核動(dòng)力裝置-船舶標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)

、[定義]：裝置以原子核的裂變所產(chǎn)生的巨大能量通過工質(zhì)（蒸汽或燃?xì)猓┩苿?dòng)汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)工作的一種裝置。其工作原理是：核反應(yīng)堆將核能轉(zhuǎn)化為熱能，再利用冷卻劑將熱能輸出堆芯，冷卻劑攜帶的熱量通過蒸汽發(fā)生器傳遞給二回路工質(zhì)，工質(zhì)受熱形成蒸汽，蒸汽進(jìn)入透平作功，帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)。艦艇核動(dòng)力裝置技術(shù)是指在艦艇核動(dòng)力裝置的建造、使用中所應(yīng)用的技術(shù)。[國外概況]自1954年第一艘核動(dòng)力潛艇問世以來，核動(dòng)力裝置技術(shù)獲得了迅猛的發(fā)展。目前，除核潛艇外，現(xiàn)役的核動(dòng)力艦艇還有巡洋艦、驅(qū)逐艦和航空母艦，這些核動(dòng)力艦艇主要集中在美國和俄羅斯。一、艦艇核動(dòng)力裝置的優(yōu)點(diǎn)1、核動(dòng)力裝置使核潛艇能在水下長(zhǎng)期連續(xù)航行。核動(dòng)力裝置以核能為能源，核裂變時(shí)不需要空氣，因此核潛艇能在水下長(zhǎng)期連續(xù)航行，其隱蔽性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)動(dòng)力潛艇。2、續(xù)航力不受限制。核反應(yīng)堆一次裝料，可運(yùn)行幾年甚至幾十年，如美國正在建造的"弗吉尼亞"級(jí)潛艇上使用的S9G反應(yīng)堆，其壽命可達(dá)33年。從而使核潛艇具有"無限"的續(xù)航力。3、大功率?，F(xiàn)在已運(yùn)行的艦艇動(dòng)力反應(yīng)堆，單堆功率在30~300兆瓦（MW）之間，有的核動(dòng)力艦艇（如航空母艦）裝有多個(gè)反應(yīng)堆，強(qiáng)大的動(dòng)力使得這些龐然大物能以20~50節(jié)的高航速航行。二、國外艦艇核動(dòng)力裝置的應(yīng)用概況目前，國外有美國、俄羅斯、英國和法國擁有了核動(dòng)力潛艇，美國和法國擁有核動(dòng)力航母，美國和俄羅斯擁有核動(dòng)力巡洋艦。表一給出了國外艦艇核動(dòng)力裝置的數(shù)量。1、美國核動(dòng)力裝置的情況美國的艦艇核動(dòng)力，基本上是在西屋公司和通用電氣公司兩大企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)中發(fā)展的。西屋公司設(shè)計(jì)和建造的是SW系列，包括一座陸上模式堆S1W，及S2W、S3W、S4W、S5W、S5Wa、S5W-Ⅱ、S6W等裝艇堆。通用電氣公司設(shè)計(jì)和建造的是SG系列，包括S1G、S3G（雙堆）、S5G、S7G、S8G六座陸上模式堆和S2G、S4G、S5G、S6G、S8G、S9G等裝艇堆。由燃燒公司設(shè)計(jì)和建造的是SC系列，只建造了一座陸上模式堆S1C和一座裝艇堆S2C。所有反應(yīng)堆中，除S1G和S2G以外，都是壓水堆。美國艦艇核反應(yīng)堆，無論是SW系列還是SG系列都采用板狀燃料元件。2、俄羅斯/前蘇聯(lián)艦艇核反應(yīng)堆的發(fā)展。俄羅斯/前蘇聯(lián)艦艇核反應(yīng)堆的發(fā)展按時(shí)間大致可分為四代。第一代為50年代至60年代中期，研制船用壓水堆核動(dòng)力裝置，建造了BM-A型陸上模式堆，反應(yīng)堆為雙流程，熱功率為75MW，軸功率1.75萬馬力，采用盤管式管外直流蒸汽發(fā)生器，主要裝備于H級(jí)和E-Ⅰ級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇、E-Ⅱ級(jí)飛航導(dǎo)彈核潛艇、N級(jí)攻擊型核潛艇。同時(shí)研制的液態(tài)金屬冷卻劑（鉛-鉍合金）快中子反應(yīng)堆也建造了PM-1型陸上模式堆，熱功率為74MW，軸功率為1.75萬馬力，裝備于"阿爾法"級(jí)攻擊型核潛艇。第一代核動(dòng)力裝置的壓水堆和液態(tài)金屬冷卻堆分別建造了陸上模式堆。第二代核動(dòng)力裝置為60年代至70年代末研制，為緊湊式分散布置，熱功率為177MW，軸功率4萬馬力，反應(yīng)堆改為單流程，簡(jiǎn)化了堆內(nèi)結(jié)構(gòu)，采用了螺旋管式管內(nèi)直流蒸汽發(fā)生器。主要裝備于Y級(jí)和D級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇、C級(jí)飛航導(dǎo)彈核潛艇、V級(jí)攻擊型核潛艇。第三代核動(dòng)力裝置為80年代初至90年代末期研制，是第二代的改進(jìn)完善，初步實(shí)現(xiàn)了通用化、模塊化設(shè)計(jì)，增加了可靠性和可維修性。反應(yīng)堆仍為緊湊布置，熱功率為177~190MW，軸功率為4~4.5萬馬力，采用了列管式直流蒸汽發(fā)生器。主要裝備于臺(tái)風(fēng)級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇、奧斯卡級(jí)飛航導(dǎo)彈核潛艇、S級(jí)和"阿庫拉"級(jí)攻擊型核潛艇。在此期間，前蘇聯(lián)還研制了水面艦艇用的壓水堆，功率為300MW，裝備于"基洛夫"級(jí)核動(dòng)力巡洋艦上。90年代至下世紀(jì)初研制、建造的"北德文斯克"級(jí)攻擊型核潛艇上使用的反應(yīng)堆仍為緊湊布置壓水堆，采用了直管式高效直流蒸汽發(fā)生器。是第四代反應(yīng)堆，結(jié)構(gòu)與第三代基本相同，但安靜性有了飛躍性改進(jìn)?？偟膩碚f前蘇聯(lián)的艦用核反應(yīng)堆基本上都采用了壓水堆。根據(jù)裝艇技術(shù)要求不同，裝置稍有差異。3、英國艦艇核動(dòng)力裝置的發(fā)展英國于1958年在購買的美國S5W潛艇壓水堆的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)建造了陸上模式堆PWR-1。通過PWR-1模式堆，成功地研制了A、B、Z三種型號(hào)的堆芯，分別裝備于"勇士"級(jí)、"快速"級(jí)和"特拉法爾加"級(jí)攻擊型核潛艇和"決心"級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇。（2）采用活筏式整體減振裝置。（3）采用合理的隔聲減振和吸聲結(jié)構(gòu)。（4）降低管路產(chǎn)生的噪聲。（5）降低齒輪噪聲。5、二回路采用雙機(jī)單缸。雙機(jī)單缸是指二回路系統(tǒng)推進(jìn)主汽輪機(jī)由兩臺(tái)獨(dú)立的單缸汽輪機(jī)并聯(lián)所組成，配有兩臺(tái)主冷凝器等輔助設(shè)備，兩臺(tái)汽輪機(jī)可并聯(lián)運(yùn)行，也可單獨(dú)運(yùn)行，簡(jiǎn)稱為雙機(jī)方案。二回路采用雙機(jī)方案的優(yōu)點(diǎn)是：（1）提高二回路系統(tǒng)的生命力。兩臺(tái)汽輪機(jī)并聯(lián)或獨(dú)立運(yùn)行，一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)仍能運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）簡(jiǎn)化二回路系統(tǒng)、設(shè)備。雙機(jī)方案中配有兩臺(tái)主冷凝器，在設(shè)計(jì)上可以將兩臺(tái)發(fā)電汽輪機(jī)的排汽分別排入兩臺(tái)主冷凝器內(nèi)，可取消單機(jī)雙缸方案中的兩臺(tái)發(fā)電輔冷凝器、輔凝水泵、輔抽汽器等設(shè)備和管系，簡(jiǎn)化二回路系統(tǒng)，有利于艦艇的操作和管理。（3）提高二回路的機(jī)動(dòng)性。兩臺(tái)汽輪機(jī)可并聯(lián)運(yùn)行，也可單獨(dú)運(yùn)行，對(duì)于調(diào)節(jié)艇的航速非常有利。[影響]核動(dòng)力裝置在艦艇上的應(yīng)用，大大提高了艦艇的續(xù)航力等作戰(zhàn)性能，隨著核動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展，核動(dòng)力艦艇的性能將進(jìn)一步提高。[技術(shù)難點(diǎn)]核動(dòng)力裝置的安全性有待提高，各國核潛艇已發(fā)生過136起嚴(yán)重事故，其中13起沉沒事故；反應(yīng)堆的自然循環(huán)能力尚不夠理想等。一、美國S6W壓水堆裝置(一)研制背景與計(jì)劃'1.型號(hào)的產(chǎn)生美海軍從20世紀(jì)70年代末期開始發(fā)展"海狼"級(jí)攻擊型核潛艇，是為了替換"洛杉磯"級(jí)攻擊型核潛艇，在21世紀(jì)初期使用，故首艇代號(hào)為SSN-21。"海狼"級(jí)核潛艇的使命，主要是為了和當(dāng)時(shí)前蘇聯(lián)核潛艇在北極冰下抗衡。因此，艇的噸位大至9137t，航速高。39h，機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)，適于在北極冰下作戰(zhàn)，對(duì)裝艇反應(yīng)堆提出了十分苛刻的要求。在核動(dòng)力裝置選型中，備選方案有兩個(gè)：①S6W壓水堆，是由威斯汀豪斯電氣公司在S5W標(biāo)準(zhǔn)型壓水堆和大型核動(dòng)力巡洋艦用D2W反應(yīng)堆基礎(chǔ)上研制的新型堆。②S7G自然循環(huán)壓水堆，是由通用電氣公司在S6G自然循環(huán)壓水堆基礎(chǔ)上研制的一體化自然循環(huán)壓水堆。