Где-то в лесах Подмосковья
Снято примерно тут: 55.61042° N, 37.91054° E
Сплотка и отсутствие напряжения на Мурманской дистанции 31 мая 2022 года
ТЭМ18ДМ-1424, 2ЭС5К-407 и ЭП1-105
Подача сплотки под поезд 285А Мурманск-Новороссийск
Я оговорился и назвал ТЭМ, Чмухой, думаю вы меня простите.
К 16 часам напругу восстановили
Немного про ядерный буксир
Часть 1.
Скриншот из видеопрезентации «Арсенала» для понимания
На прошлой неделе разошлось видеопрезентации ядерного буксира с реактором тепловой мощностью 3.8 МВт и полезной 1 МВт на ионных двигателях.
Основная проблема данных аппаратов - это система охлаждения.
Для понимания реалистичности такого аппарата сделал грубый расчёт температурного режима систем такого аппарата.
Допущения:
1. Имеется турбина (количество ступеней не в данном случае не имеет значения), работающая по циклу Брайтона, без охлаждения лопаток («холодного» газа в цикле нет) - следовательно, предельная температура газа перед турбиной не более 1300 К.
2. Система имеет один замкнутый контур (обслуживание и опасность для людей при эксплуатации исключена, а значит нет смысла усложнять конструкции и снижать надёжность).
3. КПД цикла соответсвует опубликованным данным и составляет 26%.
4. При оценке не учитывается наличие ксенона в теплоносителе из за его малой теплоёмкости относительно теплоёмкости гелия
5. Оценка ведётся для идеального варианта (без учета потерь).
Ядерный буксир состоит из следующих принципиальных элементов:
- активная зона реактора, обеспечивающая нагрев газа;
- турбина, обеспечивающая вращение компрессора и генератора;
- компрессор, который в отношении реактора можно назвать циркуляционным насосом, обеспечивающий повышение давления газа и его циркуляцию по контуру;
- панелей охладителя.
Температуру в 1300 К теплоносителя на выходе из активной зоны, кроме физической прочности неохлаждаемой турбины, косвенно подтверждает спектр свечения внешнего корпуса реактора (см. видеопрезентацию)- темно желтый соответсвует температуре примерно в 1100 С.
Для оценки температур систем ядерного буксира надо определить примерный секундный расход газа.
Расход газа через турбину можно оценить по турбовинтовым авиационным двигателям - для 1 МВТ (двигатели на 1300 - 1400 л.с.) расход воздуха около 5 кг/с. Такой расход обеспечивает приемлемые характеристики потока, и максимальные КПД для авиационных турбин, которые в данном случае принципиально не отличается от турбины реактора.
Далее оценим повышение температуры в компрессоре (циркуляционном насосе). КПД в 26% по циклу Брайтона в случае с преимущественно гелиевой смесью требует степени повышения давления в 2.2 раза и нагрева газа в 1.35 раза (см. изоэнтропическое сжатие в цикле Брайтона) в градусах Кельвина.
Для обеспечения теплосьема 3.8 МВТ мощности реактора при расходе гелия 5 кг/с необходимо нагреть его (см. формулу внутренней энергии газа и теплоемкость гелия) примерно на 250 К.
При срабатывание на турбине газ производит 1 МВТ полезной работы и обеспечивает работу компрессора. Соответсвенно (пересчёт по внутреннее энергии газа и теплоёмкости) происходит понижение температуры, при расходе 5 кг/с, примерно на 70 К для совершения полезной работы и на 270 К для обеспечения работы компрессора, всего на 340 К.
Соответсвенно получаем следующие цифры:
960 К - газ после турбины и на входе в панели охладителя;
1300 К - газ на выходе из активной зоны реактора и на входе в турбину;
1050 К - газ на входе в активную зону реактора и на выходе из компрессора;
780 К - газ на входе в компрессор (1050/1.35) и после панелей охладителя.
Для ядерного буксира наиболее важны 2 цифры: 960 К и 780 К соответсвенно на входе и выходе панелей охладителя.
Зная эти температуры можно посчитать необходимую площадь для панелей охладителя.
Для стальных панелей (коэффициент черноты 0.6, средняя температура излучения 885 К) получается энергетическая светимость 0.021 МВТ/м^2.
