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船舶核动力装置绪论1.核能具有哪些特点?（1）核燃料具有极高的能量密度；（2）核裂变反应不需要氧气；（3）核裂变反应会产生大量的放射性物质；（4）核动力装置具有潜在的危险性；（5）需要采取严格的辐射防护措施；（6）运行管理要求很高。2.核能用作船舶动力具有哪些优越性?（1）燃料重量占全船载重量的比例较小;核动力舰船不需要携带大量的燃料，在反应堆寿期内不需要外界补充燃料核动力舰船可携带更多的武器装备和其他物资，提高战斗力和自持力.可大大减少辅助舰船的数量，提高整个舰队的航速和续航力（2）提供较大的续航力和推进功率;续航力：是舰艇装载一次燃料所能持续航行的距离舰船推进功率：与航速的立方成正比（3）提高潜艇的隐蔽性；核潜艇无需定期浮出水面用柴油发电机给蓄电池充电，可长期潜航水面舰船不需要设置进气道和烟囱，减少上层建筑，免受烟气的腐蚀和热气流的影响，降低了红外特征大型水面舰船如航空母舰不需要布置烟囱，上层建筑布置更为灵活3.为什么船用核动力装置普遍采用压水堆？压水堆慢化剂采用轻水，冷却剂采用轻水，冷却剂在堆芯不沸腾，采用U-235富集度为3％到4%的UO2陶瓷燃料，在舰船压水堆上由于要提高堆芯寿命，燃料的富集度一般都很高；一、二回路之间相互隔离，二回路不需要屏蔽；具有结构紧凑、体积小、功率密度高、平均燃耗较深等优点，技术比较成熟；在结构设计上采用多道屏障防止放射性物质外泄，而且冷却剂具有负温度系数，使反应堆具有自稳自调特性，安全性较好。4.船舶核动力装置的船用条件是什么？（1）复杂多变的海洋环境会使船舶产生不同程度的摇摆，倾斜和起伏，核动力装置必须具备在一定的摇摆，冲击和振动条件下稳定可靠运行的能力；（2）船舶在航行过程中可能发生碰撞，触礁，火灾，沉没等各种海上事故，军用核动力舰船在作战时还有可能受到敌方攻击，核动力装置应该有可靠，完善的安全措施，在舰船发生意外和遭受攻击的情况下防止放射性物质扩散而引发核污染事故；（3）由于船舶机动性的特点，核动力装置运行工况改变频繁，功率变化幅度大，而且工作人员活动场所小，运行条件恶劣，运行管理难度大；（4）船舶航行长期远离码头，基地。维修和补给困难，核动力装置应该具有良好的可靠性和较强的生命力；（5）船舶尤其是潜艇的空间和载重量有限，核动力装置必须重量轻，体积小，布置紧凑；（6）船上及港口人员密集，核动力装置必须有良好的放射性防护措施；（7）海洋气候潮湿，空气中含有盐分，核动力系统和设备必须有良好的抗腐蚀性能。5.船舶轴功率与排水量，航速之间的关系是什么？Ne=D23Vs3CKWNe:供给推进器的功率，即核动力装置的有效功率，单位：KW;D:船舶排水量，单位：t;Vs:船舶航行航速，kn;C:海军部系数。6．核动力装置安全设计原则有哪些？各包含哪些内容？设计原则:多道屏障和纵深防御的。（1）多道屏障：①第一道屏障是燃料元件包壳。包壳如果有缺陷或破裂，会使裂变产物、裂变物漏到冷却剂中，导致反应堆及一回路系统的放射性剂量增高。②第二道屏障是由反应堆及一回路系统构成的承压边界，包容着高温高压，具有放射性的冷却剂。设计时，保证其正常泄漏量很小，事故破裂的概率很低，使其具有良好的封闭性和很高的安全性。③第三道屏障是安全壳或反应堆舱，将反应堆及一回路系统的主要设备和管道包容在内。（2）纵深防御：①第一级防御主要考虑对事故的预防。反应堆具有固有安全性，设备必须具有高质量和可检查性，系统必须有冗余度。②第二级防御是防止运行中出现偏差而发展为事故。要求设置可靠的安全保护系统，并在事故发生时，尽量减少对核系统的损坏，保护运行人员的安全。③第三级防御是限制事故所引发的放射性后果。设有安全设施，对不可预见的事故留有安全裕量。7．装置可靠性如何定义？动力装置的可靠性是指装置在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，设备等的工作和性能的时间稳定性的程度。8．什么是装置的生命力？提高装置生命力的措施有哪些？