西屋在核能增材制造领域再次首发:制造和安装 3D 打印燃料碎片过滤器

根据3D科学谷的市场观察,与航空工业发生的3D打印产业化进展类似,3D打印正在开发中永久性地改变核能技术的过程中,3D打印和先进的制造技术可能彻底改变核能工业,以小型堆推动能源系统的低碳转型。

核工业比其他要求严苛的行业要保守得多,在探索该领域的增材制造应用时需要考虑很多复杂性。尽管存在这些复杂性,但西屋似乎在这个利基市场中占据了一席之地。日前,西屋在核能增材制造领域再次首发:制造和安装 3D 打印燃料碎片过滤器。

Filter_Westinghouse3D打印燃料碎片过滤器
© 西屋电气

block 更有效的过滤

西屋是先进核电站设计、核燃料、服务和维护以及仪表和控制系统的供应商,刚刚在芬兰的 Olkiluoto 2 两个北欧沸水反应堆 (BWR) 装置以及瑞典的Oskarshamn 3 BWR反应堆中安装了 StrongHold® AM 3D 打印核燃料碎片过滤器。

Olkiluoto_WestinghouseOlkiluoto 2 反应堆

西屋与工厂运营商 Teollisuuden Voima Oyj (TVO)OKG 密切合作,在 StrongHold AM 过滤器的3D打印制造中增强了部件的捕获功能,以防止碎片进入燃料组件,防止可能损坏包壳。如果没有这种保护和使用这种技术,很容易发生计划外和代价高昂的核能发电中断。

燃料碎片过滤器的存在原因与核反应堆的工作原理相关,用于轻水反应堆的核燃料组件通常包括沿着纵向轴线延伸的燃料棒束,燃料棒在纵向和横向上由支撑结构支撑成间隔关系。

工作中,多个核燃料组件竖直定位且并排布置在反应堆容器中,从而形成反应堆堆芯,并且使冷却剂流体竖直流过核燃料组件。冷却剂流体具有减缓核反应和从核燃料组件的燃料棒中回收热量的功能。

存在于冷却剂流体中的碎屑可能会损坏核燃料组件的燃料棒,为了阻止这种风险,需要配置碎屑过滤器,而具有复杂形状的碎屑过滤器可以通过3D打印-增材制造来制造。

根据3D科学谷的市场观察,不仅仅是西屋,法玛通也开发了核燃料组件底端部碎屑过滤器和制造这种碎屑过滤器的方法与流程技术,其专利中提到了通过3D打印来制造碎屑过滤器。

block 助力下一代核能技术开发

核电行业的一些专业设备结构比较复杂、使用环境相对苛刻,同时对零部件的机械性能要求很高。3D打印技术在小批量产品快速制造、复杂零部件制造领域颇具优势,国际和国内目前在将3D打印技术应用到核电组件的探索方面获得了不断的突破。

Valley_Nuclear© 3D科学谷白皮书

如果说发动机是飞机的“心脏”,那么核反应堆堪称为核电站的“心脏”了。与航空工业发生的3D打印正在创造下一代飞机的“心脏”类似,3D打印正在永久性地改变核能技术中的核电站反应堆的核心组件。

根据3D科学谷的市场观察,3D 打印使的开发人员能够使用一些高性能材料实现高度复杂的设计,例如用于冷却通道的设计,这在以前是不可能的。还可以使用新的材料,例如,使用碳化硅等材料,这样可以显着提高核心的性能和安全性。

此外,3D 打印有助于小体积和“混合”结构的构建。这意味着,研究人员可以将其他组件嵌入并结合到材料中,特别是传感器。

一个值得注意的发展趋势是在未来 30 年内,许多现有的核反应堆可能会退役,因为它们基于 70 年历史的轻水技术。国际上,西屋推出了下一代伊达芬奇(eVinci)微型核反应堆,另外一家企业USNC通过与ORNL国家橡树岭实验室的合作,使用粘结剂喷射3D打印技术制造核能发电的包覆燃料的基体和(或)包覆层的燃料元件。

3D打印正在为核能发电创造新的可能,助力下一代核能技术的开发与发展。

知之既深,行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络,3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析,请关注3D科学谷发布的白皮书系列。

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