. Конвекторы 9 также обеспечивают требуемую интенсивность охлаждения ядерных реакторов забортной водой. Установка конвекторов 9 повышает надежность работы и срок службы подводного модуля. Конвекторы 9 выполнены, например, в виде подводных винтов большого диаметра, установленных в горизонтальной плоскости платформы 1 между энергоблоками 3. Электрическое соединение конвекторов 9 с электротехническим отсеком 5 выполнено разъемным, например, с помощью электрических разъемов, соединенных с подводным кабелем 16, проложенным в трубе, закрепленной платформе 1.The platform 1 includes convectors 9, which are electrically detachably connected to the electrical compartment 5. Convectors 9 provide forced circulation of sea water, due to which the cooling rate of power units 3 is increased and gas formation from bottom liquid hydrants is prevented. Convectors 9 also provide the required intensity of cooling of nuclear reactors with sea water. The installation of convectors 9 increases the reliability and service life of the underwater module. Convectors 9 are made, for example, in the form of large diameter submarines installed in the horizontal plane of the platform 1 between the power units 3. The electrical connection of the convectors 9 with the electrical compartment 5 is made detachable, for example, by means of electrical connectors connected to an underwater cable 16 laid in the pipe fixed platform 1.

На центральной продольной оси платформы 1 в соответствующее посадочное место за счет его отрицательной плавучести установлен электротехнический отсек 5 в виде прочного корпуса 10 с электротехническим оборудованием. Длину электротехнического отсека 5 определяет длина платформы 1, его диаметр - объем размещаемого оборудования.On the central longitudinal axis of the platform 1, in the corresponding seat due to its negative buoyancy, an electrical compartment 5 is installed in the form of a robust housing 10 with electrical equipment. The length of the electrical compartment 5 is determined by the length of the platform 1, its diameter is the volume of the equipment being placed.

Продольная вытянутая форма электротехнического отсека 5 позволяет разместить отсек 5 по центру платформы 1, тем самым повысить ее устойчивость, компактно разместить электротехническое оборудование отсека 5 и обеспечить двухстороннее размещение и разъемное подключение энергоблоков 3 и конвекторов 9 к электротехническому отсеку 5.A longitudinal elongated shape of the electrical compartment 5 allows you to place the compartment 5 in the center of the platform 1, thereby increasing its stability, compactly place the electrical equipment of compartment 5 and provide two-way placement and detachable connection of power units 3 and convectors 9 to the electrical compartment 5.

Прочный корпус 10 электротехнического отсека 5 выполнен цилиндрическим и может быть снабжен полусферическими концевыми переборками (не показано). Прочная поперечная переборка разделяет электротехнический отсек 5 на 2 одинаковые по длине части. Это повышает прочность и устойчивость электротехнического отсека 5 и повышает живучесть подводного модуля в целом, т.е. его надежность и срок службы.The robust housing 10 of the electrical compartment 5 is cylindrical and can be equipped with hemispherical end bulkheads (not shown). A strong transverse bulkhead divides the electrical compartment 5 into 2 identical parts in length. This increases the strength and stability of the electrical compartment 5 and increases the survivability of the underwater module as a whole, i.e. its reliability and service life.

Энергоблоки 3, платформа 1 и электротехнический отсек 5 выполнены с возможностью их раздельной транспортировки, погружения и установки. Платформа 1 и электротехнический отсек 5 снабжены подъемными рымами. Отдельное исполнение электротехнического отсека 5 обеспечивает упрощение конструкции прочного корпуса 10, уменьшение его габаритов и металлоемкости, размещение в отсеке 5 только электротехнического оборудования без вращающихся частей с длительным сроком службы, а также возможность замены отдельного энергоблока 3 без вывода из строя подводного модуля, что повышает срок службы.Power units 3, platform 1 and electrical compartment 5 are made with the possibility of separate transportation, immersion and installation. The platform 1 and the electrical compartment 5 are equipped with lifting eyes. A separate design of the electrical compartment 5 provides a simplification of the design of the robust housing 10, reduction of its dimensions and metal consumption, placement of only electrical equipment in the compartment 5 without rotating parts with a long service life, as well as the possibility of replacing a separate power unit 3 without failure of the underwater module, which increases the term service.

