船舶核动力装置ppt课件

船舶核动力装置Marine Nuclear Power Plant核科学与技术学院核科学与技术学院（V2011.02.27）MNPP-L01船舶核动力装置Marine Nuclear Power P22 五月五月 2024核动力装置核动力装置2教师信息教师信息l主讲教师：王贺主讲教师：王贺l1998年至年至2010年，哈尔滨工程大学本、硕、博年，哈尔滨工程大学本、硕、博l2007年至年至2008年，日本东京大学访问学者年，日本东京大学访问学者l研究方向：概率安全分析方法、核电在线风险监测方法研究方向：概率安全分析方法、核电在线风险监测方法l承担：海军项目、承担：海军项目、863项目等项目等l工作单位：核科学与技术学院核动力仿真研究中心工作单位：核科学与技术学院核动力仿真研究中心l办公室地址：办公室地址：31#楼楼4层层442室室lTel：82588302，13614510421lEmail：l网站：网站：http:/ 八月 2023核动力装置2教师信息主讲教师22 五月五月 2024核动力装置核动力装置3教学要求教学要求l教学方式：课堂讲授课堂讨论教学方式：课堂讲授课堂讨论l考核方式：闭卷考试考核方式：闭卷考试l上课避免迟到，课间经允许后可离开上课避免迟到，课间经允许后可离开l谁最后走，谁关灯谁最后走，谁关灯l手机响、接手机、用手机看小说，发现一次擦黑板一周手机响、接手机、用手机看小说，发现一次擦黑板一周04 八月 2023核动力装置3教学要求教学方式22 五月五月 2024核动力装置核动力装置4学习要点学习要点1 系统的功用或作用系统的功用或作用l为什么设置该系统？为什么设置该系统？l该系统在核动力装置中承担什么任务？该系统在核动力装置中承担什么任务？2 系统的基本组成系统的基本组成l系统中包括哪些主要设备？系统中包括哪些主要设备？l各设备如何组成一个完整系统？各设备如何组成一个完整系统？3 系统的运行原理系统的运行原理l系统是如何实现其功能的？系统是如何实现其功能的？l系统基本运行与控制原理系统基本运行与控制原理04 八月 2023核动力装置4学习要点1 系22 五月五月 2024核动力装置核动力装置51 核动力装置概述核动力装置概述1.1 核动力装置含义及其特点核动力装置含义及其特点 1.2 核动力装置的组成及原理核动力装置的组成及原理04 八月 2023核动力装置51 核动力装置概述1.22 五月五月 2024核动力装置核动力装置61.1 核动力装置含义及其特点核动力装置含义及其特点1.1.1 船舶动力装置类型船舶动力装置类型1.1.2 船用核动力装置含义船用核动力装置含义1.1.3 核能的特点核能的特点1.1.4 核能用作船舶动力的优越性核能用作船舶动力的优越性04 八月 2023核动力装置61.1 核动力装置含义22 五月五月 2024核动力装置核动力装置71.1.1 船舶动力装置类型船舶动力装置类型新能源新能源动力装置动力装置联合联合动力装置动力装置核动力装置核动力装置蒸汽轮机蒸汽轮机动力装置动力装置燃气轮机燃气轮机动力装置动力装置内燃机内燃机动力装置动力装置船舶船舶动力装置动力装置l船舶动力装置船舶动力装置为为船船舶舶提提供供推推进进动动力力和和其其他他所所需需能能源源的的机机械械、设设备备和和系系统统的总称的总称，包括主动力装置和辅助动力装置两部分。，包括主动力装置和辅助动力装置两部分。