核動力航母、巡洋艦不開的時候,核動力去哪兒了?不會關閉核反應堆吧?

一斤就多


核動力艦艇與常規動力艦艇相比,最大的優勢就是擁有幾乎無盡的動力,不需要攜帶大量的燃料就能夠實現遠距離巡航或者戰鬥部署。核動力系統帶來巨大的續航力優勢的同時,也帶來了常規動力系統所沒有的麻煩,那就是反應性和放射性控制。問題中所說的核動力艦艇在非航行期間核反應堆是何種狀態,根源就是核反應堆的反應性控制問題。

1964年執行全球航行的美國全核動力艦隊

目前,現役絕大多數核動力艦艇採用的都是壓水堆,也有極少數非戰鬥用途的特殊核動力裝置採用金屬冷卻堆,不論是何種形式的核動力反應堆,其在設計中都會考慮不同運行狀態下的控制模式。一般情況下,核動力系統的運行模式包括滿功率運行、部分功率運行、熱停堆、冷停堆以及開蓋檢修或者裝換料等幾種狀態,不同運行模式下都需要設計對應的反應堆及汽輪機組控制模式。潛艇核動力系統的一般組成

核動力艦艇在正在部署狀態時,核反應堆主要採用滿功率和部分功率運行模式,此時,反應堆控制棒處於全提或者部分提升狀態(視運行壽期而定),控制反應堆熱功率在設定值。在非部署狀態,核動力艦艇的反應堆處於何種運行模式需要視情況而定。如果是短暫的臨時修整,那麼一般會採用熱停堆模式,此時,反應堆冷卻劑溫度維持在一個較高的水平,簡單的說就是處於隨時可啟動的狀態,一旦有任務需求,短時間內就可以將反應堆升至滿功率狀態。航行中的前蘇聯“基洛夫級”核動力巡洋艦

另外一種情況就是艦艇需要按計劃進行長期的檢修或者保養,此時核反應堆一般處於冷停堆模式。此時,反應堆冷卻劑壓力和溫度都較低(一般低於100℃),除了維持能夠帶出堆芯衰變熱的輔助冷卻系統運行外,其他配套系統均可處於非在役狀態。在此期間,可以對核動力系統出反應堆一回路壓力邊界外的其他設備進行更換和維修。但是,在冷停堆狀態下無法快速提升反應堆功率,必須要按照專用的升功率操作規程逐步提升反應堆一回路的溫度、壓力和堆芯功率。如果此時遇到緊急情況,艦艇無法依靠核動力系統實現快速啟動。法國“戴高樂號”核動力航母採用的K-15型反應堆結構示意圖

當然,即使是核動力艦艇也不會只配備核動力系統,核動力與常規動力同時配置是必不可少的。不論是核潛艇還是核動力水面艦艇,處理核反應堆及配套汽輪機組外,往往還會配置書檯柴油機組或者其他形式的常規動力機組,在反應堆故障或者在其他特殊情況下,即使核動力系統無法運行也可以依靠常規動力達到一定航速,維持艦艇基本的機動性和控制性要求。美國“尼米茲級”核動力航母的反應堆位置,出了2座A4W反應堆外還配有多臺柴油機等常規動力系統


威吶解析


不會停堆的,實際上在軍艦停靠港口期間,反應堆也會以一個最小功率運行。

以尼米茲的A1W核反應堆為例,用的是U235佔90%以上的武器級燃料棒,可以連續燒上四五十年不換,比航母本身的壽命都長,能源根本用不完,還有必要“節約用電,人人有責”嗎?核動力航母其實直接提供動力的是蒸汽輪機,這玩意就是燒開水用高壓蒸汽推動做功的,不像燃氣輪機那樣很快就能啟動。一旦停堆,再啟動的時候光燒開水就要用好久的時間,而且不是燒到100度,A1W壓水堆的冷卻水工作溫度在274~285攝氏度,你想想這個吸熱過程得多漫長?所以為了海軍的反應速度,也不會停堆。

核動力艦船的蒸汽輪機在反應堆的二回路中,蒸汽一路用於驅動主蒸汽輪機產生軸功率使螺旋槳旋轉,另一路供給到汽輪發電機用於發電

尼米茲級的反應堆建造現場(不完整狀態)


而且不開的時候不代表不用電啊,核動力航母巡洋艦的電力同樣是蒸汽輪機帶動發電機來發電的,如果長時間關堆,豈不是沒電用了?

