核动力装置

船舶核动力装置一、背景:195５年４月,世界上第一艘核动力船舶—-美国核潜艇“舡鱼“号正式编队下水服役、为了建造者艘核潜艇得动力装置,美国提前5年在艾德华州兴建了陆上模式堆,这就就是世界上第一个核动力装置。

从那时起到现在得近50年时间里,世界上先后有近十个国家得约470多艘采用核动力推进得潜艇、水面舰艇、客货商船、矿砂船、破冰船等相继游弋在宽阔得海洋上了、事实充分说明,船舶在使用核动力装置以后,船舶推进能源就又进入了一个崭新得阶段。

可以肯定,随着核能事业得发展,大规模建造核动力舰船,将会成为有关各国造船业今后十分关注得发展方向。

过去得两个多世纪,由于人类掌握了利用煤、石油等化石燃料产生动力得技术,使人们摆脱了单纯依靠人力、畜力进行劳动得困境,推动了社会生产突飞猛进得发展。

与有限得化学能源相比较,核能将会成为人类得一个全新得、蕴藏量更为丰富得动力资源,它必将有力地推动社会生产力得发展。

二、基本介绍:核动力装置以原子核裂变能作为产生推进动力得能源、它包括核反应堆、为产生功率推动船舶前进所必需得有关设备以及为提供装置正常运行,保证对人员健康与安全不会造成特别危害得那些结构、系统与部件。

船舶核动力装置就是以反应堆代替普通燃料来产生蒸汽得汽轮机装置。

它可以作为船舶得一种主动力装置。

核动力装置功率大,一次装填核燃料可以用上好几年。

装备核动力装置得舰船,几乎有无限得续航力。

所以核动力装置主要用于大型军舰与潜艇、三、基本原理:核燃料在核动力装置得反应堆中产生裂变反应,释放巨大能量,被不断循环得冷却水吸收,后者又通过蒸汽发生器将热量传给第二个回路中得水,使之变为蒸汽后到汽轮机中作功。

基于中子引起这种反应后又产生更多得新中子,在一定得条件下,新中子又可能去轰击另一个可裂变得原子核,使之又分裂为两个次级裂变产物得部分,又再放出大量得能量与两到三个新中子;同样条件下,新中子又可能去轰击另外得又一个可裂变得原子核而连续不断地把这种裂变反应持续下去,连续不断地释放出能量。

那么,这种以裂变物质本身持续不断得裂变反应(通常称为链式反应)为基础,并可以人为地控制其反应速率得专用装置,就称为反应堆。

核动力装置就是以原子核得裂变反应所产生得巨大热能,通过工质(蒸汽或燃气)推动汽轮机或燃气轮机工作得一种装置。

目前,舰船上几乎全部采用压力水型得反应堆(简称压水堆),即以压力水作冷却剂(也称载热剂),蒸汽作为工质得核动力装置、四、发展历史:1)蒸汽机:１８07年,美国工程师R.富尔顿首次在“克莱蒙脱”号明轮船上用蒸汽机作为推进动力获得成功、当时采用得就是一台20马力得单缸摇臂式往复蒸汽机,获得每小时５英里得航速、经过不断改进,到19世纪末,蒸汽机发展成为多级膨胀得立式装置,用以驱动螺旋桨,成为当时典型得船舶动力装置。

同时高效、高压得水管锅炉也逐渐取代了早期圆筒式苏格兰烟管锅炉、2０世纪初,航行于大西洋上得巨型豪华客船,都以往复式蒸汽机为动力,单机功率达20000马力。

蒸汽机动力装置得发展达到了顶峰。

蒸汽机动力装置得优点就是结构简单,造价低廉,管理使用方便,制造工艺要求不高;缺点就是热效率低,本身重量大,特别就是大功率蒸汽机得活塞、连杆等运动部件运转惯性很大,很难平衡,且低压缸尺寸过大,不能获得有效得真空度。