Для сброса 2.8 МВТ тепловой энергии турбина и реактор работают на полной мощности, а это как раз охлаждение 5 кг гелия с 960 до 780 за секунду (всего 3.8 МВТ производит реактор, 1 МВТ срабатывается на турбине, остаётся сбросить 2.8 МВТ) необходимо всего 135 м^2 панелей (см. закон Стефана-Больцьмана).
В случае если турбина работает на холостых получается необходимо сбросить 3.8 МВТ при температуре на панели охладителя 1030 К и 780 К (средняя температура излучения 935 К, излучение 0.026 МВТ/м^2) требуется 150 м^2 панелей.
При допущении, что метеоритом/трещиной может быть выведено из строя 1/3 панелей, то требуемая площадь будет 225 м^2 (хотя вероятность попадания метеорита, наверное, сопоставима с вероятностью отказа частей реактора).
С учётом погрешностей расчета, неидеальных КПД турбин, реальную требуемую площадь панелей можно оценить как 240 м^2, а это 3 секции по 40 м^2 в плане, что в принципе по геометрии (3 панели 2 x 20 м) похоже на представленный аппарат.
Для примера, в проекте JIMO (американский буксир для полетов к лагам Юпитера) в системе охлаждения использовался второй контур с низкотемпературным носителем. Средняя температура в панелях JIMO - 520 К, что влечёт за собой необходимость 420 м^2 на реактор в 1 МВТ.
Если кто проверит допущения/укажет на ошибки - буду признателен.
Будет время посчитаю про возможности освоения космоса таким буксиром.
Немного о российском ядерном буксире
Немного о российском ядерном буксире
АВТОР: ИГОРЬ ЕГОРОВ · 19 СЕНТЯБРЯ, 2020
После публикации в интернете фотографий реально изготовленных элементов российского «транспортно-энергетического модуля (ТЭМ)» с «ядерной энергодвигательной установкой мегаваттного класса (ЯЭДУ)», который, судя по последним публикациям, получил название «Нуклон», резко обострились его обсуждения.
Одна из фотографий элементов ТЭМ
И, судя по всему, многие из обсуждающих не совсем понимают, «что там к чему», а потому хотелось внести ясность по нескольким вопросам.
Изначально проект был представлен ещё в 2009-м году. И все его подробности на тот момент открыто опубликованы здесь. Далее я буду ссылаться на эту презентацию и вставлять слайды из неё.
https://ppt-online.org/download/517557
На тот момент уже существовало множество теоретических проектов буксиров с электрическими ракетными двигателями, плазменными или ионными, суммарной мощностью в сотни киловатт. Обеспечивать эти самые сотни киловатт мощности должны были либо традиционные солнечные батареи площадью в тысячи квадратных метров, либо ядерные реакторы с термоэмиссионными преобразователями тепла в электрическую энергию. Последние хоть и не столь привычны, как солнечные батареи, но всё равно использовались в космосе десятки раз, а потому являются более или менее отработанной технологией, от которой понятно, чего можно ожидать.
https://thealphacentauri.net/52657-plazmennye-raketnye-dviga...
https://thealphacentauri.net/61706-ionnye-raketnye-dvigateli...
ТЭМ же на фоне прочих проектов выделялся в первую очередь совершенно нестандартным способом преобразования тепла в электричество — с помощью газовых турбин и электромеханических генераторов. С одной стороны, на обычных земных АЭС используют весьма схожую систему, с той поправкой, что в турбинах на Земле гоняют пары воды, а тут планировали использовать смесь инертных газов. А раз так, то такая система должна быть великолепно отработана и проста в реализации. С другой же стороны, у наземных АЭС нет никаких проблем с охлаждением пара после турбины: зачастую для этого используют воду из ближайшей речки. Конечно, река «под боком» есть не всегда, но в любом случае осуществить сброс тепла в наземных условиях не так уж сложно. А вот в космосе с этим проблемы… Кроме того, на Земле турбины и генераторы могут регулярно обслуживаться, их могут смазывать, менять подшипники и т.п. В космосе всё это оказывается невозможным, и отсюда остро встаёт вопрос ресурса подвижных механических частей, испытывающих огромные термомеханические нагрузки.
