СИСТЕМА ВИБРОИЗОЛЯЦИИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ

Изобретение относится к энергетическому оборудованию подводных лодок.

Известны конструкции виброизолирующих устройств трубопроводов в виде сильфонных компенсаторов, резинокордных рукавов, например, описанные на стр. 66-68 книги «Унифицированные гибкие элементы трубопроводов», М., изд-во стандартов, 1988 г. Авторов А.П. Гусенкова, Б.Ю. Лукинаи В.С. Шустова, в которой описаны уравновешенные (разгруженные) конструкции сильфонных компенсаторов.

Недостатком указанных конструкций является невозможность их применения в системе аварийного расхолаживания ядерного реактора из-за высоких давлений и температур рабочей среды, подаваемой в трубопроводы в аварийной ситуации, т.к. не существует компенсаторов на эти параметры.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является активная виброизолирующая система трубопроводов аварийной системы расхолаживания ядерного реактора подводной лодки, состоящая из установленного на корпусе на виброизоляции ядерного реактора, трубопроводов аварийной системы расхолаживания, соединенных с ядерным реактором, проходящих через корпус подводной лодки, соединенных с забортным теплообменником и создающих динамические силы от вибрации реактора, вызывающие вибрацию корпуса и забортного теплообменника, на корпусе вблизи крепления к нему трубопроводов аварийной системы расхолаживания установлены исполнительные устройства, создающие компенсирующие динамические силы, а на трубопроводах аварийной системы расхолаживания, ядерном реакторе и корпусе установлены датчики вибрации датчики динамических сил, соединенные через систему управления и усилители мощности с исполнительными элементами, измеряющие вибрацию трубопроводов, ядерного реактора и динамические силы, действующие от трубопроводов на корпус и забортный теплообменник и выдающие сигналы, пропорциональные величине вибрации динамических сил, через систему управления и усилители мощности на исполнительные устройства, обработанные системой управления таким образом, чтобы компенсирующие динамические силы от исполнительных устройств уменьшали динамические силы от трубопроводов аварийной системы расхолаживания по патенту RU №2556867 - прототип.

Недостатком виброизолирующей системы является сравнительно невысокое демпфирование колебаний в резонансных режимах работы виброизоляторов 5 виброизолирующей системы.

Технический результат - создание высокоэффективной виброизоляции ядерного реактора по линии трубопроводов аварийной системы расхолаживания и повышение тем самым акустической скрытности подводной лодки.

Это достигается тем, что в системе виброизоляции ядерного реактора подводной лодки, состоящей из установленного на корпусе, на виброизолирующей системе, ядерного реактора, трубопроводов аварийной системы расхолаживания, соединенных с ядерным реактором, проходящих через корпус подводной лодки, соединенных с забортным теплообменником и создающих динамические силы от вибрации реактора, вызывающие вибрацию корпуса и забортного теплообменника, на корпусе вблизи крепления к нему трубопроводов аварийной системы расхолаживания установлены исполнительные устройства, создающие компенсирующие динамические силы, а на трубопроводах аварийной системы расхолаживания, ядерном реакторе и корпусе установлены датчики вибрации датчики динамических сил, соединенные через систему управления и усилители мощности с исполнительными элементами, измеряющие вибрацию трубопроводов, ядерного реактора и динамические силы, действующие от трубопроводов на корпус и забортный теплообменник и выдающие сигналы, пропорциональные величине вибрации динамических сил, через систему управления и усилители мощности на исполнительные устройства, обработанные системой управления таким образом, чтобы компенсирующие динамические силы от исполнительных устройств уменьшали динамические силы от трубопроводов аварийной системы расхолаживания, виброизолятор виброизолирующей системы выполнен в виде цилиндрической пружины, которая состоит из нижней и верхней опорных пластин, между которыми коаксиально и концентрично установлены наружная с правым углом подъема витков и внутренняя с левым углом подъема витков пружины, при этом нижняя опорная пластина является основанием, на котором нижние фланцы пружин закреплены жестко, а между верхней опорной пластиной и верхним фланцем внутренней пружины с левым углом подъема витков расположен демпфер сухого трения, состоящий из двух, соприкасающихся между собой, нижнего и верхнего, цилиндрических дисков, при этом нижний диск жестко связан с верхним фланцем внутренней пружины, а верхний диск жестко связан с верхней опорной пластиной, при этом на поверхностях цилиндрических дисков демпфера сухого трения, обращенных друг к другу, выполнены концентричные диаметральные канавки на одном из дисков и выступы на другом диске, входящие друг в друга, а в качестве материалов нижнего и верхнего цилиндрических дисков демпфера сухого трения может быть использован спеченный фрикционный материал на основе меди, содержащий цинк, железо, свинец, графит, вермикулит, медь, хром, сурьму и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%: цинк 6,0÷8,0; железо 0,1÷0,2; свинец 2,0÷4,0; графит 3,0÷7,0; вермикулит 8,0÷12,0; хром 4,0÷6,0; сурьма 0,05÷0,1; кремний 2,0÷3,0; медь - остальное.

