怒吼的團長
作為一名核電從業者,從核能發電的角度解答下這個問題。
航母中所用的核動力堆公開資料很少,航母中動力堆能量轉化形式是這樣的:核能——熱能——汽輪機動能——螺旋槳動能,少部分蒸氣用來發電。
航母從核反應堆獲取的絕大部分能量都是直接利用汽輪機通過主軸(之間很可能還有減速箱)帶動螺旋槳來獲取前進的動力,少部分用來發電來支持艦上電子設備的運行,還有一部分蒸氣用來給蒸氣彈射系統供應蒸汽。
直接原因就是電力驅動航母技術目前還不成熟,不成熟的具體原因有以下幾方面:
圖釋:上圖為尼米茲級使用兩具功率各130000馬力的A-4W反應堆,總功率260000馬力1、增強了航母的機動能力
航母作為海上作戰基地之一,機動性是一個重要指標。我們如果假設完全轉化為電能,如果航母啟動時,二回路產生的蒸氣必須等到足夠的量,通常反應堆功率需要達到25%以上才能進行汽輪機衝轉,這樣才能帶動發電機生產出頻率合格的交流電,否則汽輪機轉速不到,頻率不合格,生產出來的電能就無法給電動機使用。
汽輪機直接帶動螺旋槳就不存在這個問題,只有有轉速就可以即刻劃水前進。
2、省去發電機提高了效率
能量傳遞經過的設備越多,效率就越低,本來航母用反應堆功率就有限,使用發電機產生的電能帶動電動機驅動航母就會損失一部分能量。假設發電機的效率為90%,電動機的效率為80%,那麼從汽輪機大軸傳遞過來的能量就只能有72%的能量用來驅動航母。
3、省去發電機及其輔助系統的
少用一個大型設備意味著就會將故障率降低一個檔次,減少了發電機及其輔助系統的不僅僅會減少航母的製造成本還可以降低航母的故障率,此外也會節省出很大一部分發電機及其輔助系統(氫氣冷卻系統、潤滑油系統、勵磁系統、定子冷卻水系統等)佔用的空間。
全電驅動核動力航母還有很多的優勢的,製造工藝也更為複雜,艇用反應堆要求體積小、能量輸出效率高、設備可靠,因為沒有像商運核電站一樣可以設置多重冗餘的安全系統,因此艦艇核反應堆對於安全性和可靠性的要求就極高,這仍是我國科研人員的努力的方向。
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核先生科普
其實所有的核動力都是通過熱傳遞後驅動發電設備獲得電能,核反應堆獲得的是熱能不是電能。目前流行的核反應堆是壓水反應堆。正常情況下核裂變產生的熱量都會被水帶走,加熱過後的水變成水蒸氣,這些高溫高壓的氣體再通過存儲機構和管路再驅動蒸汽輪機。而電力來自於蒸汽輪機帶動的發電機,在傳統核動力航母上還用蒸氣輪機驅動帶著螺旋槳的主軸。
目前最新的所謂全電推進的核動力航母是取消了蒸汽輪機驅動主軸,蒸氣輪機全部用來發電,然後部分電力通過電纜傳輸geu電機再帶動主軸,這樣可以簡化航母主軸的長度。而且提高了航母的不沉性,因為艙室不要被長長的主軸戳穿了。
按照現有的核能技術還無法實現從核反應中獲得電力。包括太陽在內的恆星的熱核反應產生的最多的也是熱量而已。
目前美國福特級航空母艦已經開始使用全電推進技術,只不過還是需要通過蒸汽輪機進行電能的轉變。而英國的伊麗莎白女王號航母的全電推進則是燃氣輪機驅動發電機,這樣省卻了燒鍋爐而已。
鷹眼戰情室
這個問題的答案其實非常簡單:在核動力航母出現時,全電推進艦船還不成熟。眾所周知,核動力艦船其實只不過就是將核反應堆作為能量輸出裝置、替代傳統艦船上的熱機,因此核反應堆本身事實上無關動力系統主機的設計,只要能確保在艦船上穩定運用即可。