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可能恢复其功能的能力，是舰船总生命力的组成部分。船舶核动力装置保证生命力的主要措施：(1)主动力分组布置；如美国核潜艇普遍采用二回路主推进汽轮机的双机方案，每台主机及其辅助系统构成一个动力单元，两个动力单元相对独立，可同时运行，也可互为备用。(2)应急储备；对关键的设备完全备份。采用双重设置的原则，即一设备有两套，一套工作，一套备用。(3)采用互换性好的设备和仪表。(4)重要设备单独供电，设置应急供电系统。(5)重要消耗品分散布置。(6)具有破损报警装置及隔离装置。9．提高船用核动力装置隐蔽性的措施有哪些？影响隐蔽性的因素主要有噪声和放射性。消除或降低噪声的主要措施有：（1）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；（2）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。（3）改进螺旋桨设计，提高其加工精度，或者采用新型推进器，减少推进器的运行噪声。（4）在结构上使动力机械与船体分离，采用弹性减震机座和其他减震，消音措施，减少或消除通过船体传出的辐射噪声。控制放射性的主要措施是:提高放射性废物的处理水平，控制排放，加强屏蔽。10．船用核动力装置技术的发展趋势有哪些方面？（一）提高安全性与可靠性；1)提高反应堆的固有安全性。2)提高反应堆的自然循环能力。3)应用非能动安全系统。4)提高反应堆的自动控制水平，减少误操作。（二）增长堆芯寿命；优化燃料元件和堆芯结构，提高转换比和堆芯中子经济性，燃料元件采用稠密栅布置，采用可燃毒物控制，对控制棒进行程序控制，适当加大燃料的初始装载量。（三）增强反应堆的自然循环能力；提高自然循环能力的措施:1)蒸汽发生器的安装位置相对于反应堆中心位置应尽量高，以增大蒸汽发生器和反应堆堆芯之间的热中心位差，但受核潜艇壳体尺寸限制。2)减小反应堆及一回路系统内的流动阻力。3)强化蒸汽发生器的换热特性，在不增加一次侧流阻的条件下减少热阻。4)增大堆芯进出口冷却剂的温差，适当提高堆芯含气量，以提高反应堆冷却剂的密度差，但受反应堆热工安全性的限制。5)采取适当的控制措施，减少海洋条件对自然循环的不利影响。（四）减震降噪；国外采用的减震降噪技术有：1)提高反应堆自然循环能力，消除主泵运行产生的噪声。2)采用全电力推进，消除齿轮减速器的运行噪声。3)在结构上使动力机械与船体分离，采用弹性机座减振和其他减振，消音措施。4)改进螺旋桨设计，提高螺旋桨加工精度。5)采用喷水推进，电磁推进及磁流体推进技术。11．船用核动力装置各项技术经济指标的含义是什么？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。装置功率：指主汽轮机组输出的有效功率，即船舶推进器的功率。经济性：反应堆热功率用于推进船舶的功率份额，表示能量利用的有效程度。重量尺寸：可靠性：动力装置的可靠性是指装置在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，设备等的工作和性能的时间稳定性的程度。机动性：指动力装置在一定时间内改变运行工况的能力。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可能恢复其功能的能力，是舰船总生命力的组成部分。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。适航性：船舶核动力装置在受到某种限定海洋条件下的影响仍然能保证安全运行的能力。船舶核动力装置一回路辅助系统1.压力安全系统的功用是什么？(1)在核动力装置功率运行时，吸收冷却剂的体积波动，维持并控制反应堆冷却剂系统压力在允许范围之内。(2)在冷启动和冷停堆过程中，与其他系统和设备配合，对反应堆冷却剂系统进行升温升压和降温降压。(3)在反应堆冷却剂系统压力过高或者过低时，想报警装置，反应堆保护系统提供压力信号，触发报警和反应堆停堆。