На фиг. 1 приведена компоновочная схема виброизолирующей системы ядерного реактора, на фиг. 2 - вариант выполнения виброизолятора 5 виброизолирующей системы.

Система виброизоляции ядерного реактора подводной лодки содержит ядерный реактор 1, установленный на корпусе 4 на виброизоляции 5, соединенные с ядерным реактором 1 трубопроводы 2 аварийной системы расхолаживания, проходящие через корпус 4 к забортному теплообменнику 3. На корпусе 4, на ядерном реакторе 1, на трубопроводах 2 аварийной системы расхолаживания установлены датчики вибрации 6, измеряющие вибрацию корпуса и реактора, и датчики динамических сил 10, измеряющие динамические силы Qк, действующие на корпус 4 со стороны трубопроводов 2 аварийной системы расхолаживания. На корпусе 4 рядом с трубопроводами 2 установлены исполнительные устройства 9, создающие компенсирующие динамические силы Qк, соединенные через усилители мощности 8 с системой управления 7.

Система виброизоляции ядерного реактора подводной лодки работает следующим образом.

Сигнал от датчиков динамической силы 10 и/или датчиков вибрации 6 поступает в систему управления 7, которая формирует сигнал на усилители мощности 8, питающие исполнительные устройства 9 таким образом, чтобы компенсирующие динамические силы Qк от исполнительных устройств 9 уменьшали бы динамические силы от трубопроводов Qк от вибрации ядерного реактора 1, установленного на виброизоляции 5, передаваемые на корпус 4 и забортный теплообменник 3 трубопроводами 2 аварийной системы расхолаживания.

Благодаря использованию найденного технического решения обеспечивается надежная высокоэффективная виброизоляция ядерного реактора от корпуса, в результате чего повышается акустическая скрытность подводной лодки.

Возможен вариант выполнения виброизоляторов 5 (фиг. 2) виброизолирующей системы в виде пружинного демпфера сухого трения, который содержит нижнюю 11 и верхнюю 12 опорные пластины, между которыми коаксиально и концентрично установлены наружная 15, с правым углом подъема витков, и внутренняя 16 с левым углом подъема витков, пружины. Нижняя опорная пластина 11 является основанием, на котором нижние фланцы пружин 15 и 16 закреплены жестко, а между верхней опорной пластиной 12, на которой устанавливается виброизолируемый объект (на чертеже не показано), и верхним фланцем внутренней пружины 16 с левым углом подъема витков расположен демпфер сухого трения, состоящий из двух, соприкасающихся между собой, нижнего 13 и верхнего 14 цилиндрических дисков. При этом нижний диск 13 жестко связан с верхним фланцем внутренней пружины 16, а верхний диск 14 жестко связан с верхней опорной пластиной 12. Верхний 14 цилиндрический диск демпфера сухого трения выполнен из стали, а нижний 13 цилиндрический диск выполнен из фрикционного материала, выполненного из композиции, включающей следующие компоненты, при их соотношении, мас.%: - смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных смол в соотношении 1:(0,2-1,0) 28÷34%, - волокнистый минеральный наполнитель, содержащий стеклоровинг или смесь стеклоровинга и базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0) 12÷19%, - графит 7÷18, - модификатор трения, содержащий технический углерод в виде смеси с каолином и диоксидом кремния 7÷15%, - баритовый концентрат 20÷35%, - тальк 1,5÷3,0%.

