从模式堆的功率体积差异看装备时间差异


对全球五常来说,从上个世纪50年代开始,就不断的追求高效率的舰船核动力。因为核动力具备全过程不依赖空气参与,而且具备极高的能量密度,使用期很长。这些特点,可以直接应用到核潜艇和大吨位的水面舰艇上。虽然当时我国在这方面几乎是从零开始,而且国力薄弱,但是仍然提出了:一万年也要搞出来的口号,绝对是高瞻远瞩。当时由于核动力的复杂性,各国基本都是先在陆地上先搞成模式堆,证明技术合格安全可靠,才会正式开工某型配套的潜艇或者是大型水面舰艇。所谓的模式堆,就是在陆地上安排与设计中的舰船一样尺寸的空间内,运行与将来的目标环境一模一样的堆型,看看功率、安全性、降噪性能、以及可维护指标是否全部可以达到要求。由于核潜艇的内部空间比核动力航母的动力舱的空间小的多,因此核潜艇在陆地上的模式堆。
从核心压力罐到配套的附属设施,包括蒸汽透平和冷凝系统,都要比大型航母上的更紧凑。美国俄亥俄级核潜艇的反应堆是S8G、海狼级是S6W,这两种堆的热功率都是250兆瓦,也就是25万千瓦,但他们的最大轴输出马力,只有6万轴马力左右。满排接近2万吨的俄亥俄级的S8G反应堆,装入的铀235的总重只有140公斤!一台反应堆,配备两个动力循环分系统,每个分系统中包含一、二回路支回路,共用减速齿轮箱,单轴,推进一部七叶大侧斜螺旋桨。堆芯直径1.6m,高度1.7m,燃料元件约 60 盒。采用板状元件,铀锆合金燃料,铀 235 富集度为 40%,包壳材料为锆4 合金。堆芯功率密度为80MW/m3。反应堆采用铪控制棒,用于控制后备反应性,使堆芯具有长寿命。一回路系统压力为16MPa,冷却剂进入反应堆入口温度280℃,出口320℃,冷却剂流量约 3600吨每小时,主循环泵功率 169kW。

由上可见,庞大的俄亥俄战略核潜艇,他的反应堆核心部分,只是一个不到一人高的 金属罐而已。其他核潜艇的反应堆也差不多这么大!这类反应堆用的都是铀锆合金燃料板,通过特殊工艺让高浓度铀渗透到金属锆合金中去,作为反应堆燃烧材料。而不是民用核电站那种二氧化铀陶瓷块。能量密度成百倍的提高。而10.5万吨的福特级核动力航母使用用两台A1B新型反应堆,实际热功率总值是超过65万千瓦的!因此,用核潜艇的动力包,强行推动核动力航母远远不够用。两台A1B新型反应堆,在福特级内部占据了极大的体积和重量,两台反应堆本身加上蒸汽透平和配套的冷却系统,加上辐射屏蔽系统。几乎塞满了福体级的下层动力舱,虽然核动力航母比常规动力航母省掉了可以装载近万吨油料的燃油舱,但实际的体积和自重,并不比燃油锅炉加万吨级别的燃油槽的总重和总体积小到哪里去。因此甲板面积和机库面积差不多的两艘不同类型的航母,一艘是常规动力,一艘是核动力,那么核动力的吃水和吨位都比常规动力航母要大!

这种状况,也造成为核动力航母配备的整个动力包,无论功率还是体积,都和核潜艇的动力包不是一个级别,它是介于陆地民用大型核电机组和核潜艇的小而紧凑的动力包之间的一种先进的动力装置。因此它的陆地模式堆也必须从头开始全新建造。用过去核潜艇的模式堆的厂房和基础设施对付是不行的。从这点上看,两种模式堆有明显的差异,在第一种模式堆已经大功告成的情况下,第二种也会很快成功。