船舶核动力装置ppt课件.ppt
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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
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