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资料

舰船采用核动力推进的优越性（3）
（3）提高舰船的航速
D vs Ne C

2 3
3
推进功率与航速的立方成正比
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
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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。

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
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反应堆冷却剂系统的三种布置方式
分散式布置
RCS 一体化布置 紧凑式布置
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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
（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源自文库蓄电池充 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。
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舰船采用核动力推进的优越性（2）
（2）提高舰船的续航力
核动力装置原理流程图
NSSS
核蒸汽供应系统
2019/3/14
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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
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船用反应堆的选择
热中子堆
动力堆 类型
快中子堆
水冷堆
气冷堆
有机液
液态金属
冷却堆
冷却堆
钠-钾 合金 铅-铋 合金
压水堆
沸水堆
重水堆
金属钠
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沸水堆核动力装置原理流程图
NSSS
核蒸汽供应系统
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重水堆核动力装置原理流程图
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钠冷堆核动力装置原理流程图
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高温气冷堆核动力装置原理流程图
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压水堆核动力装置原理流程图
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舰船核动力装置选用压水堆的原因


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紧凑式布置——“北极”号
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一体化布置——MRX
《军用核动力技术及其发展》
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3.4 一回路辅助系统
净化系统 压力安全系统
化学物添加系统 水质监测取样系统
设备冷却水系统 补给水系统
3.4 一回路辅助系统
压力安全系统 净化系统 化学物添加系统 一回路辅助系统 水质监测取样系统 设备冷却水系统 补给水系统
▲大功率低速柴油机 7
燃气轮机

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。
▲112舰使用的燃机 8
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
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舰船采用核动力推进的优越性（1）
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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。
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3.2 核动力装置总体组成
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压水堆核动力装置组成
压水堆核动力装置
一回路
二回路
船舶电站
推进系统
压水堆核动力装置的组成
反应堆冷却剂系统 一回路辅助系统 一回路
核裂变能
专设安全系统
压 水 堆 核 动 力 装 置
热能
废物处理系统 二回路
汽轮机回路 热能
蒸汽系统 船舶电站 循环水系统 润滑油系统 推进系统
造水系统
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机械能
3.3 反应堆冷却剂系统
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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
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蒸汽动力装置

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。
▲凝汽式汽轮机

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柴油机

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。

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
▲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。 11
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
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3.1 舰船动力装置比较

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。

舰船采用核动力推进的优越性（4）
（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
“微山湖”补给舰，排水量接近 3万吨
“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。
军用核能技术及 其发展
核科学与技术学院
（V2009）
核动力的军事应用
攻击型核潜艇
潜艇核动力装置
弹道导弹核潜艇 航空母舰 核能系统 水面舰船 核动力装置 核武器 巡洋舰 驱逐舰 核商船 空间核电源 空间核能装置 空间核推进装置
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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