03.01 核動力目前是按蒸汽機設計的嗎?

Ccihui_Mr


目前軍用核動力裝置均採用以蒸汽為工質的設計,包括兩種方式:1)蒸汽驅動汽輪機直接帶動推進系統(螺旋槳);2)蒸汽驅動汽輪發電機進而帶動推進系統。


美國“海狼級”核潛艇與“尼米茲級”核動力航母均採用蒸汽之前驅動螺旋槳的方式

對於第一種方式,是應用最為廣泛的設計,目前幾乎所有的核潛艇均採用這一方式,除美國最新的“福特號”核動力航母以外,其他核動力航母也採用這一方式。此種方式是軍用核動力領域技術最為成熟的方案,由於核反應堆產生的蒸汽直接推動連接螺旋槳主軸的汽輪機做功,無中間迴路,熱量利用效率最高;但是,由於汽輪機軸與螺旋槳軸中間還需要有負責的變速機構,因此,也帶存在結構複雜、噪音大的缺陷。

“尼米茲級”核動力航母螺旋槳及傳動軸(上游是變速器),結構尺寸很大!

對於第二種方式,是近些年最新發展的技術,此種方式利用核反應堆產生的蒸汽推動汽輪發電機發電,再用電力驅動連接螺旋槳主軸的電機做功(也就是常說的綜合電力驅動系統)。此種方式增加了中間的發電迴路,熱效率略低;但是,由於取消了變速機構(電動機可以實現無級變速),傳動機構的設計大大簡化,同時,也消除了一個重要的噪音源,提供的艦艇的隱蔽性。

“福特號”核動力航母(上)採用核反應堆發電驅動的方式

綜合電力驅動系統結構示意圖

除了已蒸汽為工質意外,在其他核動力領域也會有不同的方式,如在空間核動力系統中,可以採用液化氫氣作為工質:液化氫氣流經反應堆受熱急速膨脹,噴射形成反作用力);美國上世紀70年的研發的核動力飛機以空氣圍工質:冷空氣流經反應堆受熱膨脹噴射形成反作用力。

美國曾經研發的核動力飛機“NB-36H”

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也不能完全這麼說。在核能行業中,“核動力”是包括“發電”和“機械能”兩大部分的。那麼,在發電領域內,實際上有兩大種類:水冷堆和氣冷堆。用水(重水或輕水)冷卻的核反應堆,肯定是將水化為蒸汽來“做功”的。而氣冷堆(二氧化碳或氦氣),就不一定需要“蒸汽”了(儘管也可以用)。英國就有幾座二氧化碳的“氣冷堆”還在發電,使用的是“汽輪機”,但不是“蒸汽輪機”。而“核動力火箭”,都是“氣冷型”,直接讓“氣體冷卻劑”向後噴射,以獲得推進力。反正我看到的設計資料,都是這樣設計的。


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