Решив не останавливаться на одном уникальном для космоса техническом решении, проблему охлаждения тоже стали устранять уникальным методом — капельным холодильником. Обычно в космосе делают большие панели-радиаторы, пронизанные трубками, по которым гоняют теплоноситель. Эти панели нагреваются от теплоносителя и испускают в космос инфракрасное излучение, тем самым охлаждая теплоноситель. Решение надёжное, но громоздкое… Поэтому в ТЭМ решили распылять капли теплоносителя в космосе, давать им там самостоятельно излучить тепло, а затем улавливать уже холодные капли. Подробнее про эту концепцию можно почитать в данной публикации. Решение интересное, но, очевидно, хранящее в себе невообразимую кучу технических проблем…
Не смотря на протесты многих скептиков, после сравнения гипотетических параметров энергоустановки с обычными «панельными» радиаторами и с перспективным капельным холодильником, решили остановиться на последнем.
Слайд с вариантами энергоблока
Как можно видеть на слайде, капельный холодильник гипотетически позволял охлаждать теплоноситель до 320 К (+47 градусов Цельсия), в то время как даже огромные классические радиаторы едва ли смогли бы охладить его ниже 400 К (+127 градусов Цельсия). И это реально важно…
Дело в том, что эффективность преобразования тепла в любой другой вид энергии фундаментально ограничена. Максимальный возможный КПД равен (1 — Тхол/Тнаг)*100%, где Тхол — абсолютная (та, что в кельвинах) температура «холодильника» (в нашем случае — радиатора), Тнаг — абсолютная температура нагревателя (в нашем случае — активной зоны реактора). На практике КПД преобразования обычно эдак раза в два-три ниже. В частности тут у нас на слайде варианту №1 соответствует максимальный гипотетический КПД в 74,0%, а запланированы лишь 26%, для варианта №2 максимальный теоретический 78,7%, а запланированный — 34%, для варианта №3 — 73,3% и 26% соответственно.
За счёт снижения температуры теплоносителя с 400 до 320 К можно было либо снизить температуру активной зоны реактора с 1500 до 1230 К, что сделало бы реактор надёжнее и долговечнее, либо повысить КПД с 26% до 34%, что позволило бы при неизменной электрической мощности 900 кВт снизить рассеиваемую холодильником тепловую мощность более чем на треть. Последнее делает всю конструкцию меньше и легче, что в космической технике весьма ценится.
Судя по описанию реактора, где указана температура 1500 К, в итоге сошлись именно на варианте №2 с КПД преобразования 34%.
Слайд с описанием реактора
И всё было бы хорошо, если бы не ВНЕЗАПНО возникшие проблемы с созданием капельного холодильника… В статье, на которую я выше давал ссылку, описывается эксперимент на орбитальной космической станции «Мир» по изучению некой модели капельного холодильника. И он, судя по публикации, прошёл успешно. Для более детальной проработки холодильника на МКС начали проводить эксперимент «Капля-2». Если вы зайдёте на страницу эксперимента, то в списке связанных с ним научных публикаций найдёте две чисто теоретические и третью — ту, на которую я уже дал ссылку. Всё.
https://tsniimash.ru/science/scientific-experiments-onboard-...
Собственно по результатам работ на МКС за шесть лет эксперимента никаких публикаций. И, как я слышал сразу от нескольких людей, работающих в Роскосмосе, причина этого в тотальном провале эксперимента: капельный холодильник просто не работает так, как задумали разработчики, и способов его «починить» найти не удалось.
Дополнительные проблемы, опять таки ВНЕЗАПНО, подкинули турбины, которые «почему-то» не хотят работать в жёстких температурных условиях десять лет без обслуживания…
В итоге от всех этих «прорывных» технологий было решено отказаться. На последней анимации буксира видны традиционные панельные радиаторы:
Анимация 2020 года, демонстрирующая разворачивания буксира на орбите
К слову, на той же анимации видно, как будет складываться-раскладываться огромная ферма, которая в новом проекте стала углепластиковой, а не металлической, что позволило снизить массу буксира буквально в разы.
Вслед за капельным холодильником «на свалку» отправились и турбины, уступив место проверенному термоэмиссионному преобразователю:
По слайдам презентации, представленной Урличичем, к 2025 г. планируется создать «опытные образцы космической ядерной энергоустановки с термоэмиссионным реактором-преобразователем»
Источник
На этом моменте у многих начинает возникать вопрос на счёт КПД таких преобразователей: он ведь 4-6%! При таком низком КПД количество тепла, которое нужно будет сбрасывать, становится просто огромным!