最終，SSN-21"海狼"級(jí)攻擊型核潛艇選擇了S6W壓水堆裝置。2。研制計(jì)劃美海軍于1968年在里科弗領(lǐng)導(dǎo)下開始發(fā)展21世紀(jì)使用的潛艇堆。該型裝置的研制目標(biāo)是：，①提高聲隱蔽性，大幅度降低噪聲；②提高堆功率，以滿足艇提高戰(zhàn)斗力，裝備大量武器裝備，提高航速的要求；③適于在北極冰下航行；④滿足較大下潛深度的要求。美海軍于1986年正式確定"先進(jìn)反應(yīng)堆設(shè)備和系統(tǒng)發(fā)展計(jì)劃"(PE-0603570N)，明確制定了S6W核推進(jìn)計(jì)劃(S1914)，用于推進(jìn)SSN-21"海狼"級(jí)攻擊型核潛艇。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，發(fā)展了新型泵、儀表和控制設(shè)備、閥門、傳熱設(shè)備、屏蔽等，還制做了反應(yīng)堆裝置的1：1模型，以確定系統(tǒng)最佳布置方案。在研制蒸汽發(fā)生器的過程中，采用了新型設(shè)計(jì)，高強(qiáng)度材料，以及遙控檢查系統(tǒng)，包括采用微機(jī)和圖像顯示系統(tǒng)。S6W壓水堆裝置于1997年7月，隨著"海狼"號(hào)核潛艇服役正式投入運(yùn)行。3.使命任務(wù)與裝艇情況S6W壓水堆裝置的使命是裝備SSN-21"海狼"級(jí)攻擊型核潛艇。該級(jí)艇決定建造3艘，前兩艘已經(jīng)服役，第三艘將于2005年12月服役。(二)系統(tǒng)組成S6W壓水堆裝置按美海軍標(biāo)準(zhǔn)的壓水堆裝置熱線圖設(shè)計(jì)。該裝置設(shè)有一臺(tái)反應(yīng)堆，兩條一回路冷卻劑支回路，每條支回路中有一臺(tái)蒸汽發(fā)生器和一臺(tái)冷卻劑主循環(huán)泵。一臺(tái)穩(wěn)壓器與反應(yīng)堆相連。二回路系統(tǒng)也有兩條支回路，每條支回路中有一臺(tái)蒸汽輪機(jī)和一臺(tái)凝汽器。采用單軸，泵噴射推進(jìn)。S6W反應(yīng)堆采用钚基新燃料，熱功率為250MW，功率密度為70MW／m3，可提供軸功率44.1MW(60000hp)。一回路系統(tǒng)壓力為16MPa，冷卻劑的平均溫度為290~C。堆芯可滿功率運(yùn)行13000h，換料周期為30年。蒸汽發(fā)生器為自然循環(huán)式，一回路冷卻劑流經(jīng)蒸汽發(fā)生器的U型管內(nèi)，二回路工質(zhì)流經(jīng)管外，并產(chǎn)生蒸汽。它的主要特點(diǎn)是，在蒸汽發(fā)生器的入口處不必安裝節(jié)流裝置，因而改善了聲學(xué)特性，可減少非生產(chǎn)能量的消耗；可提高蓄能能力；蒸汽壓力和流量的調(diào)節(jié)非常簡(jiǎn)單；制造簡(jiǎn)單，維修方便。(三)技術(shù)特點(diǎn)分析及述評(píng)S6W反應(yīng)堆成功地滿足了設(shè)計(jì)要求，成為美海軍"海狼"級(jí)攻擊型核潛艇反應(yīng)堆。S6W反應(yīng)堆具有下列特點(diǎn)：?①功率大。S6W反應(yīng)堆熱功率達(dá)到250MW，可提供軸功率44.1MW(60000hp)，為單堆功率最大的反應(yīng)堆。②噪聲低。S6W反應(yīng)堆裝置采用浮筏減振，動(dòng)力裝置與艇體之間不是剛性連接，噪聲不易輻射傳出。艇上設(shè)備采用吊掛防振、抑制噪聲、隔聲減振等措施，使輻射噪聲降低50dB，尤其是使核潛艇低噪聲的航速比過去提高一倍。③安全可靠性好。S6W反應(yīng)堆改善了燃料元件和整個(gè)堆芯的結(jié)構(gòu)，在整個(gè)堆芯體積內(nèi)均勻釋熱，堆芯采用新的結(jié)構(gòu)材料，因而安全可靠性好。④運(yùn)行成本低。該裝置采用CAD／CAM計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造，并采用模塊化結(jié)構(gòu)，加工質(zhì)量較高，設(shè)備布置合理，艇內(nèi)工作方便，運(yùn)行成本較低。在S6W反應(yīng)堆制造成本比S6G反應(yīng)堆提高一倍的情況下，運(yùn)行成本僅提高14％。二、美國S8G壓水堆裝置(一)研制背景與計(jì)劃1.型號(hào)的產(chǎn)生美海軍從20世紀(jì)60年代開始發(fā)展"俄亥俄"級(jí)"三叉戟"彈道導(dǎo)彈核潛艇，于1971年正式批準(zhǔn)"三叉戟"計(jì)劃。該型潛艇裝備24枚"三叉戟"彈道導(dǎo)彈，艇的排水量增至18700t，需要高航速，同時(shí)要求提高安全可靠性和降低噪聲。因此，在S5G自然循環(huán)反應(yīng)堆的基礎(chǔ)上，進(jìn)行功率放大和性能改進(jìn)，開始設(shè)計(jì)新型反應(yīng)堆裝置，命名為S8G自然循環(huán)壓水堆裝置。為了全面研究新型堆的特性，并且驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案，在西米爾頓建造了S8G陸上模式堆。根據(jù)該模式堆的建造經(jīng)驗(yàn)，建造了艇用SSG自然循環(huán)壓水堆裝置。2.研制計(jì)劃S8G模式堆由美國通用電氣公司研制，建在西米爾頓凱塞林基地，建造費(fèi)約為12.5億美元。美海軍建造S8G陸上模式堆的主要目的：①通過S8G模式堆的試驗(yàn)作用，提高美海軍壓水堆設(shè)計(jì)質(zhì)量、裝置性能、建造技術(shù)和運(yùn)行水平。②模擬潛艇在各種工況下的運(yùn)行情況，試驗(yàn)反應(yīng)堆的運(yùn)行特性，積累S8G的運(yùn)行資料，為制定艇用堆的運(yùn)行程序提供依據(jù)。③在單項(xiàng)設(shè)備試驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行整個(gè)動(dòng)力裝置的聯(lián)調(diào)，鑒定其運(yùn)行性能。??④試驗(yàn)艇用堆可能發(fā)生的各種異常工況，驗(yàn)證S8G反應(yīng)堆的有效性和安全可靠性。在S8G反應(yīng)堆裝置的設(shè)計(jì)過程中，主要遵循下述安全原則：①具有較大的安全裕度。②盡量減少放射性廢物的排放，采用先進(jìn)的換熱技術(shù)，釋放反應(yīng)堆的剩余熱量。③采用高性能結(jié)構(gòu)材料，提高耐沖擊震動(dòng)性能。④盡量采用已經(jīng)取得的壓水堆先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。⑤采用完善的安全保護(hù)系統(tǒng)，以預(yù)防事故為主，并能夠有效地限制事故擴(kuò)大及發(fā)展。S8G陸上模式堆于1978年12月開始運(yùn)行，進(jìn)行了堆芯的物理性能試驗(yàn)和裝置在事故工況下的性能研究，測(cè)試了艙室環(huán)境的輻射情況。1981年3月，S8G模式堆達(dá)到滿功率運(yùn)行，在某些工況下超過設(shè)計(jì)功率值。該模式堆還在繼續(xù)運(yùn)行。根據(jù)模式堆的經(jīng)驗(yàn)，按艇用堆的要求，對(duì)S8G反應(yīng)堆裝置的原設(shè)計(jì)進(jìn)行了必要的修改，按照運(yùn)行要求制定了運(yùn)行程序，特別重視事故處理程序的完善，以避免產(chǎn)生放射性事故危害。3.使命任務(wù)與裝艇情況S8G自然循環(huán)反應(yīng)堆裝置，用于推進(jìn)美海軍"俄亥俄"級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇。"俄亥俄"級(jí)潛艇共18艘，至1997年已全部服役。該級(jí)艇每艘裝備1臺(tái)S8G壓水堆裝置，總計(jì)裝備18臺(tái)。(二)系統(tǒng)組成S8G壓水堆裝置采用美海軍標(biāo)準(zhǔn)壓水堆裝置熱線圖(見圖5.5-1)，采用一臺(tái)反應(yīng)堆，兩個(gè)動(dòng)力循環(huán)分系統(tǒng)，每個(gè)分系統(tǒng)中包含一、二回路支回路，共用減速齒輪箱，單軸，推進(jìn)一部七葉大側(cè)斜螺旋槳。1.一回路系統(tǒng)S8G自然循環(huán)壓水堆，熱功率250MW，堆芯直徑1.6m，高度1.7m，燃料元件約60盒。采用板狀元件，鈾鋯合金燃料，鈾235富集度為40％，包殼材料為鋯-4合金，鈾235燃料初始裝載量約為140kg。堆芯功率密度為80MW／m3。反應(yīng)堆采用鉿控制棒，碳化硼作可燃毒盼，用于控制后備反應(yīng)性，使堆芯具有長(zhǎng)壽命。一回路系統(tǒng)壓力為16MPa，冷卻劑進(jìn)入反應(yīng)堆人口溫度280~C，出口320~C，冷卻劑流量約3600t／h，主循環(huán)泵功率169kW，備用主循環(huán)泵功率118kW。堆艙直徑12.8m，長(zhǎng)度為10.1m。一回路系統(tǒng)總重900t。2.二回路系統(tǒng)二回路系統(tǒng)有兩個(gè)支回路，每個(gè)支回路有一臺(tái)蒸汽發(fā)生器、蒸汽輪機(jī)、給水泵、凝汽器等。蒸汽產(chǎn)量為280t／h，主凝汽器蒸汽耗量為115t／h，主凝汽器壓力為0.018MPa。螺旋槳轉(zhuǎn)速為150r／min。機(jī)艙長(zhǎng)度為36.8m。核動(dòng)力裝置總重量為1500t，單位功率比重量約為34kS／kW。3.屏蔽與減振為了保護(hù)艇員的健康和安全，整個(gè)動(dòng)力裝置設(shè)置了足夠的生物屏蔽層。鉛水屏蔽重550t，約占整個(gè)動(dòng)力裝置總重的1／3。艇上裝有吸聲材料，覆蓋機(jī)械設(shè)備，同時(shí)還包覆在甲板及隔艙板的緊固件上，有的設(shè)備還布置在特殊的隔聲網(wǎng)罩內(nèi)。