KR100236736B1

KR100236736B1 - 고하중용 로봇 입/퇴실 장치

Info

Publication number: KR100236736B1
Application number: KR1019970072147A
Authority: KR
Inventors: 황석용; 서용칠; 김창회; 이영광; 김승호
Original assignee: 이종훈; 한국전력공사; 김성년; 한국원자력연구소
Priority date: 1997-12-23
Filing date: 1997-12-23
Publication date: 2000-04-01
Also published as: KR19990052639A

Abstract

본 발명은 고하중용 로봇 입/퇴실 장치에 관한 것으로, 그 목적은 증기발생기 내부에 노즐댐 장착 및 전열관 검사용 로봇을 수실외부에서 내부로 자동 입실함과 동시에 입실된 로봇을 지지할 수 있는 고하중용 로봇 입/퇴실 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 노즐댐의 장착 및 전열관 검사를 위하여 증기발생기내로 로봇을 삽입하는 로봇 입/퇴실 장치에 있어서; 상기 로봇 입/퇴실 장치는 일측이 증기발생기의 맨웨이에 장착되는 고정링크와, 일측이 연결핀에 의해 고정링크와 연결되고 타측에 체결부가 장착된 회전링크와, 상기 고정링크 타측단과 회전링크 중간부를 연결하도록 장착되어 연결핀을 중심으로 회전링크를 회전시키는 구동장치를 구비하는 회전가이드부와; 상기 회전가이드부의 회전링크 체결부에 일측단이 체결되고, 증기발생기내로 타측단이 삽입되며, 상부에 로봇이 장착되어 회전가이드부의 구동 장치에 의해 로봇을 증기발생기내로 삽입하는 선형가이드부로 구성된 고하중용 로봇 입/퇴실 장치를 제공함에 있다.

Description

고하중용 로봇 입/퇴실 장치

본 발명은 고하중용 로봇 입/퇴실 장치에 관한 것으로, 원자력발전소의 정기보수 기간중, 증기 발생기 내부의 전열관 검사를 위하여 수실내부의 노즐링에 노즐댐을 장착하고자 수실내부로 로봇을 입실시킬시, 상기 로봇을 수실 외부에서 수실 내부로 용이하게 투입할 수 있는 고하중용 로봇 입/퇴실 장치에 관한 것이다.

일반적으로 원자력 발전소의 유지 보수 기간을 단축하고, 가동률을 높이기 위하여 원자로에서 행해지는 핵연료 재장전 및 각종 검사 작업과 병행하여 증기 발생기와 관련된 점검·보수작업을 행한다. 상기와 같이 원자로에서 행해지는 작업과 증기발생기와 관련된 작업을 동시에 행하기 위해서는 증기 발생기내의 노즐링에 노즐댐을 설치하여야 한다. 즉, 핵연료 재장전등 원자로에서 이루어지는 작업을 수행하기 위해서는 압력 용기 내부에 물을 채워야 하나, 상기 물에 의하여 증기 발생기의 수실 내부가 침수되므로 증기 발생기 수실내부의 침수를 막기 위해서 수실내부로 유입되는 물을 차단하기 위한 노즐댐이 노즐링에 장착된다.

상기 노즐댐이 장착되는 증기 발생기 내부는 고방사선 지역으로 매우 위험하고, 노즐링에 장착되는 노즐댐이 40㎏ 정도의 고중량이므로 사람 대신 로봇을 수실내부로 투입하여 노즐댐을 장착하였다.

종래에는 증기발생기내의 노즐링에 노즐댐을 장착하기 위하여 수실내의 전열관 튜브쉬트에 로봇을 장착하고, 상기 로봇을 이용하여 수실외부의 노즐댐을 수실내로 이동한 다음 노즐링에 노즐댐을 장착하거나, 증기발생기 외부에 로봇을 장착하고, 상기 로봇을 이용하여 노즐댐을 수실내로 이동한 다음 노즐링에 노즐댐을 장착하였다.

그러나, 증기 발생기의 전열관 튜브쉬트에 로봇을 장착하여 노즐댐을 장착할 경우, 직경 3,4mm인 다수개의 전열관에 로봇을 장착하므로, 로봇 및 노즐댐의 하중에 의하여 전열관에 장착된 로봇이 떨어지는 경우가 발생하였으며, 이로 인하여 안정성에 심각한 영향을 끼치었다. 또한, 노후된 전열관의 경우 다수개의 전열관이 플러징(plugging)되거나 슬리빙(sleeving)되어 있어 로봇을 설치하기가 곤란하였다.