На самом деле КПД термоэмиссионных преобразователей не ограничен величиной в 6%. Он может быть и 8%, и 10%, и 12%, и даже более. Вопрос в том, какую разницу температур между нагревателем и холодильником вы создадите. В отличии от турбин, которые при малом перепаде температур просто не работают, у термоэмиссионного преобразователя такой проблемы нет, и вы можете заставить его работать при весьма малой разнице температур. С низким КПД, естественно…
Но зачем нарочно делать преобразователь с низким КПД? Тут причина в простоте охлаждения. Это контринтуитивно, но это так.
Максимальная температура нагревателя (активной зоны реактора) ограничена необходимостью обеспечить его долговечность. Это в любом случае будет величина порядка 1500 К (+1227 градусов Цельсия) или даже меньше. Сделать реактор на 2000 К или даже 2500 К вполне возможно, но его ресурс будет измеряться не годами, а часами.
Раз так, то КПД у нас определяется температурой «холодильника» — радиатора. А мощность теплового излучения с единицы площади радиатора пропорциональна четвёртой (!) степени температуры.
Предположим, что КПД нашего термоэмиссионного преобразователя составляет 0,4 от максимального теоретического КПД преобразования тепла, а коэффициент черноты радиатора — 0,95. Зафиксируем температуру нагревателя на уровне 1500 К, а электрическую мощность — на 900 кВт. Рассчитаем на основе этого необходимую температуру радиатора, а следом — и его площадь. Результат выходит такой:
Расчёт для КПД, равного 0,4 от КПД цикла Карно, коэффициента черноты радиатора 0,95, температуры нагревателя 1500 К и выходной мощности преобразователя 900 кВт
В наших предположениях оптимальный КПД оказывается 9%! При нём площадь радиатора составит 92,5 квадратных метра, температура — 1163 К (+890 градусов Цельсия), а рассеиваемая этим радиатором мощность — 9,1 МВт. Попытки поднять КПД выше 9% неизбежно приведут лишь к увеличению размеров и массы радиаторов. При преобразовании тепла с помощью турбин радиатор должен был бы сбрасывать в космос примерно 2,3 МВт тепла — в разы меньше, чем с термоэмиссионным преобразователем. Но из-за температуры всего в 400 К площадь этого радиатора должна была бы составить… более 1600 квадратных метров! Переход к термоэмиссии позволил снизить площадь в 18 раз! Ну или около того, т.к. взятые мною в расчётах «0,4 от максимального теоретического КПД преобразования тепла» — это лишь примерная оценка, а у реального преобразователя может быть и 0,3 (тогда оптимальный КПД всего 6%!) и 0,5 (тогда — 11%). Но в любом случае термоэмиссия требует радиатора, который меньше более чем на порядок.
Кто-то может возразить: но где взять столько энергии чтобы компенсировать низкий КПД?.. Из урана, конечно же!
1 кг высокообогащённого урана потенциально содержит в себе порядка 20 ГВт*ч тепловой энергии. Из-за несовершенства простейших реакторов, используемых в космосе, удаётся «сжечь» всего порядка 5% от имеющегося урана. Затем его концентрация падает ниже критической, цепная реакция останавливается. Получаем «всего лишь» 1 ГВт*ч тепловой энергии. Значит 1 кг урана хватит чтобы обеспечивать энергией 10 МВт (по теплу, по электричеству, при 9% КПД, 900 кВт) реактор в течении сотни часов. Ну а полтонны урана хватит уже на весь ресурс ионных двигателей буксира, который заявляется равным 50 000 часов.
Таким образом проект буксира 2020-го года радикально реалистичнее, проще, легче и компактнее чем то, что предлагали в 2009-м. Да, без «прорывных» капель и турбин, зато это будет работать.
Впрочем, надо отметить, замена преобразователя рождает новые сложности…
Электромеханические генераторы должны были выдавать напряжение в 4500 вольт. При таком напряжении провода должны были пропустить от генератора к двигателям ток всего 200 А. Это примерно на уровне тока, который потребляет стартер автомобиля. Т.е. провода требовались относительно тонкие. Кроме того, ионный двигатель требует как раз тысяч вольт питания, а значит преобразователю питания двигателей нужно будет совсем немного изменить напряжение, он получается достаточно компактным и простым. Потенциально возможно даже прямое питание двигателей от генератора!
