Входящие в состав ГЭУ два ядерных реактора ВТ-1 с жидкометаллическим теплоносителем свинец-висмут имели суммарную мощность 146 мВт. Температура теплоносителя на выходе из реактора составляла 440°С, а температура перегретого пара — до 355°С. Реакторы обладали рядом эксплуатационных преимуществ. В частности, их расхолаживание осуществлялось без использования парогенераторов и насосов первого контура за счет естественной циркуляции сплава и включения каналов расхолаживания. Исключалась возможность распространения радиоактивности во второй контур и в энергетические отсеки в случае нарушения плотности парогенераторов в результате большего давления во втором контуре по сравнению с первым.

В составе автономного турбогенератора (АТГ) входила однокорпусная активная турбина с редуктором, конденсатор и электрический генератор постоянного тока. На АТГ правого борта был применен планетарный редуктор. Мощность на клеммах составляла 1600 кВт при напряжении тока 320 В и частоте вращения 1500 оборотов в минуту. Автономные турбогенераторы позволяли осуществлять широкое маневрирование подводной лодки при любых режимах работы ГЭУ и длительном ходе под гребными электродвигателями при выходе из строя обоих главных турбозубчатых агрегатов (лодка была оснащена двумя двигателями подкрадывания ПГ-116 мощностью по 450 л.с.).

В отличие от корабля проекта 627 применение вспомогательной дизель-электрической установки не предусматривалось (создатели атомохода несколько опрометчиво полагали, что наличие автономных турбогенераторов обеспечивает необходимую надежность энергетической установки).

Впервые была применена новая система поддува и контроля за давлением в отсеках, управляемая из центрального поста.

Центральный пост АПЛ 645-го проекта по сравнению с кораблем 627-го проекта стал более просторным и удобным. По составу гидроакустического, радиолокационного, телевизионного и штурманского вооружения, а также средствам связи лодка была практически аналогична АПЛ проекта 627 (ГАС «Арктика-М», РЛС «Накат-М», навигационный комплекс «Плутон-645»). В то же время на корабле был установлен второй перископ, повысивший надежность визуального наблюдения.

Торпедное вооружение АПЛ 645-го проекта состояло из четырех носовых торпедных аппаратов калибром 533 мм с боекомплектом 12 торпед типа 53-57 и СЭТ-65. Впервые в мире на лодке 645-го было применено устройство быстрого заряжания торпедных аппаратов. Оно имело индивидуальные для каждого ТА механизмы подачи торпед, позволяющие осуществлять одновременное заряжание.

За создание энергетической установки нового типа для АПЛ проекта 645 группе специалистов в 1964 году была присуждена Ленинская премия.

Характеристика АПЛ проекта 645

В процессе эксплуатации в легком корпусе корабля появились многочисленные трещины различной протяженности. Выяснилось, что главная причина растрескивания заключалась в том, что маломагнитная сталь обладает низкой коррозионно-механической прочностью: под действием морской воды в ней развивалась межкристаллическая коррозия, приводящая к образованию трещин. В дальнейшем от применения маломагнитной стали на подводных лодках было решено отказаться. Также не оправдало себя в ходе эксплуатации и размагничивающее устройство. Оказалось, что оно спроектировано неудовлетворительно, степень компенсации магнитного поля и его стабильность были недостаточными.

Столь же неудачным решением, как показал опыт эксплуатации корабля 645-го проекта, оказался и отказ от вспомогательной дизель-энергетической установки.

Меры по снижению акустического поля АПЛ 645-го проекта были, как выяснилось, явно недостаточными. Шумность лодки оказалась не только выше шумности АПЛ ВМС США, но и значительно превышала требования, установленные ВМФ СССР. Уже в ходе эксплуатации корабля были проведены доработки, направленные на повышение его акустической скрытности.

Однако главные сложности при эксплуатации лодки доставила энергетическая установка с реакторами на ЖМТ. Значительно усложнилась эксплуатация лодки при длительной стоянке, а также при доковании: требовалось поддержание температуры теплоносителя первого контура выше температуры его плавления (125°С). Затруднялось проведение ремонтных работ по первому контуру вследствие загрязнения его оборудования высокоактивным полонием-210, образующимся при нейтронном излучении висмута.

Значительно усложнилось оборудование места базирования АПЛ с реактором на ЖМТ (требовалась система приготовления сплава, емкости и устройства для приема с АПЛ радиоактивного теплоносителя).

После вступления в строй К-27 совершила два похода на полную автономность. Во время походов АПЛ ходила на различных глубинах (вплоть до рабочих) и скоростях. При этом особенности ГЭУ не накладывали каких-либо ограничений на эксплуатацию корабля.

В мае 1968 г. К-27 вышла в море для проверки работоспособности энергетической установки, а также для отработки учебно-боевых задач. 24 мая при проверке параметров работы ГЭУ на режимах полного хода произошло резкое падение мощности реактора. Одновременно был отмечен значительный рост давления в газовой системе первого контура, увеличение уровня теплоносителя в буферной емкости и появление воды в аварийном конденсаторе.

Наиболее вероятной причиной возникновения аварии, в результате которой погибло девять членов экипажа атомохода, являлось резкое ухудшение теплосъема в активной зоне из-за попадания в нее окислов сплава свинец-висмут и шлаков.

В связи с аварией потребовались дополнительные исследования воздействия сплава и растворенных в нем окислов на циркуляцию теплоносителя, а также состояние поверхностей контура, изучение условий образования нерастворимых шлаков и пылевидных окислов. Полученные результаты были использованы при разработке ГЭУ для лодок 705-го проекта.

После аварии восстановление К-27 было признано нецелесообразным. В течение 13 лет она находилась в резерве, после чего была затоплена в Карском море.