對(duì)于壓縮機(jī)、泵等設(shè)備，在降低功率運(yùn)行時(shí)，處于無噪聲工況。二回路設(shè)備如主汽輪機(jī)、齒輪箱、凝汽器和汽輪發(fā)電機(jī)組放在一個(gè)整體筏式基座上+每一塊基座與艇體之間不是剛性連接，而借助于吸聲結(jié)構(gòu)，吊掛在艇體上。(三)技術(shù)特點(diǎn)分析及述評(píng)1.反應(yīng)堆功率大S8G反應(yīng)堆熱功率為250MW，使軸功率達(dá)到44.1MW(60000hp)，成為現(xiàn)代潛艇用單堆功率最大的反應(yīng)堆。主要是采用高性能燃料元件和新型結(jié)構(gòu)，具有較大的堆芯，并裝備了足夠的可燃毒物和控制材料。2.自然循環(huán)能力強(qiáng)S8G壓水堆裝置自然循環(huán)能力強(qiáng)，在中低速工況時(shí)不用主循環(huán)泵，在發(fā)生斷電事故，或主循環(huán)泵出現(xiàn)故障時(shí)仍可帶走剩余熱量。3.堆芯壽命長(zhǎng)S8G壓水堆堆芯壽命長(zhǎng)達(dá)15年，在整個(gè)核潛艇服役期內(nèi)，只需更換一次核燃料。裝一次核燃料能使艇的續(xù)航力達(dá)1000000nmile以上。4.噪聲低S8G壓水堆裝置采用了自然循環(huán)措施，在中低速工況不用主泵，各種機(jī)械設(shè)備廣泛采取隔聲減振措施，采用整體浮筏減振，因而噪聲低，無噪聲航速可達(dá)10h。5.設(shè)備模塊化S8G壓水堆裝置電氣和控制設(shè)備模塊化，容易進(jìn)行維修和更換。為了方便地吊裝和更換任一層甲板上的設(shè)備，在堆艙還設(shè)有一個(gè)直徑為1.83m的設(shè)備進(jìn)出口。6.安全性好S8G壓水堆裝置采用了許多非能動(dòng)安全措施，依靠自然循環(huán)力、重力等自然力保證反應(yīng)堆裝置的安全，因而安全可靠性好。三、美國S6G壓水堆裝置(一)研制背景與計(jì)劃1.型號(hào)的產(chǎn)生20世紀(jì)60年代，蘇聯(lián)"查理"級(jí)飛航導(dǎo)彈核潛艇服役，它可以發(fā)射反艦導(dǎo)彈，構(gòu)成了對(duì)美海軍反潛兵力的威脅。為了增強(qiáng)反潛能力，接替SSN594"帕米特"級(jí)和SSN637"鱘魚"級(jí)攻擊型核潛艇，美海軍決定發(fā)展SSN688"洛杉磯"級(jí)攻擊型核潛艇。該級(jí)艇的技術(shù)改進(jìn)目標(biāo)之一是增大噸位，水下排水量6927t，提高航速至32-35h，為此提出了發(fā)展大功率反應(yīng)堆的要求。為了滿足"洛杉磯"級(jí)核潛艇對(duì)動(dòng)力的要求，反應(yīng)堆的選型有三個(gè)方案：①SSW型反應(yīng)堆的放大型；②SSG型自然循環(huán)反應(yīng)堆的放大型；③D2G型核動(dòng)力導(dǎo)彈巡洋艦反應(yīng)堆的潛艇改進(jìn)型。根據(jù)多方面研究，最終選定D2G反應(yīng)堆的改進(jìn)型設(shè)計(jì)，并吸收S5G自然循環(huán)壓水堆提高自然循環(huán)能力的經(jīng)驗(yàn)，定名為S6G自然循環(huán)反應(yīng)堆。2.研制計(jì)劃"洛杉磯"級(jí)攻擊型核潛艇是美海軍研制的第二代高速攻擊型核潛艇。主要性能指標(biāo)之一是恢復(fù)由于"帕米特"級(jí)和"鱘魚"級(jí)攻擊型核潛艇為了降低噪聲而犧牲了的高速性能。因此，對(duì)于S6G壓水堆提出了主要設(shè)計(jì)目標(biāo)：①建成繼SSW壓水堆之后的第二代標(biāo)準(zhǔn)型反應(yīng)堆；②具有大功率的高性能反應(yīng)堆；③降低噪聲；④為了滿足該級(jí)艇與航空母艦編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)的能力，力求機(jī)動(dòng)性好。由于"洛杉磯"級(jí)核潛艇最初計(jì)劃建造90艘，一直延續(xù)到21世紀(jì)，因此，建堆數(shù)量大。經(jīng)過多次縮減，最后確定建造62艘，裝堆62臺(tái)。S6G壓水堆由通用電氣公司和諾爾斯核動(dòng)力研究所負(fù)責(zé)研制。由于采用D2G、S5G反應(yīng)堆的經(jīng)驗(yàn)，所以沒有建造陸上模式堆。該型堆的研制大約用了8年的時(shí)間。隨著首艇"洛杉磯”號(hào)的研制進(jìn)度，從1968年開始設(shè)計(jì)，至1976年11月13日服役。S6G壓水堆裝置造價(jià)約為3600萬美元。3.使命任務(wù)與裝艇情況S6G自然循環(huán)壓水堆為裝備SSN688“洛杉磯”級(jí)攻擊型核潛艇而研制。該級(jí)艇在1972年1月至1992年7月間，共建造62艘，裝備了62臺(tái)反應(yīng)堆。(二)系統(tǒng)組成S6G自然循環(huán)壓水堆裝置，采用傳統(tǒng)的壓水堆單堆熱線圖，包括一臺(tái)反應(yīng)堆，兩個(gè)由一、二回路組成的動(dòng)力分系統(tǒng)。每個(gè)支系統(tǒng)內(nèi)各有一臺(tái)蒸汽發(fā)生器、兩臺(tái)主循環(huán)泵、一臺(tái)蒸汽輪機(jī)、凝汽器，共用減速齒輪，單軸，推進(jìn)一個(gè)七葉大側(cè)斜螺旋槳。S6G壓水堆，熱功率160MW，可提供軸功率33.1MW(45000hp)。反應(yīng)堆采用U02-Zr4板狀燃料元件，高性能結(jié)構(gòu)材料和新型結(jié)構(gòu)，堆芯壽命500滿功率天，一次裝料可使用15年，續(xù)航力1000000nmile。反應(yīng)堆艙分為三層甲板，上層設(shè)有人行通道。反應(yīng)堆與一回路放射性設(shè)備布置在鐵水屏蔽池內(nèi)。機(jī)艙的大部分艙段也有三層甲板，布置2臺(tái)主汽輪機(jī)組，2臺(tái)功率為3000kW的主汽輪發(fā)電機(jī)組及相關(guān)設(shè)備等，包括輔助機(jī)械設(shè)備和減振降噪設(shè)施。(三)技術(shù)特點(diǎn)分析及述評(píng)1。單堆功率大S6G自然循環(huán)壓水堆，熱功率160MW，在20世紀(jì)70年代是單堆功率最大的反應(yīng)堆，比S5W壓水堆的功率幾乎提高一倍，滿足了高航速的要求。2。自然循環(huán)能力高S6G壓水堆繼承了S5G自然循環(huán)壓水堆的特點(diǎn)，自然循環(huán)能力高，不僅保證了在任何情況下都能帶走堆芯剩余熱量，而且不用主循環(huán)泵取消了一個(gè)噪聲源。高速航行起動(dòng)主泵，中、低速航行不用主泵，滿足了艇執(zhí)行高速追擊和低速航行任務(wù)的要求，機(jī)動(dòng)性好。3.隱身性好S6G壓水堆裝置在中低速工況采用自然循環(huán)方式，采取了浮筏減振等一系列降噪措施，因而動(dòng)力裝置噪聲低。該級(jí)艇是80年代隱蔽性最好的攻擊型核潛艇。4.堆芯壽命長(zhǎng)S6G壓水堆是美海軍最早實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命堆芯的潛艇堆。最早的設(shè)計(jì)目標(biāo)是堆芯壽命10-13年，目前已達(dá)到15年，為現(xiàn)代潛艇堆30年壽命打下了良好的基礎(chǔ)。5.安全可靠性好S6G壓水堆裝置采用了自然循環(huán)、高性能材料等一系列措施，安全可靠性好。該型堆投入運(yùn)行20多年來未發(fā)生過嚴(yán)重事故。四、美國S5W壓水堆裝置(一)研制背景與計(jì)劃1.型號(hào)的產(chǎn)生美國第一艘核潛艇“鸚鵡螺”號(hào)的S1W陸上模式堆，于1953年6月達(dá)到滿功率運(yùn)行。根據(jù)該堆的設(shè)計(jì)、建造與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，研制了S2W壓水堆裝置，裝備了“鸚鵡螺”號(hào)攻擊型核潛艇，于1954年9月服役。該堆的研制，成功地解決了壓水堆裝置應(yīng)用于核潛艇的一系列重大技術(shù)問題。美海軍在S2W壓水堆的基礎(chǔ)上，發(fā)展了S3W、S4W壓水堆。期望最大限度地減少潛艇堆的體積與重量，并正確選擇生物屏蔽的結(jié)構(gòu)與材料。在S2W、S3W、S4W壓水堆的基礎(chǔ)上，美海軍研制了S5W標(biāo)準(zhǔn)型壓水堆。研制S5W壓水堆，主要是為了滿足提高核潛艇航速的要求。美海軍研制第一代高速攻擊型核潛艇“飛魚”級(jí)，首次采用水滴線型，裝備大功率的S5W壓水堆，航速達(dá)到30h，成為當(dāng)時(shí)世界上航速最高的核潛艇。鑒于S5W壓水堆的優(yōu)良性能，美海軍將其定為標(biāo)準(zhǔn)型壓水堆，廣泛裝備彈道導(dǎo)彈型和攻擊型核潛艇。2.研制計(jì)劃“飛魚”級(jí)攻擊型核潛艇是美海軍研制的第一代高速攻擊型核潛艇。主要性能指標(biāo)之一是取得了30kn的高航速。因此，對(duì)于SSW壓水堆提出了主要設(shè)計(jì)目標(biāo)：①建成彈道導(dǎo)彈型和攻擊型核潛艇統(tǒng)一使用的標(biāo)準(zhǔn)型壓水堆；②提高堆功率；③降低噪聲；④增大堆芯壽命。S5W壓水堆裝置由威斯汀豪斯電氣公司和貝蒂斯核動(dòng)力研究所研制。由于采用S2W、S3W和S4W反應(yīng)堆的經(jīng)驗(yàn)，所以沒有建造陸上模式堆。該型堆從1955年美海軍正式訂購“飛魚”級(jí)攻擊型核潛艇開始研制，至1959年4月15日“飛魚”。號(hào)核潛艇服役，歷時(shí)4年完成研制。S5W壓水堆當(dāng)時(shí)造價(jià)1200萬美元?！?.使命任務(wù)與裝艇情況S5W標(biāo)準(zhǔn)型壓水堆裝置是美海軍潛艇堆中影響最大，使用最廣，裝艇數(shù)量最多的潛艇堆，并且出口轉(zhuǎn)讓至英國，總計(jì)裝艇100艘，包括：“長(zhǎng)尾鯊”級(jí)、“鱘魚”級(jí)攻擊型核潛艇，“喬治?