船舶核动力装置

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《核动力装置》
a.装置功率与船舶航速的关系
装置有效功率 Ne 与船舶航速 vs、排水量 D 之间存在如下经 验关系式：
Ne

D v2 3
3
s
C
推进功率与航速的立方成正比 排水量一定的舰船，推进功率越大，航速则越高 高航速对于提高舰船的作战能力极为有利
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《核动力装置》
b.倒车功率
1.船用条件 2.主要技术经济指标
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《核动力装置》
1.船用条件
（1）受海洋条件影响
—— 摇摆、倾斜、升降 —— 具有在海洋条件下正常运行能力
（2）易产生海上事故
—— 碰撞、触礁、火灾、沉没，要求生命力强
（3）负荷变化频繁、幅度大
—— 机动性要求
（4）航行远离基地、码头
—— 维修、补给困难 —— 要求可靠性高
一回路系统的基本组成
一回路系统
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反应堆冷却剂系统 一回路辅助系统 专设安全系统 废物处理系统
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《核动力装置》
二回路系统的基本组成
二回路系统
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汽轮机回路 蒸汽系统 循环水系统 润滑油系统 造水系统
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《核动力装置》
二回路主机配置方案
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《核动力装置》
船舶推进方式
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《核动力装置》
1.3 船舶核动力装置的技术经济指标
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《核动力装置》
1.船用条件
（5）船内舱室空间有限
—— 要求动力装置结构紧凑、占用空间较小
（6）船上、港口人员密集
—— 辐射防护要求高
（7）海洋气候潮湿,空气中含有盐分
—— 设备应具有抗腐蚀性能
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《核动力装置》
海上事故（1）
2007年1月9日，日本川崎汽船公 司的“最上川”号大型油轮和美 国“纽波特纽斯”号核动力潜艇 在阿拉伯海的霍尔木兹海峡相撞 。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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《核动力装置》
2.主要技术经济指标
（1）安全性 （2）装置功率 （3）经济性 （4）重量尺寸 （5）可靠性 （6）适航性 （7）生命力 （8）机动性 （9）隐蔽性
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《核动力装置》
（1）安全性
含义：对船上所有人员的健康和对周围环境的清洁与安全 有切实可靠的保证。 ① 正常条件下，对人员的放射性辐照低于法定水平。 ② 事故情况下，安全系统及时投入，防止放射性物质外泄。 是船舶安全的基础，是诸项指标中最基本的要求； 核安全始终是在核动力装置的研制和使用中的首要问题。
装置总效率
定义为装置输出总能量与反应堆输出热功率的比值，即
npp

Ne Nap QR
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《核动力装置》
（4）重量尺寸
装置干重 装置的机械、设备和管系的重量
装置湿重 装置干重 + 装置运行所必需的水和 油的重量
装置贮备重量 液体的贮备重量消耗材料的重量和 贮备仪器重量
装置总重= 装置湿重 + 装置贮备重量
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《核动力装置》
b.辐射防护措施
核反应堆工作时，不可避免有强烈的放射 性辐射，这就要求特别的屏蔽，限制或根 本不让艇员进入潜艇的某些部位。
广泛采用自动化设备，不断监测空气的放 射性和采用其他一些安全措施。
对船员照射剂量的极限值都有严格的标准 规定。
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《核动力装置》
c.安全性设计原则
多道屏障
— 燃料芯块及包壳 — 一回路承压边界 — 反应堆舱
纵深防御
— 预防事故发生 — 防止运行偏差发展为事故 — 限制事故后果 — 应急计划
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《核动力装置》
安全措施示意图
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《核动力装置》
（2）装置功率
含义：指主汽轮机组输出有效功率，即船舶推进器的输入 功率。
有效功率=汽轮机内功率-汽轮机机械损失-齿轮减速器损失-轴系损失
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《核动力装置》
a.安全性要求
虽然核动力装置发生危险的可能性并不比其他动力装置大， 但万一发生事故就会对环境和人员造成辐射；
核动力舰船的检修和换料需要设置专用的码头和设施，运 行和维修过程中产生的放射性废物需要适当的处理；
为保证核动力舰船在意外和遭受攻击的情况下不发生核污 染事故，核动力装置必须有很高的固有安全性。 —— 保证堆芯不烧毁； —— 保证放射性物质不泄漏。
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《核动力装置》
a.核动力装置的朗肯循环
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
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《核动力装置》
b.常用的经济性指标
装置效率 定义为装置有效功率与反应堆输出热功率的比值，即
npp

Ne QR
[ηnpp = 16%~21% ]
核动力装置
Nuclear Power Plant
MNPP-L02
核科学与技术学院
（V2009.03.4）
3. 船用核动力装置的基本组成
船舶核动力装置
反应堆 一回路系统 二回路系统 推进系统
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《核动力装置》
压水堆 液态金属冷却
反应堆
齿轮减速推进 电力推进
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压水堆核动力装置原理流程
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湿重
干重
水 油
贮备重量 总重
《核动力装置》
a.重量指标
单位功率的重量 装置重量与装置有效功率的比值，t/kW
船名
“列宁” 号破冰船
“北极” 号破冰船
“奥托汉” “萨瓦娜” 号核商船 号核商船
“陆奥” “鹦鹉螺” “华盛顿” 号核商船 号核潜艇 号核潜艇
t/kW 0.093 0.102 0.124 0.256 0.295 0.099 0.077
装置相对重量 装置重量与船舶排水量之比
民用船舶： 倒车功率=（40%~50%）正车额定功率
军用舰船： 倒车功率=（20%~40%）正车额定功率
军用舰船推进功率通常大于民用船舶 核动力装置中设置专门的倒车汽轮机来实现倒车
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《核动力装置》
（3）经济性
含义：反应堆热功率用于推进船舶的功率份额，表示能量 利用的有效程度。 核动力装置的经济性好，意味着核燃料的消耗相对较少， 可延长换料周期 军用核动力舰船在服役期内的换料次数减少，可以提高在 航率，减少船壳大切口的次数，同时还可以减少换料过程 中产生的放射性废物
油轮局部受损，但没有人员伤 亡，也没有造成原油和核泄漏 事故。
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《核动力装置》
海上事故（2）
2000年8月12日，造价10亿美元的俄罗斯 核潜艇 “库尔斯克”号在巴伦支海爆炸 沉没，118人殉难
反应堆处于安全关闭状态，没有造成核 泄漏
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《核动力装置》
核动力潜艇的舱室空间
核电站的主控 室与汽机厂房