Ядерная энергетическая установка космического аппарата

Авторы патента:

G21D7 - Устройства для непосредственного получения электрической энергии из энергии, выделяющейся при реакциях синтеза или реакциях деления (получение электрической энергии от радиоактивных источников G21H 1/00)

Владельцы патента RU 2474893:

Открытое акционерное общество "Красная Звезда" (RU)
Российская Федерация в лице Государственной корпорации по атомной энергии "Росатом" (RU)

Изобретение относится к конструкциям космического аппарата с ядерной энергетической установкой (ЯЭУ). ЯЭУ содержит энергетический блок с последовательно расположенными по оси ядерным реактором, радиационной защитой и агрегатами жидкометаллического контура, систему отодвижения указанного блока и холодильник-излучатель, излучающие панели которого размещены на балках, сложенных в стартовом положении вокруг энергетического блока. Балки соединены между собой шарнирами, позволяющими им при отодвижении энергетического блока раскладываться с образованием при их фиксации трех стержней, формирующих ферму. В вершине фермы размещен энергетический блок, а в основании - космический аппарат. При этом вал каждой из трех нечетных (считая с отодвигаемого энергетического блока) балок снабжен шкивом с прикрепленным к нему тросом, проходящим по шкиву вокруг оси вращения вала по часовой стрелке, а другой конец троса закреплен на расположенном по оси ЯЭУ барабане. Барабан снабжен электроприводом, зафиксированным на шпангоуте, относительно которого происходит поворот балки со шкивом. Технический результат - удаление энергетического блока от космического аппарата на оптимальное по радиационной обстановке расстояние. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к ядерным энергетическим установкам (ЯЭУ), используемым в качестве источников электрической энергии космических аппаратов (КА).

Известен ряд конструкций, подобных ЯЭУ, в которых удаление реактора от космического аппарата обеспечивается раздвижной фермой, например, рассмотренной в книге «Основы теории, конструкции и эксплуатации космических ЯЭУ / А.А.Куландин, С.В.Тимашев, В.Д.Атамасов и др. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987, 180 с.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является ЯЭУ КА, в которой удаление энергетического блока (реактора) от космического аппарата реализуется путем раскладывания сложенных в стартовом положении по трем продольным плоскостям вокруг энергетического блока и соединенных между собой шарнирами балок и образующих при удалении трехстержневую ферму, в вершине которой размещен энергетический блок, а в основании - космический аппарат. Раскладывание балок обеспечивается за счет пантографа, размещенного между космическим аппаратом и энергетическим блоком создающего осевое усилие на конструкцию энергетического блока и приводимого в действие винтовой парой (см. сборник докладов Пятой международной конференции «Ядерная энергетика в космосе», часть 1, г.Подольск, Московская область, 1999, с.26-37, Основы конструирования космических ядерных энергоустановок второго поколения. Основные подходы к конструированию / А.С.Демидов, А.Г.Еремин, Г.А.Зарицкий и др.: Учебное пособие. - М.: Изд-во МАИ, 2006 - 80 с.: ил.).

Недостатком такой ЯЭУ является необходимость приложения значительного момента вращения к винтовой паре пантографа, которое приводит к существенному увеличению прочности конструкции и соответственно к неприемлемой величине массы ЯЭУ.

Задача, на выполнение которой направлено заявленное изобретение, - обеспечение требуемой радиационной обстановки на космическом аппарате за счет необходимого удаления энергетического блока от космического аппарата при минимальных массовых характеристиках ЯЭУ.

Технический результат - раскладывание балок под действием воздействующего на них привода, обеспечивающее удаление энергетического блока от космического аппарата на оптимальное по радиационной обстановке расстояние.

