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1、Marine Nuclear Power Plant核科学与技术学院核科学与技术学院（V2011.02.27）MNPP-L012022年年6月月6日星期一日星期一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
2、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:/ 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2022年年6月月
3、6日星期一日星期一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2022年年6月月6日星期一日星期一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2022年年6月月6日星期一日星期一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
4、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船舶提供推进动力和其他所需能源的机械、设备和系统为船舶提供推进动力和其他所需能源的机械、设备和系统的总称的总称，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：常规动力装置常规动力装置核动力装置核动力装置2022年年6月月6日星期一日星期一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蒸汽驱动汽轮
5、机旋转，将蒸汽的蒸汽驱动汽轮机旋转，将蒸汽的热能转换为机械能热能转换为机械能l汽轮机驱动发电机发电，或通过汽轮机驱动发电机发电，或通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，英国海军年，英国海军“蝮蛇蝮蛇”号鱼雷驱逐舰在世界上首次号鱼雷驱逐舰在世界上首次使用蒸汽轮机推进船舶使用蒸汽轮机推进船舶2022年年6月月6日星期一日星期一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2022年年6月月6日星期一日星期一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、
6、可靠性高l汽轮机结构简单、紧凑，便于运汽轮机结构简单、紧凑，便于运行、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统复杂，重量尺寸大，附属设系统复杂，重量尺寸大，附属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2022年年6月月6日星期一日星期一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进入气缸内的新鲜空气被活塞压缩到能使柴油自行燃烧的温度时，用高进入气缸内的新鲜空气被活塞压缩到能使柴油自行燃烧的温度时，用高压油泵及油枪将燃油引入燃烧室并喷射成雾状与压缩空气混合，同时自压油泵及油枪将燃油引入燃烧室并喷射成雾
7、状与压缩空气混合，同时自行点火。燃烧后产生的高温、高压燃气在气缸内膨胀作功，推动活塞运行点火。燃烧后产生的高温、高压燃气在气缸内膨胀作功，推动活塞运动，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，德国人狄年，德国人狄赛尔发明了柴油机，赛尔发明了柴油机，于于20世纪初逐步用世纪初逐步用于舰艇，迄今已经于舰艇，迄今已经成为船舶上用得较成为船舶上用得较为普遍的一种动力为普遍的一种动力装置。装置。2022年年6月月6日星期一日星期一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
8、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油机重量和尺寸按功率比例增柴油机重量和尺寸按功率比例增加很快，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、高速柴油机的运动部件磨损中、高速柴油机的运动部件磨损比较严重，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2022年年6月月6日星期一日星期一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将燃气轮机的压气机送出的压缩空气在燃烧室中与燃油混合燃烧，产将燃
9、气轮机的压气机送出的压缩空气在燃烧室中与燃油混合燃烧，产生高温、高压燃气冲击动力涡轮作功，动力涡轮通过减速齿轮箱等传生高温、高压燃气冲击动力涡轮作功，动力涡轮通过减速齿轮箱等传动设备驱动螺旋桨。动设备驱动螺旋桨。l舰用燃气轮机是在航空燃气轮机应舰用燃气轮机是在航空燃气轮机应用以后发展起来的新型动力装置。用以后发展起来的新型动力装置。20世纪世纪40年代，国外开始研究舰用年代，国外开始研究舰用燃气轮机，燃气轮机，1947年，英国海军在炮年，英国海军在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。2022年年6月月6日星期一日星期一核动力装置核动力装置14舰用燃气轮机的应用舰用燃气
10、轮机的应用112舰使用的燃机舰用燃气轮机2022年年6月月6日星期一日星期一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燃气轮机动力装置具有功率大、燃气轮机动力装置具有功率大、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机组结构较复杂，进、排气口附机组结构较复杂，进、排气口附近噪声大，必须采取消声措施近噪声大，必须采取消声措施l由于燃气的高温，叶片使用的合由于燃气的高温，叶片使用的合金材料价格昂贵，工作可靠性差，金材料价格昂贵，工作可靠性差，寿命短寿命短l耗油率高耗油率高l进、排气管道尺寸较大，给机舱进、排气管道尺寸较大，给机舱布置带来困难布置带来困难l20世纪世纪