其中，压力过高时启动安全排放，进行超压保护；压力过低时启动专设安全措施进行安全注射。(4)根据运行要求，排出反应堆冷却剂系统中产生的裂变气体。如氢气。2.反应堆冷却剂系统压力波动的原因是什么？（1）反应堆冷却剂系统是一个封闭回路，其中充满了不可压缩的冷却剂，由于温度变化、泄漏引起冷却剂体积变化，进而导致压力波动；（2）稳态功率变化，导致冷却剂温度变化；.（3）运行功率动态变化，引起冷却剂温度波动；.（4）存在温度测量误差和控制死区，会使冷却剂体积发生微小波动；（5）泄漏和取样（水质监测系统连续取样，使部分冷却剂排出系统）。3.压力波动对反应堆冷却剂系统有哪些不利影响？压力过高，超过设计压力，会导致管道和设备损坏，破坏一回路承压边界的完整性；（反应堆失去冷却，造成烧毁；放射性物质扩散）.压力过低，会导致堆芯出现危及热工安全的冷却剂沸腾。（流动不稳定，冷却不充分而烧毁堆芯燃料元）4.简述压力控制的基本原理。反应堆冷却剂系统压力在一定范围内波动时，依靠电热式稳压器的喷淋装置和电加热器进行压力控制。正波动时的压力控制：汽轮机负荷减小，需求热功率瞬时低于反应堆功率，导致冷却剂平均温度升高，体积膨胀。1一回路中冷却剂通过波动管进入稳压器，压缩蒸汽空间，反应堆冷却剂系统压力升高，使汽空间部分蒸汽冷凝进入水空间。2系统压力达到某一定值时，喷淋阀开启，来自主泵出口的冷却剂经喷淋管向稳压器汽空间喷淋，冷凝部分蒸汽。3喷淋阀的开度随系统压力的升高线性增大，当系统降低到某一定值时，喷淋阀关闭。负波动时的压力控制：汽轮机负荷增加，需求热功率瞬时高于反应堆功率，导致冷却剂平均温度降低，体积收缩。1稳压器内水空间的冷却剂通过波动管进入回路中，蒸汽空间膨胀，反应堆冷却剂系统压力降低，使水空间的部分饱和水蒸发进入汽空间。2随着压力降低，比例组电加热器逐渐全开，加热水空间，使部分饱和水蒸发进入汽空间，提升压力。3压力降到某一定值，备用组电加热器投入，当压力回升到某一定值时，备用组电加热器关闭。5．为什么要对一回路冷却剂水质进行处理?由于一回路处于高温高压，流体高速流动，高热通量，高中子通量辐照，冷却剂工作条件恶劣，对水质的要求特别高。水质降低会产生以下几个方面的影响：（1）加剧对一回路设备和管道的腐蚀，影响装置正常的运行和使用寿命；（2）在换热设备传热面上结垢，降低设备的运行性能；（3）腐蚀产物受辐照活化，增大了一回路系统的放射性剂量水平。6．主冷却剂中杂质的来源有哪些?如何控制冷却剂的水质?杂质来源：（1）水在放射性辐照下分解产生氢和氧，水中溶氧对金属材料的腐蚀生成腐蚀产物。（2）一回路系统初始冲水以及运行过程中不间断的补水带入杂质。（3）为了控制水质而向冷却剂中添加化学药品带入杂质。（4）燃料元件包壳破损而漏入冷却剂的裂变产物。对水质控制的方法:（1）采用过滤器除去颗粒状杂质。（2）采用除盐器，通过离子交换的方法除去呈离子状态的杂质。（3）向冷却剂中添加PH控制剂，联氨等化学药品，调整水的PH，除去水中的溶解氧，减小冷却剂对金属材料的腐蚀。7．净化系统的功用是什么?通过过滤、离子交换等手段连续除去冷却剂中的杂质，保证杂质浓度低于允许值，降低冷却剂的放射性水平。8．高、低压净化系统各有什么特点?高压净化系统的特点：1)本身不设泵，依靠主泵压头提供循环动力，系统压力与主系统相近；2)用再生式热交换器将净化后的冷却剂加热至200℃后返回主系统；3)离子交换树脂在船上不进行再生处理；4)用铅屏蔽保护。优点：流程简单，设备少，布置紧凑缺点：系统压力高，造价昂贵低压净化系统的特点：1）冷却剂经降温、减压后进行净化，运行压力低于反应堆冷却剂系统工作压力；（先降温，再减压，防止净化冷却剂汽化）2）与容积控制系统、化学物添加系统结合在一起，共用设备和管路；（相当于压水堆核电站中的化学和容积控制系统）3）净化后的冷却剂由上充泵增压后送入反应堆冷却剂系统。9．主冷却剂中添加化学药品的目的是什么?通常在什么阶段添加何种药品?添加的化学物品：（1）冷启堆过程中，添加联氨；（2）正常运行过程中，添加pH值控制剂；（3）功率运行过程中，添加氢气。作用：除去和减少冷却剂中的溶解氧和水电