淺談ACP100反應堆,看能否和003航母對上
一直以來很多人都說003核動力就是ACP100軍用版,又說海軍有ACP100的項目。結合之前的文章,來說說ACP100的一些特點。看看和之前江南
一直以來很多人都說003核動力就是ACP100軍用版,又說海軍有ACP100的項目。結合之前的文章,來說說ACP100的一些特點。看看和之前江南的一些公告,003的機艙看是否對得上。
先看ACP100整體布局,ACP100屬于一體堆,和法國的K15是一個類型。和美國核動力航母的分散堆不同。之前我寫的那篇航母堆文章已經說過了。
leeone:弄清楚航母的反應堆保護箱到底什么樣,有什么特征,什么時候裝,再談003那白色塊
一體堆特點是緊湊,自然循環效率較高。但是受限于布局,功率偏小。我們先看樣子。

我見過有人為了解析003機艙里面那8個白點,強行說是ACP100的主泵。好好看看,無論是分散堆還是一體堆,堆芯、蒸汽發生器、主泵、冷卻泵,一回路這些,全部都屬于保護箱里面的,不會跑到保護箱外面。
再看ACP100的參數,很多人就是不喜歡看參數,就只看到有個多少mw功率就開始YY。

ACP100的熱功率是310mw 對比A4W的熱功率550MW,A1B的熱功率是700MW水平。
所有核潛艇、核動力航母的汽輪機熱效率,基本在20%甚至更低。之前有前人整理過了,我照貼出來:
海狼級核潛艇,反應堆S6W,熱功率250MW,輸出6萬馬力,熱效率17.65%;
俄亥俄級潛艇,反應堆S8G,熱功率250MW,輸出6萬馬力,熱效率17.65%;
飛魚級等潛艇,反應堆S5W,熱功率60MW,輸出1.34萬馬力,熱效率16.43%;
洛杉磯級潛艇,反應堆S6G,熱功率160MW,輸出4.5萬馬力,熱效率20.68%;
凱旋級核潛艇,反應堆K-15,熱功率150MW,輸出4.15萬馬力,熱效率20.35%;
尼米茲級航母,反應堆A4W,熱功率550MW,輸出13萬馬力,熱效率17.38%;
實際上ACP100的熱功率是比不過A4W的,也就是說想用2座ACP100作為堆的肯定不夠。民用的ACP100用于發電,名義上約100MW的電功率,而加強型的ACP100+,熱功率上升到,410MW,名義電功率提升到125MW。中核有說過,2座ACP聯動可以根據情況提供供應最大200MW的電量。

很多人往往看到這里就已經下結論了,003就是用這個的軍用版。3-4臺ACP100肯定夠(某些把熱功率當推進功率的人,甚至認為2臺ACP100就夠了)。
但是不要忘記,目前潛艇和航母的都是壓水堆,先看看結構圖。拿電廠的原理相同更清晰些。

藍色部分就是保護箱內有的,堆芯加熱一回路液態水。這些水進入同在保護箱內的蒸汽發生器,從蒸汽發生器產生蒸汽進入二回路,推動推進用的蒸汽輪機或者發電用的渦輪發電機。
那么看看ACP100一回路的工作參數:

一回路壓力有15Mpa,但是蒸汽溫度說290度(實際290-320)。壓水堆的特點就是為了保證一回路是液態水(作為冷卻劑冷卻堆芯),盡量通過提高壓力提高沸點。但是無論ACP100也好,還是A4W,A1B這些一回路的溫度都不會高。ACP100是290-320度這個范圍。
然后用這個溫度加熱蒸汽發生器,產生的蒸汽,看看其參數。

看到了吧,ACP100真正用于推動渦輪發電機(或者推進用的蒸汽輪機)的蒸汽,是4MPa的壓力,而溫度只有250度。 我先不說換料周期。這個溫度其實是壓水堆的特點。比鍋爐產生的蒸汽低很多。
我們看看中船期刊上面,關于核潛艇的二回路的管道的壓力參數。

我們的潛艇(其實包括各國的航母、潛艇)級別上二回路的蒸汽溫度,都不會高,260-280度左右。畢竟用來加熱的一回路也就320度。
作為對比,我們看看燃油鍋爐產生的蒸汽壓力和溫度,下表來自703所哈爾濱鍋爐院。