Этот результат достигается тем, что: вал каждой из трех нечетных (считая с отодвигаемого энергетического блока) балок снабжен шкивом с прикрепленным к нему тросом, проходящим по шкиву вокруг оси вращения вала по часовой стрелке, а другой конец троса закреплен на расположенном по оси ЯЭУ барабане, снабженном электроприводом, который зафиксирован на шпангоуте, относительно которого происходит поворот балки со шкивом. При этом каждый трос снабжен пружиной, например, тарельчатой, усилие которой и соответствующая ей деформация при нагрузке обеспечивает раскрытие и фиксацию всех трех пар балок независимо от натяжения тросов.

На фигуре 1 приведена конструктивная схема ЯЭУ в стартовом положении, на фигуре 2 - то же, в орбитальном положении.

ЯЭУ содержит энергетический блок с последовательно расположенными по оси ядерным реактором 1, радиационной защитой 2 и агрегатами 3 жидкометаллического контура (ЖМК). Система отодвижения энергетического блока представляет собой балки 4, сложенные в стартовом положении по трем продольным плоскостям вокруг энергетического блока и соединенные между собой шарнирами 5, позволяющими балкам при отодвижении энергетического блока раскладываться с образованием при их фиксации трех стержней. Они формируют ферму, в вершине которой размещен энергетический блок с реактором 1, а в основании - космический аппарат 6. На балках размещены панели холодильника-излучателя (ХИ) 7 (фиг.2).

На валу шарнира каждой из трех нечетных (считая с отодвигаемого энергетического блока) балок выполнен шкив 8, на котором закреплен трос 9 таким образом, что, проходя по шкиву при своем натяжении, обеспечивает вращение вала по часовой стрелке. Другой конец троса закреплен на расположенном по оси ЯЭУ барабане 10, снабженном электроприводом 11. Электропривод и барабан зафиксированы на шпангоуте 12, относительно которого происходит поворот балки со шкивом. Таким образом, на барабан приходит три троса от трех шкивов, размещенных на валах нечетных (ведущих) балок. Каждый трос снабжен пружиной 13, например, тарельчатой, усилие которой и соответствующая ей деформация при нагрузке обеспечивают раскрытие и фиксацию всех балок независимо от натяжения тросов. Аналогичной конструкцией снабжены следующие две пары балок, закрепленных на соседних шпангоутах 14 и 15.

Предложенное устройство работает следующим образом.

При команде на отодвижение энергетического блока от космического аппарата включается электропривод, закрепленный внутри шпангоута, ближайшего к космическому аппарату. На его кронштейнах установлены ведущие балки. Электропривод через редуктор приводит во вращение барабан с намотанными на него тремя тросами, идущими на шкивы ведущих балок. Натяжение тросов обеспечивает начало вращения шкивов, установленных на валах ведущих балок. Разворачиваясь по часовой стрелке, ведущие балки приводят во вращение ведомые, обеспечивая тем самым разворот ведущих и ведомых балок.

В результате выполняется отодвижение энергоблока на длину развернутых балок. Размещенные на тросах пружины, например, тарельчатые обеспечивают установку всех трех пар развернутых балок на фиксаторы независимо от натяжения трех тросов, наматываемых на общий барабан. После срабатывания фиксаторов подается команда на разворот двух следующих пар балок, и процесс повторяется.

1. Ядерная энергетическая установка космического аппарата, содержащая энергетический блок с последовательно расположенными по оси ядерным реактором, радиационной защитой и агрегатами жидкометаллического контура, систему отодвижения указанного блока и холодильник-излучатель, излучающие панели которого размещены на балках, сложенных в стартовом положении по трем продольным плоскостям вокруг энергетического блока и соединенных между собой шарнирами, позволяющими балкам при отодвижении энергетического блока раскладываться с образованием при их фиксации трех стержней, формирующих ферму, в вершине которой размещен энергетический блок, а в основании космический аппарат, отличающаяся тем, что вал каждой из трех нечетных (считая с отодвигаемого энергетического блока) балок снабжен шкивом с прикрепленным к нему тросом, проходящим по шкиву вокруг оси вращения вала по часовой стрелке, а другой конец троса закреплен на расположенном по оси ЯЭУ барабане, снабженном электроприводом, который зафиксирован на шпангоуте, относительно которого происходит поворот балки со шкивом.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что каждый трос снабжен пружиной, например, тарельчатой, усилие которой и соответствующая ей деформация при нагрузке обеспечивает раскрытие и фиксацию всех трех пар балок.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в стационарной, транспортабельной и транспортных установках как автономно, так и в составе других энергетических установок, как с совпадающими параметрами рабочих тел, так и несовпадающими параметрами пара, причем позволяет расширить применение комбинированных установок малой, средней и большой мощности.