全艦官兵吃喝拉撒睡都在船上,即便靠了岸還是需要有人值班,沒了電可不行


紙上的宣仔


核動力軍艦說白了就是利用核反應堆產生的熱量燒開水,然後開水不斷產生蒸汽,蒸汽帶動螺旋槳和發電機運行,從而為軍艦提供前進動力和各種電力能源。軍艦核反應堆運行主要依靠的是高丰度的鈾235燃料棒發生裂變,裂變過程中再釋放中子轟擊其他鈾235原子,從而形成加速的鏈式裂變反應,在這個過程中能夠釋放出大量熱能,從而加熱鍋爐,因此要控制反應堆的功率,只需要調整中子數量即可。


(艦用核反應堆結構)

反應堆燃料棒主要是由碳化硼、銀銦鎘等容易吸收中子的原材料製造而成的,在需要核反應堆低功率運行時,只需要將控制棒往反應堆中心插深點就能吸收大部分中子,失去中子,核裂變的速度就會變慢,產生的熱能減少,功率自然也降低了。反之如果需要核反應堆全功率運轉,則只需將控制棒抽出,讓反應堆自由釋放中子,核裂變就會大幅度加速,功率就會提升。
(粗管即為核反應堆控制棒)

那麼如果軍艦靠港,不需要使用動力的時候,是不是直接將所有控制棒插到底讓反應堆停堆就行了?核燃料棒插到反應堆底部確實能夠吸收絕大部分中子,使的鏈式核裂變反應無法持續,燃料棒也就處於亞臨界狀態,反應堆處於實際停堆狀態,看起來似乎很節約能源的樣子?想象很豐滿,現實很骨感!
(尼米茲航母核動力裝置剖面圖)

核反應堆在停堆之後因為鈾235的自發衰變,仍舊會持續向外界散發熱量,而這些熱量累積到一定程度後可能會導致堆芯融化,進而造成核燃料的外洩和恐怖的核汙染,因此在停堆後還必須進行餘熱導出作業,持續不斷地進行維護,做大量的後期工作,軍艦停泊三天,兩天維護反應堆?可能嗎?

(福島核電站雖然已經停堆,但是仍持續向外散熱,而攜帶了輻射的冷卻水也不斷排入海洋)

更棘手的是反應堆停堆後的冷啟動,停堆後的反應堆已經失去了自持性的鏈式核裂變反應,難道不能把控制棒抽出來一點,讓其自由釋放中子重啟嗎?當然不能,停堆後的反應堆內部因為中子數量太少,無法被中子檢測器準確檢測,因此單純的抽出控制棒很難準確判斷中子的產生數量,而且因為軍艦使用的核燃料棒都是高丰度的鈾235,所以一旦尺度把握出現一絲偏差,就可能引起整個反應堆的過熱甚至爆炸,嚴重的就會導致無法挽留的恐怖核事故。


(切爾諾貝利核電站爆炸)

因此核反應堆冷啟動一般使用的是外部中子源棒,中子源組件經過臨界增殖後能夠產生足夠多的引發核燃料鏈式裂變的中子,而這些外界產生的中子時刻都處於中子探測器的嚴密監督之下,安全性就有了不錯的保障,而這還只是冷啟動的第一步而已。反應堆在經過中子源啟動後,往往還要經過一回路注水和二回路注水以及低功率試運轉等許多繁瑣的準備和調試過程,即使再快肯定也需要幾天的時間,如果軍艦靠港就停堆,豈不是每次都要花費幾天時間進行反應堆啟動?這顯然是不現實的。


(中子源啟動反應堆)

