ship nuclear power plant
jianting hedongli zhuangzhi
以核反应堆为能源的舰艇动力装置。核燃料有巨大能量，装载少量的核燃料可为舰艇提供极大的功率，提高舰艇的航速和增大续航力。核燃料裂变不需要氧气，可保证潜艇在水下持续高速潜航，极大提高了潜艇的隐蔽性和水下生命力，是潜艇理想的动力装置。航空母舰、巡洋舰、破冰船等大型水面舰船有的也采用核动力装置。
舰艇核动力装置，主要由舰艇核反应堆、一回路系统、二回路系统、传动装置、轴系、推进器等构成(见图)。舰艇核反应堆，类型很多，普遍采用压水反应堆(即非均匀热中子压水反应堆)。压水反应堆，主要由压力容器、放置核燃料与中子慢化剂(兼作冷却剂)的堆芯和大量吸收中子的控制棒等构成，是实现核燃料可控链式裂变，将核能转变为热能的装置(见舰艇核反应堆)。一回路系统，包括主系统和若干个辅助系统。主系统由稳压器、蒸汽发生器、冷却剂泵和主管道构成，并与反应堆压力容器连接构成密闭回路。压水反应堆冷却剂是一回路100多个大气压的压力水，由冷却剂泵将其打入压水堆，在堆芯吸收核燃料裂变释放出来的热量后，流出堆外，进入蒸汽发生器，通过蒸汽发生器传热管的管壁面，把热量传给蒸汽发生器中的二回路给水，并使之产生蒸汽。放掉热量后的低温冷却剂，从蒸汽发生器中出来后，在冷却剂泵的驱动下，再次被打入压水反应堆，吸收堆芯热量后，再流出堆外，如此循环往复运转。辅助系统主要有压力安全系统、堆芯应急冷却系统、反应堆余热冷却系统、冷却剂净化系统、补水系统等，用于保障反应堆和主系统的正常运行。一回路系统带有强放射性，设备布置按放射性强弱进行分区，以利操作和监测，并有坚厚的屏蔽设施(见舰艇核动力一回路系统)。二回路系统，主要由汽轮机、冷凝器、给水泵和管道，以及若干辅助系统构成。其功用是将蒸汽的热量转换为汽轮机运行的机械能或由汽轮机发电机产生的电能。二回路的给水在一回路的蒸汽发生器中吸收一回路冷却剂从堆芯带出的热量，变成蒸汽，通过主蒸汽管，进入汽轮机，推动叶片作功；排出的蒸汽进入主冷凝器冷凝成水后，经给水泵再送回蒸汽发生器变成蒸汽，进入汽轮机作功，如此循环往复，使汽轮机持续工作。汽轮机组的机械能，或由汽轮机发电机组的电能转换为机械能，经传动装置、轴系，传递给螺旋桨，以推动舰艇前进。在正常情况下，二回路不具有放射性。(见舰艇核动力二回路系统)。传动装置、轴系、推进器等与常规动力装置基本相同。
舰艇核动力装置构成及工作流程图
1942年12月2日，物理学家E．费米在美国芝加哥建成世界上第一座石墨反应堆。1955年美国建成世界上第一艘装有压水反应堆的核动力潜艇“鹦鹉螺”号。1957年又研究成一种以铍为慢化剂、以液态钠为冷却剂的中能中子反应堆，装在潜艇“海狼”号上。因经常发生泄钠事故，于1959年初被拆除。此后，美国核动力潜艇和核动力水面舰艇全部采用热中子压水堆型。30多年来，潜艇用的反应堆发展了12型，水面舰艇用的反应堆发展了6型，其中比较成熟、装艇数量较多的堆型是S5W、S6G和S8G。苏联1959年建成的“N”级核动力攻击潜艇，采用压水反应堆。英国于1963年4月建成的第一艘核动力攻击潜艇“无畏”号，采用从美国购买的S5W压水反应堆；以后各艇采用自行研制的压水反应堆。法国一开始就决定用压水反应堆，于1983年2月建成的核动力攻击潜艇“红宝石”号，其动力装置是CAP型蒸汽发生器与反应堆连装的自然循环一体化压水反应堆，特点是：一回路布置紧凑，自然循环能力强，冷却剂泵全封闭时可发出30%的堆功率，安全性好。中国从1958年开始潜艇核动力研究，1970年潜艇核动力装置陆上模式反应堆达到满功率，1971年在核潜艇上装备了压水反应堆的核动力装置。
20世纪50～60年代，潜艇核动力装置轴功率为2200～18375千瓦(2993～25000马力)，反应堆热功率最大不超过100兆瓦，堆芯燃耗深度最大约为1．5万兆瓦·日／吨铀，堆芯续航力最大为16万海里。70年代以后，核潜艇动力装置轴功率增至4．4～5．8万千瓦(5．98～7．89万马力)，续航力增至40万海里以上。美国核动力航空母舰轴功率为22万千瓦(29．93万马力)，堆芯寿命为13～15年。法国核潜艇堆芯寿命为25年。核动力装置的发展趋势是：加深燃耗，延长反应堆堆芯寿命，争取和舰艇同寿命；增加反应堆单堆功率；采用一体化反应堆，提高效率；采取自然循环的反应堆的冷却系统；电力传动，降低噪声；提高安全可靠性。今后预期将会出现在超高温(几千万度)下的轻核聚变反应堆的核动力装置。
上一篇：舰艇核动力一回路系统
下一篇：舰艇核反应堆