Ядерная энергетическая установка космического аппарата // 2421836

Изобретение относится к ядерным энергетическим установкам и может быть использовано в качестве источников электрической энергии космических аппаратов. .

Термоэмиссионный электрогенерирующий модуль активной зоны ядерного реактора с прямым преобразованием энергии // 2347291

Изобретение относится к области преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано в качестве источника электропитания в составе космической ядерной энергетической установки.

Термоэмиссионный реактор-преобразователь // 2299491

Изобретение относится к устройствам прямого преобразования тепловой энергии в электрическую термоэмиссионным способом. .

Способ эксплуатации космической двухрежимной ядерно-энергетической установки с термоэмиссионным реактором-преобразователем и дополнительным преобразователем тепловой энергии в электрическую // 2282905

Изобретение относится к космической технике и атомной энергетике и может быть использовано при разработке и эксплуатации космических энергетических и двигательных установок.

Космическая двухрежимная ядерно-энергетическая установка транспортно-энергетического модуля // 2238598

Изобретение относится к атомной энергетике и космической технике и может быть использовано при создании космических энергетических и двигательных установок для решения двух задач: для доставки космических аппаратов (КА) на орбиту и последующего энергообеспечения аппаратуры КА.

Термоэмиссионный реактор-преобразователь // 2230378

Изобретение относится к энергетике с термоэмиссионным преобразованием тепловой энергии в электрическую и может быть использовано при создании термоэмиссионных ядерных энергетических установок (ЯЭУ) преимущественно космического назначения.

Энергогенерирующее устройство // 2224308

Способ ресурсных испытаний термоэмиссионного электрогенерирующего элемента с системой вентиляции его топливно-эмиттерного узла // 2224306

Изобретение относится к атомной энергетике, к созданию и наземной отработке твэлов, в частности электрогенерирующих элементов (ЭГЭ), термоэмиссионная сборка которых называется электрогенерирующим каналом (ЭГК).

Способ ресурсных испытаний термоэмиссионного электрогенерирующего элемента с вентилируемым топливно- эмиттерным узлом // 2223559

Преобразователь энергии // 2507635

Изобретение относится термоэлектрическим преобразователям энергии. Сущность: преобразователь энергии содержит теплособирающую поверхность, n- и р-выводы, сформированные из термоэлектрических материалов n- и р-типа соответственно, каждый из которых расположен в тепловой связи с указанной теплособирающей поверхностью, параллельные электрические шины, электрически соединенные с n- и р-выводами, и корпус. Корпус электрически разъединен с указанными шинами и удерживает теплособирающую поверхность на заданном расстоянии от тепловой трубы. Технический результат - возможность выдерживания стартовых нагрузок и приспосабливание к температурному расширению во время запуска реактора с тепловыми трубами. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

Устройство для термоэлектрического преобразования энергии (варианты) и опорная конструкция для термоэлектрического преобразователя энергии // 2518492