因此大部分軍艦所採用的方式都是在軍艦停泊靠港後將控制棒插深一點,維持反應堆的低功率運轉,產生的能量可以用作發電,維持軍艦基本設備的運轉以及滿足水兵的生活所需。而在啟動時,因為反應堆本身就是低功率運行,無需冷啟動那一套繁瑣程序,只需要用中子探測器檢測一下,然後根據探測值直接將控制棒抽出一些就ok了,最多也不會超過兩個小時,是不是so easy?
(美國華盛頓號航母停靠韓國港口)


軍武吐槽君


核動力航母、巡洋艦不知道,聽過核電站。核電站插的是核棒,據說全部插入,電量最大,全部拔出,電量為0。核能轉化為蒸汽能,蒸汽能轉化為動能,或者驅動,或者動能轉化為電能,或者電力驅動。好像大致就是一個過程。

估計核電站要複雜得多,應該核棒密度大,蒸汽效率高,體積小。現在的核電站已經到了第3代,中國是比較領先的,而且出口英國。技術沒問題,過去研究的是小型化。咱們還有核潛艇,提高功率,減少噪聲。

說起來容易,辦起來難,我們都是隻會說不能做。我們很早之前就培養了人才,清華,科大西,北工大,哈爾濱工大,國防科技大學應該都有專業,應該沒問題。核航母需要一步一步來,不能一步到位。每一步都有很多問題,困難需要解決,相信到2030年的時候,應該能夠看到中國核航母了。

詳細瞭解,可以百度一下,一切都明白了,說多了浪費時間,祝你學好!



大志遠思想空間


呵呵,在今日頭條真是十萬個為什麼。

簡單點說,艦用核動力的使用規律,是越用越好使,而非在駐泊和維護時要關掉它,按其技術,也無法關掉。那麼知識點來了,燒油的發動機,只要不啟動,即可節省燃料,怎麼核引擎就不成呢?

不是說把控制棒抽出就可停止核燃料的燃燒嗎?問題的答案很清楚,不是這樣。核燃料是不穩定的,還會自我衰變,由此會可能帶來的後果相當嚴重。所以自從它開始工作,便停不下來,基本可以說,自投入使用的那一刻,便會永停息,直至燃料燒盡。

所以核動力技術並不為大多數國家所掌握,認真數一數,只有聯合國五常國家所擁有,致於其它國家如印度,有了自己的核潛艇,也是偷師學藝水平。

核動力好,都知道,幾乎是無限動力,加速快,機動力強,然也有技術複雜,製造成本高的特點,真正擁有核動力航母的國家就一個,就是美國。

法國核動力航母,因為使用了核潛艇的動力,改進水平不高,大部分處於維護狀態,也見製造難度之高。製造難,善後更難,核廢料處理如美國,一般處理方式,拆除以後使用防洩露材料密封起來,沉之海底,即便這樣,被國際專家指稱也並不安全,仍有洩露的危險。

安全性與可靠性,成為檢驗核動力水平的唯一指標,可見即便核動力發達如美國,仍然存在諸多不安全因素。關不掉的反應堆,從而成為世界級難題。


魂舞大漠


核反應堆的啟動、功率控制、短時停止運轉(通稱"停堆")以便換料等操作,均是由能大量吸收中子的鎘一類材料棒(通稱"控制棒")的插入、抽出實施的。核動力船艦也一樣。靠泊時,就把控制棒插入深些使核反應烈度降低,堆溫降低,反應堆低功率運行。一回路冷卻純水和二回路冷卻純水均不允許停止循環,只是流量減少,夠導出反應堆在這一功率狀態下的熱就可以了。這個熱能用於船艦各伺服系統工作。如發電、供氣、供熱水等,總之是不停堆的,因此各冷卻迴路的循環也不可停止。在外部只是主動力汽輪機停止運轉了。這樣一旦要出動就可迅速轉為全功率運轉。各核動力船艦艇均如此。停堆時,在堆溫未降至允許值或以下且不會再升溫時,各冷卻迴路也不允許停止工作。


用戶9451585496694


(核動力潛艇)

(本文由桌面戰爭兵棋原創撰寫,圖片來源於網絡。“桌面戰爭兵棋”專注于軍事領域的耕耘,堅持原創,堅守初心。歡迎您的指點。)

當然不會關閉核反應堆,核動力航母、核動力軍艦均採用核動力驅動,而簡單來說核動力就是利用核反應堆的熱量來加熱不停循環的冷卻水,冷卻水再將熱量傳遞到第二回路的水中,形成水蒸氣,使用水蒸氣來運行艦船各個動力、電力系統。核動力艦船的核動力輸出功率極大,以續航時間長著稱,能夠驅動更大的艦船,跑的更快走的更遠,用途也更為廣泛,那麼幾乎擁有著無限的續航力的核動力艦船,在運作的時候當然不會出現問題,如果停靠港灣時,會關閉反應堆節約燃料嗎?

