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国际动态 | 里程碑,核能源反应堆中使用3D 打印燃料组件通道紧固件
发布时间:2021.08.12    新闻来源:3D科学谷   浏览次数:

 

 

根据3D科学谷的了解,美国阿拉巴马州田纳西河谷管理局 (TVA) 布朗斯费里核电站 2 号机组已经安装了四个首创的 3D 打印燃料组件通道紧固件,现在处于常规运行条件下。这些组件是在美国能源部 (DOE) 位于橡树岭国家实验室 (ORNL) 的制造示范设施中生产的。

part_TVA Reactor四个 3D 打印组件,安装在 Browns Ferry 2号机组© 法马通

未来已来

block 替代传统制造工艺

这些3D打印的通道紧固件将燃料通道固定到燃料组件上。传统上通道紧固件由铸件制成,需要通过CNC机械精密加工。

安装在 Browns Ferry 2 的通道紧固件组件是在橡树岭国家实验室(ORNL) 使用3D 打印-增材制造技术制造的,其中材料按照计算机设计的模型分层凝固,以形成精确的形状。3D 打印组件是与 TVA、Framatome 和美国能源部核能办公室资助的位于橡树岭国家实验室(ORNL)的转型挑战反应堆 (TCR) 计划合作开发的。

TCR 计划于 2019 年启动,目标是到 2023 年设计、制造和运行示范性增材制造微反应器。根据3D科学谷的了解,该计划目前的重点是进一步成熟和展示先进制造、人工智能、集成传感技术的工业就绪技术,部署数字平台,以及对组件进行认证

根据ORNL,通道紧固件的简单但不对称的几何形状非常适合用于增材制造技术来加工。这些部件安装在法马通位于华盛顿州里奇兰的核燃料制造工厂的 Atrium 10XM 沸水反应堆燃料组件上。紧固件将在反应堆中保留六年并在此期间定期检查。

根据3D科学谷的市场观察,在反应堆应用中部署 3D 打印组件是一个重要的里程碑,这表明通过增材制造在高度监管的环境中制造合格的组件是可能的。这将基础科学和应用科学与技术联系起来,提供有形的解决方案,展示先进制造如何改变反应堆技术和组件。

根据法马通,与 TVA 和 ORNL 合作使法马通能够部署创新技术并探索有利于核能行业的新兴 3D 打印市场,该项目为设计和制造各种有助于创造清洁能源未来的 3D 打印部件奠定了基础。

block 创造清洁能源

在核工业中,核电站反应堆压力容器、蒸发反应器、锻造主管道等设备以及一些零部件的技术要求高、生产难度大,传统制造工艺存在生产周期长、投入大、产品一次合格率较低等问题。

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。

根据3D科学谷的市场观察,欧盟和美国能源部均在支持3D打印在核反应堆领域的关键应用开发。

2020年11月4日,法国法马通公司(Framatome)突破性的3D打印核燃料元件完成了反应堆的首个辐照检测周期。这些实验性不锈钢和镍基合金部件于2019年载入瑞士的戈斯根核电站,这些部件一共需要通过五个辐射检测周期,从而确认这些组件在实际操作条件下的性能表现。

根据3D科学谷的了解,法马通计划启动3D打印-增材制造技术的产业化应用。包括增材制造技术为压水堆、沸水堆和VVER机组生产燃料组件。此外,3D打印技术还可用于其他核燃料方面的应用,包括快速成型、试验组件和燃料生产线工具制造、堆内燃料检查和服务工具修复、研究堆燃料组件等。

法马通的增材制造项目于2015年在德国爱尔兰根的原型实验室启动,专注于不锈钢和镍基合金燃料组件的增材制造。该项目由来自法国、德国和美国的法马通燃料专家与全球客户的密切合作。该项目还得到了欧盟和美国能源部计划的支持,法马通的国际实验室在增材制造方面的科学进步进一步获得了国际认可。

根据3D科学谷的市场观察,不仅仅是欧盟和美国,国内核工业企业在核电厂阀门或管道中的辐射屏蔽材料、核反应堆压力容器以及核燃料元件等领域进行了积极的3D打印应用探索。根据3D科学谷的了解,2020年,八院149厂(上海航天设备制造总厂)激光增材制造团队已经完成了核电站堆内关键构件增材制造。据悉,此为世界上最大尺寸的增材制造核电站堆内关键构件,突破了大尺寸构件增材制造应力变形控制核心技术,形成了一套成熟的工艺规范,实现高效率高质量成形,展现了增材制造技术的应用潜力和团队技术实力。

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打印产业化进展类似,3D打印正在永久性地改变核能技术,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。

 

 
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