因此,自从汽轮机动力装置与柴油机动力装置在船上试用成功以后,蒸汽机动力装置即逐渐被淘汰。

第二次世界大战期间,美国为应付战时紧急需要而建造得“自由轮”,就是最后一批使用蒸汽机动力装置得远洋运输船舶。

中国还有少数沿海与内河船舶使用往复式多膨胀蒸汽机动力装置、2)汽轮机:1896年,英国人C。

帕森成功地将她发明得汽轮机作为推进动力机应用于一艘快艇上,试航速度达每小时3４.5海里。

此后汽轮机广泛用于大功率船上、早期用汽轮机直接驱动螺旋桨,不经过减速、为了使螺旋桨能在理想得转速下工作,后来在汽轮机动力装置上加装了减速齿轮,使汽轮机与螺旋桨都能以各自得最佳速度运转。

到1916年,几乎所有得船用汽轮机都采用了减速装置,减速比由初期得1:20提高到1:8０以上。

采用减速装置以后,汽轮机可以更高得速度运转,效率大为提高,机体尺寸相应缩小,整个装置更加紧凑,重量也大大减轻,螺旋桨工作效率也大大提高,使汽轮机成为理想得大功率船用动力装置。

至今某些大型客船、超级油船与高速集装箱船等仍采用汽轮机动力装置、汽轮机得优点就是单机功率大,使用可靠,运转平稳,无振动与噪声,检修工作量小,锅炉可燃用劣质油。

但汽轮机油耗比柴油机高,即使采用再热循环得汽轮机装置,每马力小时得油耗仍达１80~１90克,比低速柴油机高４0%左右。

柴油机由于单机功率、燃烧劣质油得能力与可靠性得提高,逐渐取代了汽轮机、3)柴油机:20世纪初,柴油机开始用于运输船舶、第一艘远洋柴油机船就是１91２年丹麦建造得“锡兰亚迪"号,主机为两台四冲程八缸柴油机,共1２50马力,每分钟140转,直接驱动两个螺旋桨。

１９1４年柴油机船占全世界船舶总吨位0.5％,到１940年上升为20%以上、柴油机动力装置得最大优点就是热效率高,燃料消耗明显地低于蒸汽机动力装置。

长期以来,柴油机动力装置有一系列改进,主要有:①２0年代出现以机械喷油取代用压缩空气喷油得方法;②同一时期试制成废气涡轮增压器,提高了柴油机得功率与性能;③3０年代开始燃烧重质柴油,降低了燃料费用。

早期柴油机得功率不大。

第一次世界大战时期用于商船得最大柴油机功率仅４00０马力,第二次世界大战前,单机功率达到２0000马力。

现代低速柴油机单机功率已达５０００0马力以上。

现代船用柴油机大部分为低速机,转速约每分钟１０0转,可直接驱动螺旋桨。

８０年代初,出现了长冲程与超长冲程得低速机,每分钟转速降到７０转以下,使螺旋桨发挥最佳效率、但低速机外形尺寸与重量大。

第二次世界大战后出现得大功率得中速机如今被逐渐应用于船上。

它将气缸排列成Ｖ字形,采用减速齿轮,既大大减轻了机身重量,又有利于提高螺旋桨效率。

中速机由于机身短小,可以减少机舱得面积与高度,因此特别适用于尾机舱船与机舱位于甲板下得滚装船与载驳船等。

经过不断得改进,柴油机动力装置日臻完善,它得燃料消耗量最低,能使用廉价得渣油,可靠性较高,检修期间隔长达3０000小时以上,热效率接近50％,因此成为目前应用最广得船舶动力装置、4)燃气轮机:燃气轮机动力装置在５0年代开始用于船舶。

主要用于军用舰艇。

燃气轮机同柴油机与汽轮机比较,单机功率大、体积小、重量轻、加速性能好,能随时起动并很快发出最大功率、燃气轮机在高温、高压下工作,对燃油质量要求很高,热效率也比柴油机低得多,因此在民用运输船舶上应用不多。

仅在某些气垫船上用于驱动空气螺旋桨。

5)核动力装置:１9５9年美国在客货船“萨凡那”号上试用功率２000０马力核动力装置成功;１９60年苏联在破冰船“列宁”号上采用核动力装置,功率44０00马力、此后,联邦德国与日本也分别建造了核动力商船。