華盛頓”級(jí)、“伊桑?艾倫”級(jí)、“拉菲特”級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇等。①1956年5月至1961年10月建造的“飛魚”級(jí)攻擊型核潛艇6艘，裝備SSW-I反應(yīng)堆。②1958年5月至1967年12月建造的“長(zhǎng)尾鯊”級(jí)攻擊型核潛艇14艘，裝備S5W-Ⅱ反應(yīng)堆。③1963年8月至1975年2月建造的“鱘魚”級(jí)攻擊型核潛艇37艘，裝備S5W-Ⅱ反應(yīng)堆。④1957年11月至1961年3月建造的“喬治?華盛頓”級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇5艘，裝備S5W-I反應(yīng)堆。⑤1959年9月至1961年2月建造的“伊桑?艾倫”級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇5艘，裝備S5W-Ⅱ反應(yīng)堆。⑥1961年1月至1967年4月建造的?“拉菲特”級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇31艘，裝備S5W-Ⅱ反應(yīng)堆。⑦1971年6月至1974年12月建造的“利普斯科姆”號(hào)攻擊型核潛艇1艘，裝備S5W-Ⅱ反應(yīng)堆。?⑧1959年4月至1963年4月建造的英國“無畏”號(hào)攻擊型核潛艇1艘，裝備S5W-Ⅱ反應(yīng)堆。目前，還有2艘“鱘魚”級(jí)攻擊型核潛艇和1艘“拉菲特”級(jí)改裝的攻擊型核潛艇“本杰明?富蘭克林”號(hào)在役，共裝堆3臺(tái)。(二)系統(tǒng)組成S5W壓水堆裝置共有兩型。S5W-I型裝備“飛魚”級(jí)和“喬治?華盛頓”級(jí)核潛艇；S5W-Ⅱ型裝備其余各級(jí)核潛艇。兩種型號(hào)只是功率不同，性能上Ⅱ型比I型稍有改進(jìn)。S5W壓水堆裝置采用美海軍標(biāo)準(zhǔn)壓水堆熱線周(見圖5.5-2)，采用一臺(tái)反應(yīng)堆，兩個(gè)動(dòng)力分系統(tǒng)，每個(gè)分系統(tǒng)中包含一、二回路支回路，共用減速齒輪箱，單軸，推進(jìn)一個(gè)螺旋槳。1.一回路系統(tǒng)兩條一回路支回路中，各有一臺(tái)蒸汽發(fā)生器，兩臺(tái)主循環(huán)泵，共用一臺(tái)反應(yīng)堆、穩(wěn)壓器和一臺(tái)備用泵，其在堆艙中的布置見圖5.5-3。S5W反應(yīng)堆壓力容器高2.8m，直徑2.4m，重量25t。圓柱形堆芯高1.07m，直徑1.2m，體積比功率80MW／m3。采用鈾鋯合金板狀元件，包殼為鋯-4合金，厚0.6mm，富集度40％，鈾235裝載量為120kg。為了控制后備反應(yīng)性，在反應(yīng)堆堆芯中采用了以ZrO2為基體的D4C可燃毒物。堆芯設(shè)計(jì)壽命5000h，工作壽命5年，后增長(zhǎng)為7000h壽命，工作10年，即艇在航行10年后更換一次核燃料。一回路系統(tǒng)壓力16MPa，堆人口冷卻劑溫度250％，出口280％，冷卻劑流量2400t／h，在堆芯內(nèi)平均流速l0m／s，堆升溫速度180℃／h。蒸汽發(fā)生器為立式自然循環(huán)型。一回路冷卻劑在U型管內(nèi)流動(dòng)，二回路水在管外流動(dòng)，產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)汽水分離器兩次分離后，濕度低于0.25％。2.二回路系統(tǒng)每條二回路支回路中有一臺(tái)汽輪機(jī)、凝汽器、凝水泵、給水泵、過濾器和汽輪發(fā)電機(jī)組。由汽輪機(jī)中排出的乏汽進(jìn)入凝汽器。凝汽器考慮了潛艇下潛400m時(shí)水深對(duì)艇舷的壓力。當(dāng)水溫180℃時(shí)，凝汽器壓力0.017MPa。在兩條二回路支回路中有兩臺(tái)汽輪機(jī)，通過兩級(jí)減速器，當(dāng)軸的轉(zhuǎn)速為150r／min時(shí)，軸功率最大可達(dá)18.38MW(25000hP)。采用兩臺(tái)單機(jī)倒轉(zhuǎn)汽輪機(jī)，可以縮短機(jī)艙長(zhǎng)度，提高機(jī)組可靠性。當(dāng)蒸汽壓力為2.3MPa時(shí)，蒸汽耗量為82t／h。主減速器為雙級(jí)減速器，齒輪采用高硬度鋼，由于提高了加工精度和光潔度，因此，增強(qiáng)了抗沖擊載荷能力，噪聲低。3.電力系統(tǒng)和應(yīng)急動(dòng)力系統(tǒng)全艇由兩臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組供電，頻率601Hz，電壓450V，功率為2250kW。應(yīng)急動(dòng)力系統(tǒng)包括一臺(tái)低速直流電動(dòng)機(jī)，功率368kW，由柴油發(fā)電機(jī)或蓄電池組供電。柴油發(fā)電機(jī)功率600kW，蓄電池容量7000Ah(5h放電)，由126塊鉛酸電池組成，每塊體積為356X457X1170(mm3)，重450kg，蓄電池總重64.6t。應(yīng)急航速可達(dá)6kn，續(xù)航力2000nmile。(三)技術(shù)特點(diǎn)分析及述評(píng)S5W壓水堆裝置是美海軍標(biāo)準(zhǔn)型潛艇堆，應(yīng)用范圍廣，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)40年，使用中不斷改進(jìn)，始終保持了先進(jìn)性：1.功率大S2W反應(yīng)堆熱功率60MW，可提供軸功率9849kW(13400hp)，而S3W、S4W反應(yīng)堆熱功率30MW，可提供軸功率5145kW(7000hp)。S5W-I、Ⅱ型反應(yīng)堆熱功率為80?100MW，可提供14.7?18.38MW(20000-25000hp)，滿足了高速艇的需要。2.體積小、重量輕S5W壓水堆裝置總體積1230m3，總重800t，堆艙長(zhǎng)只有6.1m，滿足了艇用堆最基本的要求。這主要是堆本身性能好，設(shè)備布置緊湊。3.安全可靠性好S5W反應(yīng)堆首次采用板狀元件，換熱性能好，采用可燃毒物控制性能好。設(shè)備配置雙套備份，生物屏蔽設(shè)置足夠與合理。因而設(shè)備與艇員都安全。4.堆芯壽命長(zhǎng)S2W反應(yīng)堆兩年換一次核燃料。S5W反應(yīng)堆燃耗率設(shè)計(jì)值1％，燃耗深度10000MWd/t，堆芯可工作5年不換料，現(xiàn)已達(dá)10年壽期。5.噪聲低S5W反應(yīng)堆裝置采取一系列減振降噪措施，配合艇體采用水滴形，首次采用圍殼舵等措施，使艇的輻射噪聲比“鸚鵡螺”號(hào)核潛艇低很多。6.堆的性能有局限性限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，反應(yīng)堆的性能有局限性，如冷卻劑雙流程流經(jīng)堆芯，一回路自然循環(huán)能力低，設(shè)備冗余度大等。五、俄羅斯KLT-40壓水堆裝置(一)研制背景與計(jì)劃1.型號(hào)的產(chǎn)生前蘇聯(lián)發(fā)展?jié)撏核眩饕且院藙?dòng)力破冰船反應(yīng)堆為母型，發(fā)展了三代潛艇堆。第一代船用堆OK-150型，裝備了“列寧”。號(hào)核動(dòng)力破冰船，據(jù)此發(fā)展了VM2潛艇堆；第二代船用堆OK-900型，裝備了“北極”級(jí)核動(dòng)力破冰船，據(jù)此發(fā)展了VM4潛艇堆；第三代船用堆KLT-40型，裝備了“北方航線”級(jí)核動(dòng)力破冰船，據(jù)此發(fā)展了VM5潛艇堆，裝備了第三代核潛艇。2.研制計(jì)劃KLT-40型壓水堆裝置是在OK-900型壓水堆裝置的基礎(chǔ)上發(fā)展的新型堆，性能有較大改進(jìn)，其主要發(fā)展目標(biāo)是：①提高功率，單堆功率達(dá)到36.75MW(50000hp)；②增長(zhǎng)堆芯壽命，爭(zhēng)取25年不換核燃料；③布置更加緊湊，減小體積和重量；?④提高安全可靠性。該型堆在OK-900A型反應(yīng)堆裝置70年代服役后開始研制，80年代服役，共發(fā)展了KLT-40和KLT-40M兩型。3.使命任務(wù)與裝艇情況KLT-40型壓水堆裝置裝備了“北方航線”號(hào)核動(dòng)力破冰船。該船滿載排水量61800t，裝備一臺(tái)KLT-40型壓水堆，軸功率29.4MW(40000hp)，額定航速20.5kn，于1984年開工建造，1988年投入使用。KLT-40M型壓水堆裝置裝備了“泰米爾”級(jí)核動(dòng)力破冰船。該級(jí)船滿載排水量23500t，裝備一臺(tái)KLT-40M型壓水堆，軸功率38.2MW(52000hp)，額定航速18.5kn?！疤┟谞枴碧?hào)于1988年投入使用。根據(jù)KLT~40及KLT-40M型壓水堆的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)研制了VM5改進(jìn)型壓水堆裝置，裝備了80年代服役的第三代核潛艇“鯊魚”級(jí)、“塞拉”級(jí)攻擊型核潛艇、“奧斯卡”級(jí)核潛艇及‘臺(tái)風(fēng)”級(jí)彈道導(dǎo)彈型核潛艇共38艘，裝堆57臺(tái)?！皧W斯卡”級(jí)的“庫爾斯克”號(hào)核潛艇在2000年8月在巴倫支海演習(xí)時(shí)沉沒。(二)系統(tǒng)組成KLT-40反應(yīng)堆裝置包括一回路系統(tǒng)、二回路系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)及輻射安全系統(tǒng)等。1.一回路系統(tǒng)一回路系統(tǒng)包括一臺(tái)反應(yīng)堆、4臺(tái)直流蒸汽發(fā)生器、4臺(tái)雙速主循環(huán)泵和4臺(tái)穩(wěn)壓器。