Изобретение относится к энергетическим установкам на базе охлаждаемого реактора с тепловыми трубами. Устройство для термоэлектрического преобразования энергии содержит активную зону реактора, выступ и защитный блок, расположенный с обеспечением опоры между активной зоной реактора и выступом, тепловую трубу, термоэлектрический преобразователь энергии, стойки, соединенные с тепловой трубой, и шарнирные петлевые соединения, выполненные с обеспечением соединения стоек с выступом с возможностью поворота. Тепловая труба расположена в тепловой связи с активной зоной реактора. Термоэлектрический преобразователь энергии выполнен с возможностью соединения с тепловой трубой. Стойки выполнены с обеспечением опоры на противоположных концах преобразователя энергии. По меньшей мере одно из шарнирных петлевых соединений является подпружиненным. Технический результат - повышенная устойчивость к стартовым нагрузкам и температурному расширению тепловой трубы. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

Подводная ядерная термоэлектрическая установка // 2568433

Изобретение относится к ядерным термоэлектрическим установкам. Для достижения этого результата предложена подводная ядерная термоэлектрическая установка, содержащая расположенные в газоплотной защитной оболочке легководный ядерный реактор и блоки термоэлектрические (БТЭ), равномерно расположенные вокруг реактора и состоящие из корпуса с размещенными в нем термоэлектрическими модулями, при этом корпус в нижней и верхней частях имеет патрубки входа охлаждающей воды и патрубок выхода охлаждающей воды, а корпус ядерного реактора соединен напорными и сливными коллекторами теплоносителя с коллекторами раздачи и сбора теплоносителя термоэлектрических модулей. Газоплотная защитная оболочка может быть выполнена сферической и составной, а термоэлектрические модули выполнены в виде трубки Фильда. Технический результат - уменьшение тепловых потерь, снижение температурных перепадов конструктивных элементов, исключение коррозионного воздействия морской воды на корпус реактора, создание дополнительного барьера для локализации последствий аварийных ситуаций. 6 ил.

Космическая двухрежимная ядерно-энергетическая установка транспортно-энергетического модуля // 2592069

Изобретение относится к космическим энергодвигательным установкам мегаваттного класса. Двухрежимная ядерно-энергетическая установка (ЯЭУ) транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) содержит термоэмиссионный реактор-преобразователь (ТРП). Активная зона набрана из электрогенерирующих сборок (ЭГС) последовательно соединенных электрогенерирующих элементов (ЭГЭ). АЗ набрана из N одинаковых по конструкции ЭГС, где N≥19, состоящих из n последовательно соединенных ЭГЭ, где n≥5. Все ЭГЭ в АЗ разбиты на три группы: центральную, среднюю и периферийную, где центральная группа ЭГЭ, расположенных в центральной части АЗ, окружена ЭГЭ из средней группы, а периферийная группа расположена на периферии АЗ у отражателя нейтронов. Твэлы ЭГЭ из средней группы заполнены ТМ на основе изотопов с более высоким коэффициентом воспроизводства нейтронов, чем твэлы ЭГЭ из центральной и периферийной групп, 233U и 235U соответственно. Технический результат - увеличение запаса реактивности ТРП, повышение КПД ЯЭУ. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Космическая двухрежимная ядерно-энергетическая установка транспортно-энергетического модуля // 2592071

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при создании энергетических и двигательных установок для решения двух задач: для доставки космических аппаратов (КА) на орбиту и последующего длительного энергообеспечения аппаратуры КА. Космическая двухрежимная ядерно-энергетическая установка транспортно-энергетического модуля содержит термоэмиссионный реактор-преобразователь (ТРП), включающий активную зону (АЗ) и отражатель нейтронов. АЗ набрана из двух групп электрогенерирующих сборок последовательно соединенных электрогенерирующих элементов (ЭГЭ) - центральных и периферийных. Центральная группа ЭГС набрана с ресурсом работы, равным или более суммы времени работы потребителей транспортного режима и потребителей энергетического режима длительного энергоснабжения. Дополнительно в АЗ, в ее среднюю часть, введена средняя группа ЭГС с равномерно расположенными бустерными твэлами (БТ). ЭГЭ содержат равное объемное содержание топливного материала (ТМ) на основе UO2, не превышающее в исходном состоянии 60% теоретически плотного. Технический результат - увеличение запаса надкритичности ТРП (Кэф) с уменьшением его массогабаритных характеристик. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Активная зона термоэмиссионного реактора-преобразователя ядерной энергетической установки // 2617710

