谁都知道全电推进好,如果技术允许,核动力航母肯定是喜欢采用全电推进系统。但是,技术不是还差了点嘛。
福特级航母
全电推进是舰船动力的一次革命,它将日常供电、电力推进、舰载武器设备供电合而为一。相对于传统机械推进方式,具有节省空间、便于布局、易操作、低噪音、省燃料等诸多优点,同时为电磁弹射、电磁拦阻、电磁炮、激光炮等新设备新武器上舰创造了条件,是未来发展的主要方向。
电磁弹射
电力推进不是新技术,早在1920年,美国列克星顿号航母就使用了蒸汽轮机发电+电动机推进技术。原因是因为大型蒸汽轮机的减速装置技术不成熟。但是电力推进也带来了抗打击能力不足、主电缆受损全舰功能失效的巨大问题。
1942年列克星敦在战争受损并不严重的情况下,因为主电缆损毁,丧失全部动力和损管能力,最终沉没于太平洋。此后美国放弃了全电化设计,而且大功率减速装置逐渐成熟,最终选择了内燃机推进模式。
但现在的航母都是耗电大户,不全力发电是不行了。以福特级航母为例,单电磁弹射就需要160兆瓦电力,全速航行时推进系统需要200兆瓦功率。更别说还有电磁拦阻,电磁炮等,哪一个都是耗电大户。
PMM先进同步感应电机
但是因为大型同步感应电机技术仍不太成熟,无法提供如此多的电力,导致电推进技术还差点火候,所以福特级核动力航母前3艘仍然使用蒸汽轮机驱动螺旋桨的机械推进系统。
等待感应电机技术成熟之后,计划在第4艘福特级航母上安装全电推进系统,实现日常供电、电力推进、舰载设备供电合而为一。
英国的伊丽莎白女王级航母,总发电功率112兆瓦,推进系统80兆瓦,最大航速26节。为什么航速那么慢,达不到普遍的30节以上,就是因为电推功率不足。更大的电机目前技术尚不成熟,现有的感应电机又大又重,也无法安放太多台。
综上原因,核动力航母仍然使用蒸汽轮机。但随着技术的成熟,未来的航母肯定会使用全电推进替代蒸汽轮机的。
作为一名核电从业者,从核能发电的角度解答下这个问题。
航母中所用的核动力堆公开资料很少,航母中动力堆能量转化形式是这样的:核能——热能——汽轮机动能——螺旋桨动能,少部分蒸气用来发电。
航母从核反应堆获取的绝大部分能量都是直接利用汽轮机通过主轴(之间很可能还有减速箱)带动螺旋桨来获取前进的动力,少部分用来发电来支持舰上电子设备的运行,还有一部分蒸气用来给蒸气弹射系统供应蒸汽。
1、增强了航母的机动能力
航母作为海上作战基地之一,机动性是一个重要指标。我们如果假设完全转化为电能,如果航母启动时,二回路产生的蒸气必须等到足够的量,通常反应堆功率需要达到25%以上才能进行汽轮机冲转,这样才能带动发电机生产出频率合格的交流电,否则汽轮机转速不到,频率不合格,生产出来的电能就无法给电动机使用。
汽轮机直接带动螺旋桨就不存在这个问题,只有有转速就可以即刻划水前进。
2、省去发电机提高了效率
能量传递经过的设备越多,效率就越低,本来航母用反应堆功率就有限,使用发电机产生的电能带动电动机驱动航母就会损失一部分能量。假设发电机的效率为90%,电动机的效率为80%,那么从汽轮机大轴传递过来的能量就只能有72%的能量用来驱动航母。
3、省去发电机及其辅助系统的
少用一个大型设备意味着就会将故障率降低一个档次,减少了发电机及其辅助系统的不仅仅会减少航母的制造成本还可以降低航母的故障率,此外也会节省出很大一部分发电机及其辅助系统(氢气冷却系统、润滑油系统、励磁系统、定子冷却水系统等)占用的空间。
全电驱动核动力航母还有很多的优势的,制造工艺也更为复杂,艇用反应堆要求体积小、能量输出效率高、设备可靠,因为没有像商运核电站一样可以设置多重冗余的安全系统,因此舰艇核反应堆对于安全性和可靠性的要求就极高,这仍是我国科研人员的努力的方向。
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为什么核动力航母使用的不是先进的全电推进模式,而是使用的是已经有一百多年历史的蒸汽轮机推进?
原因非常简单,就是使用综合电力系统,那也得乖乖用核反应堆烧热水,
毕竟核裂变的时候,释放出的是大量的热能....而不是电能。
而反应堆的地位和重油一样也就是通过核裂变烧热水....
核反应堆的堆芯直接加热一回路的超净水,但是因为一回路是直接流经堆芯的,所以说有大量的放射性元素,不可能直接使用。
一回路的热水用来加热二回路的热水,这个环节产生的高压蒸汽才是真正用来推进或者发电的
然后到这里才有差距,也就是到这里用于动力和用于发电的汽轮机才有明显的差距
但是也就是多少叶片的区别....