l按燃料类型划分为两大类：按燃料类型划分为两大类：l常规动力装置常规动力装置l核动力装置核动力装置04 八月 2023核动力装置71.1.1 船舶动力装22 五月五月 2024核动力装置核动力装置8l燃料为煤或油，燃料为煤或油，由锅炉提供蒸汽由锅炉提供蒸汽l蒸蒸汽汽驱驱动动汽汽轮轮机机旋旋转转，将将蒸蒸汽汽的的热能转换为机械能热能转换为机械能l汽汽轮轮机机驱驱动动发发电电机机发发电电，或或通通过过减速器驱动螺旋桨减速器驱动螺旋桨1蒸汽动力装置的工作原理蒸汽动力装置的工作原理l1900年年，英英国国海海军军“蝮蝮蛇蛇”号号鱼鱼雷雷驱驱逐逐舰舰在在世世界界上上首首次次使用蒸汽轮机推进船舶使用蒸汽轮机推进船舶04 八月 2023核动力装置8燃料为煤或油，由锅炉提供22 五月五月 2024核动力装置核动力装置9蒸汽轮机蒸汽轮机 凝汽式汽轮机04 八月 2023核动力装置9蒸汽轮机 凝汽式汽轮机22 五月五月 2024核动力装置核动力装置10l汽轮机单机功率大汽轮机单机功率大l机组振动、噪声较小机组振动、噪声较小l磨损部件少、可靠性高磨损部件少、可靠性高l汽汽轮轮机机结结构构简简单单、紧紧凑凑，便便于于运运行、管理和维修行、管理和维修l可使用劣质燃油可使用劣质燃油蒸汽动力装置的特点蒸汽动力装置的特点系系统统复复杂杂，重重量量尺尺寸寸大大，附附属属设设备多备多初建费用高，热效率低初建费用高，热效率低机动性差机动性差04 八月 2023核动力装置10汽轮机单机功率大蒸汽动22 五月五月 2024核动力装置核动力装置112柴油机的工作原理柴油机的工作原理l进进入入气气缸缸内内的的新新鲜鲜空空气气被被活活塞塞压压缩缩到到能能使使柴柴油油自自行行燃燃烧烧的的温温度度时时，用用高高压压油油泵泵及及油油枪枪将将燃燃油油引引入入燃燃烧烧室室并并喷喷射射成成雾雾状状与与压压缩缩空空气气混混合合，同同时时自自行行点点火火。燃燃烧烧后后产产生生的的高高温温、高高压压燃燃气气在在气气缸缸内内膨膨胀胀作作功功，推推动动活活塞塞运运动，通过曲柄连杆机构将机械功从曲轴输出，带动螺旋桨工作。动，通过曲柄连杆机构将机械功从曲轴输出，带动螺旋桨工作。l1895年年，德德国国人人狄狄赛赛尔尔发发明明了了柴柴油油机机，于于20世世纪纪初初逐逐步步用用于于舰舰艇艇，迄迄今今已已经经成成为为船船舶舶上上用用得得较较为为普普遍遍的的一一种种动动力力装置。装置。04 八月 2023核动力装置112柴油机的工作原理22 五月五月 2024核动力装置核动力装置12柴油机装置的特点柴油机装置的特点 船用大功率低速柴油机l热效率高热效率高l辅助设备和机械较少辅助设备和机械较少l具有良好的机动性具有良好的机动性l易实现远距离操纵和自动控制易实现远距离操纵和自动控制柴柴油油机机重重量量和和尺尺寸寸按按功功率率比比例例增增加很快，因而单机功率受到限制加很快，因而单机功率受到限制柴油机运行时振动、噪声较大柴油机运行时振动、噪声较大中中、高高速速柴柴油油机机的的运运动动部部件件磨磨损损比较严重，整机寿命短比较严重，整机寿命短柴油机在低转速时稳定性差柴油机在低转速时稳定性差04 八月 2023核动力装置12柴油机装置的特点 船22 五月五月 2024核动力装置核动力装置133燃气轮机的工作原理燃气轮机的工作原理l将将燃燃气气轮轮机机的的压压气气机机送送出出的的压压缩缩空空气气在在燃燃烧烧室室中中与与燃燃油油混混合合燃燃烧烧，产产生生高高温温、高高压压燃燃气气冲冲击击动动力力涡涡轮轮作作功功，动动力力涡涡轮轮通通过过减减速速齿齿轮轮箱箱等等传传动设备驱动螺旋桨。动设备驱动螺旋桨。l舰舰用用燃燃气气轮轮机机是是在在航航空空燃燃气气轮轮机机应应用用以以后后发发展展起起来来的的新新型型动动力力装装置置。20世世纪纪40年年代代，国国外外开开始始研研究究舰舰用用燃燃气气轮轮机机，1947年年，英英国国海海军军在在炮炮艇上首次装用燃气轮机动力装置。艇上首次装用燃气轮机动力装置。