可移动核动力(秋)课件

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1、秋穗正,核科学与技术导论,移 动 核 动 力,秋穗正,核工程专业本科生必修课程,秋穗正,主讲内容,舰船核动力装置的基本组成 舰船核动力装置的发展 舰船核动力系统的特点 舰船核动力的应用前景 课题组从事的舰船核动力装置的相关科研,秋穗正,1 舰船核动力概述,舰船：用于国防、交通、运输、生产、科研和贸易的工具,舰船分类：,军用舰船 战斗舰艇：装有专用武器，担负直接作战任务的舰艇，包括水面战斗舰艇和潜艇。 航空母舰、战斗舰、巡洋舰、护卫舰、导弹艇、鱼雷艇、猎潜舰、水雷战舰艇、（布雷舰、反水雷舰、猎雷舰、潜艇（战略导弹潜艇和攻击潜艇，分为常规（动力）潜艇和核（动力）潜艇）。 登陆作战舰艇：输送登陆部队

2、的登陆工具、战斗车辆、武器装备和物资，实施由岸到岸或由舰到岸的登陆作战舰艇，包括登陆舰艇、船坞登陆舰、两栖船坞运输舰、两栖攻击舰、两栖火力支援舰、通用攻击舰和两栖指挥舰等。,秋穗正,军用辅助舰船：（供应舰、补给舰、运输舰等；侦察船、巡逻艇；训练舰、损管船、捞雷船、靶船等；研究试验船、跟踪遥测船、海洋测量船；修理船、消磁船、救生船、交通艇、救火船、医院船；浮桥船、拖船、船坞等。 民用船舶类 运输船：客船、货船、渡船、驳船 海洋开发船：海洋资源开发船、海水资源利用船、海上和还地空间利用船、海洋调查船等 工程船：挖泥船、起重船、测量船、打捞船、破冰船、潜水工作船等 渔业船舶：渔政船、渔船、渔业辅助船

3、 拖带船舶：拖船、推船 港务船：港作推船、带缆船、引航船等 农用船：排灌船、供电船、水泥农船等,秋穗正,舰船动力装置,通过推进器驱动舰船以一定航速航行的装置。 推进器可以是螺旋桨、平旋轮或明轮等。 推进器由原动机驱动，原动机有柴油机、蒸汽机、燃气轮机、核动力装置及由它们组成的联合动力装置等。,船用动力装置的分类 按使用的能源分类 1 常规动力装置 2 核动力装置 * 按推进装置的类型 动力是核心 1 蒸汽动力装置 2 船用柴油机动力装置 3 船用燃气轮机动力装置 4 核动力装置,秋穗正,舰船核动力装置,核动力非常适合于需要长期海上航行而不必更换燃料或者要求有力的水下推进力的舰船。 核动力航空母

4、舰 核潜艇 民用舰船,秋穗正,航空母舰,航空母舰是一种以舰载机为主要作战武器的大型水面舰只。是国家军事、工业、科技水平与综合国力的象征。,秋穗正,秋穗正,目前世界上现役航空母舰共26艘，在建4艘； 建造过的有8个国家，即英国、日本、美国、法国、德国、意大利、西班牙和俄罗斯（前苏联）； 拥有过国家达14个，加上正建造的泰国，总计将达15个； 建成服役的各种类型的航空母舰总数，据统计为300余艘； 大型的航空母舰长度可达330米，宽度达80米，高度达70米，相当于两个足球场的面积，20层楼的高度 航母可运载100余架飞机以3040节的速度航行。 航母是一个武器库，包括各种歼击机、攻击机、反潜机、预

5、警机、侦察机、加油机、直升机等，而且还包括各种导弹、高炮、高射机枪等武器，以及雷达、声纳及卫星通讯等设备。航母是一个小社会，其中的飞行员、船员、机械师等约有5000到6000人，称为“一片流动的国土” 。,秋穗正,常规动力航母之最：“小鹰”级 “小鹰”号 “星座”号、 “美国”号 “肯尼迪”号 航空母舰发展史上最大、最先进的一级常规动力航母,服役日期分别是：1961年4月29日、1961年10月27日、1965年1月28日。 该级舰飞行甲板长318.8米，宽76.8米，相当于3个足球场大，可载各型飞机80余架。它从底层到舰桥顶部分为18层，飞行甲板以下有10层。全舰编制人员5480人，其中舰员

6、2930人，航空人员2480人，司令部人员70人。,秋穗正,1958年2月4日，美国第一艘、也是世界上第一艘核动力航空母舰“企业”号开工建造。它于1961年11月25日建成服役。,核动力航空母舰,1、没有烟囱。节省空间，降低高温废气和影响飞机的着舰。 2、装载更多的航空燃油、武器弹药和补给品。 3、近乎无限的机动能力，核燃料更换一次即可连续航行数十万海里。 4、工作、生活条件大为改善。,秋穗正,“企业”号核动力航空母舰,全长342.3米，宽40.5米，8座A2W型压水反应堆，总功率205800千瓦，航速33节，标准排水量75700吨，满载排水量94000吨。舰上人员3215人，航空人员2480