Таким образом, в конструкции подводного модуля реализован принцип модульной компоновки, который повышает надежность, срок службы подводного модуля, упрощает его конструкцию, транспортировку и монтаж, снижает трудоемкость эксплуатации.Thus, the design of the underwater module implements the principle of modular layout, which increases the reliability, service life of the underwater module, simplifies its design, transportation and installation, reduces the complexity of operation.

Электротехнический отсек 5 снабжен средствами балластировки, люком-шлюзом 11, комингс-площадкой 12. Средства балластировки выполнены в виде уравнительно-балластных цистерн 13 и оборудования системы гидравлики в нижней части отсека и баллонов воздуха высокого давления 14. Уравнительно-балластные цистерны 13 позволяют электротехническому отсеку 5 иметь положительную плавучесть в надводном положении или подъеме со дна и приобретать отрицательную плавучесть для погружения и установки на платформе 1, т.е. позволяют маневрировать автономно от платформы-основания 1 при его транспортировке и обеспечивают устойчивость электротехнического отсека 5 на платформе 1 в подводных условиях. Устойчивость электротехнического отсека 5 обеспечивают за счет его отрицательной плавучести до 20-50 т/с. Баллоны воздуха высокого давления 14 находятся в проницаемой надстройке электротехнического отсека 5 и позволяют продувать уравнительно-балластные цистерны на перископной глубине, обеспечивая всплытие электротехнического отсека 5 в надводное положение.The electrical compartment 5 is equipped with ballasting means, a sunroof 11, a coaming pad 12. The ballasting means are made in the form of equalization-ballast tanks 13 and hydraulic system equipment in the lower part of the compartment and high pressure air cylinders 14. Equalization-ballast tanks 13 allow the electrical compartment 5 have positive buoyancy in the surface position or rise from the bottom and acquire negative buoyancy for immersion and installation on platform 1, i.e. allow maneuvering autonomously from the base platform 1 during its transportation and ensure the stability of the electrical compartment 5 on the platform 1 in underwater conditions. The stability of the electrical compartment 5 provide due to its negative buoyancy up to 20-50 t / s. High-pressure air cylinders 14 are located in the permeable superstructure of the electrical compartment 5 and allow you to purge equalization-ballast tanks at periscope depth, providing the ascent of the electrical compartment 5 to the surface position.

Люк-шлюз 11 обеспечивает доступ в электротехнический отсек 5 и снабжен комингс-площадкой 12 для посадки обслуживающего обитаемого подводного аппарата. Это позволяет проводить ремонтные, обслуживающие и профилактические работы электротехнического отсека 5 без прекращения работы и всплытия подводного модуля, что повышает срок службы и надежность подводного модуля.The hatchway-gateway 11 provides access to the electrical compartment 5 and is equipped with a coaming pad 12 for landing servicing manned underwater vehicle. This allows you to carry out repair, maintenance and preventive maintenance of the electrical compartment 5 without stopping the work and the ascent of the underwater module, which increases the service life and reliability of the underwater module.

В верхней части электротехнического отсека 5 размещено электротехническое оборудование 15, обеспечивающее работу модуля по прямому назначению, а именно устройства для суммирования, преобразования и распределения электроэнергии для подачи ее на собственные нужды и для электроснабжения внешних потребителей. Электротехническое оборудование морского исполнения для сухих отсеков включает, в частности, главный распределительный электрощит, распределительные щиты собственных нужд, трансформаторы собственных нужд, выходные трансформаторы, преобразователи, оборудование систем погружения-всплытия, воздуха высокого давления, вентиляции и охлаждения оборудования электротехнического отсека 5 (не показано).In the upper part of the electrical compartment 5 is placed electrical equipment 15, which ensures the operation of the module for its intended purpose, namely, devices for summing, converting and distributing electricity to supply it for own needs and for supplying power to external consumers. Marine electrical equipment for dry compartments includes, in particular, the main distribution board, auxiliary switchboards, auxiliary transformers, output transformers, converters, equipment for immersion and ascent systems, high pressure air, ventilation and cooling equipment of the electrical compartment 5 (not shown )

