一种核动力电源以及供电系统技术方案

本发明专利技术提供了一种核动力电源以及供电系统。核动力电源包括：汽轮机、发电机、飞轮、反应堆、电容阵列，反应堆通过管路与汽轮机连接，汽轮机以及飞轮均与发电机连接，电容阵列与发电机连接。核反应堆产生高压蒸汽，通过管道输送到汽轮机推动汽轮机旋转，汽轮机带动发电机和飞轮高速旋转，发电机发出的高频电力储存在电容阵列中，然后由电容阵列向脉冲负载提供瞬时大功率脉冲电力供应。当脉冲负载短时平均功率出现较大幅度的波动时，由于飞轮所具有的旋转惯性，使得发电机的转速变化缓慢，输出电压趋于稳定，为负载提供稳定的电力供应。在飞轮转速下降到允许安全转速前，核反应堆缓步调整功率输出，最终达到与负载功率平衡的状态。最终达到与负载功率平衡的状态。最终达到与负载功率平衡的状态。

【技术实现步骤摘要】
一种核动力电源以及供电系统


[0001]本专利技术涉及供电电源
，尤其涉及一种核动力电源以及供电系统。

技术介绍

[0002]核反应堆发电系统的功率调节缓慢，负荷跟踪能力较差，主要应用于并网发电领域，以额定功率基础负荷状态长时间运行。在核动力潜艇等特殊离网环境下使用时，通常需要配备庞大的储能电池系统。
[0003]在海岛、偏远山区等远离电网的地方，人们一直在寻找一种稳定可靠的电源供电系统。核电源具有环保性和稳定性是离网供电的理想电源。由于反应堆核安全等原因，反应堆的堆芯功率调节速度远滞后于用户负载的变化速率(通常大型压水堆的功率调节速率为额定功率的5％每分钟)，使得核反应堆发电系统需要配置蓄电池储能才可以应用在离网供电领域。据了解，核动力潜艇的蓄电池吨位约占潜艇总吨位的10％左右，高达数百吨。这些储能电池能量密度低，体积庞大，寿命周期短，更换困难等缺点，限制了核反应发电系统在离网供电领域的应用。
[0004]在空间电磁波干扰对抗、舰载机电磁弹射起飞等特殊应用场合，需要一种应用可靠的瞬时大功率脉冲电源，如何利用核动力为此类负载提供稳定连续性电力供应，一直是亟待解决的技术难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种核动力电源以及供电系统。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种核动力电源，包括：汽轮机、发电机、飞轮、反应堆、电容阵列，所述反应堆通过管路与所述汽轮机连接，所述汽轮机以及所述飞轮均与所述发电机连接，所述电容阵列与所述发电机连接。
[0007]采用本专利技术技术方案的有益效果是：核反应堆持续产生高压蒸汽，通过管道输送到汽轮机，推动汽轮机旋转，汽轮机带动发电机和飞轮高速旋转，发电机发出的高频电力储存在电容阵列中，然后由电容阵列向脉冲负载提供瞬时大功率脉冲电力供应。当脉冲负载短时平均功率出现较大幅度的波动时，由于飞轮所具有的旋转惯性，使得发电机的转速变化缓慢，输出电压趋于稳定，能够为负载提供稳定的电力供应。在飞轮转速下降到允许安全转速前，核反应堆可以缓步调整功率输出，最终达到与负载功率平衡的状态。
[0008]进一步地，所述电容阵列包括：输入交流母线、用于连接脉冲负载的输出直流母线以及多个电容组，所述输入交流母线与所述发电机连接，多个所述电容组的一端均与所述输入交流母线连接，多个所述电容组的另一端均与所述输出直流母线连接。
[0009]采用上述进一步技术方案的有益效果是：电容阵列由多个电容组并联组合而成。提高电容阵列的容量，防止单个电容组损坏影响其他正常电容组，提高电容阵列的稳定性以及可靠性。
[0010]进一步地，所述电容组包括：充电控制器、电容以及防反二极管，所述充电控制器的一端与所述输入交流母线连接，所述充电控制器的另一端分别与所述电容以及所述防反二极管的一端连接，所述防反二极管的另一端与所述输出直流母线连接。
[0011]采用上述进一步技术方案的有益效果是：当电容阵列工作时，每个独立的充电控制器可以确保每个电容的充电电流不会超过安全限制，同时防反二极管可以确保各个电容组之间不会形成相互干扰的涡流。当脉冲负载在其弹射体脱离瞬间形成方向浪涌电流时，其浪涌电流可经过防反二极管由电容回收。保证电容组之间的充电电流均衡一致，和吸收脉冲负载的反向浪涌电流，提高能量利用效率，提高供电效率，降低脉冲负载的发热量。
[0012]进一步地，所述发电机连接有用于启动发电机的启动机构。
[0013]采用上述进一步技术方案的有益效果是：由于飞轮的转动惯量较大以及汽轮机具有低转速下的效率较低的特性，因此系统有启动缓慢的问题。通过启动机构解决启动缓慢的问题，减小启动时间。
[0014]进一步地，所述启动结构包括：变频器、启动开关以及启动电池，所述变频器的一端与所述发电机连接，所述变频器的另一端通过所述启动开关与所述启动电池连接。