因此,決定核動力航母是採用核動力機組配用發電機組輸出電力,還是配用蒸汽輪機“燒開水”的關鍵因素,取決於採用蒸汽輪機和發電機組哪個在技術上更容易實現。全電推進艦船雖然近些年來非常流行,特別是美國的“朱姆沃爾特”級和英國的45型驅逐艦一類的大型艦船證明該技術完全可以運用於大型艦船,但在核動力航母剛剛出現的時期,全電推進技術還處於萌芽階段,遠談不上在大型主戰艦船上運用,更遑論用在航空母艦上。
核動力航母的主要建造和使用國是美國,而美國海軍直到1994年才提出整合式電力推進系統的研發計劃——當時距離第一艘核動力航母“企業”號開工已經過去了整整36年,而“尼米茲”級航母已經下達了第九艘的訂購計劃、本級艦的建造工作步入收官階段,改用一種技術上完全不成熟的動力裝置也很不現實。
更關鍵的問題是,對於航空母艦這種堪稱美國海軍命脈的關鍵性裝備而言,美國朝野和軍方都斷然不可能允許存在過大的技術風險,因此就更不可能允許在航母上採用電力驅動了。
軍機圖
誰都知道全電推進好,如果技術允許,核動力航母肯定是喜歡採用全電推進系統。但是,技術不是還差了點嘛。
福特級航母
全電推進是艦船動力的一次革命,它將日常供電、電力推進、艦載武器設備供電合而為一。相對於傳統機械推進方式,具有節省空間、便於佈局、易操作、低噪音、省燃料等諸多優點,同時為電磁彈射、電磁攔阻、電磁炮、激光炮等新設備新武器上艦創造了條件,是未來發展的主要方向。
電磁彈射
電力推進不是新技術,早在1920年,美國列克星頓號航母就使用了蒸汽輪機發電+電動機推進技術。原因是因為大型蒸汽輪機的減速裝置技術不成熟。但是電力推進也帶來了抗打擊能力不足、主電纜受損全艦功能失效的巨大問題。
1942年列剋星敦在戰爭受損並不嚴重的情況下,因為主電纜損毀,喪失全部動力和損管能力,最終沉沒於太平洋。此後美國放棄了全電化設計,而且大功率減速裝置逐漸成熟,最終選擇了內燃機推進模式。
但現在的航母都是耗電大戶,不全力發電是不行了。以福特級航母為例,單電磁彈射就需要160兆瓦電力,全速航行時推進系統需要200兆瓦功率。更別說還有電磁攔阻,電磁炮等,哪一個都是耗電大戶。
PMM先進同步感應電機
但是因為大型同步感應電機技術仍不太成熟,無法提供如此多的電力,導致電推進技術還差點火候,所以福特級核動力航母前3艘仍然使用蒸汽輪機驅動螺旋槳的機械推進系統。
等待感應電機技術成熟之後,計劃在第4艘福特級航母上安裝全電推進系統,實現日常供電、電力推進、艦載設備供電合而為一。
英國的伊麗莎白女王級航母,總髮電功率112兆瓦,推進系統80兆瓦,最大航速26節。為什麼航速那麼慢,達不到普遍的30節以上,就是因為電推功率不足。更大的電機目前技術尚不成熟,現有的感應電機又大又重,也無法安放太多臺。
綜上原因,核動力航母
目前仍然使用蒸汽輪機。但隨著技術的成熟,未來的航母肯定會使用全電推進替代蒸汽輪機的。和風漫談