并且航母这东西动力都得过剩配置啊......
动力不够很尴尬的.....
并且进入战区以后,反应堆就是全功率运作...
所以说区别不是很大。
综合电力系统更适合常规动力舰艇,毕竟发动机在最经济的状态运行,提升续航。以及短暂的冲刺或者开相控阵雷达什么的
并且电动不是太靠谱....45和ddg1000都出现过动力中断......航母出个这问题扛不住啊......
其实所有的核动力都是通过热传递后驱动发电设备获得电能,核反应堆获得的是热能不是电能。目前流行的核反应堆是压水反应堆。正常情况下核裂变产生的热量都会被水带走,加热过后的水变成水蒸气,这些高温高压的气体再通过存储机构和管路再驱动蒸汽轮机。而电力来自于蒸汽轮机带动的发电机,在传统核动力航母上还用蒸气轮机驱动带着螺旋桨的主轴。
目前最新的所谓全电推进的核动力航母是取消了蒸汽轮机驱动主轴,蒸气轮机全部用来发电,然后部分电力通过电缆传输geu电机再带动主轴,这样可以简化航母主轴的长度。而且提高了航母的不沉性,因为舱室不要被长长的主轴戳穿了。
按照现有的核能技术还无法实现从核反应中获得电力。包括太阳在内的恒星的热核反应产生的最多的也是热量而已。
目前美国福特级航空母舰已经开始使用全电推进技术,只不过还是需要通过蒸汽轮机进行电能的转变。而英国的伊丽莎白女王号航母的全电推进则是燃气轮机驱动发电机,这样省却了烧锅炉而已。
纸上的宣仔,为您解答。
人类一直到今天,对核能的利用仍然停留在。。。烧开水这个层次上。即便是核电,也要先烧开水,驱动蒸汽轮机切割磁感线发电,也就是完成核能-热能-动能-电能的转换。所以核航母也好,核潜艇也好,不管是不是综合电力推进,都绕不过蒸汽轮机。
所以题主对核电可能有点误解。不论核电站还是舰用核反应堆,都是烧开水驱动蒸汽轮机。而核能直接转换为电能的这种形式,虽然也有,但是功率是非常小的,没有办法用在大型动力系统上,这就是核衰变电池。核衰变电池是利用同位素衰变时释放的热中子,利用热电偶来进行发电,或者利用衰变时释放的β粒子(也就是电子)直接发电。然而热转换型核电池的能量效率是0.1~5%,而非热转换型核电池则有6~8%,都是非常小的,没办法实用,只能用在一些特殊领域,比如航天。我国的玉兔号月球车,其实就是靠一块核衰变电池驱动的。
玉兔号月球车
下图是一个典型的二回路压水堆动力系统,二回路的蒸汽,一路给到发电用的蒸汽轮机,为全舰提供所需电力;一路给到主蒸汽轮机使其高速转动,再通过变速箱驱动螺旋桨/泵喷耦合,产生前进的动力。
舰用反应堆和舰用蒸汽轮机的结构
核电站的用于发电的大型蒸汽轮机,以及叶片结构,与燃气轮机看起来很像
实际上随着综合电力系统的普及,核电驱动的航母也是有的,那就是美国最新一代的——福特级航母。福特级航母使用了最为先进的2台A1B核反应堆,并且在动力舱内置了一个小型核电站。A1B是目前最强的船用核反应堆,单台热功率高达350MW,也就是说福特拥有总共700MW的热功率。2台A1B反应堆可以驱动蒸汽轮机转动发电,总发电功率可达125MW,并且还可以驱动蒸汽轮机产生260MW的总功率驱动4台螺旋桨向前推进。
然而福特级其实是有计划将来采用综合电力推进系统的,只是目前如此庞大的综合电力系统还没有先例,恐怕还不成熟,所以完全实现核电推进,还需时日。当然这一套综合电力推进系统也是贵的离谱的,到底能不能上,还的看国会老爷们的态度。
福特级的动力舱非常宽敞,已经预留了综合电力推进系统设备的位置
而今年已经开工建造的第四代战略核潜艇哥伦比亚级,从一开始就确定使用核能发电的综合电力推进系统,这也是迄今为止人类最先进的核潜艇。可见核电+综合电力推进必然将引领未来的技术方向。
美国下一代战略核潜艇哥伦比亚级
都是伪专家,核电员工告诉你们为什么,核能一般指的是裂变过程释放热量,也就是说最直接的是热能,热能可以直接转化成动能,干嘛要先转化成电能再转化成动能。再说一点,核能发电是什么,核裂变释放热量——蒸汽发生器——汽轮机——发电机。而在有高热蒸汽的条件下就可以驱动船只了。用电能驱动不是脱裤子放屁么。
