1、軍用核能技術及其發(fā)展,核科學與技術學院 （V2009）,2,核動力的軍事應用,核能系統(tǒng),潛艇核動力裝置,水面艦船 核動力裝置,空間核能裝置,攻擊型核潛艇,彈道導彈核潛艇,航空母艦,巡洋艦,驅(qū)逐艦,核商船,空間核電源,空間核推進裝置,核武器,3,第三講 船用核動力裝置基本概念及組成,3.1 艦船動力裝置比較 3.2 潛艇核動力裝置的總體組成 3.3 反應堆冷卻劑系統(tǒng) 3.4 一回路輔助系統(tǒng) 3.5 二回路系統(tǒng),4,軍艦是在海上執(zhí)行戰(zhàn)斗任務的船舶。 直接執(zhí)行戰(zhàn)斗任務的叫戰(zhàn)斗艦艇，執(zhí)行輔助戰(zhàn)斗任務的是輔助戰(zhàn)斗艦艇。 軍艦中戰(zhàn)斗艦艇種類最多，它又分為水面艦艇和潛艇兩大類。 水面艦艇包括：航空母艦、戰(zhàn)列

2、艦、巡洋艦、驅(qū)逐艦、護衛(wèi)艦、護衛(wèi)艇、魚雷艇、導彈艇、獵潛艇、布雷艦、掃雷艦、登陸艦、兩棲攻擊艦等；潛艇則有攻擊型潛艇和戰(zhàn)略潛艇等。,3.1 艦船動力裝置比較,5,艦船動力裝置的類型,6,汽輪機是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換為機械功的旋轉(zhuǎn)式動力機械，是蒸汽動力裝置的主要設備之一，又稱為蒸汽透平。 汽輪機使用的蒸汽由鍋爐提供。,蒸汽動力裝置,凝汽式汽輪機,7,通過使燃料在機器內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動力的熱力發(fā)動機。,柴油機,大功率低速柴油機,8,以連續(xù)流動的氣體為工質(zhì)，帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將燃料的能量轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Γ且环N旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動機。,燃氣輪機,112艦使用的燃機,9,艦船動力裝置的類型,

3、10,（1）提高艦船的隱蔽性 核潛艇無需定期浮出水面用柴油發(fā)電機給蓄電池充電，可長期潛航； 水面艦船不需要設置進氣道和煙囪，減少上層建筑，免受煙氣的腐蝕和熱氣流的影響，降低了紅外特征提高隱蔽性； 大型水面艦船如航空母艦不需要布置煙囪，上層建筑布置更為靈活。,艦船采用核動力推進的優(yōu)越性（1）,11,（2）提高艦船的續(xù)航力 續(xù)航力是艦艇裝載一次燃料所能持續(xù)航行的距離 常規(guī)潛艇：航速10節(jié)時，續(xù)航力達到1萬海里， 只能連續(xù)航行610小時 核潛艇：長壽命堆芯可用10年以上，續(xù)航力超過40萬海里，潛航距離占總航程的95%以上,艦船采用核動力推進的優(yōu)越性（2）,世界上第一艘核動力航空母艦，1964年進行了

4、史無前例的環(huán)球航行,途中無需加油和再補給,歷時64天,總航程3萬多海里。,12,（3）提高艦船的航速 常規(guī)潛艇的水下最大航速為1525節(jié) 核動力裝置的高功率可使核潛艇的水下航速達到30節(jié)以上 美國“海狼”級攻擊型核潛艇的最高航速35節(jié) 核動力航空母艦的航速可以達到30節(jié),艦船采用核動力推進的優(yōu)越性（3）,推進功率與航速的立方成正比,13,（4）減少對后勤補給的依賴 核動力艦船不需要攜帶大量的燃料，在反應堆壽期內(nèi)不需要外界補充燃料； 核動力艦船可攜帶更多的武器裝備和其他物資，提高戰(zhàn)斗力和自持力； 可大大減少輔助艦船的數(shù)量，提高整個艦隊的航速和續(xù)航力,艦船采用核動力推進的優(yōu)越性（4）,“武漢”號，

5、排水量7500噸，最高航速32節(jié)，20節(jié)時續(xù)航距離6000多公里。,“微山湖”補給艦，排水量接近3萬噸,14,艦船核動力裝置的不足之處,核動力裝置使艦船具有幾乎無限的水下航程，并能提供持續(xù)的水下最大航速，但存在以下不足： 聲輻射信號和熱輻射信號相對較大； 體積、重量較大，適用于較大型艦船； 技術密集，造價高昂； 運行過程中產(chǎn)生放射性廢物，處理麻煩； 核燃料后處理代價高，技術難度大。,15,2020/9/14,3.2 核動力裝置總體組成,核動力裝置原理流程圖,16,反應堆相關基本概念,熱中子：能量在0.0253eV附近 快中子：能量在0.1MeV以上 慢化劑：慢化中子的材料水、重水、石墨 冷卻劑