問這個問題本身就是對核電不瞭解。核反應堆本身是產生不了電的,它只能產生熱,然後用熱來燒水,產生蒸汽再發電。所以說陸地上核反應堆和艦船上的核反應堆它們的工作過程是一樣的。都是先生熱,再燒水,產生蒸汽,推動發電機發電。過去美國那核動力航母不靠電推進的話,它只能是用蒸汽輪機直接帶動螺旋槳。現在我們的馬教授搞的這個全電推進,就是在蒸汽輪機的後面再增加一個發電機,讓熱能轉化的機械能全部轉換為電能,然後再用電來推進艦船。有人說增加這個環節不嫌麻煩?那是你不明白,電推比機械推動有太多的好處:效率高,省空間,結構非常的簡單。而且全電狀態下,電力在全艦各系統之間很方便調度和調劑,能量可以節約很多,艦船的功率可以最大化的發揮作用。好處大的沒辦法說了。
東望長安1
都是偽專家,核電員工告訴你們為什麼,核能一般指的是裂變過程釋放熱量,也就是說最直接的是熱能,熱能可以直接轉化成動能,幹嘛要先轉化成電能再轉化成動能。再說一點,核能發電是什麼,核裂變釋放熱量——蒸汽發生器——汽輪機——發電機。而在有高熱蒸汽的條件下就可以驅動船隻了。用電能驅動不是脫褲子放屁麼。
周昊24
目前世界上只有英國的常規動力航母伊麗莎白女王號使用全電推進,核動力航母若使用全電推進也得先通過蒸汽鍋爐發電,效率未必就高
全電推進,又稱綜合全電力推進系統,其原理是通過柴油機或燃氣輪機發電,以此帶動電動機讓艦隻向前推進。
全電推進的優勢是體積小,佈置靈活,可以讓出巨大的傳動軸,節約空間。
目前,全電推進已經被應用到了許多驅護艦上。不過這些艦隻的體積和噸位普遍較小,若是在航母上使用的話,技術要求太高,特別是對電機的可靠性要求非常苛刻。
今天,只有英國的伊麗莎白女王號使用全電推進。其採用了兩臺羅爾斯·羅伊斯生產的單機功率36兆瓦的MT30燃氣輪機作為主要發電裝置為電動機供電。
採用全電推進可以極大的節約伊麗莎白女王號航母的內部空間,多裝幾架飛機。目前來看,除了油耗多了點外,別的還都挺好。
(麗莎白女王號的滿載噸位為65000噸,屬於中性航母,重量不算特別巨大。而且其艦載機採用滑越起飛的方式,沒有使用蒸汽彈射,所以可以取消大型蒸汽鍋爐)
不過若是在核動力航母上,使用全電推進的效費比就不是那麼高了。
核動力航母的驅動原理是通過核反應堆產生的巨大熱量,加熱淡化的海水生產巨大的熱蒸汽,再通過蒸汽鍋爐帶動艦隻向前移動。
說白了,核動力航母就是依靠蒸汽機推動的。雖然技術上不可同日而語,但原理上跟一百年前的蒸汽火車沒啥區別。
蒸汽鍋爐的優勢是可靠性好,推重比大。缺點就是需要提前佈置巨大的傳動軸,佔用空間多,啟動速度慢。
如果核動力航母也要使用全電推進的話,需要在現有的系統中多一個步驟,就是蒸氣鍋爐不再直接向螺旋槳傳輸動力了,而是轉便為一個100%的發電站,通過產生的電力供給電動機,再帶動螺旋槳轉動。
如此一來,必將會產生能量上的損耗,還增加了維護成本。
況且,核動力航母巨大的體積也必然對電動機的功率和可靠性要求很高,這一點現在的技術還達不到。
(福特號上的電磁彈射器也是一個吃電大戶,雖然其需要的電力對於核動力裝置不算什麼,但這也對全艦的電力調配提出了挑戰)
總之,核動力航母上使用全電推進,技術上還達不到要求,並且也沒啥必要。
千佛山車神
航母是一個不折不扣的用電大戶,武器系統,雷達系統和阻攔系統,以後的電磁彈射系統等都是用電大戶,特別是各系統的功能全部打開時的用電最高峰值。如果航母採用全電推進動力系統,註定要和其它用電大戶爭奪資源,導致其它設備的功能在戰時受損或下降,戰時不能發揮出其優勢就違背了設計和使用的初衷。當前各國的核反應堆技術的能力能不能達到全部電力化所需要的程度不得而知,美國福特級的最新航母好像是全電推進動力系統,但戰時用電大戶全開的話能不能達到要求的指標不好說。
