船舶核动力装置的技术经济指标

Posted on 2020-08-25 Edited on 2024-06-17 In 学习笔记 Views: Disqus:

由于运行环境和使用条件的特殊性，船舶核动力装置在设计、制造和运行管理等方面的技术要求与陆地核电站相比大不相同，由于评价船舶核动力装置性能的经济技术指标，大都是根据船用条件的要求提出的，主要包括安全性、装置功率、经济性、重量尺寸、可靠性、机动性、生命力、适航性、隐蔽性等。

安全性

反应堆运行时，堆芯核燃料在裂变，放出能量的同时会产生强烈的放射性辐照，如果没有有效的屏蔽和防护措施，将对反应堆周的工作人员和环境产生严重的危害。因此，核动力装置的安全性的主要指的是核安全。

安全要求

核动力装置的安全性是船舶安全的基础，保证核动力装置的安全使出指标中最基本的要求。

核动力装置的安全性，是指对船上所有人员的健康和对船外周围环境的清洁与安全有切实可靠的保证。

在正常工作条件下，对舱外的放射性辐射以及向外排放的放射性废料，对反应堆操纵人员、船上人员以及对周围居民造成的放射性辐照，应该小于法定的最大容许剂量；
在事故情况下，不论是内部还是外部原因引起的灾难性事故，安全系统应迅速投入，以保证反应堆的安全，并防止大量放射性物质泄漏到周环境中。

安全设计准则

为了保证安全性来要求核动力装置，在设计师普遍采用多道屏障和纵深防御的设计原则

多道屏障

燃料元件包壳
反应堆及一回路系统构成的压力边界
安全壳或反应堆舱

纵深防御

对事故的预防
防止运行中出现偏差而发展成为事故
限制事故引起的放射性后果

装置功率

动力装置的功率与推进器的直径的2/3次方和航速的立方成正比

船舶核动力装置的主机为汽轮机，而汽轮机是不能反向转动的涡轮机械。为了使船舶能够在一定行速下长时间倒航，需单独设置倒车汽轮机提供一定的倒车功率，倒车汽轮机的功率必须满足以下的要求：

应保证船舶在从全速正车转为全速倒车的过程中，从开始倒航至船舶完全停止运动时，船舶向前滑动的距离足够小；
应保证船舶长时间倒航时具有一定的速度，在此速度上，船舶不应该丧失操纵性。

经济性

装置经济性用于评价动力装置能量利用的有效性和合理性，常用的评价指标是装置效率和装置的总效率。

装置效率

装置效率定义为核动力装置输出至推进器的有效功率与反应堆热功率的比值。

装置总效率

反应堆输出的热功率，除了满足推进器所需的推进功率之外，还有一部分能量供全船使用，如全船用电及其他消耗等装置。装置总功率是指核动力装置输出有效功率和全船性的能量消耗之和与反应堆热功率之比。

重量尺寸

由于舰船尤其是核潜艇空间和载重有限，为提高传播的有效载荷、航速和机动性能。要求核动力装置体积小、重量轻、布置紧凑。

动力装置的重量

评价指标

单位功率的重量
装置相对重量

动力装置的尺寸

容积饱和度
面积饱和度
长度饱和度

可靠性

动力装置的可靠性是指装置在规定的使用条件下和规定的时间内完成规定功能的能力，表示系统、机器、设备等工作和性能的时间稳定性的程度。

故障发生率随时间的变化可分为：

早期故障期
偶发故障期
损耗故障期

衡量指标

可靠度
失效率
平均寿命
设备可用率和事故停运率
维修度

适航性

船舶在海洋上航行，不可避免地要受到海洋条件的影响。船舶核动力装置在受到某种限定海洋条件下影响，仍然能够保证安全运行的能力，称为装置的适航性。

机动性

机动性是指动力装置在一定时间内改变运行工况的能力，主要包括以下基本内容：

启动时间：核动力装置从冷态到热态所需的时间
变速能力：核动力装置改变功率水平的时间
变向能力：核动力装置正、倒车转换时间及倒航时间
续航力：潜艇装载一次燃燃料所能持续航行的距离

生命力

生命力是指在遭到战斗破损或事故破损时，动力装置能够保证或者能够恢复其功能的能力，是舰船总生命力的重要组成部分。

保证生命力的主要措施：

主动力分组布置
应急储备
采用互换性好的设备和仪表
重要设备单独供应，设置应急供电系统
重要消耗品分散布置
具有破损报警装置及隔离装置

隐蔽性

隐蔽性是指核动力装置在运行过程中发出的物理场不被外界探测到的能力，对于核动力潜艇而言，影响屏蔽性的主要因素是噪声和放射性。

噪声

来源

主汽轮机的齿轮减速器
反应堆冷却剂泵
螺旋桨

降低噪声的主要措施

提高反应堆的自然循环能力，低速工况下主泵不需要运行，可消除其运行噪声
采用全电力推进取消齿轮减速器，彻底消除齿轮减速器产生的噪声
改进螺旋桨设计，提高其加工精度，或者采用新型推进器，减小推进器的运行噪声
在结构上使动力机械与船体分离，采用弹性减震基座和其他减震消音措施，减小或消除，通过船体传出的辐射噪声