Электротехнический отсек 5 электрически соединен с энергоблоками 3 и конвекторами 9 с помощью подводных кабель-каналов 16, которые проложены в трубах, закрепленных на платформе 1, между электротехническим отсеком 5 и указанными устройствами и снабжены с двух концов подводными электрическими разъемами. Электротехнический отсек 5 снабжен соответствующими входными сильноточными разъемами. Разъемное электрическое соединение позволяет осуществить быструю стыковку-растыковку с электротехническим отсеком 5 при монтаже в подводных условиях. Электротехнический отсек 5 снабжен как минимум одним общим выходным подводным сильноточным разъемом и подводным сильноточным кабелем для соединения с подводным распределительным устройством. Общий выходной кабель к подводному распределительному устройству обеспечивает универсальность подводного модуля, т.к. дает возможность подключения к подводному модулю потребителей различного типа после распределительного устройства.The electrical compartment 5 is electrically connected to the power units 3 and convectors 9 using underwater cable channels 16, which are laid in pipes fixed to the platform 1, between the electrical compartment 5 and these devices and are equipped with underwater electrical connectors at both ends. The electrical compartment 5 is equipped with corresponding input high-current connectors. The detachable electrical connection allows for quick docking with the electrical compartment 5 during installation in underwater conditions. The electrical compartment 5 is equipped with at least one common output underwater high-current connector and underwater high-current cable for connection with an underwater switchgear. The common output cable to the underwater switchgear provides the versatility of the underwater module, as makes it possible to connect various types of consumers to the underwater module after the switchgear.

На модуле установлено как минимум 4 энергоблока. Такое количество энергоблоков 3 позволяет повысить надежность подводного модуля, т.к. в процессе эксплуатации вышедшие из строя ядерные термоэлектрические установки могут заменяться по одной без вывода из действия модуля в целом. Для примера реализации на платформе 1 с обеих сторон от электротехнического отсека 5 расположено 5 посадочных мест 4 с каждой стороны, что дает разместить 10 энергоблоков 3. Десять ядерных термоэлектрических установок с установленной суммарной электрической мощностью до 10 МВт обеспечивают необходимую мощность подводного модуля для энергообеспечения комплекса подводно-подледных технических средств обустройства месторождений Арктического шельфа. Подводный модуль может быть выполнен с возможностью дистанционного управления с берегового пункта.At least 4 power units are installed on the module. Such a number of power units 3 allows to increase the reliability of the underwater module, because during operation, failed nuclear thermoelectric plants can be replaced one at a time without decommissioning the module as a whole. For an implementation example, on platform 1, on both sides of the electrical compartment 5, there are 5 seats 4 on each side, which makes it possible to place 10 power units 3. Ten nuclear thermoelectric plants with installed total electric power of up to 10 MW provide the necessary power for the underwater module to power the complex underwater - Subsequent technical facilities for the development of Arctic shelf deposits. The underwater module can be made with the possibility of remote control from a coastal point.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

После установки подводного модуля на дне осуществляют пуск ядерных термоэлектрических установок. Электрический ток заданных параметров вырабатывается вследствие прямого преобразования тепловой энергии в электрическую с использованием термоэлектрического метода преобразования. Контролируемый пуск реактора возможен при дистанционном или автоматическом управлении. В процессе работы поддержание заданных значений параметров ядерной установки обеспечивают регулированием температуры на выходе из активной зоны реактора. Подводный модуль выполнен с возможностью работы без присутствия персонала в автоматизированном режиме, при этом контроль за работой подводного модуля осуществляют с берегового пульта управления или с пульта управления на ледостойком судне обеспечения.After installing the underwater module at the bottom, nuclear thermoelectric plants are launched. The electric current of the given parameters is generated due to the direct conversion of thermal energy into electrical energy using the thermoelectric conversion method. Controlled start-up of the reactor is possible with remote or automatic control. In the process, maintaining the set values of the parameters of the nuclear installation is provided by controlling the temperature at the outlet of the reactor core. The underwater module is designed to operate without the presence of personnel in an automated mode, while the operation of the underwater module is monitored from the coastal control panel or from the control panel on an ice-resistant supply vessel.

