旋转机

核航母反应堆的热能,怎样转化成机械能驱动

发布时间:2024/8/24 17:21:26   
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现代船舶推进动力有柴油机、蒸汽轮机、燃气轮机、柴-燃混合、柴电动力、核动力等。其中核动力具有功率大、航程近似无限等很多优点,在航母、核潜艇和破冰船、科考船上广泛使用。目前绝大多数船舶核动力都是压水反应堆,用高压轻水(纯净的普通水)作冷却剂和慢化剂,将热量从反应堆一回路中带出来。压水反应堆成熟可靠,结构紧凑,非常适合船舶使用。美国福特号航母核反应堆产生热能,却不能直接输出机械能、电能(航天器上的同位素电池可以小功率转换)。要驱动大型舰艇前进,还要有一整套转化装置,完成反应堆—高压蒸汽循环系统—汽轮机—发电机、减速齿轮系统—主轴—螺旋桨推进。1、核燃料在反应堆芯中裂变,释放出热中子和热能。由硼、镉等材料制成的控制棒可以吸收中子数量,控制裂变反应速度,并最终影响螺旋桨功率。2、轻水在1标准大气压下,温度升高到℃就开始沸腾。而反应堆一回路中,轻水加压到个大气压,温度升高到℃也不会沸腾。水的比热很高,能携带大量热量,轻水在反应堆一回路中吸收大量热能,然后在主冷却泵驱动下到达到蒸汽发生器。3、反应堆中有2个独立回路,相互隔绝避免辐射泄露。一回路的水从堆芯流过,有很强的辐射,不能直接做功,必须通过热交换器与二回路中的水热量交换。这个过程中肯定有能量损失,但也没办法。4、二回路的水加热后成为过热蒸汽,沿着管道到达汽轮机。蒸汽从高压喷嘴中喷出,推动汽轮机叶片旋转,将热能转化成机械能。▲核电站的热能电能转换5、汽轮机转速太快,还不能直接输出到螺旋桨。要经过减速齿轮组减速,通过轴系输出,驱动螺旋桨旋转。大部分热能转换成机械能,一部分热能通过汽轮机后面的电动机转换成电能,供应全舰电气使用,还有一部分过热蒸汽供蒸汽弹射器弹射飞机。减速器随着全电推进系统发展,人们也在积极尝试将核能转化成电能,将日常供电、电力推进、舰载武器设备供电合而为一,用电动机驱动螺旋桨。只是现在大型同步感应电机技术还不太成熟,所以在中小型舰艇上使用较多,在大型航母上还不行。英国“伊丽莎白女王”级航母以两台燃气轮机+全电推进,航速只有25-27节,达不到航母30节的标准需求。全电推进系统另外航母以高速大功率运行时间较多,动力系统利用效率高,对全电推进需求还不太迫切。和风漫谈原创,禁止抄袭。从热能到机械能转换中能量损失很大,美国“福特”级航母的A1B反应堆热功率达~兆瓦,最终汽轮机轴输出功率兆瓦(28万马力),还有96兆瓦用于发电,能量利用率很低。综上,经过蒸汽轮机、减速齿轮组的一系列转化,核反应堆的热能最终变成机械能和电能,驱动螺旋桨旋转,供应全舰电力。和风漫谈原创文字,欢迎

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