Изобретение относится к активной зоне термоэмиссионного реактора-преобразователя ядерной энергетической установки. Заявленная активная зона содержит электрогенерирующие каналы, объединенные в шестигранные пучки, которые установлены с относительным смещением. Величина смещения в миллиметрах определена по формуле: ,где S1 - шаг установки пучка электрогенерирующих каналов по правильной треугольной решетке, мм; S2 - шаг установки электрогенерирующего канала в пучке, мм; n - количество рядов электрогенерирующих каналов в пучке, включая центральный, а угол направления относительного смещения определен по формуле: ,где S1 - шаг установки пучка по правильной треугольной решетке, мм; S2 - шаг установки электрогенерирующих каналов в пучке, мм; n - количество рядов электрогенерирующих каналов в пучке, включая центральный. Техническим результатом является исключение локальной неравномерности расхода теплоносителя, проходящего через активную зону, выравнивание ее гидравлического профиля путем обеспечения постоянства площадей каналов для прохода теплоносителя по всему сечению активной зоны, а также повышение эффективного коэффициента размножения нейтронов за счет уменьшения паразитного поглощения нейтронов путем снижения количества конструкционного материала в активной зоне. 1 ил.

Система аварийного отвода энерговыделений активной зоны реактора на быстрых нейтронах // 2622408

Изобретение относится к системе аварийного отвода энерговыделений активной зоны реактора на быстрых нейтронах. Заявленная система содержит контур воздушного теплообменника, внутренний нижний теплообменник которого расположен непосредственно в активной зоне реактора, а наружный внешний теплообменник - в воздушном вытяжном канале за пределами гермооболочки. При этом теплообменники и трубопроводы, их соединяющие, заполнены жидким натрием, а в разрыв одного из трубопроводов внешнего теплообменника включен магнитогидродинамический насос, подсоединенный к дополнительно установленному в активной зоне реактора термопреобразователю. Внешний приемник избыточной тепловой энергии, в котором установлен наружный теплообменник, может быть выполнен из вентилируемого канала, соединенного с вытяжной трубой станции, или в виде дополнительного теплообменника, подключенного к трубопроводу наружного теплообменника. Техническим результатом является повышение надежности за счет обеспечения непрерывного режима работы по отводу энерговыделений из активной зоны реактора независимо от состояния и работы существующей активной системы отвода избыточной тепловой энергии от реактора, а также при полных отключениях основного и резервного источников электроэнергии атомной станции. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Малогабаритная автономная энергетическая установка // 2633771

Изобретение относится к ядерным энергетическим установкам. Предложена малогабаритная ядерная энергетическая установка, содержащая ядерный реактор с подводящими и отводящими трубопроводами, с вынесенными за радиационную защиту органами регулирования и ядерной безопасности и преобразователь энергии, находящаяся в погруженном в грунт контейнере. Ядерный реактор находится автономно в герметичной ампуле, помещенной в нижней части вертикально расположенного в грунте контейнера, который сверху закрыт защитной пробкой, в состав которой входят чередующиеся слои гранулированного нейтронопоглощающего материала, например гидрида титана, и диски из стали, а сам контейнер подвешен на силовой конструкции, опирающейся на фундамент, выполненный на удалении от шахты контейнера, вокруг которого сформирован профилированный защитный пояс из бетона, а преобразователь энергии размещен отдельно от реактора в герметичном контейнере и соединен с ним трубопроводами. Изобретение позволяет повысить технологичность процесса утилизации реактора после окончания его функционирования. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.