Дистанционный пуск ядерного реактора первого энергоблока 3 осуществляют в подводном положении из электротехнического отсека 5 по подводному кабелю, спущенному с судна обеспечения. Электронагрузку от термоэлектрического генератора первого энергоблока 3 направляют на пуск ядерного реактора второго энергоблока 3 через электротехнический отсек 5, используя электрооборудование для собственных нужд. Пуск второго энергоблока 3 осуществляют за счет электроэнергии, вырабатываемой первым введенным в действие энергоблоком 3 и далее следует последовательный пуск остальных энергоблоков. Ядерные термоэлектрические установки дают постоянный ток определенных параметров, который далее суммирует и преобразует электротехнический отсек 5. Прием электронагрузки осуществляют на главный распределительный щит электротехнического отсека 5. Передают выходной ток на подводное приемно-распределительное устройство и далее к подводным и надводным потребителям. Стационарный режим работы ядерных установок не зависит от мощности потребляемой электроэнергии. Регулирование электрической мощности в диапазоне от 0 до 100% осуществляют методом коротких замыканий, что исключает необходимость наличия балластных сопротивлений для отвода избытка вырабатываемой электроэнергии. После выработки ресурса возможна перезарядка энергоблока 3.Remote start of the nuclear reactor of the first power unit 3 is carried out in underwater position from the electrical compartment 5 through an underwater cable, lowered from the support vessel. The electrical load from the thermoelectric generator of the first power unit 3 is sent to start the nuclear reactor of the second power unit 3 through the electrical compartment 5, using electrical equipment for their own needs. The start of the second power unit 3 is carried out due to the electric power generated by the first commissioned power unit 3 and then the subsequent start of the remaining power units follows. Nuclear thermoelectric plants produce a direct current of certain parameters, which then summarizes and converts the electrical compartment 5. Reception of electrical loads is carried out on the main switchboard of the electrical compartment 5. Transfer the output current to the underwater receiving and distribution device and then to underwater and surface consumers. The stationary mode of operation of nuclear installations does not depend on the power of electricity consumed. Regulation of electric power in the range from 0 to 100% is carried out by the method of short circuits, which eliminates the need for ballast resistances to remove excess electricity generated. After the resource is depleted, it is possible to recharge the power unit 3.

Для передачи тепла от реактора к термоэлектрическим генераторам и отвода тепла от него в окружающую среду используют естественную циркуляцию теплоносителя во всех контурах. В случае повышения температуры воды у поверхности дна температурный датчик срабатывает и через электротехнический отсек 5 включаются конвекторы 9. Количество энергоблоков 3 в подводном модуле подбирается таким образом, чтобы при допустимом повышении электрической мощности, вырабатываемой каждым энергоблоком 3, один из них можно было бы расхолодить и заменить новым. Таким образом, без остановки подводного модуля и без прекращения подачи электропитания от него потребителям осуществляют плановую замену энергоблока 3.To transfer heat from the reactor to thermoelectric generators and to remove heat from it into the environment, natural circulation of the coolant in all circuits is used. In the event of an increase in the water temperature near the bottom surface, the temperature sensor is triggered and convectors 9 are turned on through the electrical compartment 5. The number of power units 3 in the underwater module is selected in such a way that, with an allowable increase in the electric power generated by each power unit 3, one of them could be dampened and replace with a new one. Thus, without stopping the underwater module and without stopping the supply of power from it to consumers, a scheduled replacement of power unit 3 is carried out.

Наружные работы осуществляют с помощью обитаемых и необитаемых подводных аппаратов. Обслуживание электротехнического отсека осуществляют с помощью обитаемого подводного аппарата и персонала. Для удобства работы аппаратов на конструкциях подводного модуля могут быть установлены дистанционно управляемые подводные светильники.Outdoor work is carried out using inhabited and uninhabited underwater vehicles. Maintenance of the electrical compartment is carried out using a habitable underwater vehicle and personnel. For the convenience of the apparatus, remotely controlled underwater lights can be installed on the structures of the underwater module.