Термоэмиссионный преобразователь даёт напряжение скорее 45 В, чем 4500… Соответственно, ток, который нужно передавать через весь буксир, возрастает до десятков тысяч ампер! Установить рядом с реактором DC-DC преобразователь чтобы поднять напряжение в сотню раз? Нет, не выйдет: излучение реактора быстро уничтожит электронику этого преобразователя (собственно из-за излучения реактор и располагают в полусотне метров от всего остального). Так что нужно готовиться передавать десятки тысяч ампер. Единственный вариант сделать это без многотонных толстенных кабелей — использование сверхпроводников… По всей видимости буксир будет иметь линию электропередач на основе высокотемпературных сверхпроводящих лент второго поколения, благо их массовый выпуск был налажен в России ещё несколько лет назад. Тем не менее для космоса эта технология будет новой, не испытанной, а значит можно ожидать существование «подводных камней».
Впрочем, на сверхпроводниках проблемы низкого напряжения не заканчиваются: ионный двигатель всё ещё требует тысяч вольт… А значит потребуются громоздкие DC-DC преобразователи на сотни киловатт, повышающие напряжение во многие десятки, до сотни, раз. Ну или ионные двигатели нужно заменить на магнитоплазмодинамические, которые как раз питаются от нескольких десятков вольт постоянного напряжения…
Поиск документации ТЭМ15-РЭ «Тепловоз ТЭМ 15. Руководство по эксплуатации и обслуживанию»
Добрый день.
Нахожусь в поиске документации:
ТЭМ15-РЭ «Тепловоз ТЭМ 15. Руководство по эксплуатации и обслуживанию».
Данные ТЭМ-15 уже не производят, но все еще ремонтируют.
Интересует приобретение или обмен документации.
Мне необходимо приобрести твердую копию (или хотя бы электронный вид)
Спасибо за прочтение.
(Всем котиков, по традиции пикабу, мой рыжий черт)
Картинки с Тэм
Сцуко, эти картинки сделали мой мозг и день. )))
А дело было так. Открыл верхнюю - закрыл. Кликаю по второй - открылась верхняя. Кликаю по третьей - открылась верхняя. Кликаю по верхней - открылась, ок, ищу стрелку перемотки, чтобы пролистать вправо...
Чувствую себя Тэм.ТЭМ1.
ТЭМ1 (тепловоз с электрической передачей, маневровый, тип 1) — советский крупносерийный 6-осный маневровый тепловоз.
Выпуск тепловозов серии ТЭМ1 начат на основе серии ТЭ1 БМЗ в 1958 году.
На новых тепловозах вместо дизеля Д50 начали устанавливать новый тип дизелей — 2Д50, отличающийся от применяемого на тепловозах серий ТЭ1 и ТЭ2 устройством распределительного вала.
Главный генератор и двухмашинный агрегат также ранее применялись на тепловозах серий ТЭ1 и ТЭ2.
Тележка с тяговыми электродвигателями, топливный бак и система охлаждения взяты от тепловоза серии ТЭ3.
Тепловозы серии ТЭМ1 строились с 1958 по 1968 год.
В июне 1964 года Брянский машиностроительный завод выпустил тысячный тепловоз серии, всего их выпущено 1946.
С 1976 года на Астраханском ТРЗ, а с 1984 года и на Мичуринском ЛРЗ начали проводить капитальный ремонт тепловозов ТЭМ1 с присвоением новой серии ТЭМ1М.
Внешне от базовой модели они отличались лишь увеличенной высотой длинного капота, а также имели ДГУ и аккумуляторы тепловозов ЧМЭ3.
Всего было модернизировано 142 тепловоза.
Технические характеристики:
Длина — 19 969 мм
Конструкционная скорость — 100 км/ч
Минимальный радиус прохождения кривых — 80 м
Мощность дизеля — 1000 л.с.
Служебная масса — 124 т
Тип передачи — электрическая
Тип — маневровый
На сегодняшний день 80% списаны и разрезаны.
Опасный груз.
В этих неприметных контейнерах опасная начинка-гексафторид урана.
Это химическое соединение урана со фтором (UF6).
Является единственным легколетучим соединением урана (при нагревании до 53°С гексафторид урана непосредственно переходит из твердого состояния в газообразное) и используется в качестве исходного сырья для разделения изотопов урана-238 и урана-235 и получения обогащенного урана.
Вы хотите головоломок?
Их есть у нас! Красивая карта, целых три уровня и много жителей, которых надо осчастливить быстрым интернетом. Для этого придется немножко подумать, но оно того стоит: ведь тем, кто дойдет до конца, выдадим красивую награду в профиль!