瀚海狼山:航母与核潜艇反应堆的启堆问题
2019-06-12 08:05:35
应用户的要求,瀚海狼山在这里再讲一下反应堆的启堆问题,因为问题是仍然讨论航母和核潜艇反应堆的状况而引发。但是毕竟目前航母专用反应堆只有美军在实用化。因此只能纯理论上谈论一下,但是航母反应堆和民用核电站的堆型虽然有很大的不同,不过目前全部的航母堆和70%的民用堆都是压水堆,他们在基本原理和技术上仍然有相似之处。因此本文就穿插讨论,把复杂的问题讲的尽量的简单些,方便用户理解。之所以说航母包括核潜艇的启堆非常重要。这是因为核动力船舶和常规动力的船舶动力包有很大的不同,虽然核动力仍然要通过蒸汽轮机对外做功和发电,但是反应堆的运行使用规律,和普通的燃油锅炉、柴油机和燃气轮机几乎没有共同特点,而且核反应对有一定的危险性,因此在使用时绝对不可以任意乱来。
必须严格按照科学规律来操作,来不得半点马虎。前几天已经说过,对常规动力的主力舰船来说,燃气轮机的启动速度最快,可能仅仅需要10分钟就可以到满功率了。而柴油机次之,从冷机到跑出巡航速度,可能需要20分钟左右;而用燃油锅炉的蒸汽轮机最慢,过去需要几个小时启动。改进后也需要1个小时以上,才能进入正常巡航状态。核动力舰船启动速度如何?相对于这三大常规动力,可以说慢的吓人!我们说常规动力从完全关机到正常运行叫冷启动。那么对核动力舰船来说,反应堆内部的冷却剂温度低于60℃,堆芯处于次临界状态的启动称为冷态启动。短时间停运并保持冷却剂温度在280℃以上的启动称为热态启动。崭新的核动力航母或者崭新的核潜艇首次装载燃料后的启动称为初次启动。速度最慢,步骤最复杂的,当然是初次启动。
即使航母从检修维护状态,到再次靠自身动力运行的冷启动和热启动。速度也快不了。新航母或者新核潜的初次启动整个过程可能需要时间以月计。而检修后再恢复值班状态的航母和核潜艇,从冷启动到正常功率运行,需要的时间也是以周计算的。想在24小时内恢复正常运行,几乎是不可能完成的任务。根本原因就在于舰船核动力包,甚至包括几乎所有的民用核反应的升功率,是一个缓慢的渐进的过程。需要满足反应堆内复杂的核反应。这个过程绝对不能操之过急,否则将造成不可挽回的事故。一般来说,无论军用船舶堆还是民用堆,一旦启动,一开始功率都很小。额定功率十几万千瓦甚至百万千瓦级的反应堆,刚刚启动后,反应功率只有1兆瓦到十几兆瓦。能带动的外负荷,最多只能把航母上一部分炉机舱或者民用核电站内部的照明系统点亮;然后再慢慢的继续升功率,此时慢慢带动汽轮机加速旋转,最终进入汽轮机正常发电或者带动动力轴的状态。不论是全新的航母还是老航母维护后重新服役,包括核潜艇,这个启动的过程,都要比常规动力的大型舰船慢1个甚至2个数量级。
因此虽然大家都看到超级大国的超级航母多,但是平时一大半都在停堆维护状态,真有高烈度的突发局部战争。这些航母本身启动过程就要以周来计算。而现代战争都追求速战速决,1周完全可以分出胜负,2周战场都打扫干净了。超级大国想把所有的核动力航母都调动起来,不用说赶到战区,就是能开出港口,没有一个月也折腾不完。一两个月之后?恐怕只能到战区吓唬人了。若战略对手根本不吃吓唬,那么再多的核动力航母启动起来也没啥用。
必须严格按照科学规律来操作,来不得半点马虎。前几天已经说过,对常规动力的主力舰船来说,燃气轮机的启动速度最快,可能仅仅需要10分钟就可以到满功率了。而柴油机次之,从冷机到跑出巡航速度,可能需要20分钟左右;而用燃油锅炉的蒸汽轮机最慢,过去需要几个小时启动。改进后也需要1个小时以上,才能进入正常巡航状态。核动力舰船启动速度如何?相对于这三大常规动力,可以说慢的吓人!我们说常规动力从完全关机到正常运行叫冷启动。那么对核动力舰船来说,反应堆内部的冷却剂温度低于60℃,堆芯处于次临界状态的启动称为冷态启动。短时间停运并保持冷却剂温度在280℃以上的启动称为热态启动。崭新的核动力航母或者崭新的核潜艇首次装载燃料后的启动称为初次启动。速度最慢,步骤最复杂的,当然是初次启动。
即使航母从检修维护状态,到再次靠自身动力运行的冷启动和热启动。速度也快不了。新航母或者新核潜的初次启动整个过程可能需要时间以月计。而检修后再恢复值班状态的航母和核潜艇,从冷启动到正常功率运行,需要的时间也是以周计算的。想在24小时内恢复正常运行,几乎是不可能完成的任务。根本原因就在于舰船核动力包,甚至包括几乎所有的民用核反应的升功率,是一个缓慢的渐进的过程。需要满足反应堆内复杂的核反应。这个过程绝对不能操之过急,否则将造成不可挽回的事故。一般来说,无论军用船舶堆还是民用堆,一旦启动,一开始功率都很小。额定功率十几万千瓦甚至百万千瓦级的反应堆,刚刚启动后,反应功率只有1兆瓦到十几兆瓦。能带动的外负荷,最多只能把航母上一部分炉机舱或者民用核电站内部的照明系统点亮;然后再慢慢的继续升功率,此时慢慢带动汽轮机加速旋转,最终进入汽轮机正常发电或者带动动力轴的状态。不论是全新的航母还是老航母维护后重新服役,包括核潜艇,这个启动的过程,都要比常规动力的大型舰船慢1个甚至2个数量级。
因此虽然大家都看到超级大国的超级航母多,但是平时一大半都在停堆维护状态,真有高烈度的突发局部战争。这些航母本身启动过程就要以周来计算。而现代战争都追求速战速决,1周完全可以分出胜负,2周战场都打扫干净了。超级大国想把所有的核动力航母都调动起来,不用说赶到战区,就是能开出港口,没有一个月也折腾不完。一两个月之后?恐怕只能到战区吓唬人了。若战略对手根本不吃吓唬,那么再多的核动力航母启动起来也没啥用。