詳細說說:核反應堆是怎樣驅動航母行駛的
從科技發展來看,人類大部分的動力來源還是來自於熱機。這裏面有直接燃燒燃料的燃料熱機,還有就是各種通過吸熱放熱介質的溫度、壓力轉換的介質熱機(外燃機)。到了核動力航母上,所聽到的核反應堆,也只是壹個介質熱機的熱源。其本質和已經面試了200多年的火車其實也沒有太大的區別。
火車通過燒煤產生熱量,這些熱加熱了火車火車鍋爐中過熱管(30)中的水,使之蒸發沸騰形成水蒸氣。高溫高壓的水蒸汽進入到火車頭的氣室內(26)。然後高溫高壓的水蒸氣進入瓦爾斯謝爾茨閥門,在車輪機構的驅動下,蒸汽使活塞往復運動。在這個過程中,水被加熱成水蒸氣完成煤火的熱能到動能的轉化過程。
早期的蒸汽船其實也是和蒸汽火車壹樣,只不過蒸汽機不驅動車輪而驅動蹼輪劃動水。蒸汽輸出動力的時候依然依靠氣缸的往復運動。當動力在船上實現的時候,很快壹種古老的設計就被運用在船只上。這個設計來源於阿基米德,最早是古希臘人用來提水灌溉。
這是壹種利用螺旋桿將水擡升到高處的機械裝置。在1838年10月18日,阿基米德號蒸汽縱帆船下水。它的螺旋槳恰恰就是壹圈阿基米德螺旋。當“高速旋轉”可以作為船只的推進形式的時候,大型船舶的動力設計就成了“如何讓熱機直接旋轉起來”的課題。
在二戰中,大型軍艦就已經普遍地采用了蒸汽輪機作為蒸汽內能到動能的轉化機制。這個其實很簡單,當高溫高壓的蒸汽進入蒸汽輪機後,會推動蒸汽輪機的渦輪旋轉,然後蒸汽輪機會通過主軸將動力輸出出來。
當壹個蒸汽輪機輸出的能量不夠的時候甚至還可以將多個蒸汽輪機並聯使用以獲得更大的動力輸出。而大部分蒸汽輪機的主軸就直接通過軸桿連接到螺旋槳了。其中根本沒有什麽電能、齒輪箱等等壹系列的能量轉化過程。通過戰列艦的工程圖,就可以找到四個渦輪機以及伸出的長長的主軸。這是目前蒸汽輪機最高效的動力輸出形式,調節速度也僅僅需要調節通往蒸汽輪機內的蒸汽流量,而無需做過多的機械變速調節。
至於需要調節多大的速度,還真的不像汽車掛檔壹樣,在大型船舶中所使用的是叫做“車鐘”的裝置,這是壹個指令傳輸裝置,在設定到新的檔位時會發聲,因此叫做“鐘”。壹個安裝在艦橋,對應的另壹個安裝在輪機室,當扳動艦橋上車鐘的時候輪機室的車鐘會發出聲響,並且內部的指針會指到相應的檔位。輪機室的人按照規則設定好蒸汽流量和鍋爐溫度之後,再去扳動輪機室內的車鐘,艦橋上的車鐘也做出反應。這是壹種相當迅速的指令傳達系統。但是指令並不傳達給機器而是傳達給車鐘兩側的人。
蒸汽輪機解決了艦船上的動力輸出部分,而蒸汽的來源就得靠鍋爐了。典型的船用鍋爐的結構和壹開始說到的蒸汽火車的結構是相似的,都是壹大堆的水管在火裏燒。
燃料的高溫加熱水管中的水分產生蒸汽,這些蒸汽就輸送到蒸汽輪機驅動渦輪旋轉。當然了,大型船舶還有壹個選擇,就是“核動力”,利用核反應堆發出的熱量代替鍋爐來產生水蒸氣。在核動力船舶的整個動力系統中核反應堆的作用僅僅相當於鍋爐中的燃料,核反應堆的堆芯溫度會維持在900?C左右。由於核動力反應堆是封閉的,因此我們需要將堆芯的溫度導出。這時候就需要用到循環系統了。
和水冷電腦的思路壹樣,依舊是用水將熱量導出。只不過核反應堆中的水維持在150個大氣下,在這種壓力下水可以做到在340度以下依舊不沸騰。大量流動的水會帶走反應堆核心所產生的熱量。這些超高溫的水壹邊從反應堆吸收熱量,壹邊被導入二級蒸發裝置的傳熱管中。
二級蒸發裝置中的壓力是70個標準大氣壓,水會在260度左右開始沸騰,產生高溫高壓的蒸汽。這時候有蒸汽了。就可以把這些蒸汽通過管道導入到渦輪機中驅動渦輪旋轉。
驅動過渦輪的蒸汽會進入壹個冷卻裝置繼續冷卻成水,然後再次流入蒸汽發生器,循環往復。核反應其實就是壹個鍋爐,到現在驅動航母航行的方式和200年前也沒太大區別,依舊還是燒開水。