04 八月 2023核动力装置133燃气轮机的工作原22 五月五月 2024核动力装置核动力装置14舰用燃气轮机的应用舰用燃气轮机的应用112舰使用的燃机舰用燃气轮机04 八月 2023核动力装置14舰用燃气轮机的应用1122 五月五月 2024核动力装置核动力装置15舰用燃气轮机的特点舰用燃气轮机的特点l燃燃气气轮轮机机动动力力装装置置具具有有功功率率大大、重量尺寸小、机动性好等优点重量尺寸小、机动性好等优点l机机组组结结构构较较复复杂杂，进进、排排气气口口附附近噪声大，必须采取消声措施近噪声大，必须采取消声措施l由由于于燃燃气气的的高高温温，叶叶片片使使用用的的合合金金材材料料价价格格昂昂贵贵，工工作作可可靠靠性性差差，寿命短寿命短l耗油率高耗油率高l进进、排排气气管管道道尺尺寸寸较较大大，给给机机舱舱布置带来困难布置带来困难l20世世纪纪70年年代代以以后后，舰舰用用燃燃气气轮轮机机进进入入迅迅速速发发展展时时期期，装装舰舰使使用用范范围围已已由由快快艇艇发发展展到到护护卫卫舰舰、导导弹弹驱驱逐逐舰舰、巡巡洋洋舰舰、直直升升机机母母舰舰、轻轻型型航航空空母母舰舰等等大大、中中型型水水面面舰舰艇艇，全全世世界界已已有有30多多个个国国家家海海军军使使用用燃燃气气轮轮机机，其其中中俄俄罗罗斯斯的的舰舰用用燃燃气气轮轮机机的的总装机功率居世界前列。总装机功率居世界前列。04 八月 2023核动力装置15舰用燃气轮机的特点燃气22 五月五月 2024核动力装置核动力装置161.1.2 船用核动力装置含义船用核动力装置含义l船船舶舶核核动动力力装装置置以以原原子子核核裂裂变变能能作作为为推推进进动动力力，包包括括核核反反应应堆堆、为为产产生生功功率率推推动动船船舶舶前前进进所所必必需需的的有有关关设设备备以以及及为为提提供供装装置置正正常常运运行行、保保证对人员健康和安全不会造成特别危害所需的结构、系统和部件。证对人员健康和安全不会造成特别危害所需的结构、系统和部件。l将核燃料裂变产生的能量传输、分配并转换成推进船舶的动力将核燃料裂变产生的能量传输、分配并转换成推进船舶的动力核能核能热能热能热能热能机械能机械能电能电能推进系统推进系统动力设备动力设备一回路一回路二回路二回路04 八月 2023核动力装置161.1.2 船用核动22 五月五月 2024核动力装置核动力装置17潜艇核动力装置示意图潜艇核动力装置示意图04 八月 2023核动力装置17潜艇核动力装置示意图22 五月五月 2024核动力装置核动力装置18船用核动力装置发展历程船用核动力装置发展历程 世界上第一艘核潜艇世界上第一艘核潜艇“鹦鹉螺鹦鹉螺”号号 l1954年年1月，月，世界上第一艘核潜艇，也是美国海军世界上第一艘核潜艇，也是美国海军 第一艘核动力舰艇第一艘核动力舰艇“鹦鹉螺鹦鹉螺”号下水号下水l美美国国、苏苏联联/俄俄罗罗斯斯、英英国国、法法国国、中中国国已已经经建建造造了了500多多艘艘核核潜潜艇艇，至至2002年年，世世界界上上仍仍然然在在役役的的核核潜艇有潜艇有150多艘多艘l印度印度核潜艇核潜艇海曼海曼乔治乔治里科弗里科弗04 八月 2023核动力装置18船用核动力装置发展历程22 五月五月 2024核动力装置核动力装置19装备核动力舰船的国家装备核动力舰船的国家国家国家美国美国俄罗斯俄罗斯/前苏联前苏联核潜艇核潜艇英国英国法国法国中国中国巡洋舰巡洋舰航空母舰航空母舰核潜艇核潜艇核潜艇核潜艇航空母舰航空母舰核潜艇核潜艇巡洋舰巡洋舰破冰船破冰船核潜艇核潜艇航空母舰航空母舰？