6、：把燃料熱量導出的工質(zhì)材料水、氣體、金屬,17,船用反應堆的選擇,熱中子堆,快中子堆,18,沸水堆核動力裝置原理流程圖,19,重水堆核動力裝置原理流程圖,20,鈉冷堆核動力裝置原理流程圖,21,高溫氣冷堆核動力裝置原理流程圖,22,壓水堆核動力裝置原理流程圖,23,艦船核動力裝置選用壓水堆的原因,壓水堆所使用的工質(zhì)水在工業(yè)上已經(jīng)使用了數(shù)百年，各種性質(zhì)研究比較透徹，相關的泵、閥門、蒸汽輪機等設備在工業(yè)上已經(jīng)成熟； 濃縮鈾技術已經(jīng)解決，不再成為瓶頸； 在人力物力上做了很大投入，技術上做了大量研究，性能上得到不斷改進，并且擁有寶貴實際運行經(jīng)驗之后，如果性能上沒有質(zhì)的飛躍，各個國家都不會輕易選擇其他堆

7、型。,壓水堆核動力裝置組成,25,壓水堆核動力裝置的組成,壓水堆核動力裝置,一回路,二回路,推進系統(tǒng),反應堆冷卻劑系統(tǒng),專設安全系統(tǒng),一回路輔助系統(tǒng),廢物處理系統(tǒng),汽輪機回路,蒸汽系統(tǒng),循環(huán)水系統(tǒng),船舶電站,潤滑油系統(tǒng),造水系統(tǒng),核裂變能,熱能,熱能,機械能,26,3.3 反應堆冷卻劑系統(tǒng),冷卻堆芯，將熱量傳遞給蒸汽發(fā)生器二次側(cè)工質(zhì) 中子慢化，冷卻劑兼做慢化劑 作為包容運行參數(shù)下冷卻劑的承壓邊界,27,反應堆冷卻劑系統(tǒng)的三種布置方式,28,分散式布置,日本“陸奧”號 各主要設備在堆艙內(nèi)呈分散布置狀態(tài)，依靠較長的主管道相連 占用空間多 自然循環(huán)能力較低 維修方便,29,緊湊式布置“北極”號,軍用

8、核動力技術及其發(fā)展,30,一體化布置MRX,壓力安全系統(tǒng),凈化系統(tǒng),水質(zhì)監(jiān)測取樣系統(tǒng),化學物添加系統(tǒng),設備冷卻水系統(tǒng),3.4 一回路輔助系統(tǒng),補給水系統(tǒng),32,一回路輔助系統(tǒng),壓力安全系統(tǒng),凈化系統(tǒng),水質(zhì)監(jiān)測取樣系統(tǒng),化學物添加系統(tǒng),設備冷卻水系統(tǒng),3.4 一回路輔助系統(tǒng),補給水系統(tǒng),33,專設安全系統(tǒng)的功能,專設安全系統(tǒng),安全注入系統(tǒng),安全噴淋系統(tǒng),余熱排出系統(tǒng),反應堆停堆后有衰變熱，運行過程中堆芯產(chǎn)生放射性物質(zhì)。設置專設安全系統(tǒng)的目的： 1. 保證反應堆充分冷卻，確保堆芯安全； 2. 防止放射性物質(zhì)外泄。,34,余熱排出系統(tǒng)的功能,正常停堆以及事故時，導出堆芯的衰變熱和一回路系統(tǒng)顯熱（統(tǒng)稱為余熱）,熱功率200MW的反應堆，停堆后若剩余功率為1%，即堆芯有2MW的熱功率。,35,廢物處理系統(tǒng),廢物處理系統(tǒng),廢氣處理系統(tǒng),固體廢物處理系統(tǒng),廢液處理系統(tǒng),廢物處理原則： 1. 自然衰變； 2. 稀釋到允許標準后排放 3. 船用濃縮貯存，陸上處理,36,3.5 二回路系統(tǒng),4-5-1：定壓吸熱過程 1-2：絕熱膨脹過程（1-2a：實際膨脹過程） 2-3：等溫（定壓）放熱過程 3-4：壓縮過程,37,二回路系統(tǒng)的組成