它們組成4條支回路，通過短套管緊密地布置于反應(yīng)堆周圍(見圖5.5-4及圖5.5-5)。KLT-40型壓水堆熱功率135MW，采用鈾鋯合金燃料，H-1鋯合金包殼，棒狀元件，燃料棒外徑5.8mm，鈾235富集度5％，初始裝載量約150kg。堆芯高1000mm，當(dāng)量直徑1212rain。堆芯共有241盒燃料組件，燃料組件以72mm間距正三角形柵格布置。為了控制后備反應(yīng)性，燃料組件內(nèi)裝有釓可燃毒物棒。堆芯壽期100130滿功率小時(shí)，可運(yùn)行25年不換燃料。一回路設(shè)計(jì)壓力16.5MPa，設(shè)計(jì)溫度350℃。在直流蒸汽發(fā)生器中，人口給水溫度165℃，過熱蒸汽出口溫度290℃，出口蒸汽壓力4.0MPa，每臺(tái)蒸汽產(chǎn)量54t／h。直流蒸汽發(fā)生器由圓柱形螺旋管組成，分成20個(gè)獨(dú)立部分來供應(yīng)給水，產(chǎn)生過熱蒸汽。主循環(huán)泵為離心式單級(jí)雙速無填料泵，在3000r／min轉(zhuǎn)速時(shí)，流量為870m3／h，在1000r／min轉(zhuǎn)速時(shí)，流量為290m3／h。泵的電機(jī)為感應(yīng)雙速電機(jī)。穩(wěn)壓器用于保證一回路壓力不超過額定壓力16.5MPa，設(shè)計(jì)溫度為230℃，材料為耐壓不銹鋼。2。二回路系統(tǒng)蒸汽發(fā)生器出口蒸汽參數(shù)為4.0MPa，290℃，進(jìn)入高壓蒸汽輪機(jī)后，再進(jìn)人中間汽水分離器，隨后進(jìn)入低壓蒸汽輪機(jī)。額定工況運(yùn)行時(shí)，主齒輪減速裝置推進(jìn)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速115r／min。KLT-40型裝置軸功率29.4MW(40000hP)，KLT-40M型為38.2MW(52000hp)。在主蒸汽發(fā)生裝置出現(xiàn)故障時(shí)，啟動(dòng)應(yīng)急鍋爐，保證船以10.5h的速度航行2000nmile。啟動(dòng)應(yīng)急鍋爐時(shí)間約為30min。應(yīng)急鍋爐有一臺(tái)，容量50t／h，蒸汽壓力2.5MPa，過熱溫度355t。二回路水質(zhì)的含鹽量≤1mg／L，氯離子含量≤0，51mg／L。3.電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)在各種運(yùn)行工況和應(yīng)急工況下，為蒸汽發(fā)生裝置和船上設(shè)備提供動(dòng)力，包括由3臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)、兩臺(tái)備用柴油發(fā)電機(jī)和兩個(gè)主配電盤組成。應(yīng)急電力系統(tǒng)由兩臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)和兩個(gè)應(yīng)急配電盤組成。4.輻射安全系統(tǒng)核燃料和船員居住區(qū)之間設(shè)有四道屏障，包括燃料元件包殼、一回路設(shè)備和管道的壓力邊界，防護(hù)殼和船體防護(hù)板，以保證船員的安全。核動(dòng)力裝置操縱員所接受的劑量限值為0.05Sv／年(5rem／年)，其余人員的安全限值為其1／10。一回路設(shè)備包括反應(yīng)堆、蒸汽發(fā)生器、主循環(huán)泵、穩(wěn)壓器等布置在鐵水屏蔽水池內(nèi)：生物屏蔽的材料為鋼、蛇紋石混凝土、水、鉛和聚乙烯。(三)技術(shù)特點(diǎn)分析及述評(píng)KLT-40型壓水堆是前蘇聯(lián)20世紀(jì)80年代的產(chǎn)品，具有如下技術(shù)特點(diǎn)：1.單堆功率大KLT-40型反應(yīng)堆熱功率135MW，可提供軸功率29.4MW(40000hp)；KLT-40M型反應(yīng)堆熱功率171MW，可提供軸功率38.2MW(52000hp)。2.結(jié)構(gòu)緊湊布置合理一回路系統(tǒng)主要設(shè)備采用短管連接緊湊布置，使整個(gè)動(dòng)力裝置體積小。主要設(shè)備布置在鐵水屏蔽水池中，需操縱與維修部分置于上層，易于接近，便于維修。3.采用直流蒸汽發(fā)生器熱效率高采用4臺(tái)直流蒸汽發(fā)生器，每臺(tái)有20個(gè)獨(dú)立的管簇，一回路水走管間隙，二回路水和蒸汽走管內(nèi)，最終提供過熱蒸汽，熱效率高。4.堆芯壽命長(zhǎng)采用新型堆芯和高性能材料，使堆芯壽命達(dá)1460天，為“列寧”號(hào)反應(yīng)堆的3倍，可運(yùn)行25年不換料。5.安全可靠性好該型堆的一回路系統(tǒng)采用4條支回路，設(shè)備冗余度大，采取一系列排除剩余熱措施，接收“列寧”號(hào)反應(yīng)堆的教訓(xùn)，不會(huì)再發(fā)生堆芯熔化事故，并采取較好的輻射屏蔽措施。6.自動(dòng)控制程度高該型裝置控制系統(tǒng)和動(dòng)力設(shè)備的自動(dòng)化復(fù)合裝置由中央控制臺(tái)操縱，而機(jī)艙和堆艙無人操作。對(duì)影響裝置核安全最重要的設(shè)備，用三個(gè)通道同時(shí)控制與監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力裝置設(shè)備與系統(tǒng)狀態(tài)的自動(dòng)和遠(yuǎn)距離控制、監(jiān)測(cè)和指示及運(yùn)行檢查。六、俄羅斯OK-900型壓水堆裝置(一)研制背景與計(jì)劃1.型號(hào)的產(chǎn)生前蘇聯(lián)“列寧”號(hào)核動(dòng)力破冰船于1959年12月3日服役，采用了3臺(tái)OK-150壓水堆，單堆功率90MW，軸功率32。34MW(44000hp)。該船利用OK-150反應(yīng)堆曾六次安全航行北極。前蘇聯(lián)并以其為模式堆建造了VM2潛艇壓水堆，裝備了第一代核潛艇80艘，裝堆160臺(tái)。但是，在1966年OK-150壓水堆發(fā)生了堆芯熔化事故，致使30名船員死亡。為此，對(duì)該船和反應(yīng)堆裝置進(jìn)行了為期5年的大修改裝，研制了OK-900壓水堆裝置，提高了堆功率，改進(jìn)了一回路主要設(shè)備布置方式，增強(qiáng)了安全可靠性，并以該堆為母型研制了VM4潛艇壓水堆，裝備了第二代核潛艇。2.研制計(jì)劃1966年裝載在“列寧”號(hào)核動(dòng)力破冰船上的OK-150型壓水堆裝置發(fā)生堆芯熔化事故后，開始研制OK-900型壓水堆，其發(fā)展目標(biāo)是：①提高單堆功率，將單堆功率90MW提高到159MW；②簡(jiǎn)化系統(tǒng)和設(shè)備，將每船裝備3臺(tái)反應(yīng)堆改為2臺(tái)，減少備用設(shè)備和儀表，減小體積和重量；③采用短管連接緊湊型布置；④提高安全可靠性，避免發(fā)生失水事故，一旦發(fā)生事故能夠及時(shí)有效地處理。經(jīng)過5年的工作，由100多個(gè)科研單位和350多個(gè)q-V參加研制，完成30多項(xiàng)重大課題，重新研制了40多種機(jī)械設(shè)備，于1971年裝備“列寧”號(hào)核動(dòng)力破冰船。經(jīng)進(jìn)一步改進(jìn)后，研制出OK-900A型反應(yīng)堆，裝備“北極”號(hào)核動(dòng)力破冰船，于1974年12月投入運(yùn)行。3.使命任務(wù)與裝艇情況(1)使命任務(wù)OK-900型壓水堆裝置為替換OK-150型壓水堆裝置而研制，裝備了改進(jìn)后的“列寧”號(hào)核動(dòng)力破冰船，以及“北極”級(jí)核動(dòng)力破冰船。同時(shí)，以該型堆為模式堆，研制了VNl4潛艇堆，裝備了第二代核潛艇。(2)裝艇情況OK-900型反應(yīng)堆裝備了改裝的“列寧”號(hào)核動(dòng)力破冰船；OK-900A型反應(yīng)堆裝備了“北極”級(jí)核動(dòng)力破冰船，已服役5艘，在建1艘。以上共裝船7艘，裝堆14臺(tái)。以O(shè)K-900A型反應(yīng)堆為模式堆研制的VM4潛艇堆，裝備了V、C、P、Y、D?Ⅲ及D-IV級(jí)核潛艇，共123艘，裝堆228臺(tái)。(二)系統(tǒng)組成OK-900A型與OK-900型壓水堆裝置是設(shè)計(jì)思想相同的第二代船用核動(dòng)力裝置，但性能參數(shù)有較大改進(jìn)?，F(xiàn)僅介紹其一、二回路系統(tǒng)及自動(dòng)控制系統(tǒng)。1.一回路系統(tǒng)OK-900A型壓水堆裝置一回路系統(tǒng)，包括兩套設(shè)備組成相同的一回路分系統(tǒng)。每個(gè)分系統(tǒng)包括一臺(tái)反應(yīng)堆、4臺(tái)蒸汽發(fā)生器、4臺(tái)主循環(huán)泵、4臺(tái)穩(wěn)壓器及一臺(tái)離子交換器，一臺(tái)離子交換冷卻器等(見圖5.5-6)。一回路系統(tǒng)包括四條主冷卻劑系統(tǒng)和若干輔助系統(tǒng)。整個(gè)一回路系統(tǒng)布置在密閉的反應(yīng)堆艙中，保證設(shè)備安全可靠地運(yùn)行，一旦發(fā)生事故也不會(huì)污染環(huán)境。該艙分為上、下兩層，下層為反應(yīng)堆，上層為設(shè)備室。上下層之間由生物屏蔽和密封板隔開。需要操縱、管理及維修部分(蒸發(fā)器堵管及換料等)均設(shè)于上層，可達(dá)性好。下層布置不需維修部分，安全性好。一回路主要設(shè)備之間采用短管連接，緊湊布置，并置于鐵水屏蔽水池內(nèi)(見圖5.5-7)。反應(yīng)堆額定功率171MW。壓力容器由低合金耐熱鋼制成。冷卻劑進(jìn)出口均設(shè)在壓力容器上部，從而避免管道破裂時(shí)冷卻劑流失。