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韓國科學家利用3D打印制造核能安全閥

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眾所周知,核能是一種更為清潔的能源,能夠幫助各個國家遠離化石燃料(石油、煤等)帶來的大氣污染等問題。不過,核電站出現問題造成...
中國安全閥網訊】

眾所(suo)周知,核(he)能(neng)是(shi)一(yi)種(zhong)更(geng)為(wei)清潔的能(neng)源(yuan),能(neng)夠(gou)(gou)幫(bang)助各個國家遠離化石燃料(石油、煤(mei)等)帶來(lai)的大(da)氣污染等問題。不過,核(he)電(dian)站(zhan)出(chu)現問題造成的災難(nan)也是(shi)震撼人心的,因此核(he)電(dian)站(zhan)的安(an)全維護(hu)和(he)維修是(shi)十分重要的。為(wei)了(le)給核(he)電(dian)站(zhan)配備更(geng)為(wei)充足的備件(jian)生產源(yuan),韓國原(yuan)子能(neng)研究所(suo)(KAERI)的科學家已經3D打印了(le)一(yi)個具有足夠(gou)(gou)阻力(li)特(te)性的大(da)型安(an)全閥,使其能(neng)夠(gou)(gou)在核(he)反應堆中使用。

3D打印的核能安全閥

3D打印的核能安全(quan)閥

以(yi)美國為例(li),自2007年以(yi)來,美國已投(tou)產了24座反應堆(dui)。為了確保這些(xie)工廠繼續(xu)安全運(yun)行,并且避(bi)免再次發(fa)生過(guo)去的(de)(de)災難,請(qing)經常對其(qi)進行維護和(he)(he)維修。但是(shi),KAERI團(tuan)隊(dui)發(fa)現某些(xie)安全關鍵部件的(de)(de)短缺(que),例(li)如(ru)用于減輕(qing)堆(dui)芯壓(ya)力的(de)(de)化學和(he)(he)體(ti)積控制系統(CVCS)閥門。

具體而言(yan),CVCS用于在(zai)反(fan)應(ying)堆內執行流(liu)體供應(ying)或流(liu)量(liang)任(ren)務,并(bing)且(qie)雖然可以(yi)部署(shu)在(zai)其(qi)他地(di)方,但(dan)安全級閥門(men)始終必須滿(man)足某(mou)些(xie)標(biao)準。例如,核部件在(zai)部署(shu)之前必須通過(guo)水壓,運(yun)行和流(liu)量(liang)測(ce)試,并(bing)且(qie)以(yi)前證明按需創建足夠(gou)有彈(dan)性的(de)組(zu)件是困難的(de)。

閥門設備由三個獨立部分組成

閥門設備由(you)三個獨立部(bu)分組成

根據KAERI科(ke)學家的說(shuo)法(fa),僅金屬3D打(da)印還不(bu)足以替代傳統生產(chan),以制(zhi)造核(he)備用件。但是,通過將定向能量沉積(DED)技(ji)術與5軸CNC加工相結(jie)合,該團隊發現他們能夠以所需的極高精確(que)度來制(zhi)造復制(zhi)品。

研究人員(yuan)的(de)鉻和鎳基閥(fa)(fa)門具(ju)有3D打印的(de)閥(fa)(fa)體(ti),閥(fa)(fa)蓋和閥(fa)(fa)籠,組裝后,對300mm裝置進行了嚴格的(de)評估。在(zai)壓力測試期間,發現設備(bei)的(de)層邊界充當殘余應力的(de)焦點,從而(er)使(shi)強度降低(di)了7-8%。

同(tong)樣,當CVCS在1100攝氏度的熱等靜(jing)壓機(HIP)中(zhong)進行后處理時,其完(wan)整(zheng)性降低了33%,比傳(chuan)統(tong)閥(fa)門高出(chu)18%。不過,就穩定的性能及(ji)其“疲勞極限”而言,這種增材制造(zao)的設備的抗(kang)拉強度為202.6 MPa,優(you)于商用產品(pin)。

總體(ti)而言,研究小組得出(chu)結論,盡管對(dui)熱(re)處理產生(sheng)了(le)(le)反應,但(dan)其附加閥(fa)的恒定(ding)強(qiang)度(du)足以使(shi)其最終使(shi)用(yong)。考慮到(dao)該小組的CECS復制了(le)(le)1類類別的組件(jian),國際原子(zi)能機(ji)構的核監管機(ji)構會將其歸(gui)類為“其失(shi)效會導(dao)致嚴重程(cheng)度(du)高的后果的部(bu)分(fen)”。3D打印部(bu)件(jian)的強(qiang)度(du)確實得到(dao)了(le)(le)高度(du)贊揚(yang)。

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