Безопасность ядерной термоэлектрической установки в различных типах аварийных ситуаций обеспечивается надежным глушением активной зоны реактора с глубиной подкритичности, исключающей возникновение неконтролируемой цепной реакции деления при снижении температуры, и наличием эффективного теплоотвода от активной зоны при нормальных и аварийных режимах работы, обеспечивающего полное расхолаживание и поддержание установки в безопасном состоянии, а также наличием защитных конструкций на посадочных местах 4 платформы 1.The safety of a nuclear thermoelectric installation in various types of emergencies is ensured by reliable silencing of the reactor core with a depth of subcriticality, eliminating the occurrence of an uncontrolled fission chain reaction when the temperature decreases, and by the presence of an effective heat removal from the core during normal and emergency operation, providing complete cooling and maintenance of the installation in safe condition, as well as the presence of protective structures on the seats 4 platform 1.

Таким образом, изобретение позволяет производить электрическую энергию и обеспечивает упрощение конструкции, модульный принцип построения конструкции, повышение надежности работы и длительный срок службы подводного модуля.Thus, the invention allows the production of electrical energy and provides a simplification of the structure, a modular construction principle, increased reliability and long service life of the underwater module.

Claims

1. An underwater module for the production of electric energy, comprising a means in which electrical power units are located, including nuclear reactors associated with electric energy production means, electric cables, support means, characterized in that the power units are placed on an underwater carrier permeable platform configured to its stationary installation at the bottom on vertical supports and including seats for power units with guiding devices and protective equipment and convectors electrically detachably connected to the electrical compartment in the form of a robust housing with electrical equipment, which is installed due to its negative buoyancy on the central longitudinal axis of the platform and is equipped with ballasting, a sunroof, coaming pad, input and at least one output, high-current connectors, in this case, the power units are made in the form of underwater nuclear thermoelectric installations and are docked with the underwater platform in the seats on both sides along the electrical tseka detachable mechanical and electrical connections.

2. Underwater module according to claim 1, characterized in that the power units, platform and electrical compartment are made with the possibility of their separate transportation, immersion and installation.

3. The underwater module according to claim 1, characterized in that the power units, platform and electrical compartment are equipped with lifting eyes.

4. The underwater module according to claim 1, characterized in that at least four power units are installed on the platform.

5. The underwater module according to claim 1, characterized in that the underwater nuclear thermoelectric installation is made in the form of a light-water nuclear reactor located in the gas tight sheath and thermoelectric blocks uniformly spaced around the reactor and consisting of a housing with thermoelectric modules placed therein.

6. The underwater module under item 1, characterized in that the vertical supports are made with the possibility of stationary installation of the platform above the bottom soil at a distance of not less than 3.5 m

7. The underwater module according to claim 6, characterized in that the stationary vertical supports are installed around the perimeter of the platform and are made in the form of a tubular structure with the possibility of screwing into the ground or in the form of vacuum piles.

8. The underwater module according to claim 1, characterized in that the seat is made with the possibility of quick docking-jointing of the mechanical connection of the power units with the platform.

9. The underwater module according to claim 8, characterized in that the seat is equipped with a spring-link and electromagnetic type connecting device.

10. The underwater module according to claim 1, characterized in that the seat is made with the possibility of quick docking-jointing of the electrical connection of the power units with the electrical compartment.

11. The underwater module according to claim 10, characterized in that the seat is provided with a high-current connector connected to an underwater cable channel laid in a pipe mounted on the platform.

12. The underwater module according to claim 1, characterized in that underwater cables are fixed to the platform.

13. The underwater module according to claim 1, characterized in that the durable housing of the electrical compartment is cylindrical with hemispherical end bulkheads.

14. The underwater module according to claim 1, characterized in that the electrical compartment is equipped with ballasting means in the form of equalization-ballast tanks located in its lower part and a high-pressure air cylinder in its upper part.

15. The underwater module according to claim 1, characterized in that the convectors are made in the form of underwater screws installed in the horizontal plane of the platform between the power units.

16. The underwater module under item 1, characterized in that it is made with the possibility of remote control from a coastal point.