我們知道核反應堆工作原理是靠核燃料棒的原子分裂或聚變產生熱能,再把一部分熱能轉換成電能,一部分熱能驅動蒸汽輪機,這樣的話所產生的能量基本達到整個航母的需求而不會相互干擾。蒸汽輪機是當前各國大量應用的成熟技術,全電推進動力技術屬於新技術應用,有待日常驗證。核反應堆技術的功率大小更是制約航母各系統的關鍵所在,也不是一說核動力系統就是萬能的。
外星電子科技
這個問題,有點沒辦法回答啊。因為核反應堆本身是不產生電能的。要把核能轉化成電能,還需要那麼一點複雜的點流程。
現階段任何形式的核反應堆,都是核裂變反應堆。核聚變的反應堆目前離實際應用還有一段很長的路要走。而裂變反應堆的裂變材料通常是U235,但其丰度只有3%。
所謂核能,就是把反應堆內的U235裂變時產生的熱量,通過某種介質傳導出來,這種介質通常是水。但核反應在運轉時,其內部的反應並不僅僅是U235發生裂變反應,還會產生的多種元素的新同位素,這些新的同位素很多都有著極強的放射性,和長短不一的半衰期。據統計,核反應堆在運轉時,新產生的各種元素的同位素以及新元素有數千種之多,絕大部分是放射性元素。有的放射性元素的半衰期非常漫長,比如鈈239,有的則非常非常短,僅有幾千分之一秒。
基於此,核反應裡的高能水是不能直接用來做來驅動力,那樣的話,相當於核洩漏。因此,需要給反應堆增加一個迴路,通過迴路循環把裡面產生的能量傳導出來。這樣雖然仍會有少了放射性元素被帶出來,但總體上安全多了。
早期的核反應用的就是這種一回路的反應堆,雖然安全性提高了很多,但仍有少量的放射性元素。美國,日本等國家就是通過回收這種一回路里的廢水,來提取鈈239用做核武器的戰略儲備的。目前,美國儲備了35噸以上的鈈239,而日本通過這些年的積累,鈈239的儲備量也有12噸多了。所謂“日本一年可以造出一千多枚核彈頭”,也就是根據這個鈈239點儲備量算出來的。後來,為了提高核燃料的利用率,科學家們在新一代的核反應堆裡又加了一個迴路。這就是雙迴路反應堆了。這樣一來,大大提高了反應堆的安全係數
核能有了,如何讓它做自己想做的事情,就是各國需要自己解決的問題了。
就核動力航母而言,無論是美國之前的企業號還是後來的尼米茲級核動力航母,都是用核能來驅動蒸汽輪機的。說白了,用核反應堆代替了煤或者其他提供動力的能源。
隨著科技的發展和電氣化的不斷進步,全電推進成了時下最尖端的科技。但這對核反應堆本身而言,並沒有不同,它依然是靠U235的裂變產生能量,只是這個能量最終沒有為蒸汽輪機提供動力,而是去驅動發電機了而已。
這好像是多此一舉?當然不是。全電推進有它的優勢,其中之一就是資源分配更加合理。從而節省能源。
最後,核能只是一種提供能量的方式,跟煤,油等一樣。至於最後是變成了動力還是電力,就要看實際應用情況和一個國家的科技水平了。
陌上雲白
對於航母和驅逐艦這種大噸位高航速的艦船還是核能直接推動汽輪機機械驅動能量利用高。核能轉換成汽輪機機械能。能量利用最高百分之三十。汽輪發電機的能量轉換率為百分之八十。發電機電能驅動電動機轉換機械能。能量利用率只百分之八十。算下。0.3X0.8X0.8等於0.19。可見核能只有不到百分之二十能量用於驅動。所以說全電推進是不科學的。