军用核能技术及其发展第3章-船用核动力装置及其基本组成

军用核能技术及其发展核科学与技术学院（V2009）2核动力的军事应用核能系统潜艇核动力装置水面舰船核动力装置空间核能装置攻击型核潜艇弹道导弹核潜艇航空母舰巡洋舰驱逐舰核商船空间核电源空间核推进装置核武器3第三讲船用核动力装置基本概念及组成3.1舰船动力装置比较3.2潜艇核动力装置的总体组成3.3反应堆冷却剂系统3.4一回路辅助系统3.5二回路系统4军舰是在海上执行战斗任务的船舶。直接执行战斗任务的叫战斗舰艇，执行辅助战斗任务的是辅助战斗舰艇。军舰中战斗舰艇种类最多，它又分为水面舰艇和潜艇两大类。水面舰艇包括：航空母舰、战列舰、巡洋舰、驱逐舰、护卫舰、护卫艇、鱼雷艇、导弹艇、猎潜艇、布雷舰、扫雷舰、登陆舰、两栖攻击舰等；潜艇则有攻击型潜艇和战略潜艇等。3.1舰船动力装置比较5舰船动力装置的类型船舶动力装置蒸汽轮机动力装置内燃机动力装置燃气轮机动力装置核能动力装置其它类型动力装置6汽轮机是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械，是蒸汽动力装置的主要设备之一，又称为蒸汽透平。汽轮机使用的蒸汽由锅炉提供。蒸汽动力装置▲凝汽式汽轮机7通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。柴油机▲大功率低速柴油机8以连续流动的气体为工质，带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功，是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机▲112舰使用的燃机9舰船动力装置的类型船舶动力装置蒸汽轮机动力装置内燃机动力装置燃气轮机动力装置核能动力装置其它类型动力装置10（1）提高舰船的隐蔽性核潜艇无需定期浮出水面用柴油发电机给蓄电池充电，可长期潜航；水面舰船不需要设置进气道和烟囱，减少上层建筑，免受烟气的腐蚀和热气流的影响，降低了红外特征提高隐蔽性；——大型水面舰船如航空母舰不需要布置烟囱，上层建筑布置更为灵活。舰船采用核动力推进的优越性（1）11（2）提高舰船的续航力续航力是舰艇装载一次燃料所能持续航行的距离常规潜艇：航速10节时，续航力达到1万海里，只能连续航行6~10小时核潜艇：长寿命堆芯可用10年以上，续航力超过40万海里，潜航距离占总航程的95%以上舰船采用核动力推进的优越性（2）▲世界上第一艘核动力航空母舰，1964年进行了史无前例的环球航行,途中无需加油和再补给,历时64天,总航程3万多海里。12（3）提高舰船的航速常规潜艇的水下最大航速为15~25节核动力装置的高功率可使核潜艇的水下航速达到30节以上[美国“海狼”级攻击型核潜艇的最高航速35节]核动力航空母舰的航速可以达到30节舰船采用核动力推进的优越性（3）CvDNse332推进功率与航速的立方成正比13（4）减少对后勤补给的依赖核动力舰船不需要携带大量的燃料，在反应堆寿期内不需要外界补充燃料；核动力舰船可携带更多的武器装备和其他物资，提高战斗力和自持力；可大大减少辅助舰船的数量，提高整个舰队的航速和续航力舰船采用核动力推进的优越性（4）“武汉”号，排水量7500吨，最高航速32节，20节时续航距离6000多公里。“微山湖”补给舰，排水量接近3万吨14舰船核动力装置的不足之处核动力装置使舰船具有几乎无限的水下航程，并能提供持续的水下最大航速，但存在以下不足：声辐射信号和热辐射信号相对较大；体积、重量较大，适用于较大型舰船；技术密集，造价高昂；运行过程中产生放射性废物，处理麻烦；核燃料后处理代价高，技术难度大。152019/8/153.2核动力装置总体组成NSSS核蒸汽供应系统核动力装置原理流程图16反应堆相关基本概念热中子：能量在0.0253eV附近快中子：能量在0.1MeV以上慢化剂：慢化中子的材料—水、重水、石墨冷却剂：把燃料热量导出的工质材料—水、气体、金属17船用反应堆的选择动力堆类型水冷堆气冷堆压水堆有机液冷却堆沸水堆重水堆液态金属冷却堆金属钠钠-钾合金铅-铋合金热中子堆快中子堆18沸水堆核动力装置原理流程图NSSS核蒸汽供应系统19重水堆核动力装置原理流程图20钠冷堆核动力装置原理流程图21高温气冷堆核动力装置原理流程图22压水堆核动力装置原理流程图23舰船核动力装置选用压水堆的原因压水堆所使用的工质——水在工业上已经使用了数百年，各种性质研究比较透彻，相关的泵、阀门、蒸汽轮机等设备在工业上已经成熟；浓缩铀技术已经解决，不再成为瓶颈；在人力物力上做了很大投入，技术上做了大量研究，性能上得到不断改进，并且拥有宝贵实际运行经验之后，如果性能上没有质的飞跃，各个国家都不会轻易选择其他堆型。压水堆核动力装置组成一回路二回路船舶电站压水堆核动力装置推进系统25压水堆核动力装置的组成压水堆核动力装置一回路二回路推进系统反应堆冷却剂系统专设安全系统一回路辅助系统废物处理系统汽轮机回路蒸汽系统循环水系统船舶电站润滑油系统造水系统核裂变能热能热能机械能263.3反应堆冷却剂系统冷却堆芯，将热量传递给蒸汽发生器二次侧工质中子慢化，冷却剂兼做慢化剂作为包容运行参数下冷却剂的承压边界27反应堆冷却剂系统的三种布置方式一体化布置紧凑式布置分散式布置RCS28分散式布置日本“陆奥”号各主要设备在堆舱内呈分散布置状态，依靠较长的主管道相连占用空间多自然循环能力较低维修方便29紧凑式布置——“北极”号《军用核动力技术及其发展》30一体化布置——MRX压力安全系统净化系统水质监测取样系统化学物添加系统设备冷却水系统3.4一回路辅助系统补给水系统32一回路辅助系统压力安全系统净化系统水质监测取样系统化学物添加系统设备冷却水系统3.4一回路辅助系统补给水系统33专设安全系统的功能专设安全系统安全注入系统安全喷淋系统余热排出系统反应堆停堆后有衰变热，运行过程中堆芯产生放射性物质。设置专设安全系统的目的：1.保证反应堆充分冷却，确保堆芯安全；2.防止放射性物质外泄。34余热排出系统的功能正常停堆以及事故时，导出堆芯的衰变热和一回路系统显热（统称为余热）热功率200MW的反应堆，停堆后若剩余功率为1%，即堆芯有2MW的热功率。35废物处理系统废物处理系统废气处理系统固体废物处理系统废液处理系统废物处理原则：1.自然衰变；2.稀释到允许标准后排放3.船用浓缩贮存，陆上处理363.5二回路系统4-5-1：定压吸热过程1-2：绝热膨胀过程（1-2a：实际膨胀过程）2-3：等温（定压）放热过程3-4：压缩过程37二回路系统的组成二回路系统主汽轮机组蒸汽系统循环水系统润滑油系统造水系统凝给水系统38蒸汽系统的组成及功能蒸汽系统主蒸汽系统辅蒸汽系统乏汽系统蒸汽排放系统输送新蒸汽至主汽轮机输送减压蒸汽至辅汽轮机收集辅汽轮机废汽超压排放，压力保护39TheEnd