(核動力軍艦,排水量更大)

核反應堆原理

當然是不會關閉的,艦船所使用的核反應堆原理,就是使用235燃料棒來發生裂變,在裂變中同時釋放中子,與235的其他原子互相作用,從而形成了加速的鏈式裂變反應,這個裂變反應即可產生大量的熱能,來達到加熱鍋爐,作用於整個艦船,所以簡單來說要控制這個反應堆的反應功率,只需要控制同時釋放的中子數量即可。中子越多,反應更加迅速,功率就越大,中子越少,反應速度就會變慢,自然功率也就下降了。

(企業號航母,採用核動力驅動)

那麼是不是軍艦靠港的時候,就不需要釋放中子,讓反應堆停止反應就行了嗎?答案是否定的,如果反應堆停堆以後,鈾235會發生自發衰變,仍然會持續向外界散發熱量,這需要大量的人力去不斷地維護,進行餘熱導出作業,如果怠慢此作業很有可能發生核洩漏或者核汙染等現象,所以停堆後實在是太費錢費力了!

(1964年,三艘核動力戰艦組成的航母編隊)

結語

所以幾乎所有的核動力軍艦都在軍艦停靠港灣後,會降低中子的釋放量,僅僅是維持反應堆的低功率運轉,而此能量用來軍艦的發電,維持基本設備的運轉,和值班的水兵生活所需,而且本身也是低功率運轉的反應堆,艦船再次出航時,只需要加大中子的釋放,提高反應堆功率即可,也是十分的簡單方便的。


桌面戰爭兵棋


核動力系統,從基本原理上來看,通俗而言其實和常見的蒸汽鍋爐比較類似。核反應堆主要進行可控的核裂變反應釋放出巨大的熱能,之後這一熱能用來對冷卻水進行加熱,促使其轉變成高溫高壓的水蒸氣,利用這一水蒸氣就可以進行各種能量轉換已滿足艦艇上的動力需求。一方面可以用來驅動汽輪機進行發電,供應軍艦上各種作戰指揮系統、電子系統等裝備的電力,或者用來驅動螺旋槳高速旋轉,從而推動艦船向前行進;另一方面也可以用來進行加熱淡水,為艦艇戰鬥人員提供足夠的熱水使用。

核動力裝置的動力輸出大小就在於對堆芯中的核反應強度和速度的控制,從公開資料顯示主要有兩種方法:第一,控制堆芯中重水量來控制反應速度;第二採用控制堆芯燃料棒的數量來控制反應強度。

無論是哪一種方式,對於採用核動力裝置的艦艇而言,反應堆功率大小都是可以人工控制的,並不是一直都是出於高強度大功率輸出狀態。當這些核動力艦艇出於靠岸停泊時,就會對核動力系統進行操作,讓其處於一種低功率工作狀態,只需要滿足艦艇上設備和動力系統最低需求即可。當然,也可以根據任務需要,隨時都可以將其功率輸出擴大,進入到航行狀態。

關閉核反應堆再啟動的代價就比較高,耗時耗力,一般只有在返廠進行大修,或者添加燃料棒時才會關閉核反應堆。

不過這時,一般艦艇上還有輔助動力系統,比如燃氣輪機或者柴油機,可以照樣為艦上設備提供動力保障。

這個問題就說到這吧。


老鷹航空


核動力艦艇,像航母,在不出海的時候,也要開堆,只是不會滿負荷開堆。因為還要發電。


zhangwanhe


汽車怠速狀態,離合分離


分享到:


相關文章: