导读:美国核电公司西屋电气公司(Westinghouse Electric Company)近年来通过采用增材制造(AM)技术,在核能领域取得了显著进展。最新开发的过滤底部喷嘴被认为是首创,其设计旨在提高燃料组件内的碎片捕获率和燃料耐用性,从而提升核反应堆的安全性和运行效率。
过滤底部喷嘴的创新应用
西屋电气公司成功开发了首创的过滤底部喷嘴,并将四个装有新喷嘴的铅测试组件运送到阿拉巴马电力公司的约瑟夫·M·法利核电站。该核电站由南方核电公司运营,这些组件于2024年第一季度交付,旨在解决碎片磨损问题,这是压水反应堆(PWR)燃料组件泄漏的主要原因。
增材制造技术在这次创新中起到了关键作用。通过增强设计自由度,AM技术显著改善了碎片过滤,有效减少了进入反应堆的碎片直径。在测试中,增材制造的部件对碎片的抵抗力显著提高了30%。
南方核电总裁Pete Sena表示:“过去十年,南方核电在开发和实施提高燃料弹性的新技术方面一直处于行业领先地位。现有的核电站是我国清洁能源供应的支柱,我们目前正在对核燃料进行创新,使其更加坚固,以便在未来几十年提供更安全、更实惠、更可靠的无碳清洁核电。”
西屋核燃料总裁塔里克·乔霍(Tarik Choho)表示:“我们的增材制造技术使我们能够实现突破性的性能,并为我们的客户带来立竿见影的积极影响。这项针对压水反应堆的重大技术创新降低了燃料棒因碎片堆积而泄漏的风险,增强了客户运营的安全性和效率。”
增材制造在核能领域的历史
西屋电气公司在核工业中利用增材制造技术实现尖端解决方案的领导地位由来已久。自2015年首次开展增材制造核部件材料辐照研究以来,西屋电气公司一直积极推动核工业的增材制造研究。2020年,西屋在商用反应堆中安装了首个安全相关的增材制造部件——套管封堵装置。2024年,西屋公司为VVER-440燃料生产了第1,000个增材制造部件。
在美国能源部(DoE)的资助下,西屋电气还研究了具有成本效益的核部件3D打印方法,包括粉末床聚变和直接能量沉积。该计划不仅解决了成本问题,还研究了中子辐射对轻水反应堆AM生产的锆合金的影响。
2022年,西屋电气瑞典分部在斯堪的纳维亚半岛各地的核电站安装了世界上第一台3D打印核燃料碎片过滤器,名为StrongHold AM过滤器。这些过滤器与芬兰公司Teollisuuden Voima Oyj(TVO)和瑞典OKG合作设计,已获准用于最终用途,并集成到芬兰奥尔基洛托核电站2号机组和瑞典奥斯卡港核电站3号机组中。
增材制造与核能领域的交叉
增材制造正在通过快速成型、定制组件生产和核应用专用材料开发来改变核能行业。它增强了供应链弹性,减少了浪费,并实现了关键核设备的经济高效的维护和维修,所有这些都符合严格的安全性和可靠性监管标准。
西屋电气公司的这一里程碑表明了其在核工业中利用增材制造技术实现尖端解决方案的领导地位。未来,西屋计划进一步拓展增材制造的应用范围,开发更多创新的解决方案,以进一步提升核反应堆的安全性和效率。
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