04 八月 2023核动力装置19装备核动力舰船的国家国22 五月五月 2024核动力装置核动力装置20船舶核动力装置的应用船舶核动力装置的应用04 八月 2023核动力装置20船舶核动力装置的应用22 五月五月 2024核动力装置核动力装置211.1.3 核能的特点核能的特点l核燃料具有极高的能量密度核燃料具有极高的能量密度l核裂变可以在任何功率水平下达到临界（核裂变可以在任何功率水平下达到临界（功率大功率大）l核裂变反应不需要氧气核裂变反应不需要氧气l核裂变过程伴随着大量放射性物质的产生核裂变过程伴随着大量放射性物质的产生04 八月 2023核动力装置211.1.3 核能的特22 五月五月 2024核动力装置核动力装置22l1kg铀铀-235完全裂变完全裂变19,600,000,000kcall1kg标准煤完全燃烧标准煤完全燃烧 7,000kcall1L重油完全燃烧重油完全燃烧 9,900kcall1m3天然气完全燃烧天然气完全燃烧 9,800kcall1kg铀铀-235完全裂变放出的热量相当于完全裂变放出的热量相当于2700吨标准煤完全吨标准煤完全燃烧放出的热量燃烧放出的热量l同一质量下，核能比化学能大数百万倍同一质量下，核能比化学能大数百万倍（1）核燃料具有极高的能量密度）核燃料具有极高的能量密度04 八月 2023核动力装置221kg铀-235完全裂22 五月五月 2024核动力装置核动力装置23l核动力舰船不需要携带大量的燃料，在反应堆寿期内不需要核动力舰船不需要携带大量的燃料，在反应堆寿期内不需要外界补充燃料外界补充燃料l核动力舰船可携带更多的武器装备和其他物资，提高战斗力核动力舰船可携带更多的武器装备和其他物资，提高战斗力和自持力和自持力l可大大减少辅助舰船的数量，提高整个舰队的航速和续航力可大大减少辅助舰船的数量，提高整个舰队的航速和续航力（1）燃料重量占全船载重量的比例较小）燃料重量占全船载重量的比例较小“武汉”号，排水量7500吨，最高航速32节，20节时续航距离6000多公里。“微山湖”补给舰，排水量接近3万吨04 八月 2023核动力装置23核动力舰船不需要携带大22 五月五月 2024核动力装置核动力装置24（2）核燃料可以在任意功率水平下达到临界）核燃料可以在任意功率水平下达到临界04 八月 2023核动力装置24（2）核燃料可以在任意22 五月五月 2024核动力装置核动力装置25 概念概念1：续航力是舰艇装载一次燃料所能持续航行的距离：续航力是舰艇装载一次燃料所能持续航行的距离 概念概念2：舰船推进功率与航速的立方成正比：舰船推进功率与航速的立方成正比l核潜艇：长寿命堆芯可用核潜艇：长寿命堆芯可用10年以上，续航力超过年以上，续航力超过40万海里，万海里，潜航距离占总航程的潜航距离占总航程的95%以上以上l核动力装置的高功率可使核潜艇的水下航速、核动力航空母核动力装置的高功率可使核潜艇的水下航速、核动力航空母舰的航速达到舰的航速达到30节（美国节（美国“海狼海狼”级核潜艇的最高航速级核潜艇的最高航速35节）节）l常规潜艇：航速常规潜艇：航速10节时，续航力达到节时，续航力达到1万海里，只能连续航万海里，只能连续航行行610小时；水下最大航速为小时；水下最大航速为1525节节（2）提供较大的续航力和功率）提供较大的续航力和功率04 八月 2023核动力装置25 概念1：续航力22 五月五月 2024核动力装置核动力装置26 概念概念1：续航力是舰艇装载一次燃料所能持续航行的距离：续航力是舰艇装载一次燃料所能持续航行的距离 概念概念2：舰船推进功率与航速的立方成正比：舰船推进功率与航速的立方成正比l核潜艇：长寿命堆芯可用核潜艇：长寿命堆芯可用10年以上，续航力超过年以上，续航力超过40万海里，万海里，潜航距离占总航程的潜航距离占总航程的95%以上以上l核动力装置的高功率可使核潜艇的水下航速、核动力航空母核动力装置的高功率可使核潜艇的水下航速、核动力航空母舰的航速达到舰的航速达到30节（美国节（美国“海狼海狼”级核潜艇的最高航速级核潜艇的最高航速35节）节）（2）提供较大的续航力和功率）提供较大的续航力和功率世世界界上上第第一一艘艘核核动动力力航航空空母母舰舰，1964年年进进行行了了史史无无前前例例的的环环球球航航行行,途途中中无无需需加加油油和和再再补补给给,历历时时64天天,总航程总航程3万多海里。