7、人，另有司令部人员70人。该舰飞行甲板长331.6米，宽76.8米，机库长223.1米，宽29.3米，高7.6米，设计载机86架。,秋穗正,核潜艇,1、续航力大、续航时间长； 2、隐蔽性好； 3、航速高；,世界上在役核潜艇约艘，集中在美、俄、英、法、中五国，但主要由美、俄两国拥有，约艘，其中弹道导弹核潜艇约艘，攻击核潜艇约艘。 核潜艇的排水量约吨，个别的达吨，水下航速多为节，下潜深度一般为米，自给力昼夜。,1954年9月，美国第一艘核动力潜艇“鹦鹉螺”号建成服役。,秋穗正,2 舰船核动力发展,1 海底蛟龙核潜艇,核动力潜艇与常规潜艇相比不仅隐蔽性、机动性更好，而且水下长期潜航、自持力、续航力和

8、航速大大提高，使潜艇真正成为名符其实的长期潜伏在海底的舰艇了。,美国是最早建造核潜艇并且研究多种类型核潜艇的国家。1946年二次世界大战刚结束，美国“核潜艇之父”黎可维尔，他以一个宗教家和苦行僧的精神，为建立世界第一艘核潜艇而奔走呼号，先打通海军部，然后，国防部、原子能委员会直到华盛顿总统府。1948年美国海军和政府正式批准核动力潜艇的建造计划。1954年第一艘核潜艇“舡鱼”号建成，次年试航成功，并第一次完成横穿北极的冰下探险航行，证明核潜艇的性能十分良好。1950年以后，以“飞鱼”核潜艇为模式建造了一批鱼雷攻击型的核潜艇。接着，自1959年开始，以“乔治华盛顿”号为模式建造了一批“北极星”弹

9、道导弹型核潜艇。1964年以后又发展“海神”型导弹核潜艇。到1978年美国海军中已有113艘核潜艇服役。1980年以后进一步发展排水量更大，武器装备更先进的“三叉载”导弹核潜艇。,秋穗正,根据潜艇的结构特点，核动力装置功率、规模和武器装备不同，核潜艇可以分为 鱼雷攻击型， 飞航导弹型， 弹道导弹型。,60年代以后，英国、法国和苏联也相继发展核潜艇。目前英国海军中有十余艘核潜艇在服役。法国也有十余艘核潜艇加入海军。苏联建造核潜艇虽比美国迟，但为了与美国争夺海洋霸权，也大力发展核潜艇。自1963年第一艘潜艇下水以后，70年代几乎每年建造57艘。目前苏联海军中核潜艇总数已超过了美国。我国依靠自主开发

10、于1970年建成了第一艘鱼雷攻击型核潜艇，接着又成功地建造了导弹核潜艇，加入世界核潜艇俱乐部。目前世界上在役核潜艇总数达300余艘。,秋穗正,美国核潜艇发展过程,秋穗正,世界上第一艘核潜艇“舡鱼”号鱼雷攻击核潜艇的内部布置图,秋穗正,鱼雷攻击型核潜艇,前苏联 “N”级核潜艇,美 “鳐鱼”级核潜艇 穿越北极,美 “洛杉矶”级高速鱼雷攻击型核潜艇,秋穗正,导弹攻击型核潜艇,美 “拉菲特”级核潜艇,中国海军夏级弹道导弹核潜艇出艇,夜色下的国产“汉”级(091型)攻击型核潜艇,秋穗正,1958年，我国开始设计核潜艇， 1968年，中国第艘攻击型核潜艇开工建造。 1970年12月26日，第一艘攻击型核潜

11、艇下水。试航3年多后， 1974年8月1日，中央军委发布命令，将第艘核潜艇命名为“长征一号”，正式编入海军序列。 1982年5月我国建成导弹核潜艇，并从水下成功地发射了弹道导弹。 1988年核潜艇水下导弹发射成功。 09X系列战略核潜艇 094弹道导弹核潜艇： 低噪音高机动的094型潜艇具有自由出入太平洋中心地带的可能，配上远射程的巨浪-2型导弹，完全可以覆盖地球的任何角落。,核潜艇发射导弹,秋穗正,舰船核动力特殊要求：,1、体积小，重量轻； 2、高度的机动性； 3、耐冲击、耐震动、抗摇摆； 4、高度安全可靠； 5、高隐蔽性； 6、长寿命堆芯设计。,秋穗正,核动力装置,民用：原子能破冰船，核动