燃料元件為uo=細(xì)棒束元件，三角形排列，共有241盒燃料元件。鈾235富集度為5％，包殼材料為鋯合金，堆芯中裝有可燃毒物控制后備反應(yīng)性，工作壽期為1050滿工作天，可運(yùn)行11.5年。蒸汽發(fā)生器為直流過熱式。在具有橢圓形底的立式圓筒內(nèi)，裝有耐腐蝕合金制成的傳熱管束。二回路工質(zhì)流經(jīng)管內(nèi)，一回路冷卻劑流經(jīng)管外。蒸汽總產(chǎn)量為2X2奶t／ho進(jìn)入蒸汽輪機(jī)的蒸汽初參數(shù)為3.0Mh，300℃。一回路主循環(huán)泵由離心泵和雙速密封電機(jī)組成。電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子用鎳鉻套隔開。因此，冷卻劑不會(huì)漏至外部空間。冷卻劑對(duì)泵內(nèi)部件進(jìn)行冷卻和潤滑。2.二回路系統(tǒng)二回路系統(tǒng)采用合理的蒸汽??凝水循環(huán)系統(tǒng)，利用廢蒸汽在除氣器中對(duì)給水進(jìn)行預(yù)熱。主汽輪機(jī)采用單缸、雙流，一個(gè)輻流式?jīng)_動(dòng)級(jí)，15個(gè)反動(dòng)級(jí)。主汽輪發(fā)電機(jī)能適應(yīng)大幅度的負(fù)荷變化。沒有齒輪減速器，采用電力推進(jìn)。主發(fā)電機(jī)為三臺(tái)交流發(fā)電機(jī)，主推進(jìn)電機(jī)輸出功率為55.13MW(75000hp)。3.自動(dòng)控制系統(tǒng)綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)包括反應(yīng)堆的自動(dòng)控制與保護(hù)，蒸汽動(dòng)力裝置的自動(dòng)調(diào)節(jié)、控制與保護(hù)，數(shù)據(jù)的收集、處理與顯示，船舶系統(tǒng)的遙控與自控以及電力裝置系統(tǒng)的自動(dòng)化。由于自動(dòng)化水平較高，堆艙、機(jī)艙可無固定人員值班，定期巡視即可。(三)技術(shù)特點(diǎn)分析及述評(píng)OK-900A型壓水堆裝置和以其為模式堆建造的潛艇堆，建造數(shù)量大，約占俄羅斯?jié)撏Ф训囊话?，具有顯著的技術(shù)特點(diǎn)。1.堆功率大，性能好OK-900A型壓水堆，每臺(tái)可提供171MW熱功率，比第一代壓水堆提高約80％，堆芯壽命增長(zhǎng)一倍，堆內(nèi)燃料和堆芯結(jié)構(gòu)均有較大改進(jìn)，是當(dāng)時(shí)先進(jìn)的壓水堆。2.設(shè)備布置合理，結(jié)構(gòu)緊湊該型裝置采用短管連接緊湊布置，省掉了大直徑管道及相關(guān)設(shè)備。主要設(shè)備置于鐵水屏蔽水池內(nèi)，分上、下兩層布置，便于維修。既節(jié)省了屏蔽重量，設(shè)備又可起到屏蔽作用。整個(gè)裝置體積小、重量輕。3.采用直流蒸汽發(fā)生器采用直流蒸汽發(fā)生器，可提供過熱蒸汽，熱效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，易于檢修。4.安全可靠性好該型裝置為避免發(fā)生失水事故，采取了一系列有效措施，包括堆內(nèi)冷卻劑單流程，出人口接管布置在壓力容器上部，采取安全注水、硼酸鹽系統(tǒng)及安全控制措施等。5.自動(dòng)化程度高采用中央監(jiān)測(cè)及綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了控制與操作，動(dòng)力艙可無人值班，提高了運(yùn)行可靠性。、七、英國PWR-2壓水堆裝置(一)研制背景與計(jì)劃1.型號(hào)的產(chǎn)生1980年，英國政府決定建造新一代“先鋒”級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇，研制新型反應(yīng)堆，裝備4艘該級(jí)核潛艇，實(shí)施“三叉戟”核潛艇計(jì)劃。同年，英國開始研究新一代攻擊型核潛艇SSN-20(W)級(jí)，至1987年海軍占維克斯造船公司簽訂設(shè)計(jì)SSN-20級(jí)多用途核潛艇合同，同時(shí)決定采用新型反應(yīng)堆。“先鋒”級(jí)和SSN-20(W)級(jí)核潛艇將使用共同的新型反應(yīng)堆，海軍委托羅爾斯?羅伊斯聯(lián)合有限公司在PWR-1型壓水堆基礎(chǔ)上，研制PWR-2壓水堆裝置。1990年，SSN-20(W)級(jí)攻擊型核潛艇研制計(jì)劃撤消，決定建造“特拉法加”級(jí)第二批攻擊型核潛艇，也決定采用PWR-2型壓水堆裝置。2.研制計(jì)劃(1)計(jì)劃內(nèi)容PWR-2壓水堆裝置的主要研制目標(biāo)是：①增大單堆功率，由PWR-1反應(yīng)堆的100MW提高至140MW；②增長(zhǎng)堆芯壽命，提高水下續(xù)航力；③進(jìn)一步降低噪聲。英國從20世紀(jì)70年代中期開始探討研究大功率潛艇堆，主要是研究新的堆芯，裝備新型燃料元件和新設(shè)計(jì)的芯部結(jié)構(gòu)，以及壓力容器等。80年代中期正式開始設(shè)計(jì)，制造，并在模式堆上試運(yùn)行。90年代初完成PWR-2反應(yīng)堆試制，裝備新一級(jí)核潛艇。(2)研制單位PWR-2壓水堆裝置由羅爾斯?羅伊斯聯(lián)合有限公司負(fù)責(zé)研究設(shè)計(jì)，并以PWR-2反應(yīng)堆堆芯在STF-2陸上模式堆上作試驗(yàn)運(yùn)行研究；維克斯造船工程公司巴羅造船廠負(fù)責(zé)PWR-2壓水堆裝置設(shè)備的制造和安裝。(3)研制時(shí)間表1976年開始探討大功率反應(yīng)堆的研究工作。1980年決定建造裝載“三叉戟”彈道導(dǎo)彈的新一代戰(zhàn)略核潛艇；開始研究SSN20(W)級(jí)新一代攻擊型核潛艇。1985年英國海軍與羅爾斯?羅伊斯公司簽訂發(fā)展PWR-2反應(yīng)堆合同，開始設(shè)計(jì)裝備“先鋒”級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇的新堆。1986年“先鋒”號(hào)核潛艇開工建造。在PWR-1反應(yīng)堆裝置冷卻回路中發(fā)現(xiàn)裂紋，為PWR-2的研制提供了經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。1987年P(guān)WR-2反應(yīng)堆C型堆芯開始在STF-2陸上模式堆上進(jìn)行運(yùn)行試驗(yàn)。英海軍與羅爾斯?羅伊斯公司簽訂合同，修改PWR-2反應(yīng)堆設(shè)計(jì)，擬裝備SSN20攻擊型核潛艇。1990年SSN20核潛艇計(jì)劃取消。1992年完成PWR-2壓水堆裝置在“先鋒”號(hào)核潛艇上的安裝工作，該艇開始試航。1993年“先鋒”號(hào)核潛艇服役。決定建造“特拉法加”級(jí)第二批攻擊型核潛艇，裝備PWR-2壓水堆裝置(該級(jí)艇三年后被定名為“機(jī)敏”級(jí))。1995年完成在STF-2模式堆中C型堆芯的試驗(yàn)工作，著手準(zhǔn)備H型堆芯的試驗(yàn)工作。1996年開始訂購“機(jī)敏”級(jí)攻擊型核潛艇。(4)經(jīng)費(fèi)PWR-2壓水堆裝置的研制經(jīng)費(fèi)共4.85億美元。3.使命任務(wù)與裝艇情況(1)使命任務(wù)PWR-2壓水堆裝置，作為英國自行研制的第二代潛艇壓水堆，統(tǒng)一裝備“先鋒”級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇和“機(jī)敏”級(jí)攻擊型核潛艇。(2)裝艇情況英國“先鋒”級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇共建造4艘，使用4臺(tái)PWR-2壓水堆裝置。4艘“先鋒”級(jí)核潛艇已在1999年11月全部建成并服役。英國為了替換“敏捷”級(jí)攻擊型核潛艇，使攻擊型核潛艇維持在12艘的水平，決定建造“機(jī)敏”級(jí)攻擊型核潛艇，即“特拉法加”級(jí)第二批艇。1994年7月開始招標(biāo)，1997年3月簽訂開始先建造3艘艇的合同，1999年10月，首艇“機(jī)敏”號(hào)已開工建造，2005年服役，另外兩艘“伏擊”號(hào)和“機(jī)巧”號(hào)，也將分別在2001年和2002年開始安放龍骨。還要建造另外兩艘的計(jì)劃已在1998年得到確認(rèn)。(二)系統(tǒng)組成PWR-2壓水堆裝置采用西方傳統(tǒng)的潛艇壓水堆裝置熱線圖，包括一臺(tái)反應(yīng)堆，一、二回路系統(tǒng)，兩臺(tái)蒸汽輪機(jī)，單軸，泵噴射推進(jìn)。1。一回路系統(tǒng)該裝置一回路系統(tǒng)包括一臺(tái)反應(yīng)堆、2臺(tái)蒸汽發(fā)生器、4臺(tái)主循環(huán)泵和一臺(tái)穩(wěn)壓器。反應(yīng)堆熱功率140MW，可提供軸功率25.73MW(35000hp)。堆的尺寸和PWR-1型反應(yīng)堆大致相同，由此推算，堆芯功率密度約為80MW／m3。堆芯采用板狀燃料元件，鈾鋯合金燃料，鈾235富集度約為70％。C型堆芯工作壽期為10年，正在研究的H型堆芯工作壽期為25年，在艇的服役期內(nèi)可不用更換核燃料。反應(yīng)堆壓力容器采用高疲勞特性和高強(qiáng)度材料鍛造。新反應(yīng)堆改進(jìn)了事故狀態(tài)下補(bǔ)給水噴淋的方法。一回路冷卻劑進(jìn)入反應(yīng)堆的溫度為265℃，離開反應(yīng)堆的溫度為280℃。蒸汽發(fā)生器為立式自然循環(huán)型，冷卻劑流經(jīng)管內(nèi)，二回路工質(zhì)流經(jīng)管外，產(chǎn)生2.4MPa，250℃的飽和蒸汽，經(jīng)汽水分離器分離后，蒸汽濕度不超過0.25％，其他設(shè)備基本采用PWR-1型壓水堆裝置一回路設(shè)備。