核裂变产生的一次能量只是热。核动力是将核裂变的热能转变为机械能的一个过程,由机械能推动航母前行。转变过程中能量形式转换都会造成能量损失,也就是存在转换效率。热能转换成机械能转换效率大约50%,机械能转换成电能转换效率大约80%,电能再转换成机械能转换效率大约90%。所以热蒸汽推动蒸汽轮机转动后直接带螺旋桨驱动航母,能量损失是最小的。如果要改成电驱,就需要在蒸汽轮机和螺旋桨之间加入一个发电机和一个电动机,蒸汽轮机驱动发电机发电,电再输送到电动机旋转驱动螺旋奖转动。经过这两个过程会损失大约30%的能量,另外过程复杂了,故障增加维护工作量增大设备庞大了总之得不偿失。
大家好像有一个误区,认为核反应直接生成电,其实不是,核反应会产生大量的热而不是直接生成电;利用这些热量给水加温生成气体,气体推动发电机转子产生电能,到这里问题就来了,气体推动发电机转子产生电.推动传动轴就直接生成了动力,个人感觉是脱了裤子放屁了,所以就直接用蒸汽做动力比较经济实惠。再有就是核动力本身就需要大量的水来冷却,从而可以生成大量蒸汽,比较划算。应该还从经济实用角度考虑的。
谢邀,主要原因是核裂变所释放的能量为热能。
我们来看一下典型的船用核反应堆的工作过程:
反应堆内部释放热能,这个热能被热介质导出用来加热整齐锅炉,蒸汽锅炉会驱动蒸汽轮机进行旋转产生动能,其中的一部分动能经过变速箱传递到主轴驱动螺旋桨;另外的一部分动能则驱动发动机进行发电供应整个舰艇的用电需求,多余的电力则会输入到电池中进行存储。
在这里我们可以发现航母核反应堆能量释放的转化方式:
1.到螺旋桨:核能-热能-动能
2.到蓄电池:核能-热能-动能-电能
如果利用核能发电再输出到螺旋桨 则是:核能-热能-动能-电能-动能。
其实每一次能量转换都会带来能量损失,那么燃气轮机的动能-电能的效率大约是40%,其中有60%的能量是被浪费掉了。然后如果用电力驱动螺旋桨的效率则是70%,又有30%的电能被浪费掉了。这样一计算则是:
100%*40%*70%=28%,核反应堆用电力推进航母的效率为28%。这比直接利用蒸汽轮机产生动力的效率47%小了不到一半。
那么如果一个堆能推动的航母换成全电力系统的话则需要至少两个堆。
再看反应堆大小
平时我们看到的反应堆是这样的——裸堆,如果放在有参照物的环境下是这样的:
当然了,这还只是反应堆的堆芯,如果增加外围设施那么反应堆的大小就仅占很小比例了。
如果一个航母增加了一个反应堆,但是仅仅干了一个反应堆就可以干成的事情,那么为什么就单单为了“电推”这个概念抛弃传统呢?造价增加了、载运量降低了,并且效果还和从前差不多——是不是一个赔钱的买卖?这样做的意义是啥?犯傻吗?
目前世界上只有英国的常规动力航母伊丽莎白女王号使用全电推进,核动力航母若使用全电推进也得先通过蒸汽锅炉发电,效率未必就高
全电推进,又称综合全电力推进系统,其原理是通过柴油机或燃气轮机发电,以此带动电动机让舰只向前推进。
全电推进的优势是体积小,布置灵活,可以让出巨大的传动轴,节约空间。
目前,全电推进已经被应用到了许多驱护舰上。不过这些舰只的体积和吨位普遍较小,若是在航母上使用的话,技术要求太高,特别是对电机的可靠性要求非常苛刻。
今天,只有英国的伊丽莎白女王号使用全电推进。其采用了两台罗尔斯·罗伊斯生产的单机功率36兆瓦的MT30燃气轮机作为主要发电装置为电动机供电。
采用全电推进可以极大的节约伊丽莎白女王号航母的内部空间,多装几架飞机。目前来看,除了油耗多了点外,别的还都挺好。
不过若是在核动力航母上,使用全电推进的效费比就不是那么高了。
核动力航母的驱动原理是通过核反应堆产生的巨大热量,加热淡化的海水生产巨大的热蒸汽,再通过蒸汽锅炉带动舰只向前移动。
说白了,核动力航母就是依靠蒸汽机推动的。虽然技术上不可同日而语,但原理上跟一百年前的蒸汽火车没啥区别。
蒸汽锅炉的优势是可靠性好,推重比大。缺点就是需要提前布置巨大的传动轴,占用空间多,启动速度慢。
如果核动力航母也要使用全电推进的话,需要在现有的系统中多一个步骤,就是蒸气锅炉不再直接向螺旋桨传输动力了,而是转便为一个100%的发电站,通过产生的电力供给电动机,再带动螺旋桨转动。
如此一来,必将会产生能量上的损耗,还增加了维护成本。
况且,核动力航母巨大的体积也必然对电动机的功率和可靠性要求很高,这一点现在的技术还达不到。
总之,核动力航母上使用全电推进,技术上还达不到要求,并且也没啥必要。
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