核动力航母产生的强大蒸汽,居然会被同行“鄙视”!

经过几年持续不断地讲解。当今的大多数观众,终于知道核动力航母和核动力潜艇上的反应堆,实际上都是“烧热水”的。通过压水堆的第二回路,产生高温高压蒸汽;这些高温高压蒸汽再来推动汽轮机进行直接的机械做功或者用来发电。如果直接机械做功,还需要经过庞大的变速齿轮系统,才能带动航母或者核潜艇的主轴来推进。如果发电,则可以提供全船电网用电。也可以采用全电推进模式。带动电动机螺旋桨或者泵推模式推进。因此这些压水堆的核动力包和核弹没有任何关系。也不是在上面接上根电线就可以自动往外输电。核动力包其实缺点也很明显。这就是系统庞大复杂,有相当的危险性和污染性;保护壳沉重。一旦停堆再启堆就不是一天两天。因此核动力舰船并非部分人想象的那样无往而不利。

大型核动力系统必须烧热水置换出能量。这个基本模式,就算到了现在非常流行的,属于最前沿科技的可控核聚变仍然淘汰不了。可控核聚变的持续反应温度可能高达数亿度。但是这对终端用户来说仍然没有多大的意义。因为终端用户需要的,大部分还是普通的220V的家庭用电;工业用户也不过大部分是380V。几亿度的核聚变堆的核心,还需要先转换成几百度的高温高压蒸汽,然后再用蒸汽发电。因此不论是燃煤锅炉、燃油锅炉、压水堆、沸水堆、未来的聚变堆,还是现代已经不多见的农村的柴火灶,其基本原理都是一样的。都必须先烧热水产生蒸汽,再利用蒸汽来做事情。对大型常规电站、核电站以及核动力航母和核潜艇来说,它们都离不开一类关键的设备,这就是蒸汽轮机。

只有蒸汽轮机才能把高温高压蒸汽转变成机械动力或者用来发电,再提供给大大小小的各类电网。那么蒸汽轮机到底是一种什么设备呢?蒸汽轮机也被称为汽轮机或者蒸汽透平发动机,基本是一个意思。瓦特最早改进的蒸汽机,是活塞往复式运动做功的蒸汽机,比如在老式的火车头上还可以看到。但是蒸汽轮机是靠蒸汽推动下的旋转做功的动力装置。这很像活塞汽车发动机和燃气轮机的区别。高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为被加速的气流后喷射到蒸汽轮机的系列叶片上,产生高速机械旋转。汽轮机是现代火力发电厂的核心设备,也是大型航母,核动力潜艇必须的动力转化装置。蒸汽轮机性能和功率的提升。和人类社会对电力需求的越来越大直接有关,属于水涨船高的模式。1900年,当时最发达的纽约市的全部用电负荷已经超过了100万千瓦。此时最大的火力发电汽轮机的功率是1万千瓦。

因此带动整个纽约的用电,需要100多台这种汽轮机。到了二战后,就已经制造出了单机功率100万千瓦的巨型汽轮机。瀚海狼山(匈奴狼山)认为,等于1900年全纽约的用电负荷,用这么一台巨型汽轮机发电就够了。不过此时纽约全市的用电负荷已经提高到几千万千瓦。当今全球最大的单台汽轮机功率已经超过130万千瓦。足够推动5艘福特级还有余。不过这是大型热电厂的巨型汽轮机而不是航母上的中型汽轮机。目前大部分常见的发电汽轮机的单机功率在60万千瓦到100万千瓦之间。蒸汽作为传导能量的媒介,其内部压力越大、温度越高;则做功时单位能量越大。目前全球最强的发电蒸汽,内部温度高达650摄氏度;内部压力高达32兆帕。也就是一平方厘米的管道壁就要承受320公斤的压力,相当惊人。一般单纯根据蒸汽的内压。区分为:

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低压、中压、高压、超高压、亚临界、超临界、超超临界蒸汽。内压320公斤,温度650度的蒸汽就是超超临界蒸汽。主要用来推动大型发电站的巨型机组。而航母和核潜艇上的蒸汽压力远远到不了超超临界的程度。比如常规燃油锅炉的小鹰级的蒸汽最高温度在560度到580度之间;最大压力8.4兆帕。最多算超高压或亚临界蒸汽。而核动力航母和核潜艇动力包产生的蒸汽压力更不给力,只有410度以下,内压还不到5个兆帕。如果这种蒸汽压力提供给巨型燃煤电厂,会被直接鄙视!因此导致尼米兹级和福特级上的蒸汽轮机的直径,近似功率下必须比小鹰级的常规蒸汽轮机直径更大,叶片更多。才能利用压力和温度都弱得多的蒸汽。但是能量转化效率仍然要低几个百分点。这也是核动力不是什么都强的一大体现。

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料友留言(数量:2条)

料友:老资料网友617 2021-07-11 08:51
舰船核电系统有冷凝系统,最内层放射性元素裂变制造热。然后在外面一层是重水层或者液盐层也一层起到热传到作用的。然后再外面一层是蒸发层,纯净水蒸发推动蒸汽轮机旋转发电,出来后有冷凝系统把这些水蒸气冷凝后循环使用。冷凝系统外部靠水泵把把海水抽上来做热交换,或者其他办法,总之这一步就容易解决了。然后在核动力舰船行驶的轨迹上的海水比正常海水温度高,究竟有多高这需要具体测量了,本人无法依靠脑补计算
料友:平安夜快乐 2021-07-11 11:17
等着温差发电材料的完善吧。
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