11、70年代以后，舰用燃气轮机年代以后，舰用燃气轮机进入迅速发展时期，装舰使用范围进入迅速发展时期，装舰使用范围已由快艇发展到护卫舰、导弹驱逐已由快艇发展到护卫舰、导弹驱逐舰、巡洋舰、直升机母舰、轻型航舰、巡洋舰、直升机母舰、轻型航空母舰等大、中型水面舰艇，全世空母舰等大、中型水面舰艇，全世界已有界已有30多个国家海军使用燃气轮多个国家海军使用燃气轮机，其中俄罗斯的舰用燃气轮机的机，其中俄罗斯的舰用燃气轮机的总装机功率居世界前列。总装机功率居世界前列。2022年年6月月6日星期一日星期一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船舶核动力装置以原子核裂变能作为推进动
12、力，包括核反应堆、为产船舶核动力装置以原子核裂变能作为推进动力，包括核反应堆、为产生功率推动船舶前进所必需的有关设备以及为提供装置正常运行、保生功率推动船舶前进所必需的有关设备以及为提供装置正常运行、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2022年年6月月6日星期一日星期一核动力装置核动力装置17潜艇核动力装
13、置示意图潜艇核动力装置示意图2022年年6月月6日星期一日星期一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美国、苏联美国、苏联/俄罗斯、英国、法国、俄罗斯、英国、法国、中国中国已经建造了已经建造了500多艘核潜艇，多艘核潜艇，至至2002年，世界上仍然在役的核年，世界上仍然在役的核潜艇有潜艇有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2
14、022年年6月月6日星期一日星期一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？2022年年6月月6日星期一日星期一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2022年年6月月6日星期一日星期一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
15、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2022年年6月月6日星期一日星期一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 9,800kcal1kg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同一质量下，核能比化学能
16、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2022年年6月月6日星期一日星期一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
17、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2022年年6月月6日星期一日星期一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2022年年6月月6日星期一日星期一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
18、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）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2022年年6月月6日星期一日星期一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
19、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界上第一艘核动力航空母舰，世界上第一艘核动力航空母舰，1964年进行了史无前例的环球航行年进
20、行了史无前例的环球航行,途中无需加油和再补给途中无需加油和再补给,历时历时64天天,总航程总航程3万多海里。万多海里。2022年年6月月6日星期一日星期一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2022年年6月月6日星期一日星期一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
21、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2022年年6月月6日星期一日星期一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。2022年年6月月6日
22、星期一日星期一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。 2022年年6月月6日星期一日星期一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2022年年6月月6日星期一日星期一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
23、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2022年年6月月6日星期一日星期一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2022年年6月月6日星期一日星期一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2022年年6月月6日星期一日星期一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
24、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2022年年6月月6日星期一日星期一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2022年年6月月6日星期一日星期一核动力装置核动力装置37船舶推进方式船舶推进方式2022年年6月月6日星期一日星期一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