[0015]采用上述进一步技术方案的有益效果是：启动电池通过变频器转换为低频、低电压的电力，给发电机反向供电，发电机处于电动机的状态，和汽轮机共同作用于所述飞轮，核电源系统启动时，可以关闭负荷开关，由启动电池经过变频器向发电机提供低频、低电压的启动电力。此时，发电机处于电动机状态，与汽轮机一起带动所述飞轮旋转。加大启动扭矩，减小启动时间。
[0016]进一步地，所述发电机和所述飞轮的外侧设有真空罩，所述真空罩连接有真空泵。
[0017]采用上述进一步技术方案的有益效果是：发电机和飞轮都放置于同一个真空罩内，通过真空泵的运转，维持真空罩内部空间的真空度，降低飞轮和发电机的空气摩擦损耗，提高飞轮储能效率。
[0018]进一步地，所述汽轮机具有第一转轴，所述发电机具有第二转轴，所述飞轮具有第三转轴，所述第一转轴、所述第二转轴以及所述第三转轴依次连接且同轴设置。
[0019]采用上述进一步技术方案的有益效果是：在运行过程中，保持同步旋转。
[0020]进一步地，所述第一转轴以及所述第三转轴分别通过联轴器与所述第二转轴连接。
[0021]采用上述进一步技术方案的有益效果是：便于汽轮机、发电机、飞轮的安装以及维护，便于转轴之间稳定连接。
[0022]进一步地，所述电容阵列连接有用于与脉冲负载连接的负荷开关。
[0023]采用上述进一步技术方案的有益效果是：发电机电力输出端子连接到电容阵列上，然后通过负荷开关连接到脉冲负载。便于用户根据实际需要控制电容阵列和脉冲负载之间的通断。
[0024]此外，本专利技术还提供了一种供电系统，包括上述任意一项所述的一种核动力电源。
[0025]采用本专利技术技术方案的有益效果是：核反应堆持续产生高压蒸汽，通过管道输送到汽轮机，推动汽轮机旋转，汽轮机带动发电机和飞轮高速旋转，发电机发出的高频电力储存在电容阵列中，然后由电容阵列向脉冲负载提供瞬时大功率脉冲电力供应。当脉冲负载短时平均功率出现较大幅度的波动时，由于飞轮所具有的旋转惯性，使得发电机的转速变
化缓慢，输出电压趋于稳定，能够为负载提供稳定的电力供应。在飞轮转速下降到允许安全转速前，核反应堆可以缓步调整功率输出，最终达到与负载功率平衡的状态。
[0026]本专利技术附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术实践了解到。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例提供的核动力电源的结构示意图。
[0028]图2为本专利技术实施例提供的电容阵列的结构示意图。
[0029]图3为本专利技术实施例提供的飞轮运行曲线示意图之一。
[0030]图4为本专利技术实施例提供的飞轮运行曲线示意图之二。
[0031]图5为本专利技术实施例提供的飞轮运行曲线示意图之三。
[0032]图6为本专利技术实施例提供的飞轮运行曲线示意图之四。
[0033]附图标号说明：1、汽轮机；2、联轴器；3、发电机；4、真空罩；5、飞轮；6、反应堆；7、真空泵；8、变频器；9、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核动力电源，其特征在于，包括：汽轮机(1)、发电机(3)、飞轮(5)、反应堆(6)、电容阵列(11)，所述反应堆(6)通过管路与所述汽轮机(1)连接，所述汽轮机(1)以及所述飞轮(5)均与所述发电机(3)连接，所述电容阵列(11)与所述发电机(3)连接。2.根据权利要求1所述的一种核动力电源，其特征在于，所述电容阵列(11)包括：输入交流母线(20)、用于连接脉冲负载的输出直流母线(30)以及多个电容组，所述输入交流母线(20)与所述发电机(3)连接，多个所述电容组的一端均与所述输入交流母线(20)连接，多个所述电容组的另一端均与所述输出直流母线(30)连接。3.根据权利要求2所述的一种核动力电源，其特征在于，所述电容组包括：充电控制器(21)、电容(22)以及防反二极管(23)，所述充电控制器(21)的一端与所述输入交流母线(20)连接，所述充电控制器(21)的另一端分别与所述电容(22)以及所述防反二极管(23)的一端连接，所述防反二极管(23)的另一端与所述输出直流母线(30)连接。4.根据权利要求1所述的一种核动力电源，其特征在于，所述发电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：青岛元动芯能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：