俗话说:有压力才会产生动力。核潜艇就是用从压水堆产生的核能来推动潜艇的,在核潜艇末端的推进装置上,传递着由“核心脏”输送转化过来的动能。核能不会直接驱动核潜艇,要经过几次能量转换,才能让巨大的“钢铁黑鲨”疾驰飞奔。最常见的潜艇核动力系统推进方式有两种。
首先由核反应堆中的核燃料进行核反应并产生极高的热量(热能);然后将核反应堆内的水“煮开”变成温度依然很高的饱和蒸汽,蒸汽通过特制的喷嘴形成速度极快的蒸汽流(动能);蒸汽流推动潜艇主汽轮机的叶片运转,汽轮机的运转经过减速后带动螺旋桨旋转(机械能);螺旋桨运转时与海水的反作用力推动潜艇前进(动能)。能量转换全过程大致为:核能→热能→动能→机械能→动能。
这种核动力装置主要为核潜艇航行提供驱动力,也辅助提供电力。它们由密闭循环的一回路和二回路组成。
“核反应堆—蒸汽轮机”工作原理图
一回路由主冷却剂系统和各种辅助系统组成。主冷却剂系统包括核反应堆、主冷却剂泵、蒸汽发生器、稳压器等设备。一回路里的高温高压水被核燃料加热后,在蒸汽发生器里将热量传递给二回路,并将二回路的凉水加热为蒸汽;一回路里被冷却的水再次返回核反应堆里,继续将核燃料产生的热量带出来,这样周而复始。
二回路里,前半部分流动的是被一回路加热后产生的蒸汽,后半部分流动的是被冷凝器冷却后的水,一、二回路的交会处是蒸汽发生器。二回路的水在蒸汽发生器里被加热后变成饱和蒸汽(图中“长虚线”部分),大部分用来驱动主汽轮机,经减速齿轮减速后带动螺旋桨旋转,提供潜艇的推进动力。还有一小部分蒸汽用来驱动汽轮发电机,提供潜艇上的辅机工作和全艇生活的用电。做完功的蒸汽被称为废汽(图中“点虚线”部分),废汽被冷凝器中的海水冷却后,又通过给水泵被打回到蒸汽发生器里继续加热,产生新的蒸汽。二回路也是这样做着不间断的循环往复工作。(www.xing528.com)
在核潜艇出现主动力故障等特殊情况时,可启用柴油直流发电机(通气管状态航行时)或蓄电池(水下航行时)提供直流电源,并通过直流推进电机驱动螺旋桨。
第二种是“核反应堆—电机”推进方式。
目前,只有法国采用单一的“核反应堆—电机”推进作为核潜艇的主动力。
在这种推进方式中,核能为核潜艇的各种交直流电动机、仪器仪表、照明设备、电灶等用电设施提供电源。其整个转换过程是:由核反应堆中的核燃料进行核反应并产生高温,然后将核反应堆内的水“煮开”变为蒸汽,后经喷嘴加速变为蒸汽流推动汽轮交流发电机运转,并产生交流电。交流电可以直接提供给全艇交流用电设备,也能通过变流机组转换为直流电后再提供给直流用电设备,这里就包括给直流推进电机供电,直流推进电机带动螺旋桨转动进而驱动潜艇。能量转换全过程大致为:核能→热能→动能→机械能→电能→动能。
以上两种推进方式就是我们常说的“核能推进”,与普通发电站推进方式相比较,它们的原理除了使用的“锅炉”不同外,其他部分几乎一样。
“核反应堆—电机”工作原理图
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