[發(fā)明專利]一種核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110916820.5
• 申請(qǐng)日: 2021-08-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113494358B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙富龍;寧可為;何宇豪;譚思超;黃笛;盧瑞博;趙佳音
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): F02C1/05
• 分類號(hào): F02C1/05;G21D5/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提出一種核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，包括基座、反應(yīng)堆系統(tǒng)、一體化發(fā)動(dòng)機(jī)及連接管路；反應(yīng)堆系統(tǒng)包括壓力容器、反應(yīng)堆冷卻劑入口和出口、堆芯、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等，一體化發(fā)動(dòng)機(jī)包括進(jìn)氣口、壓縮機(jī)、換熱器、渦輪、排氣口；換熱器包括互相隔離的一次側(cè)、二次側(cè)換熱室；壓縮機(jī)包括前端冷卻劑壓縮段和后端空氣壓縮段；一次側(cè)換熱室通過(guò)接管分別連接反應(yīng)堆冷卻劑出口和前端冷卻劑壓縮段入口，前端冷卻劑壓縮段出口通過(guò)接管連接反應(yīng)堆冷卻劑入口，二次側(cè)換熱室通過(guò)接管連接后端空氣壓縮段出口和渦輪。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)前、后壓縮段結(jié)構(gòu)及一、二次側(cè)換熱回路，實(shí)現(xiàn)了一、二次側(cè)工質(zhì)的一體壓縮與高效換熱和核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)裝置緊湊小型化且安全高效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及屬于核反應(yīng)堆工程技術(shù)、動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及的是一種核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)裝置。

背景技術(shù)

通過(guò)人為控制鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)的速度可以實(shí)現(xiàn)核能的和平利用。裂變反應(yīng)會(huì)釋放出大量熱量，反應(yīng)堆將裂變時(shí)的原子能轉(zhuǎn)化為熱能，冷卻劑攜帶走這部分熱量，通過(guò)能量轉(zhuǎn)換裝置傳遞給動(dòng)力裝置，最終轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，產(chǎn)生推力驅(qū)動(dòng)飛行器飛行。

傳統(tǒng)飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)使用航空煤油作為燃料，飛行器受燃料攜帶量限制，航程一般只有數(shù)百至數(shù)千公里。核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)能量密度極高，數(shù)百兆瓦功率的反應(yīng)堆僅需幾立方米的空間，通過(guò)論證可知，核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的重量、體積等參數(shù)均能夠滿足飛行器承載的要求，實(shí)現(xiàn)與飛行器的良好適配。并且核燃料壽期長(zhǎng)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)能夠使其維持輸出功率達(dá)到幾個(gè)月乃至數(shù)年之久，這賦予反應(yīng)堆長(zhǎng)時(shí)間的、極大的能量輸出能力，因此使用核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行器可以實(shí)現(xiàn)極長(zhǎng)的航程。

目前，對(duì)于適配于地面、船舶燃?xì)廨啓C(jī)，航空渦扇、渦噴、渦槳、渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)上的核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的技術(shù)路線有直接循環(huán)和間接循環(huán)兩種方案。直接循環(huán)的核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)具有原理直接、循環(huán)簡(jiǎn)單、安裝方便的特點(diǎn)。但是直接循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)將放射性物質(zhì)直接噴射在大氣中，造成飛行區(qū)域內(nèi)嚴(yán)重的放射性污染。間接循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)將反應(yīng)堆系統(tǒng)與推進(jìn)系統(tǒng)分離，克服了放射性污染的問(wèn)題，但是為了對(duì)一回路冷卻劑增壓，一次側(cè)普遍需要單獨(dú)設(shè)置壓縮機(jī)。該設(shè)計(jì)造成反應(yīng)堆系統(tǒng)整體重量較大，且飛行器艙內(nèi)核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)裝置的布置無(wú)法做到緊湊。另外，管路增加意味著泄露概率增大、破口事故發(fā)生的可能性增加，一旦連接主泵的管路出現(xiàn)破損，核動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行將會(huì)受到嚴(yán)重影響，甚至造成動(dòng)力喪失的嚴(yán)重事故，這會(huì)導(dǎo)致整個(gè)動(dòng)力裝置存在極大的安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種高效間接循環(huán)、安全可靠、高效緊湊的一體化核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，其能夠克服常規(guī)動(dòng)力裝置續(xù)航里程有限、直接循環(huán)核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)造成放射性污染、間接循環(huán)方案重量體積較大且緊湊性不足的問(wèn)題。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，包括固定基座以及安裝在固定基座上的反應(yīng)堆系統(tǒng)、一體化發(fā)動(dòng)機(jī)以及連接管路；

所述反應(yīng)堆系統(tǒng)包括壓力容器及位于壓力容器兩側(cè)的反應(yīng)堆冷卻劑入口和反應(yīng)堆冷卻劑出口、堆芯、堆芯圍筒、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、反射層、堆內(nèi)儀表、儀表支承結(jié)構(gòu)等，所述堆芯包括燃料棒、燃料限位裝置、控制棒、支撐結(jié)構(gòu)等；

所述一體化發(fā)動(dòng)機(jī)包括進(jìn)氣口、壓縮機(jī)、換熱器、渦輪、排氣口；所述換熱器位于壓縮機(jī)后方、渦輪前方，并與壓縮機(jī)、渦輪結(jié)構(gòu)直接相連；所述換熱器包括互相隔離的一次側(cè)換熱室和二次側(cè)換熱室兩部分；所述壓縮機(jī)包括結(jié)構(gòu)一體、前后相互隔離的前端冷卻劑壓縮段和后端空氣壓縮段；

其中，一次側(cè)換熱室分別通過(guò)熱管段接管連接反應(yīng)堆冷卻劑出口，通過(guò)冷管段接管連接前端冷卻劑壓縮段入口，前端冷卻劑壓縮段出口通過(guò)接管連接反應(yīng)堆冷卻劑入口，即形成換熱器一次側(cè)回路，二次側(cè)換熱室通過(guò)接管分別連接后端空氣壓縮段出口和渦輪，即形成換熱器二次側(cè)通道；所述前端冷卻劑壓縮段對(duì)換熱器一次側(cè)回路的冷卻劑實(shí)施壓縮，所述后端空氣壓縮段對(duì)進(jìn)入換熱器二次側(cè)通道的空氣實(shí)施壓縮；