2，二回路系統(tǒng)二回路系統(tǒng)包括兩臺(tái)蒸汽輪機(jī)、主凝汽器、冷凝泵、給水泵、循環(huán)泵及汽輪發(fā)電機(jī)組。對(duì)蒸汽輪機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)，并在STF-2模式堆上進(jìn)行了兩年的試驗(yàn)才裝艇實(shí)用。主凝汽器及其冷凝循環(huán)系統(tǒng)也進(jìn)行了改進(jìn)。主凝汽器采用U型管式單管板結(jié)構(gòu)，鈦合金管材，采用鎳鋁銅合金制造循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)件。主冷凝循環(huán)泵的軸密封問題得到解決，而且減小了振動(dòng)。簡(jiǎn)化了凝汽器附屬設(shè)備，提高了抗腐蝕性，減小了尺寸和重量。二回路設(shè)備置于整體浮筏機(jī)座上，進(jìn)一步減小了輻射噪聲。它由PWR-1壓水堆裝置采用的半浮筏結(jié)構(gòu)改進(jìn)為全浮筏結(jié)構(gòu)，即在高速工況下不必將浮筏鎖定。(三)技術(shù)特點(diǎn)分析及述評(píng)1.堆功率明顯增大PWR-2壓水堆功率比PWR-1增大40％，裝置效率為18％，輸出軸功率在25.73MW(35000hF)以上。2.增長(zhǎng)了堆芯壽命C型堆芯壽命比第一代潛艇堆堆芯壽命增長(zhǎng)了50％。如果H型堆芯試驗(yàn)成功，可達(dá)到與艇同壽命，提高燃料利用率，改善經(jīng)濟(jì)性。3.大幅度降低噪聲該型裝置采用了英國多年對(duì)潛艇核動(dòng)力減振降噪的研究成果，包括主要設(shè)備選型、選材、加工精度、配置方式、以及設(shè)備的支撐、吊掛與管路連接等都考慮了降噪效果。二回路采用全浮筏減振機(jī)座，高頻硬化減速齒輪，采用泵噴射推進(jìn)等，使輻射噪聲很低。?A簡(jiǎn)化系統(tǒng)和設(shè)備，減小體積和重量該型裝置較PWR-1型壓水堆裝置簡(jiǎn)化系統(tǒng)和設(shè)備，主要是二回路系統(tǒng)，如主冷凝系統(tǒng)的設(shè)備及其附屬系統(tǒng)等，縮短了主凝汽器的長(zhǎng)度，采用鈦合金管材等改進(jìn)措施。5.提高了安全可靠性PWR-2型裝置改進(jìn)了反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)，提高了對(duì)失水事故的處理能力。更換了一回路管道材料，可以避免PWR-1裝置發(fā)生裂紋的可能性，改善了堆艙設(shè)備的維修環(huán)境。八、英國PVW-1壓水堆裝置(一)研制背景與計(jì)劃1.型號(hào)的產(chǎn)生英國從1960年開始設(shè)計(jì)“勇士”級(jí)攻擊型核潛艇，決定采用本國研制的NR-2型壓水堆裝置。該堆借鑒了S5W反應(yīng)堆的經(jīng)驗(yàn)，并在本國的唐瑞潛艇模式堆(DSMP)進(jìn)行了試驗(yàn)之后進(jìn)行研制的，后稱為PWR-1型壓水堆裝置。2.研制計(jì)劃(1)計(jì)劃內(nèi)容PWR-1壓水堆裝置的研制目標(biāo)是使S5W反應(yīng)堆設(shè)計(jì)英國化，但并不是復(fù)制，在性能上也有所改進(jìn)，如增長(zhǎng)堆芯壽命和降低噪聲。PWR-1壓水堆的設(shè)計(jì)考驗(yàn)和堆芯性能試驗(yàn)在唐瑞潛艇模式堆(DSMP)上進(jìn)行。DSMP模式堆從1960年開始建造，1961年建成，首先試驗(yàn)了A型堆芯，裝備了1966年7月開始服役的“勇士”級(jí)攻擊型核潛艇，以及1967年10月開始服役的“剛毅”級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇。后來，又試驗(yàn)了B型堆芯，經(jīng)兩年考驗(yàn)后，裝備了1973年4月開始服役的“敏捷”級(jí)攻擊型核潛艇，并在前兩級(jí)核潛艇換料時(shí)改裝B型堆芯。1973-1974年對(duì)DSMP模式堆進(jìn)行了改裝，重新起堆后試驗(yàn)了Z型堆芯，裝備了1983年3月開始服役的“特拉法加”級(jí)攻擊型核潛艇，并在“敏捷”級(jí)核潛艇換料時(shí)改裝z型堆芯。PWR-1型壓水堆裝置在研制試驗(yàn)中曾遇到許多技術(shù)困難。為了增長(zhǎng)堆芯壽命，堆芯體積比S5W-Ⅱ反應(yīng)堆大，因此，壓力容器有所增高。一、二回路有15000條焊縫，由于采用新材料和新的焊接方法，焊接質(zhì)量檢驗(yàn)比較困難。蒸汽輪機(jī)尺寸較大，布置困難。一回路小直徑管道采用鎳基合金，運(yùn)行中曾發(fā)生裂紋，因晶間腐蝕引起，后來用鉻鉬合金管子替換。運(yùn)行中一、二回路都曾發(fā)生過因循環(huán)泵引起的泄漏問題。這些技術(shù)問題最后都得到了解決。(2)研制單位PWR-1壓水堆裝置由羅爾斯?羅伊斯聯(lián)合有限公司研究設(shè)計(jì)，在DSMP模式堆上進(jìn)行了試驗(yàn)研究及運(yùn)行考驗(yàn)；維克斯造船工程公司巴羅造船廠負(fù)責(zé)PWR-1壓水堆裝置設(shè)備的制造與安裝。(3)研制時(shí)間表1955年英國決定開始建造核潛艇。1958年英國從美國購買了S5W-Ⅱ壓水堆和核燃料。1960年英國開始建造PWR-1壓水堆的模式堆，即唐瑞潛艇模式堆DSMP，于第二年建成。1966年7月裝備PWR-1壓水堆裝置的第一艘核潛艇“勇士”號(hào)服役，該堆首次投入使用。1991年10月裝備PWR-1壓水堆裝置的第X艘核潛艇，“特拉法加”級(jí)第7艘艇服役。3.使命任務(wù)與裝艇情況(1)使命任務(wù)研制PWR-1壓水堆裝置是為了裝備英國“勇士”級(jí)攻擊型核潛艇及“剛毅”級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇，其后成為英國核潛艇通用型壓水堆裝置。(2)裝艇情況PWR-1型壓水堆裝置在1962-1991年間共裝備了“勇士”級(jí)、“敏捷”級(jí)和“特拉法加”級(jí)攻擊型核潛艇，以及“剛毅”級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇等四代核潛艇22艘，裝堆22臺(tái)。(二)系統(tǒng)組成PWR-1壓水堆裝置采用西方傳統(tǒng)的潛艇壓水堆裝置熱線圖，包括一臺(tái)反應(yīng)堆，一、二回路系統(tǒng)，兩臺(tái)蒸汽輪機(jī)，單軸(見圖5.5-8)。1.一回路系統(tǒng)PWR-1壓水堆裝置一回路系統(tǒng)包括一臺(tái)反應(yīng)堆、兩臺(tái)蒸汽發(fā)生器、4臺(tái)主循環(huán)泵和一臺(tái)穩(wěn)壓器，組成兩個(gè)一回路支系統(tǒng)。反應(yīng)堆熱功率為100MW，可提供軸功率18，38MW(25000hp)。壓力容器用低合金鋼制成，其中含1％鉻，0.5％鉬，內(nèi)表面堆焊不銹鋼復(fù)層，殼體通過焊接連接，由圓筒形殼體和橢圓形封頭組成(見圖5.5-9)。堆芯采用板型燃料元件。燃料為鈾鋯合金，鈾235富集度為40％，包殼為錫鋯合金。控制棒材料為鉿，可燃毒物為硼。還設(shè)置了用于事故保護(hù)的向冷卻劑注人中子吸收劑系統(tǒng)。A型堆芯壽期可達(dá)3000h，B型堆芯為5000h，可運(yùn)行7年不換核燃料。一回路系統(tǒng)壓力14MPa，冷卻劑進(jìn)入反應(yīng)堆人口溫度265℃，出口260℃。蒸汽發(fā)生器為立式自然循環(huán)型，由傳熱管、管板和汽水分離器組成，一回路冷卻劑在管內(nèi)流過，二回路水流經(jīng)管外，產(chǎn)生2.4MPa，250℃的飽和蒸汽，經(jīng)汽水分離器分離后，濕度不超過0.25％。一回路主循環(huán)泵為可拆襯套無填封式泵。采用環(huán)形端面密封裝置。為消除縫隙，避免積累放射性腐蝕產(chǎn)物，泵的定子和轉(zhuǎn)子用特制的鎳合金薄壁罩封閉。穩(wěn)壓器為立式圓筒形貯水容器。當(dāng)反應(yīng)堆以額定功率運(yùn)行時(shí)，容器內(nèi)2／3高度充滿水。內(nèi)設(shè)三組電加熱器，調(diào)節(jié)飽和蒸汽壓力。反應(yīng)堆艙上部布置密封通道。生物屏蔽層使用了鉛和聚乙烯材料。在機(jī)艙中設(shè)置反應(yīng)堆中央操縱臺(tái)、電力系統(tǒng)操縱臺(tái)和汽輪機(jī)裝置。2.二回路系統(tǒng)PWB-1壓水堆裝置二回路系統(tǒng)也有兩條平行的支回路分系統(tǒng)。每個(gè)支回路包括汽輪機(jī)、主凝汽器、凝水泵、給水泵和循環(huán)泵，以及配有凝汽器和輔機(jī)的汽輪發(fā)電機(jī)組。兩臺(tái)汽輪機(jī)經(jīng)兩級(jí)減速器驅(qū)動(dòng)一根軸。裝置效率為18％，軸功率18.38MW(25000hp)。凝汽器采用了雙管板結(jié)構(gòu)。兩臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組功率各為1700kW，輸出頻率60Hz，電壓450V的三相交流電。兩臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)功率294kW。為了減振降噪，二回路采取了浮筏機(jī)座減振(見圖5.5?10)，將主汽輪機(jī)，減速齒輪箱、凝汽器和汽輪發(fā)電機(jī)組等裝在一個(gè)大型機(jī)械底座上。浮筏分兩型，n型為半浮筏，在高速工況時(shí)必須將浮筏鎖定。它裝備了“勇士”級(jí)等兩級(jí)核潛艇。P2型為全浮筏，高速工況時(shí)不必鎖定。它裝備了以后各級(jí)核潛艇。(三)技術(shù)特點(diǎn)分析及述評(píng)1.