万多海里。04 八月 2023核动力装置26 概念1：续航力22 五月五月 2024核动力装置核动力装置27（3）核裂变反应不需要氧气）核裂变反应不需要氧气04 八月 2023核动力装置27（3）核裂变反应不需要22 五月五月 2024核动力装置核动力装置28l核潜艇核潜艇无需定期浮出水面用柴油发电机给蓄电池充电，可无需定期浮出水面用柴油发电机给蓄电池充电，可长期潜航长期潜航l水面舰船水面舰船不需要设置不需要设置进气道和烟囱，减少上层建筑，免受进气道和烟囱，减少上层建筑，免受烟气的腐蚀和热气流的影响，降低了红外特征烟气的腐蚀和热气流的影响，降低了红外特征 大型水面舰船如航空母舰不需要布置烟囱，上层建筑大型水面舰船如航空母舰不需要布置烟囱，上层建筑布置更为灵活布置更为灵活（3）提高舰船的隐蔽性）提高舰船的隐蔽性04 八月 2023核动力装置28核潜艇无需定期浮出水面22 五月五月 2024核动力装置核动力装置29（4）核裂变过程伴随着放射性物质的产生）核裂变过程伴随着放射性物质的产生l核裂变反应会产生大量的放射性物质；核裂变反应会产生大量的放射性物质；l核动力装置具有潜在的危险性；核动力装置具有潜在的危险性；l安注系统安注系统l危机冷却系统危机冷却系统l全寿期都不用一次全寿期都不用一次l需要采取严格的辐射防护措施；需要采取严格的辐射防护措施；l运行管理要求很高。运行管理要求很高。04 八月 2023核动力装置29（4）核裂变过程伴随着22 五月五月 2024核动力装置核动力装置301.1.4 核能用作船舶动力的优越性核能用作船舶动力的优越性l燃料重量占全船载重量的比例较小燃料重量占全船载重量的比例较小;l提供较大的续航力和推进功率提供较大的续航力和推进功率;l提高潜艇的隐蔽性。提高潜艇的隐蔽性。04 八月 2023核动力装置301.1.4 核能用作22 五月五月 2024核动力装置核动力装置311.2 核动力装置的组成及原理核动力装置的组成及原理1.2.1 船用核动力装置的基本组成船用核动力装置的基本组成1.2.2 船用动力堆选型船用动力堆选型04 八月 2023核动力装置311.2 核动力装置的22 五月五月 2024核动力装置核动力装置32船舶核动力装置船舶核动力装置反应堆反应堆一回路系统一回路系统二回路系统二回路系统推进系统推进系统齿轮减速推进齿轮减速推进电力推进电力推进压水堆压水堆1.2.1 船用核动力装置的基本组成船用核动力装置的基本组成液态金属冷却液态金属冷却反应堆反应堆04 八月 2023核动力装置32船舶核动力装置反应堆一22 五月五月 2024核动力装置核动力装置33压水堆核动力装置原理流程压水堆核动力装置原理流程04 八月 2023核动力装置33压水堆核动力装置原理流22 五月五月 2024核动力装置核动力装置34一回路系统一回路系统反应堆冷却剂系统反应堆冷却剂系统专设安全系统专设安全系统一回路辅助系统一回路辅助系统废物处理系统废物处理系统一回路系统的基本组成一回路系统的基本组成04 八月 2023核动力装置34一回路系统反应堆冷却剂22 五月五月 2024核动力装置核动力装置35二回路系统二回路系统汽轮机回路汽轮机回路蒸汽系统蒸汽系统循环水系统循环水系统润滑油系统润滑油系统造水系统造水系统二回路系统的基本组成二回路系统的基本组成04 八月 2023核动力装置35二回路系统汽轮机回路蒸22 五月五月 2024核动力装置核动力装置36二回路主机配置方案二回路主机配置方案04 