與航空工業(yè)發(fā)生的3D打印產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展類似，3D打印正在開發(fā)中永久性地改變核能技術(shù)的過程中，3D打印和先進(jìn)的制造技術(shù)可能徹底改變核能工業(yè)，以小型堆推動能源系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型。核工業(yè)比其他要求嚴(yán)苛的行業(yè)要保守得多，在探索該領(lǐng)域的增材制造應(yīng)用時(shí)需要考慮很多復(fù)雜性。盡管存在這些復(fù)雜性，但西屋似乎在這個(gè)利基市場中占據(jù)了一席之地。日前，西屋在核能增材制造領(lǐng)域再次首發(fā)：制造和安裝 3D 打印燃料碎片過濾器。

3D打印燃料碎片過濾器
© 西屋電氣

 更有效的過濾

      西屋是先進(jìn)核電站設(shè)計(jì)、核燃料、服務(wù)和維護(hù)以及儀表和控制系統(tǒng)的供應(yīng)商，剛剛在芬蘭的 Olkiluoto 2 兩個(gè)北歐沸水反應(yīng)堆 (BWR) 裝置以及瑞典的Oskarshamn 3 BWR反應(yīng)堆中安裝了 StrongHold® AM 3D 打印核燃料碎片過濾器。

Olkiluoto 2 反應(yīng)堆

西屋與工廠運(yùn)營商 Teollisuuden Voima Oyj (TVO) 和 OKG 密切合作，在 StrongHold AM 過濾器的3D打印制造中增強(qiáng)了部件的捕獲功能，以防止碎片進(jìn)入燃料組件，防止可能損壞包殼。如果沒有這種保護(hù)和使用這種技術(shù)，很容易發(fā)生計(jì)劃外和代價(jià)高昂的核能發(fā)電中斷。

燃料碎片過濾器的存在原因與核反應(yīng)堆的工作原理相關(guān)，用于輕水反應(yīng)堆的核燃料組件通常包括沿著縱向軸線延伸的燃料棒束，燃料棒在縱向和橫向上由支撐結(jié)構(gòu)支撐成間隔關(guān)系。

工作中，多個(gè)核燃料組件豎直定位且并排布置在反應(yīng)堆容器中，從而形成反應(yīng)堆堆芯，并且使冷卻劑流體豎直流過核燃料組件。冷卻劑流體具有減緩核反應(yīng)和從核燃料組件的燃料棒中回收熱量的功能。

存在于冷卻劑流體中的碎屑可能會損壞核燃料組件的燃料棒，為了阻止這種風(fēng)險(xiǎn)，需要配置碎屑過濾器，而具有復(fù)雜形狀的碎屑過濾器可以通過3D打印-增材制造來制造。

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，不僅僅是西屋，法瑪通也開發(fā)了核燃料組件底端部碎屑過濾器和制造這種碎屑過濾器的方法與流程技術(shù)，其專利中提到了通過3D打印來制造碎屑過濾器。

 助力下一代核能技術(shù)開發(fā)

核電行業(yè)的一些專業(yè)設(shè)備結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、使用環(huán)境相對苛刻，同時(shí)對零部件的機(jī)械性能要求很高。3D打印技術(shù)在小批量產(chǎn)品快速制造、復(fù)雜零部件制造領(lǐng)域頗具優(yōu)勢，國際和國內(nèi)目前在將3D打印技術(shù)應(yīng)用到核電組件的探索方面獲得了不斷的突破。

© 3D科學(xué)谷白皮書

       如果說發(fā)動機(jī)是飛機(jī)的“心臟”，那么核反應(yīng)堆堪稱為核電站的“心臟”了。與航空工業(yè)發(fā)生的3D打印正在創(chuàng)造下一代飛機(jī)的“心臟”類似，3D打印正在永久性地改變核能技術(shù)中的核電站反應(yīng)堆的核心組件。3D 打印使的開發(fā)人員能夠使用一些高性能材料實(shí)現(xiàn)高度復(fù)雜的設(shè)計(jì)，例如用于冷卻通道的設(shè)計(jì)，這在以前是不可能的。還可以使用新的材料，例如，使用碳化硅等材料，這樣可以顯著提高核心的性能和安全性。

此外，3D 打印有助于小體積和“混合”結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。這意味著，研究人員可以將其他組件嵌入并結(jié)合到材料中，特別是傳感器。

     一個(gè)值得注意的發(fā)展趨勢是在未來 30 年內(nèi)，許多現(xiàn)有的核反應(yīng)堆可能會退役，因?yàn)樗鼈兓��?70 年歷史的輕水技術(shù)。國際上，西屋推出了下一代伊達(dá)芬奇（eVinci）微型核反應(yīng)堆，另外一家企業(yè)USNC通過與ORNL國家橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室的合作，使用粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)制造核能發(fā)電的包覆燃料的基體和(或)包覆層的燃料元件。

3D打印正在為核能發(fā)電創(chuàng)造新的可能，助力下一代核能技術(shù)的開發(fā)與發(fā)展。

(責(zé)任編輯：admin)

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