你眼中高大上的核動力裝置,或許只是換了一個方式燒鍋爐
原標題:你眼中高大上的核動力裝置,或許只是換了一個方式燒鍋爐
一提到核動力,大家的第一印象總是和「先進」、「高大上」等詞聯繫在一起,事實也確實如此,核動力潛艇,核動力航母,每一個都是高大上的代名詞;而每當提到「蒸汽輪機動力裝置」第一個想到的就是要」燒鍋爐「,總給人一種落後的感覺。但是我要說,或許你眼中高大上的「核動力裝置」,只是換了一個方式」燒鍋爐「?
核動力航母
對!你沒聽錯,」核動力裝置」或許只是換了一個方式」燒鍋爐「。要說我說的對不對,還要從」核動力裝置」的原理講起。
核動力潛艇
我們都知道,核動力裝置的基礎原理就是通過原子核裂變反應所產生的巨大熱能,通過工質(蒸汽或燃氣)推動蒸汽輪機或燃氣輪機工作的裝置。最常用的就是以鈾 235為主的核燃料在反應堆內進行裂變並放出大量熱能。
鈾 235的裂變反應
現有的核動力艦船,幾乎全部採用「壓力水型反應堆」,所以我等下就主講一下「壓力水型反應堆」。
壓力水型反應堆原理圖
它的工作原理就是:
第一迴路中,主泵將高壓冷卻劑(壓水堆以加壓的未發生沸騰的輕水(即普通水)作為反應堆的慢化劑和冷卻劑)送入反應堆,一般冷卻劑保持在120~160個大氣壓(現在的壓力可達147~196個大氣壓)。在高壓情況下,冷卻劑的溫度即使300℃多也不會汽化。冷卻劑把核燃料放出的熱能帶出反應堆,並進入蒸汽發生器,通過蒸汽發生器中數以千計的傳熱管,把熱量傳給管外的二迴路水,使水沸騰產生蒸汽,然後再通過主泵將高壓冷卻劑送回反應堆。這樣就形成了一個具有放射性的密閉的循環迴路。
第二迴路中,從蒸汽發生器出來的高溫高壓蒸汽,推動汽輪機做工。做過功的廢汽在冷凝器中凝結成水,再由凝結給水泵送入加熱器,重新加熱後送回蒸汽發生器。
第三迴路中,冷凝器中用循環泵抽來的舷外水作冷卻劑,冷卻後又排回到舷外。這也是為什麼核電站都要建在有水的地方的原因。
核電站都建在有水的地方
分為多個迴路後,這樣做的好處就是,容易屏蔽反應堆的核輻射,這樣二迴路的蒸汽不帶輻射,這樣在檢修和維護「汽輪機」等重要設備時就方便多了。不過缺點也有,經過多次能量交換,效率損失不少。
汽輪機
通過上面的原理我們可以看出,核裂變發出的熱量是無法直接驅動機械的,只能通過產生蒸汽來驅動汽輪機轉化為機械能。這和「蒸汽輪機動力裝置」的原理是一樣的,唯一的區別就是「燒鍋爐」的方式不同罷了。「蒸汽輪機動力裝置」是通過重油或者渣油來燒「鍋爐」;而「核動力裝置」是通過「核燃料」來燒「鍋爐」。
俄羅斯航母的鍋爐
如果大家覺得「壓水堆」複雜不好理解,我們可以用更加簡單的「沸水堆」來講解。下圖是核電站的「沸水堆」原理圖。它省去了「壓水堆」的一二迴路,直接通過核裂變產生的熱能使冷卻水氣化,推動汽輪做工。
當然我說核動力裝置只是換了一個方式燒鍋爐,只是想通過這種方法讓大家更容易了解核動力裝置的基本原理,並不是有意去」踩低「核動力。實際核動力裝置是非常複雜的,估計一個知識點,就夠專家們研究一輩子的了。
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作者:小船人的夢想
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