25、中子堆快中子堆2022年年6月月6日星期一日星期一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2022年年6月月6日星期一日星期一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慢化剂采用轻水
26、，冷却剂采用轻水，冷慢化剂采用轻水，冷却剂采用轻水，冷却剂在堆芯不沸腾却剂在堆芯不沸腾l采用采用U-235富集度为富集度为34%的的UO2陶瓷陶瓷燃料，在舰船压水堆上由于要提高堆芯燃料，在舰船压水堆上由于要提高堆芯寿命，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、二回路之间相互隔离，二回路不需一、二回路之间相互隔离，二回路不需要屏蔽要屏蔽l结构紧凑、体积小、功率密度高、平均结构紧凑、体积小、功率密度高、平均燃耗较深，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2
27、022年年6月月6日星期一日星期一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%
28、FP，甚至，甚至100%FP。2022年年6月月6日星期一日星期一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放射性物质会随着蒸放射性物质会随着蒸汽进入汽轮机等设备，汽进入汽轮机等设备，需要屏蔽的体积和质需要屏蔽的体积和质量大大增加，增加了量大大增加，增加了维护难度。维护难度。2022年年
29、6月月6日星期一日星期一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分压力容器式和压力管分压力容器式和压力管式两类；式两类；l是发展较早的堆型，有是发展较早的堆型，有各种类别，但已实现工各种类别，但已实现工业规模推广的只有加拿业规模推广的只有加拿大发展起来的坎杜型压大发展起来的坎杜型压力管式重水堆。力管式重水堆。2022年年6月月6日星期一日星期一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
30、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2022年年6月月6日星期一日星期一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
31、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。2022年
32、年6月月6日星期一日星期一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2022年年6月月6日星期一日星期一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
33、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。2022年年6月月6日星期一日星期一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采用具有很高传热率的液态钾采用具有很高传热率的液态钾-钠合金或者铅钠合金或者铅-铋合金作为冷铋合金作为冷却剂，二回路采用水作循环工质，可以获得很高的出口温却剂，二回路采用水作循环工质，可以获得很高的出口温度
34、和效率；度和效率； 例如，美国的例如，美国的S2G型液态金属冷却堆的效率达到型液态金属冷却堆的效率达到22，而同期的压水堆，而同期的压水堆只有只有17左右。左右。l目前研究的快中子增殖堆均采用液态金属作冷却剂，而没目前研究的快中子增殖堆均采用液态金属作冷却剂，而没有慢化剂；有慢化剂；l用液态金属作冷却剂可大大提高一回路的温度，而系统压用液态金属作冷却剂可大大提高一回路的温度，而系统压力只有力只有0.50.7MPa，既提高了装置的经济性，由于一回路，既提高了装置的经济性，由于一回路压力降低，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。2022年年6月月6日星期一日星期一核动力装
35、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 2022年年6月月6日星期一日星期一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
36、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。2022年年6月月6日星期一日星期一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年服役的美国核潜艇年服役的美国核潜艇“海狼海狼”号（号（SSN-575）采用了液）采用了液态金属堆，在经过态金属堆，在经过23个月运行后，由于高温液态钠将热交换个月运行后，由于高温液态钠将热交换器管子蚀穿，发生了泄漏事件，在艇航行
37、了器管子蚀穿，发生了泄漏事件，在艇航行了61600海里后，海里后，又改换了压水堆。又改换了压水堆。l1970年底，苏联年底，苏联“阿尔法阿尔法”级核潜艇级核潜艇K-64号因装备的液态号因装备的液态金属堆发生堆芯熔毁事故而在巴伦支海沉没，暴露出这种堆金属堆发生堆芯熔毁事故而在巴伦支海沉没，暴露出这种堆型的安全性问题，加之日常维护困难、噪声巨大，最终导致型的安全性问题，加之日常维护困难、噪声巨大，最终导致这一级具有极高航速和大潜深的潜艇提前退役。这一级具有极高航速和大潜深的潜艇提前退役。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 美国第二艘核潜艇、美国唯一美国第二艘核潜艇、美
38、国唯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。l 1952年年7月开工制造，月开工制造，1953年年7月下水。月下水。l 比鹦鹉螺号核潜艇要先进，可比鹦鹉螺号核潜艇要先进，可产生过热蒸汽，降低动力装置产生过热蒸汽，降低动力装置尺寸尺寸40%。l 具有潜在的危险性，发生一次具有潜在的危险性，发生一次钠泄露事故。钠泄露事故。1987年年3月退役。月退役。“海狼”号钠冷核潜艇2022年年6月月6日星期一日星期一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？