12、力客商船，海洋考察船 军用：核动力航空母舰，巡洋舰，核潜艇,秋穗正,秋穗正,基本组成,一回路系统由反应堆、冷却泵、蒸汽发生器、加压器以及相应的管道和阀门等组成。 回路中的冷却剂将裂变能转变的热量带出堆外并在蒸汽发生器中将热量传给二回路工质。放出热量后的冷却水温度降低，由冷却泵重新返回反应堆，构成一个闭合的循环回路。一般压水堆动力装置的一回路系统有2条并联的环路，每条环路均由一台冷却泵和一台蒸发器通过主管道与核反应堆相连接。由一台共用的加压器来调节控制回路的压力。整个一回路循环系统的主要设备均集中安装在密封的安全壳体内。船用反应堆安全壳是钢制密闭壳，它能承受一定的压力，可以防止放射物质向外扩散，

13、保护艇员，保护海洋环境。 二回路循环系统由汽轮机、发电机、冷凝器、凝结水泵、给水泵、给水加热器和中间加热汽水分离器等设备组成。 二回路的工质也是水，从冷凝器凝结下来的水经过除氧，加热后通过给水泵唧送到蒸汽发生器里，给水在蒸发器中被加热，汽化产生蒸汽，经过汽水分离器，提高蒸汽干度，通过主蒸汽管送向汽轮机，推动汽轮机叶片转动做功。做功后的废汽在冷凝器内再冷却而成凝结水，如此构成第二个闭合循环回路。主汽轮机直接通过齿轮减速箱推动螺旋浆，辅助汽轮机带动发电机发电供舰船中控制仪器、仪表和辅助装置工作，同时供舰船上生活和照明等用电。,秋穗正,核动力装置的布置原则分散式,秋穗正,核动力装置的布置原则紧凑 组

14、合式,秋穗正,核动力装置的布置原则一体化式,秋穗正,一体化核动力装置堆型选择压水堆,各国曾对五种核反应堆进行了试验研究。由于压水堆结构简单、紧凑，体积小、操作灵活，更适合舰船动力的要求。目前舰船用压水堆主要有三种形式。,1 高富集度铀板状燃料元件反应堆 这种反应堆采用富集度为20以上的铀235的板状元件。板状元件放热面积大，堆芯非常紧凑，体积小，体积输出功率大。这样，反应堆外壳尺小缩小，动力间路设备紧凑，适于潜艇的有限空间。但是核燃料富集度高，建造和运行费用贵。后来设计了冷却水自然循环压水堆，取消了一回路的主泵，使动力回路系统更加紧凑。 2 低富集度铀分散型压水堆 分散型船用压水堆的结构同陆基

15、核电厂的大致相同。采用低富集度的二氧化铀捧：立式筒形反应堆压力容器。分散型船用压水堆的动力系统与陆基压水堆电厂一样，由蒸汽发生器、反应堆、回路冷却剂泵和稳压器等通过管路连接，构成高温高压密闭回路。二回路系统和设备与常规船舶蒸汽 动力装置类似。 3一体化压水堆 “一体化结构“将一回路系统的蒸汽发生器、主冷却剂泵集中布置在反应堆压力容器内。堆芯设在压力容器的下部，下部设置蒸汽发生器，主循环泵设置在侧面。冷却剂从下而上通过堆芯吸收热量，一体化结构优点是一回路简单，设备紧凑，反应堆尺才小，使舰船更加机动灵活。,秋穗正,一体化压水堆,秋穗正,核动力装置特殊要求,舰船核动力装置的原理与陆上核电站的动力装置

16、相类似，但是由于舰船在海洋上工作环境和军事要求对舰船核动力装置有下列特殊要求：,由于舰船的容积和重量受到一定限制，为了提高舰船的载货量和航速，舰艇的作战性能，要求核动力装置体积小，重量轻、装置布置紧凑。每单位推进马力的重量愈小愈好。以减少动力回路的重量和体积，充分利用舰船的空间，简化系统和设备； 舰船长期在海洋中航行，在风浪中纵、横摇摆，起伏无常，船体经常发生20左右的摆动和0.5g1g的振动加速度作用。核动力装置系统、设备联接结构和操纵机构在此工况下应仍能保持稳定可靠的工作，系统和设备的可靠性应比核电站更高。 与陆上发电设备不同，除了主、辅汽机发电机组供电外，无外来电网应急供电，因此当主、辅汽轮机停转时，必须靠备用柴油发电机组快速供电。此外，舰船在航行中运行负荷变化较大，特别是作战舰船负荷变化相当急剧。负荷变动的量可达100%满负荷，变动速度为625%/分，排水量为2万4万吨级的舰船要在58分钟内实现核动力装置紧急停车。因此建造舰船核动力装置在某些方面比陆上动力困难得多。 要求潜艇核动力推进装置的回路系统更加集中紧凑。一艘大、中型潜艇其艇体耐压壳直径约为1