八月 2023核动力装置36二回路主机配置方案22 五月五月 2024核动力装置核动力装置37船舶推进方式船舶推进方式04 八月 2023核动力装置37船舶推进方式22 五月五月 2024核动力装置核动力装置381.2.2 船用动力堆选型船用动力堆选型动力堆动力堆类型类型水冷堆水冷堆气冷堆气冷堆压水堆压水堆有机液有机液冷却堆冷却堆沸水堆沸水堆重水堆重水堆液态金属液态金属冷却堆冷却堆金属钠金属钠钠钠-钾钾合金合金铅铅-铋铋合金合金热中子堆热中子堆快中子堆快中子堆04 八月 2023核动力装置381.2.2 船用动力22 五月五月 2024核动力装置核动力装置39核反应堆的类型核反应堆的类型l按引起裂变的按引起裂变的中子能量中子能量划分：划分：快中子堆、热中子堆快中子堆、热中子堆l按按慢化剂的类型慢化剂的类型划分：划分：轻水堆、重水堆、石墨堆轻水堆、重水堆、石墨堆l按按冷却剂的类型冷却剂的类型划分：划分：水冷堆水冷堆压水堆、沸水堆、重水堆压水堆、沸水堆、重水堆 气冷堆气冷堆高温气冷堆高温气冷堆 液态金属冷却堆液态金属冷却堆钠冷快中子堆钠冷快中子堆 有机液冷堆有机液冷堆04 八月 2023核动力装置39核反应堆的类型按引起裂22 五月五月 2024核动力装置核动力装置40（1）压水堆的特点）压水堆的特点l慢慢化化剂剂采采用用轻轻水水，冷冷却却剂剂采采用用轻轻水水，冷冷却剂在堆芯不沸腾却剂在堆芯不沸腾l采采用用U-235富富集集度度为为34%的的UO2陶陶瓷瓷燃燃料料，在在舰舰船船压压水水堆堆上上由由于于要要提提高高堆堆芯芯寿命，燃料的富集度一般都很高寿命，燃料的富集度一般都很高l一一、二二回回路路之之间间相相互互隔隔离离，二二回回路路不不需需要屏蔽要屏蔽l结结构构紧紧凑凑、体体积积小小、功功率率密密度度高高、平平均均燃耗较深，技术比较成熟燃耗较深，技术比较成熟l采用多道屏障防止放射性物质外泄采用多道屏障防止放射性物质外泄l反应堆具有自稳自调特性，安全性较好反应堆具有自稳自调特性，安全性较好04 八月 2023核动力装置40（1）压水堆的特点慢化22 五月五月 2024核动力装置核动力装置41（2）沸水堆的特点）沸水堆的特点l沸水堆以沸腾轻水为慢化剂和冷沸水堆以沸腾轻水为慢化剂和冷却剂，在反应堆压力容器内直接却剂，在反应堆压力容器内直接产生饱和蒸汽；产生饱和蒸汽；l沸水堆与压水堆同属轻水堆，都沸水堆与压水堆同属轻水堆，都具有结构紧凑、安全可靠、建造具有结构紧凑、安全可靠、建造费用低和负荷跟随能力强等优点，费用低和负荷跟随能力强等优点，使用低富集铀作燃料；使用低富集铀作燃料；l不需要蒸汽发生器，运行参数较不需要蒸汽发生器，运行参数较压水堆低；压水堆低；l具有很强的自然循环能力，一般具有很强的自然循环能力，一般可达可达4050%FP，甚至，甚至100%FP。04 八月 2023核动力装置41（2）沸水堆的特点沸水22 五月五月 2024核动力装置核动力装置42沸水堆的不足沸水堆的不足l压力容器底部开有大量孔洞，对压力容器的强度有不利影响；压力容器底部开有大量孔洞，对压力容器的强度有不利影响；l堆内结构复杂，同时由于水汽对堆内结构复杂，同时由于水汽对中子慢化能力减弱中子慢化能力减弱，所需要装载的燃，所需要装载的燃料更多，相同功率下体积要大于压水堆；料更多，相同功率下体积要大于压水堆；l放放射射性性物物质质会会随随着着蒸蒸汽汽进进入入汽汽轮轮机机等等设设备备，需需要要屏屏蔽蔽的的体体积积和和质质量量大大大大增增加加，增增加加了了维护难度。维护难度。