保持了S5W反應(yīng)堆的特點(diǎn)PWR-1型反應(yīng)堆保持了S5W反應(yīng)堆的主要技術(shù)特點(diǎn)，如采用板型燃料元件，高濃鈾，較大的初始裝載量，采用可燃毒物控制后備反應(yīng)性等，因而堆的功率大，堆芯壽期長(zhǎng)，噪聲較低。但冷卻劑雙流程流經(jīng)堆芯，對(duì)安全不利。2.采用浮筏減振，降噪效果好英國率先采用浮筏減振，降噪效果好，后來推廣到美國等其他國家在核潛艇上應(yīng)用。3.簡(jiǎn)化了系統(tǒng)和設(shè)備該型裝置經(jīng)過在模式堆的實(shí)驗(yàn)和考核，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加合理，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)和設(shè)備，如減少了堆艙遠(yuǎn)距離控制閥，減少了二回路的閥門和接頭的數(shù)量，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。4.一回路管道材料性能差一回路管道采用了不銹鋼管材，后來在運(yùn)行中發(fā)生腐蝕裂紋，1991年曾因此使4艘彈道導(dǎo)彈核潛艇全部停運(yùn)更換管道，“敏捷”號(hào)攻擊型核潛艇也因此提前退役。九、法國K15一體化壓水堆裝置(一)研制背景與計(jì)劃1.型號(hào)的產(chǎn)生法國為了保證彈道導(dǎo)彈核潛艇的后續(xù)力量，于1981年決定建造6艘第三代“凱旋”級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇，后改為4艘。該級(jí)艇采用了法國“戴高樂”級(jí)核動(dòng)力航空母艦的K15一體化壓水堆裝置。2.研制計(jì)劃(1)計(jì)劃內(nèi)容K15一體化壓水堆裝置在CAS48一體化壓水堆裝置基礎(chǔ)上發(fā)展。CAS48一體化壓水堆裝置裝備了“寶石”級(jí)攻擊型核潛艇。K15反應(yīng)堆裝置的發(fā)展目標(biāo)是：①增大單堆功率至150MW；②采用浮筏等措施降低噪聲；③提高安全可靠性。CAS48一體化壓水堆裝置于70年代初期開始發(fā)展，1983年2月首次裝備“紅寶石”號(hào)攻擊型核潛艇并服役。法國海軍于1982年開始發(fā)展計(jì)劃用于“戴高樂”號(hào)核動(dòng)力航空母艦的K15一體化壓水堆，投資1億法郎改建了CAP陸上模式堆，裝有K15堆芯，進(jìn)行試驗(yàn)研究。K15反應(yīng)堆在設(shè)計(jì)中采用了較大的壓力容器，增加了堆芯中冷卻劑的流通截面，減小流動(dòng)阻力，提高自然循環(huán)能力，采用浮筏減振和電力推進(jìn)技術(shù)。該堆于1994年在“凱旋”號(hào)彈道導(dǎo)彈核潛艇上開始投入運(yùn)行。(2)研制單位K15一體化壓水堆裝置的研制由法國原子能委員會(huì)核推進(jìn)部領(lǐng)導(dǎo)，設(shè)計(jì)研究工作由薩克萊核研究中心負(fù)責(zé)，試驗(yàn)研究由卡達(dá)拉希核研究中心負(fù)責(zé)，建造工作由法國原子技術(shù)公司承擔(dān)。(3)研制時(shí)間表1980年9月決定建造“戴高樂”級(jí)核動(dòng)力航空母艦。1981年決定建造“凱旋”級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇。1982年開始發(fā)展K15一體化壓水堆，投資1億法郎改建CAP陸上模式堆。1983年2月CAS48一體化壓水堆投入運(yùn)行。1986年6月“凱旋”號(hào)核潛艇開工建造。1987年11月“戴高樂”號(hào)核航母開工建造。1993年7月“凱旋”號(hào)核潛艇下水。1994年5月“戴高樂”號(hào)核航母下水。1995年裝有K15堆芯的陸上模式堆支承結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重裂紋。1997年3月“凱旋”號(hào)核潛艇服役。3.使命任務(wù)與裝艇情況(1)使命任務(wù)K15一體化自然循環(huán)壓水堆裝置為裝備“戴高樂”級(jí)核動(dòng)力航空母艦而研制，而RY.裝備了“凱旋”級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇。(2)裝艇情況K15一體化壓水堆裝置將裝備2艘“戴高樂”級(jí)核動(dòng)力航母，每艦裝堆2臺(tái)，4艘“凱旋”級(jí)核潛艇，每艇裝堆1臺(tái)，預(yù)計(jì)總裝堆8臺(tái)?！按鞲邩贰碧?hào)核動(dòng)力航母，已于1994年5月7日下水，2000年3月服役。“凱旋”級(jí)核潛艇4艘已開工建造。前兩艘“凱旋”號(hào)和“勇猛”號(hào)已分別在1997年3月和1999年12月服役。(二)系統(tǒng)組成“戴高樂”級(jí)核航母采用的K15一體化壓水堆裝置為雙堆熱線圖(見圖5。5-11)。實(shí)際上是兩套核動(dòng)力裝置，雙軸推進(jìn)，軸功率61MW(83000hp)，航速27h。“凱旋”級(jí)核潛艇采用一臺(tái)K15一體化壓水堆裝置，相當(dāng)于“戴高樂”號(hào)核航母的一套核動(dòng)力裝置，軸功率30.5MW(41500hP)，水下航速25h。K15反應(yīng)堆熱功率150MW，采用U02板狀燃料組件，包殼材料為鋯4合金，U235富集度約為凹％。冷卻劑3流程經(jīng)過堆芯，可載走更多熱量。一臺(tái)蒸汽發(fā)生器坐在反應(yīng)堆頂蓋上，成一體化布置。反應(yīng)堆在不開動(dòng)主泵時(shí)，可達(dá)額定功率49％，靠冷卻劑自然循環(huán)工作。一回路系統(tǒng)有兩臺(tái)主循環(huán)泵，直接和壓力容器相連，還有兩臺(tái)穩(wěn)壓器(見圖5.5-12)。每套K15壓水堆裝置的二回路系統(tǒng)有兩臺(tái)主汽輪齒輪機(jī)組推動(dòng)一根軸。在推進(jìn)軸上還裝有主電動(dòng)機(jī)，它由汽輪發(fā)電機(jī)、蓄電池組或應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組供電。為降低噪聲，二回路設(shè)備采用整體浮筏機(jī)座?！皠P旋”級(jí)核潛艇采用了泵噴射推進(jìn)。(三)技術(shù)特點(diǎn)分析及述評(píng)K15一體化自然循環(huán)壓水堆裝置，是沿著法國獨(dú)特的技術(shù)路線發(fā)展的第三代標(biāo)準(zhǔn)化核動(dòng)力裝置，具有如下技術(shù)特點(diǎn)：1.功率大K15反應(yīng)堆熱功率150MW，可提供軸功率30.5MW(41500hp)，可推進(jìn)排水量14335t的核潛艇，航速達(dá)25h，其功率與美國S6G壓水堆相當(dāng)。2.堆芯壽命長(zhǎng)K15反應(yīng)堆是CAS48反應(yīng)堆的擴(kuò)展型，堆芯具有25年壽期，可以和艇同壽命，不用換料。3.一體化布置該型堆采用一體化布置，體積小，重量輕，減化系統(tǒng)和設(shè)備，自然循環(huán)能力高達(dá)49％，對(duì)降噪和安全性有利。4.噪聲低該型動(dòng)力裝置在中、低速航行時(shí)可不用開動(dòng)主循環(huán)泵，低噪聲航行采用電力推進(jìn)、泵噴射推進(jìn)，浮筏減振，因而噪聲低，據(jù)稱比美海軍“俄亥俄”級(jí)核潛艇噪聲還低。十、法國CAS48一體化壓水堆裝置(一)研制背景與計(jì)劃1.型號(hào)的產(chǎn)生1965年11月，法國海軍最高委員會(huì)決定研制第一艘攻擊型核潛艇，開始稱“普羅旺斯”號(hào)(SNA72)，于1972年完成初步設(shè)計(jì)，并于1973年獲得通過，后改為“紅寶石”號(hào)，1976年12月開工建造。該級(jí)艇采用CAS48一體化壓水堆裝置。為了建造該堆，首先建造了CAP陸上模式堆。2.研制計(jì)劃(1)計(jì)劃內(nèi)容CA848一體化壓水堆裝置有別于以前其他國家采用的分散布置型壓水堆裝置，和法國自己研制的裝備“威嚴(yán)”級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇的PAT分散布置壓水堆也不相同。它所要裝備的SNA72攻擊型核潛艇水下排水量只有2670t，是世界上最小的核潛艇。它的研制目標(biāo)是：①體積小，重量輕；②設(shè)備系統(tǒng)簡(jiǎn)化；③自然循環(huán)能力高，運(yùn)行安全可靠；④中、低速工況不用主泵，噪聲低。為了研制第二代壓水堆CAS48一體化反應(yīng)堆，法國首先于1971年7月決定在卡達(dá)拉希，建造CAP一體化陸上模式堆。1974年初安裝安全殼和蒸汽發(fā)生器，1974年4月開始進(jìn)行非核試驗(yàn)。1975年11月達(dá)到臨界，12月達(dá)到滿功率運(yùn)行。1976年初訂購首艇“紅寶石”號(hào)，同年12月11日開工建造。該艇于1979年7月下水后，對(duì)CAS48反應(yīng)堆進(jìn)行了試驗(yàn)，1983年2月服役。(2)研制單位CAS48一體化壓水堆裝置的研制工作，由法國原子能委員會(huì)核推進(jìn)部領(lǐng)導(dǎo)，設(shè)計(jì)研究工作由薩克萊核研究中心負(fù)責(zé)，試驗(yàn)研究工作由卡達(dá)拉希核研究中心負(fù)責(zé)，建造工作由法國原子技術(shù)公司承擔(dān)。(3)研制時(shí)間表1965年11月決定建造SNA72攻擊型核潛艇。1971年7月決定建造CAP一體化陸上模式堆。1972年完成SNA72攻擊型核潛艇初步設(shè)計(jì)。1975年12月CAP模式堆達(dá)到滿功率運(yùn)行。1976年12月“紅寶石”號(hào)攻擊型核潛艇開工建造。1983年2月“紅寶石”號(hào)攻擊型核潛艇服役。1993年7月“寶石”級(jí)攻擊型核