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核動力航母產(chǎn)生的強大蒸汽,居然會被同行“鄙視”!

2021-07-09 22:17 作者:瀚海狼山  | 我要投稿



經(jīng)過幾年持續(xù)不斷地講解。當今的大多數(shù)觀眾,終于知道核動力航母和核動力潛艇上的反應(yīng)堆,實際上都是“燒熱水”的。通過壓水堆的第二回路,產(chǎn)生高溫高壓蒸汽;這些高溫高壓蒸汽再來推動汽輪機進行直接的機械做功或者用來發(fā)電。如果直接機械做功,還需要經(jīng)過龐大的變速齒輪系統(tǒng),才能帶動航母或者核潛艇的主軸來推進。如果發(fā)電,則可以提供全船電網(wǎng)用電。也可以采用全電推進模式。帶動電動機螺旋槳或者泵推模式推進。因此這些壓水堆的核動力包和核彈沒有任何關(guān)系。也不是在上面接上根電線就可以自動往外輸電。核動力包其實缺點也很明顯。這就是系統(tǒng)龐大復(fù)雜,有相當?shù)奈kU性和污染性;保護殼沉重。一旦停堆再啟堆就不是一天兩天。因此核動力艦船并非部分人想象的那樣無往而不利。


大型核動力系統(tǒng)必須燒熱水置換出能量。這個基本模式,就算到了現(xiàn)在非常流行的,屬于最前沿科技的可控核聚變?nèi)匀惶蕴涣???煽睾司圩兊某掷m(xù)反應(yīng)溫度可能高達數(shù)億度。但是這對終端用戶來說仍然沒有多大的意義。因為終端用戶需要的,大部分還是普通的220V的家庭用電;工業(yè)用戶也不過大部分是380V。幾億度的核聚變堆的核心,還需要先轉(zhuǎn)換成幾百度的高溫高壓蒸汽,然后再用蒸汽發(fā)電。因此不論是燃煤鍋爐、燃油鍋爐、壓水堆、沸水堆、未來的聚變堆,還是現(xiàn)代已經(jīng)不多見的農(nóng)村的柴火灶,其基本原理都是一樣的。都必須先燒熱水產(chǎn)生蒸汽,再利用蒸汽來做事情。對大型常規(guī)電站、核電站以及核動力航母和核潛艇來說,它們都離不開一類關(guān)鍵的設(shè)備,這就是蒸汽輪機。


只有蒸汽輪機才能把高溫高壓蒸汽轉(zhuǎn)變成機械動力或者用來發(fā)電,再提供給大大小小的各類電網(wǎng)。那么蒸汽輪機到底是一種什么設(shè)備呢?蒸汽輪機也被稱為汽輪機或者蒸汽透平發(fā)動機,基本是一個意思。瓦特最早改進的蒸汽機,是活塞往復(fù)式運動做功的蒸汽機,比如在老式的火車頭上還可以看到。但是蒸汽輪機是靠蒸汽推動下的旋轉(zhuǎn)做功的動力裝置。這很像活塞汽車發(fā)動機和燃氣輪機的區(qū)別。高溫高壓蒸汽穿過固定噴嘴成為被加速的氣流后噴射到蒸汽輪機的系列葉片上,產(chǎn)生高速機械旋轉(zhuǎn)。汽輪機是現(xiàn)代火力發(fā)電廠的核心設(shè)備,也是大型航母,核動力潛艇必須的動力轉(zhuǎn)化裝置。蒸汽輪機性能和功率的提升。和人類社會對電力需求的越來越大直接有關(guān),屬于水漲船高的模式。1900年,當時最發(fā)達的紐約市的全部用電負荷已經(jīng)超過了100萬千瓦。此時最大的火力發(fā)電汽輪機的功率是1萬千瓦。


因此帶動整個紐約的用電,需要100多臺這種汽輪機。到了二戰(zhàn)后,就已經(jīng)制造出了單機功率100萬千瓦的巨型汽輪機。瀚海狼山(匈奴狼山)認為,等于1900年全紐約的用電負荷,用這么一臺巨型汽輪機發(fā)電就夠了。不過此時紐約全市的用電負荷已經(jīng)提高到幾千萬千瓦。當今全球最大的單臺汽輪機功率已經(jīng)超過130萬千瓦。足夠推動5艘福特級還有余。不過這是大型熱電廠的巨型汽輪機而不是航母上的中型汽輪機。目前大部分常見的發(fā)電汽輪機的單機功率在60萬千瓦到100萬千瓦之間。蒸汽作為傳導(dǎo)能量的媒介,其內(nèi)部壓力越大、溫度越高;則做功時單位能量越大。目前全球最強的發(fā)電蒸汽,內(nèi)部溫度高達650攝氏度;內(nèi)部壓力高達32兆帕。也就是一平方厘米的管道壁就要承受320公斤的壓力,相當驚人。一般單純根據(jù)蒸汽的內(nèi)壓。區(qū)分為:


低壓、中壓、高壓、超高壓、亞臨界、超臨界、超超臨界蒸汽。內(nèi)壓320公斤,溫度650度的蒸汽就是超超臨界蒸汽。主要用來推動大型發(fā)電站的巨型機組。而航母和核潛艇上的蒸汽壓力遠遠到不了超超臨界的程度。比如常規(guī)燃油鍋爐的小鷹級的蒸汽最高溫度在560度到580度之間;最大壓力8.4兆帕。最多算超高壓或亞臨界蒸汽。而核動力航母和核潛艇動力包產(chǎn)生的蒸汽壓力更不給力,只有410度以下,內(nèi)壓還不到5個兆帕。如果這種蒸汽壓力提供給巨型燃煤電廠,會被直接鄙視!因此導(dǎo)致尼米茲級和福特級上的蒸汽輪機的直徑,近似功率下必須比小鷹級的常規(guī)蒸汽輪機直徑更大,葉片更多。才能利用壓力和溫度都弱得多的蒸汽。但是能量轉(zhuǎn)化效率仍然要低幾個百分點。這也是核動力不是什么都強的一大體現(xiàn)。


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