04 八月 2023核动力装置42沸水堆的不足压力容器底22 五月五月 2024核动力装置核动力装置43（3）重水堆的特点）重水堆的特点l采用重水作慢化剂，可以直接利用天然铀作为核燃料；采用重水作慢化剂，可以直接利用天然铀作为核燃料；l可用轻水或重水作冷却剂；可用轻水或重水作冷却剂；l分分压压力力容容器器式式和和压压力力管管式两类；式两类；l是是发发展展较较早早的的堆堆型型，有有各各种种类类别别，但但已已实实现现工工业业规规模模推推广广的的只只有有加加拿拿大大发发展展起起来来的的坎坎杜杜型型压压力管式重水堆。力管式重水堆。04 八月 2023核动力装置43（3）重水堆的特点采用22 五月五月 2024核动力装置核动力装置44重水堆的不足重水堆的不足l堆芯体积比相同功率的压水堆大堆芯体积比相同功率的压水堆大10倍左右，不适合舰船装备倍左右，不适合舰船装备l由于增加了慢化剂系统和重水系统，整个系统的复杂性大大由于增加了慢化剂系统和重水系统，整个系统的复杂性大大增加，重水堆的系统数目是压水堆的增加，重水堆的系统数目是压水堆的2倍左右倍左右l重水系统的胀接接头容易发生泄漏，影响正常运行。为此，重水系统的胀接接头容易发生泄漏，影响正常运行。为此，一回路的冷却剂压力比压水堆低一回路的冷却剂压力比压水堆低30左右，造成二回路的蒸左右，造成二回路的蒸汽运行压力较低汽运行压力较低04 八月 2023核动力装置44重水堆的不足堆芯体积比22 五月五月 2024核动力装置核动力装置45（4）高温气冷堆的特点）高温气冷堆的特点l采用石墨作慢化剂，气体作冷却剂；采用石墨作慢化剂，气体作冷却剂；l高温气冷堆具有效率高、安全性好等突出优点，由于采用高温气冷堆具有效率高、安全性好等突出优点，由于采用了密度和比热很小的气体作为工质，所以了密度和比热很小的气体作为工质，所以功率密度较小，功率密度较小，堆芯体积较大堆芯体积较大；l这种堆型对管路材料的耐高温性和密封性都提出了很高的这种堆型对管路材料的耐高温性和密封性都提出了很高的要求，目前对气体工质的热工性质也需要进一步研究。要求，目前对气体工质的热工性质也需要进一步研究。气冷堆一直没有装备舰艇的经历，在短时期内也没有这个气冷堆一直没有装备舰艇的经历，在短时期内也没有这个可能。可能。04 八月 2023核动力装置45（4）高温气冷堆的特点22 五月五月 2024核动力装置核动力装置46高温气冷堆核动力装置系统简图高温气冷堆核动力装置系统简图04 八月 2023核动力装置46高温气冷堆核动力装置系22 五月五月 2024核动力装置核动力装置47气冷堆的研究和应用情况气冷堆的研究和应用情况l在发展潜艇核动力装置的初期，曾设想采用气冷堆，最终因在发展潜艇核动力装置的初期，曾设想采用气冷堆，最终因其装置体积庞大而未被采用。其装置体积庞大而未被采用。l后来又设想采用高温氦气冷却反应堆的氦气直接驱动燃气轮后来又设想采用高温氦气冷却反应堆的氦气直接驱动燃气轮机，因在当时的技术条件下制造不出这种涡轮机而放弃，因机，因在当时的技术条件下制造不出这种涡轮机而放弃，因而仍采用了压水堆。而仍采用了压水堆。l高温气冷堆虽然效率高、安全性好，但功率密度较小，堆芯高温气冷堆虽然效率高、安全性好，但功率密度较小，堆芯体积较大，对结构材料的耐高温性、密封性都有很高要求，体积较大，对结构材料的耐高温性、密封性都有很高要求，气体工质的性质也需进一步研究。气体工质的性质也需进一步研究。04 八月 2023核动力装置47气冷堆的研究和应用情况22 五月五月 2024核动力装置核动力装置48（5）液态金属冷却堆的特点）液态金属冷却堆的特点l采采用用具具有有很很高高传传热热率率的的液液态态钾钾-钠钠合合金金或或者者铅铅-铋铋合合金金作作为为冷冷却却剂剂，二二回回路路采采用用水水作作循循环环工工质质，可可以以获获得得很很高高的的出出口口温温度和效率；度和效率；例例如如，美美国国的的S2G型型液液态态金金属属冷冷却却堆堆的的效效率率达达到到22，而而同同期期的的压压水水堆堆只有只有17左右。