摘要:前面在讨论美国核动力航母电站功率大小的时候,有位二次元的网友提出美国核动力航母上的电站要分SSTG和CTG。所谓SSTG就是Ship's Service Turbo-Generators简称,按意思翻译过来就是船舶服务涡轮发电机。这个其实就是汽轮发电机,也就是
即将拆除的美国企业号核动力航母
前面在讨论美国核动力航母电站功率大小的时候,有位二次元的网友提出美国核动力航母上的电站要分SSTG和CTG。所谓SSTG就是Ship's Service Turbo-Generators简称,按意思翻译过来就是船舶服务涡轮发电机。这个其实就是汽轮发电机,也就是使用反应堆蒸汽给航母上的用电设备发电的发电机。而网友所说的CTG就是所谓Coolant Turbine Generator-CTG,翻译名为"冷却涡轮发电机组"。这里的CTG是指给航母反应堆冷却泵供电的发电机组。按照这位网友的说法,CVN-65企业号共有16台汽轮发电机组:即8台常用发电机组SSTG,另有8台专为核动力系统服务的CTG。CTG为反应堆冷却剂循环泵供电。并不参与传统意义上的舰上常用供电——即CTG只服务于反应堆,不会为舰上各雷达、各设施供电。尼米兹级共有8台汽轮发电机组:即4台常用发电机组SSTG,另有4台专为核动力系统服务的CTG。
小鹰号航母的SSTG
但是另一位网友却提到了两个事情。说1984年CVN-65曾把4号SSTG临时改成CTG给A4W反应堆用,因为A4W反应堆的CTG故障。而另一件事情就是曾有新闻报道CVN-70曾在4小时内修复3号CTG但没停堆。那么表示剩下的4号CTG仍能满足2号反应堆当时冷却要求而不需要临时抽调SSTG。如果这位网友的所说事件的真实性没有问题。这就意味着美国核动力航母的CTG配置可能是一座反应堆配两套CTG。正常情况下可能只需要一台CTG就可以保证反应堆循环冷却泵的正常工作,而另一台可能是备份的。而且两台CTG肯定是热备份的,也就是两台CTG都是开机正常运转的,保证随时可以替换。只有着这样才能符合新闻中关于CVN-65和CVN-70上CTG情况的描述。
尼米兹级核动力航母
但是很明显,反应堆冷却泵的功率和航母日常用电设备的功率不是一个量级的。航母日常用电设备的功率是数兆瓦级的。而反应堆冷却循环泵的电力需求要小得多。两者存在数量级的差别。因为反应堆冷却循环泵只需要推动反应堆中的冷却水就可以,核反应堆也只有十米见方那么大的体积。其冷却泵的循环功率最多也只是二、三百千瓦级的。比如美国俄亥俄级核潜艇的S8G反应堆热功率是250兆瓦的,但其冷却循环泵的功率只有169千瓦。即使是福特级航母其A1B反应堆的热功率也只有350兆瓦。也就是说即使目前功率最大的航母用反应堆的冷却功率最多也只有200多千瓦的级别。
航母核动力系统原理图
那么CTG的功率到底有多大呢,会比SSTG功率小很多吗?按照后边这位网友的说法,1984年CVN-65曾把4号SSTG临时改成CTG给A4W反应堆用,因为A4W反应堆的CTG故障。也就是说如果SSTG可以临时改成CTG给反应堆冷却循环泵供电。那么很有可能SSTG和CTG的功率是一样的。因为电力设备调节功率很容易,但是反应堆想调节功率整个反应是很迟钝的。因为反应堆的蒸汽系统是个全封闭的系统,而且中间有很多设备。从控制棒开始调节到发电设备达到对应的功率是有相当长时间延后的。而且只要反应堆的蒸发器产生了蒸汽,后续的汽轮机和稳压器等设备是必须全数接收的,无法随意放弃。
核反应堆基本结构
并且反应堆的功率是不能快速大幅度调节的,这对反应堆安全运行非常不利。所以当CTG出故障需要临时调用SSTG代替时,SSTG接收到的蒸汽流量如果不能快速降下来,输出的电流功率也不能快速降下来。如果CTG的负载比较小,可能很容易烧坏CTG的负载也就是反应堆的冷却循环泵,这是非常危险的。同样如果不能快速实现切换,反应堆的冷却循环泵失去电力供应也是非常危险的,哪怕只是失去一个备份电源照样也是很危险的。所以很有可能SSTG和CTG的功率是一样的,这样就可以在SSTG和CTG之间随意快速互换了。如果是这样的话,那么CTG发出的电用在反应堆循环泵上是用不完的,那么多出的电可能要给舰上其它用电设备来使用。这可能和那位二次元网友所说的CTG发出的电力只用于反应堆冷却的说法有些矛盾。
Norman Freeman著作中给出的企业级级航母的电站配置数据
如果美国的核动力航母真的把日常发电机组的功率都设计得一样,那其实也很容易理解。因为反应堆冷却循环泵的正常工作事关反应堆的安全。所以把航母上所有的发电机组都设计成一样的,也就是功率一样大,甚至是型号都一样。只有这样才能在SSTG和CTG之间快速切换。这样做有非常大的好处,那就是可以相互备份,大大提高系统的可靠性,可以充分保障反应堆的安全。如果哪一台出故障了,马上可以调用另一台来替换。毕竟反应堆的冷却系统一刻都不能停,否则反应堆马上就会有堆芯融毁的风险。所以换句话说美国核动力航母上的电站除了应急动力之外,用来发电用的电站功率可能都是一样大的。
Norman Freeman著作中给出的尼米兹级航母的电站配置数据
也就是说美国核动力航母上的SSTG和CTG的唯一区别可能只是发出来的电给谁用,给航母上用电设备用的电站就是SSTG。给反应堆冷却循环泵用的电站就是CTG。而如果CTG出问题,可以把SSTG电站调过来给反应堆冷却循环泵使用。此时的SSTG其实也可以叫做CTG。换句话说除了发出来的电用途不一样,这些电站本身就是一模一样的没啥区别。可能正是因为这样的原因,Norman Freeman在他的著作《U.S. Aircraft Carriers, Revised Edition: An Illustrated Design History》中不再区分SSTG和CTG,而是笼统地把应急电站之外的所有电站都算做是SSTG。
来源:尖端防务一点号