Возможен вариант, когда в качестве материалов нижнего 13 и верхнего 14, цилиндрических дисков демпфера сухого трения может быть использована сталь, жесткий вибродемпфирующий материал, например типа «Агат», вышеуказанный фрикционный материал, а также различные сочетания этих материалов в паре сухого трения демпфера.

Возможен вариант, когда в целях повышения коэффициента демпфирования системы виброизоляции, на поверхностях цилиндрических дисков 13 и 14 демпфера сухого трения, обращенных друг к другу, выполнены концентричные диаметральные канавки 17, на одном из дисков, и выступы 18, на другом диске. Эти входящие друг в друга поверхности взаимодействуют друг с другом без зазоров, что приводит к увеличению поверхностей трения, а следовательно, к увеличению коэффициента демпфирования системы.

Возможен вариант, когда в качестве материалов нижнего и верхнего цилиндрических дисков демпфера сухого трения может быть использован спеченный фрикционный материал на основе меди, содержащий цинк, железо, свинец, графит, вермикулит, медь, хром, сурьму и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

цинк 6,0-8,0; железо 0,1-0,2; свинец 2,0-4,0; графит 3,0-7,0; вермикулит 8,0-12,0; хром 4,0-6,0; сурьма 0,05-0,1; кремний 2,0-3,0; медь - остальное.

Возможен вариант, когда верхний цилиндрический диск 14 выполнен из эластомера, например резины или другого эластичного материала, обладающего высокими демпфирующими свойствами, а нижний цилиндрический диск 13 выполнен из стали.

Пружинный демпфер сухого трения работает следующим образом.

Наружная 15 и внутренняя 16 пружины демпфера воспринимают значительные статическую и динамическую нагрузки от машины и передают на поддерживающую конструкцию существенно уменьшенную величину динамической нагрузки.

Две пружины 15 и 16, вставленные одна в другую, работают на сжатие, при этом внешняя пружина 15 правого угла подъема поворачивает жестко прикрепленную к ней верхнюю металлическую опорную пластину 12 в одну сторону, а внутренняя пружина 16 левого угла подъема - жестко прикрепленный к ней нижний цилиндрический диск 13 демпфера сухого трения - в другую сторону. Таким образом, используется эффект взаимного поворота в разные стороны концевых витков пружин 15 и 16 вокруг вертикальной оси, благодаря чему в составной опорной плоскости демпфера сухого трения возникают диссипативные силы, т.е. появляется сухое трение. Введение в демпфер сухого трения элемента из резины с повышенным в 10÷15 раз внутренним трением приводит к уменьшению амплитуд колебаний машины в пускоостановочных режимах в 2÷3 раза. При ударных воздействиях логарифмический декремент затухания колебаний уменьшается.

Возможен вариант, когда в качестве материалов нижнего и верхнего цилиндрических дисков демпфера сухого трения использован фрикционный материал, выполненный из композиции, включающей следующие компоненты при их соотношении, мас.%: смесь резольной и новолачной фенолоформальдегидных смол в соотношении 1:(0,2-1,0) - 8÷34%; волокнистый минеральный наполнитель, содержащий стеклоровинг или смесь стеклоровинга и базальтового волокна в соотношении 1:(0,1-1,0) - 12÷19%; графит - 7÷18%; модификатор трения, содержащий технический углерод в виде смеси с каолином и диоксидом кремния - 7÷15%; баритовый концентрат - 20÷35%; тальк - 1,5÷3,0%.