左右。l目目前前研研究究的的快快中中子子增增殖殖堆堆均均采采用用液液态态金金属属作作冷冷却却剂剂，而而没没有慢化剂；有慢化剂；l用用液液态态金金属属作作冷冷却却剂剂可可大大大大提提高高一一回回路路的的温温度度，而而系系统统压压力力只只有有0.50.7MPa，既既提提高高了了装装置置的的经经济济性性，由由于于一一回回路路压力降低，核动力装置也更加安全可靠。压力降低，核动力装置也更加安全可靠。04 八月 2023核动力装置48（5）液态金属冷却堆的22 五月五月 2024核动力装置核动力装置49快堆核动力装置的两种形式快堆核动力装置的两种形式 回路式快堆系统回路式快堆系统池式快堆系统池式快堆系统 04 八月 2023核动力装置49快堆核动力装置的两种形22 五月五月 2024核动力装置核动力装置50液态金属冷却堆的不足液态金属冷却堆的不足l作为冷却剂的作为冷却剂的液态金属如液态金属如钠钠-钾合金或铅钾合金或铅-铋合金在常温下铋合金在常温下为固态，为固态，需要专门的加热设备使堆芯和管道内作为冷却剂需要专门的加热设备使堆芯和管道内作为冷却剂的金属保持液态，使反应堆的操作、维护变得很复杂，价的金属保持液态，使反应堆的操作、维护变得很复杂，价格也高，为了加强屏蔽，使装置的重量加大；格也高，为了加强屏蔽，使装置的重量加大；l处于熔化状态的碱金属在高温时化学性能很活跃，有很强处于熔化状态的碱金属在高温时化学性能很活跃，有很强的腐蚀性，一旦泄漏与水接触就会发生火灾和爆炸，因而的腐蚀性，一旦泄漏与水接触就会发生火灾和爆炸，因而可靠性和安全性较差。可靠性和安全性较差。04 八月 2023核动力装置50液态金属冷却堆的不足作22 五月五月 2024核动力装置核动力装置51液态金属冷却堆的装备情况液态金属冷却堆的装备情况l1957年年服服役役的的美美国国核核潜潜艇艇“海海狼狼”号号（SSN-575）采采用用了了液液态态金金属属堆堆，在在经经过过23个个月月运运行行后后，由由于于高高温温液液态态钠钠将将热热交交换换器器管管子子蚀蚀穿穿，发发生生了了泄泄漏漏事事件件，在在艇艇航航行行了了61600海海里里后后，又改换了压水堆。又改换了压水堆。l1970年年底底，苏苏联联“阿阿尔尔法法”级级核核潜潜艇艇K-64号号因因装装备备的的液液态态金金属属堆堆发发生生堆堆芯芯熔熔毁毁事事故故而而在在巴巴伦伦支支海海沉沉没没，暴暴露露出出这这种种堆堆型型的的安安全全性性问问题题，加加之之日日常常维维护护困困难难、噪噪声声巨巨大大，最最终终导导致致这这一级具有极高航速和大潜深的潜艇提前退役。一级具有极高航速和大潜深的潜艇提前退役。04 八月 2023核动力装置51液态金属冷却堆的装备情52美国美国“海狼海狼”号核潜艇号核潜艇-有无与选型有无与选型l美美国国第第二二艘艘核核潜潜艇艇、美美国国唯唯一一一个钠冷快堆核动力装置潜艇。一个钠冷快堆核动力装置潜艇。l1952年年7月月开开工工制制造造，1953年年7月下水。月下水。l比比鹦鹦鹉鹉螺螺号号核核潜潜艇艇要要先先进进，可可产产生生过过热热蒸蒸汽汽，降降低低动动力力装装置置尺寸尺寸40%。l具具有有潜潜在在的的危危险险性性，发发生生一一次次钠泄露事故。钠泄露事故。1987年年3月退役。月退役。“海狼”号钠冷核潜艇52美国“海狼”号核潜艇-有无与选型美国第二艘核潜艇、美国唯22 五月五月 2024核动力装置核动力装置53思考题思考题1.核能具有哪些特点核能具有哪些特点?2.核能用作船舶动力具有哪些优越性核能用作船舶动力具有哪些优越性?3.为什么船用核动力装置普遍采用压水堆？为什么船用核动力装置普遍采用压水堆？04 八月 2023核动力装置53思考题1.核能具有哪些