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核动力航母汽轮机的低温热源是如何解决的?

时间:2022-07-20 08:29 点击:254 编辑:邮轮网

我们知道像美国现役的尼米兹级航母不光体型庞大,而且因为其使用的是以核裂变为发热源的核动力装置,所以也使得航母具备近乎无限航程的作战能力。但是核动力航母并不是直接以核动力来驱动航母航行的,熟悉核动力驱动原理的朋友都知道,通过人为向核燃料棒中注入中子,加快核裂变从而放出大量的热能,然后利用这些热能加热金属管内的冷却水成为高温高压蒸汽,继而通过热交换器将外围的冷却水同样变成高温高压蒸汽,最终这些高温高压蒸汽推动汽轮机转子转动产生机械能。但是在这个核物理变化到热能再到机械能的过程中,除了存在大家熟悉的热效率/机械损失外,细分来说还存在可能会被大家忽视的低温浪费,也就是高温高压蒸汽进入汽轮机,推动转子做功后温度仍然几百度的废气低温热能会怎样?

当然学过热动力专业的学生都知道这部分乏气最终会进入冷却器冷凝成水,继续通过冷却泵送入核反应堆内的热交换器变成高温高压蒸汽长此往返下去。当然这套处理技术在陆地上的热电厂很常见,但是在航母这种空间很受限制的同时,对于动力系统要求又特别高的地方,就要想办法从这部分已做完功的乏气中继续产生效能,而这就是大家不太熟悉的低温热源应用技术。

其实对于解决低温热源有一个专业装置就是---吸收式热泵,所谓的吸收式热泵就是一种利用低品位热源,实现将热量从低温热源向高温热源泵送的循环系统,是一个专制回收利用低温热能的有效装置。其原理也很简单就是把汽轮机排出仍然具有几百度高温的乏气,通过吸收式热泵装置提取出乏汽内或者一部分冷凝水内的余热量,然后把回收过来的乏气热量和冷凝水热量用于,提前对进入核反应堆内热交换器内的循环水进行加热,以使得进入热交换器进行热交换的冷却水初温更高,继而在热交换过程中升温更快/产生的蒸汽流量更高,那么也就降低了一部分热损失,提高了核反应堆热能输出效率。

同时对于核动力航母而言,在舰载机大批量放飞的时候,航母上的四部蒸汽弹射器不光要能够持续不断的提供大量的高温高压蒸汽,而且航母还得高速航行产生甲板风来增强舰载机的短距起降能力。但是在这个过程中熟悉的朋友都知道蒸汽弹射器每次弹射完都会耗费大量的蒸汽,所以就得不停的补充淡化海水来弥补蒸汽的流失。但是对于正在执行舰载机起飞的航母而言,核反应堆产生的大量热能更多的要供应给汽轮机用于推动航母高速航行,留给蒸汽弹射器的热量并不是热多,但是蒸汽弹射器却要短时间内消耗大量的高温高压蒸汽。

所以航母上的吸收式热泵除了回收一部分乏气内的热量送回到核反应堆外,更多的是将这部分低温热源用于提前对产生高温高压蒸汽的储热罐内的淡化海水进行提前预热,这样一方面回收了这部分低温热源,提高了效率。另外一方面借助低温热源仍然具备几百度的高温来加热蒸汽弹射器内的淡化海水初温,解决了短时间内蒸汽弹射器需要消耗大量高温高压蒸汽不足的问题。简单来说,核动力航母上的吸收式热泵会将汽轮机做完功的乏气热量回收后,对蒸汽弹射器内的淡化海水进行提前预热,这样储热罐将淡化海水从液体变成气体的时间就缩短了很多,有助于蒸汽弹射器源源不断的工作,而这背后带来的是舰载机单批次放飞次数的增加,有利于增强航母的综合作战实力。

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