核动力航母起动一次要多久?

张海鹏


之前W君简单的讲了下辽宁号的启动过程。辽宁号是属于一个常规动力航母,主要是用蒸汽锅炉产生蒸汽推动蒸汽轮机获得动力的,其启动时间大约是3-5个小时。

如果是使用核反应堆是不是会更快让航母启动呢?实际上并不是,一艘核动力航母启动大约也得3-5个小时时间。当然了,这里说的是航母的热启动。


核动力航母和常规动力航母最重要的区别在于使用了核反应堆代替了燃烧重油的锅炉为动力系统提供热源。

船用核反应堆其实是靠控制棒深入反应堆的深度来控制反应堆的功率的,在暂停工作的状态下实际上和船用锅炉一样反应堆也并不是完全关闭而是在一个低功率的状态下维持温度和压力的。


如果要深入讨论航母启动的概念其实就是在讨论船只的“备车”时间。备车是一个专用术语,是指一艘船只启动动力系统使之可以开始运作的过程。备车内容包括:供电准备;校对时钟、车钟;校对舵机;暖机;各动力系统的准备;转车、冲车和试车等等,核动力航母的动力备车其实最主要的是设置航母中蒸汽运行管路的状态,使航母上蒸汽轮机可以旋转输出功率。最多的过程还是蒸汽管理的整体运营。诸如各个管路压力点的检查和报数这个过程其实和常规动力航母的过程基本一致,所话费的时间也是基本上一致的。通常都是经历3-5小时就可以将动力系统设置到一个平衡状态。


对于核动力航母来说,还有一个冷启动的状态,就是首次启动反应堆或者是更换核反应堆后的首次启动过程。

当航母首次吊装入一个新的反应堆后,会有反应堆和管路注水的过程。在这个过程中其实会比常规动力航母要慢一些,其主要原因在于反应堆中的水量要远大于锅炉中的存水量。需要加热的水要多得多,有一个6-8小时的时间等待水温升高。但这件事一般十几年二十多年才会进行一次。甚至最新的福特级航母目前只需要在出厂的时候启动反应堆即可,在整个服役的50年时间里,是没有更换反应堆和核燃料的需求的。 所以这种行为其实真的就不算启动航母了。


还有一点要说明的是,大家经常会在船舶的控制室看到有一种叫做车钟的装置。

这个装置其实并不是直接控制航母动力系统的,而是向控制船舶动力系统的轮机长传达指令信息的。之所以叫“车钟”是因为这个东西就是一个“钟”,主要是向轮机仓发出声音信号的一个装置,当轮机长听到声音后,会看轮机室内的指示仪表。当钟声停止的时候按照指示去做出换算,然后控制船舶的动力系统达到航行所需要的动力等级。这个钟的指示大部分时间和核反应堆的输出功率其实并没有太大的关系。


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美国的核动力航母由于燃料装载的浓缩度做到了90%以上,所以一个换料周期是很长的,像企业级航母大概每10年一次换料大修,尼米兹级航母,大概20年进行一次换料大修,福特级航母换料周期达到了50年,每次换料持续时间大概3年。

换料后就涉及到航母启动问题,整个过程大概分为加热、点火、升功率三个过程。

图示:1945年的企业号航母

加热

核反应堆换料后,控制棒全部插入堆芯,以引入足够的负反应性,防止堆芯意外临界,收到启动指令后,不能立刻提棒达临界,而是需要先将一回路中冷却介质加热到热态,一般为280度以上,这个过程会引入负的反应性,过程持续时间大概为11小时左右。

图示,尼米兹级航空母舰

点火

达到热态后开始提棒达临界,即反应堆的点火过程,反应堆操纵员需要密切关注堆芯内中子通量的变化,这个过程持续时间很短。

升功率

达临界后初始的功率水平在1%以下,需要继续升功率才能产生蒸气,继续从堆芯中提出控制棒,大概十几分钟后反应堆功率就可以达到20%以上,这时核裂变释放的能量加热蒸汽发生器中的给水,产生的蒸气才可能推动汽轮机转动,继续升功率航母就可以启动了,在一个小时内就可以完成启动了,最快不到2小时就能增加至满功率。


图示:福特级航母传动轴舱

值得注意的是,航母由于从维修冷停堆状态启动一次时间较为漫长,加热时间耗费了主要的时间,因此所以不能轻易让核动力航母进入冷停堆状态,除非航母进行换料大修或者其他严重故障。由于反应堆禁止低功率长时间运行,较短时间停堆维持热态即可,不需要后撤至冷停堆状态。

图示:福特级航母动力传动轴

此外,航母反应堆的设计还应该注意避免停堆后落入“碘坑”,否则即使控制棒全部提出都无法启动反应堆,航母将失去前进动力,沦入危险的境地。

今天的科普就到这里了,更多科普欢迎关注本号!


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核动力相比于常规动力来说,它能提供更稳定更长久的动力输出。但它的保存比常规动力更加麻烦。也不见得它的启动速度会比常规动力航母要快。我国的辽宁舰用的是常规动力,使用蒸汽锅炉来推动蒸汽轮机获得使航母运行的动力。常规动力启动的时间大约是3~5个小时。感觉核动力航母差不多也是这个时间。

核动力航母相较于常规动力航母是使用的反应堆替代了原本燃烧重油的锅炉给航母的动力系统提供热源。核动力相比一些常规动力来说,它的续航能力更加持久。完全可以做到这一艘核动力航母从出厂开始一直到退役,不需要再另外添加燃料。

航母在停泊的时候,航母上的动力系统并不会完全关闭。只是会一个较低功耗来待机,也就是说核反应堆会以一个低功率状态运行。就好像电脑待机一样,或者是我们晚上睡觉的时候心脏不会停,只是跳动速度变慢了而已。航母的启动主要涉及的程序有:供电系统的准备、校对时钟和车钟、动力系统的准备工作等等。这些工作需要反复校队,并不是一次完成的。完成这些工作时间差不多是3~5个钟头。这些环节中最重要的是,将蒸汽轮机产生的蒸汽均匀分配到各个动力系统。蒸汽压力过大会造成动力系统超负荷运行,而蒸汽压力过小时会产生动力不足的情况。

所以不管核动力航母还是常规动力航母。动力系统关闭的情况下到启动所需要的时间差不多是3~5个小时。


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