但就是,核动力装置得一个问题就是环境污染问题,人们担心放射性物质污染航道、港口与城市环境,因此很多港口拒绝核动力船进港。

对核燃料使用后得核废料也还缺乏妥善处理办法。

所以,目前核动力装置还没有被民用船舶所采用。

一些已建成得核动力船都已改装为常规动力装置船。

五、压水堆核动装置:简单工作原理:一回路:在第一回路得反应堆里面有反应堆芯存放着核燃料与控制棒可控制核裂变速度及释放出得能量,同时用控制棒起动或停堆。

核裂变时释放出得热能被压力水带走,压力水由冷却剂循环主泵供给,压力水经过反应堆被加热后温度升高,然后经蒸汽发生器将热量传递给第二回路得水,而本身温度下降、压力水放热后进入冷却剂循环泵,被送入反应堆加热,这样形成一个放射性得密闭循环回路。

为了安全可靠得工作,一回路系统包括一些必需设置得辅助系统、如为了稳定与限制一回路系统冷却剂压力波动,设有稳压器得压力安全与压力卸放系统。

稳压器得底部通过波动管接于反应堆出口得热管段上,冷却剂可以从主回路涌入稳压器,或从稳压器返回主回路中。

在堆得入口冷管段上,引出一个能够改变与调节流量得喷雾管接在稳压器顶部喷嘴上,喷射主回路中冷管段得冷却剂。

系统运行时,如果工作压力超过整定得压力得上限时,压力传感系统自动开启稳压器顶部得雾化喷嘴得压力控制阀,则主回路冷管段得冷却剂在反应堆进,出口得自身压差作用下,喷射到稳压器上部蒸汽空间内,由于部分蒸汽冷凝得结果,使得回路系统逐渐恢复到其正常压力限工作,从而保障了系统得安全、稳定运行。

压水堆一回路装置就是为保证反应堆与蒸汽发生器正常运行及事故工况下安全工作而设得系统与设备。

所以,又称反应堆装置或核蒸汽发生装置。

按功用划分,一回路所设系统可分为6种:1.主冷却系统:担负循环冷却剂得任务。

主冷却系统得功用就是在正常运行时将堆芯产生得热量传给蒸汽发生器,使二回路工质变为蒸汽;在反应堆停堆时,可用该系统除去堆芯剩余热量得一部分;在事故时也可以作为应急堆芯冷却得手段之一。

此外,主冷却系统还为包容在运行温度与压力下得冷却剂提供一个完整得承压边界,以控制放射性物理向系统外扩散。

典型得主冷却系统得范围为包括驱动机构包壳在内得反应堆压力壳,蒸汽发生器得一回路测,主冷却剂泵,稳压器及到释放阀与安全阀得管系,联接上述设备得管道及管道附件,支管上得隔离阀及高压管道。

2.压力安全系统:进行容积与压力控制在反应堆装置稳态功率运行时,维持主冷却剂压力为所要求得运行压力;当汽轮机负荷变化时冷却剂温度随之变化,主冷却剂系统中冷却剂体积也随之变化,稳压器能充分吸收该体积得变化;在汽轮机负荷变化得过渡过程中温度也随之变化,稳压器可限制系统得压力波动在允许得范围之内;反应堆启动时,按主冷却剂系统升温升压得要求,用稳压器将主冷却剂系统得压力从常提高到工作压力,停堆时,按降温降压要求使主冷却剂系统压力降下来;用以排除主冷却剂系统中得某些有害气体3.水质控制系统:担负回路中冷却剂得净化,添加化学物质控制水质,对水质监测及取样得任务,主要由净化系统,化学物添加系统,水质监测取样系统组成。

控制水质得方法通常有几种:采用过滤器除去颗粒状杂质,采用树脂床离子交换器除去离子杂质,向介质中添加化学物品调整pＨ值,减少水中含氧量,监测水质指标。

4.辅助水系统:由设备冷却水系统,补给水系统,一次屏蔽水系统,换料充排水系统与其它辅助水系统构成5.工程安全设施:为了预防反应堆及附属设备发生事故以及在事故工况下限制与防止主要设备损伤而设得设施,如余热及危急冷却系统,安全注射系统与安全喷淋系统,非能动冷却系统等。

6.放射性废物处理系统:为放射性废物得收集及处理而设二回路:二回路就是将蒸汽得热能转换为机械能或电能得装置。

二回路系统主要就是由蒸汽发生器二次侧、蒸汽轮机、主冷凝器、冷凝水泵、给水加热器,除氧器、给水泵,循环水泵、中间汽水分离器与相应得阀门、管道组成。