KBT3就是褲子的鍋爐,KBT4就是我們遼寧艦的鍋爐。這兩款增壓鍋爐提供的蒸汽是6.4MPa,470度。比ACP100提供的蒸汽壓力更大,溫度更高,意味著能量更足。
核動力航母和常規動力航母都是使用蒸汽輪機推進。但是其實這兩種輪機并不同。由于壓水堆所提供的蒸汽溫度低,但是所提供的蒸汽噸數大的特性。(美國核動力航母能做到和小鷹相同的蒸汽壓力,但是蒸汽溫度小鷹是510度)。其蒸汽輪機需要更多級的扇葉來將這些溫度較低但是蒸汽量大的能量轉換為推力。
這和噴氣發動機有點類似的。可以看F119和F110渦前溫度和風扇級數對比就知道了。
我們來看看福特的蒸汽輪機長度,16米長。

003的機艙長度約是21米左右。扣除了前面那4個白點的位置,只剩下15米左右的空間。常規動力的蒸汽輪機,通常是10米。大家覺得003機艙是哪種主機?
題外話:
ACP100豐度是4.2%,換料周期2年,當然很多人說低換成高豐度的就能提高換料周期。很多東西可不是想的那么簡單,先不說一個反應堆是否低豐度高豐度隨意裝,先看看企業,尼米茲這些。

美國的航母可是一直都在用高豐度97.3%的燃料棒。反而福特的豐度降低到93%。看過一份報告,美國想在2040年航母用40%豐度的,但是爭論很大。
可見并不是說換料周期只依賴于燃料豐度一樣東西。美國從第一條企業開始一直用高豐度40多年,從企業的8年換料,到尼米茲的12-15年換料,到現在福特22-25年的換料水平。很多人以為福特不用換料,根本不是!!只是不再需要像尼米茲那樣中途換次堆而已。

ACP100是否軍方有用,當然有!!只是并非003,海上浮動發電站就是海軍的項目,用于島嶼發電的,在中船期刊有大量文章,那些海軍去核電廠培訓,什么保護箱涂料,軍方采購公告里面多次出現了。
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彩蛋!!
講完ACP100了,其實彩蛋才是最精彩的。我們現在已經知道了壓水堆所提供的蒸汽溫度通常就是250-290左右。還記得江南試車鍋爐的招標書嗎?

江南的鍋爐房蒸汽參數 6.4MPa,480度。好了,你覺得能和ACP100的4MPa 250度對上嗎?
回頭看看703所的資料,KBT型增壓鍋爐,6.4MPa 470度。你覺那個江南陸上鍋爐房的溫度參數更像誰?
很多人不看這個蒸汽參數,只會去說目前只搜索到葫蘆島有鍋爐房,所以鍋爐房就是核動力標配,并以此為證據。這讓我想起小時候科研單位那個小小鍋爐房。來看看大連,滬東這些鍋爐房哪去了?
http://www.dlrd.com/upLoad/news/month_1905/201905141556346029.pdf
北海熱電廠公司年報

北海熱電廠距離002建造的船塢約3公里
再看看滬東外高橋的新聞,2005年的
滬東中華“節約造船” “工完料清”勤儉持家10萬張鋼板全打條形碼
造船廠還是用蒸汽的“大戶”,過去,公司的中央鍋爐24小時爐火熊熊;現在,他們向外高橋電廠購買余熱,關掉了中央鍋爐,一年可節約1400噸煤,還減少了廢氣的排放。

隨著節能減排,很多船廠過去自己的鍋爐房,都陸續停止,改由附近的電熱廠提供蒸汽。像北海,外高橋這些大型電廠,機組都是1000mw的。余熱提供蒸汽給船廠順理成章。鍋爐房可不是什么核動力標配,以前船廠都有,現在依然在用蒸汽試車,只是不再由自己船廠的鍋爐房產生蒸汽而已。
有人會問,那么為什么江南要?長興島上確實有長興第二熱電廠,只是這個電廠服務長興島,機組能力有限。2010年的新聞,能提供的蒸汽就290度,將近4MPa,對了,如果003用ACP100,直接找長興第二熱電廠供應蒸汽就可以了,不用自己再組個6.4MPa,480度的鍋爐房出來。
當然,還聽到一種聲音,你看蘇聯的KN3不就是470度的,二回路使用過熱蒸汽。啥,蘇聯的資料告訴你KN3的二回路295度而已,蒸汽量400噸/小時(多些友人指正)。而且KN3的可靠性真低,87年就出過事。關于蘇聯船的資料,喜歡的可以去看以前CD 94式底座穿梭機的文章,他在微博有開號。

到現在還有人把找到江南的鍋爐房當003是核的證據。

真想問問這些人,以前大連、外高橋這些鍋爐房還開的時候,造了什么核動力軍艦出來?
鍋爐房是核動力標配?呵呵~~
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