또한 증기 발생기 수실외부에 로봇을 장착하여 노즐링에 노즐댐을 장착할시, 수실외부에서 수실내부로 노즐댐을 운반하고 노즐링에 노즐댐을 장착해야 하므로, 로봇의 팔 또는 로봇 자체의 크기가 매우 커지게 되어 실용적이지 못하고, 로봇 설치비용이 상승하며, 설치 공간확보가 곤란한 점이 있는등 여러 가지 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 증기 발생기 내부에 노즐댐 장착 및 전열관 검사용 로봇을 수실외부에서 내부로 자동 입실함과 동시에 입실된 로봇을 지지할 수 있는 고하중용 로봇 입/퇴실 장치를 제공하는 것이다.

제1도는 본 발명의 개념도.

제2도는 본 발명의 회전가이드부.

제3도는 본 발명의 선형가이드부.

제4도는 본 발명에 따른 회전가이드부 및 선형가이드부의 체결부제5도는 본 발명에 따른 숏 삽입봉.

제6도는 본 발명에 따른 롱 삽입봉.

제7도는 본 발명에 따른 숏 삽입홈 장착용 부시.

제8도는 본 발명에 따른 롱 삽입홈 장착용 부시.

제9도는 본 발명 회전가이드부의 구동장치.

제10도는 본 발명에 따른 회전가이드부의 회전 링크 록킹장치제11도는 본 발명에 따른 고정링크의 삽입부.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 선형가이드부 2 : 회전가이드부

11 : 가이드 레일 12 : 볼 스크류

13 : 다리부 14, 24 : 체결부

15 : 파이프 16 : 로봇 고정 브래킷

21 : 구동장치 22 : 공간부

23 : 체결장치 25 : 삽입부

100 : 입/퇴실 장치 131 : 발판

141 : 선형가이드부 접촉면 142) : 숏 삽입봉

143 : 롱 삽입봉 144 : 너트

145 : 부시 200 : 맨웨이(ManWay)

211 : 모터 212 : 워엄기어

213 : 실린더 214 : 스크류

215 : 브래킷 231 : 핸들

232 : 캠 241 : 회전가이드 접촉면

242 : 숏 삽입홈 243 : 롱 삽입홈

244 : 숏 삽입홈 장착용 부시 245 : 롱 삽입홈 장착용 부시

246 : 크랭크 샤프트 247 : 회전가이드 일측면

300 : 수실 바닥 1431, 2431, 2451 : 홈부

2121 : 워엄 휠 2122 : 워엄

본 발명에 따른 증기발생기 수실내부로의 고하중 로봇 입/퇴실 장치(100)는 발전소 내부의 증기발생기까지 운반/설치가 용이하도록 선형가이드부(1)와 회전가이드부(2)로 분리·제작하여 서로 체결되도록 구성되어 있다.

즉, 회전 가이드부 회전링크의 끝 부분은 연결핀을 통하여 회전가이드부 고정링크와 연결되고, 수실내로의 로봇 입실완료 시, 회전링크가 고정링크의 공간부분에 삽입되어 회전가이드부의 회전링크와 고정링크가 한 몸체를 이룰 수 있도록 구성되어 있다.

제1도는 본 발명의 개념도를 도시한 것으로, 링크 HBC 및 링크 AD는 회전가이드부이고, 링크 DEF는 선형가이드부이다.

상기 링크 HBC 는 고정된 링크이고, 링크 AD 및 링크 DEF 는 회전이 가능하도록 구성되어 있다. 즉, 상기 회전링크(링크 AD)는 스크류 BC 의 길이변화에 따라 A점을 기준으로 회전한다. l₁과 l₂는 각각 링크 AB 와 AC 의 길이를 나타내며 χ는 링크 BC의 길이를 나타낸다. χ는 가변으로서 입/퇴실 장치 시스템의 입력이 되고, θ는 링크 AB 와 링크 AC 가 이루는 각도로서 입실각을 나타내며, 입/퇴실 장치 시스템의 출력이 된다. χ는 구동모터를 구동시켜 워엄기어를 통하여 스크류를 회전시킴으로써 변화시킨다. 스크류의 길이가 최대가 될 때 즉, 상기 θ=ψ가 될 때, 입/퇴실 장치는 입실이 완료되고, 입실완료시에는 입/퇴실 장치의 다리 부분이 증기 발생기 수실 내부 바닥에 닿게 된다.

제2도는 본 발명의 회전가이드부를 도시한 것으로, 회전가이드부(2)는 맨웨이 후렌지(200)에 부착되어 선형가이드부(1)와 매니퓰레이터의 하중을 견딜수 있어야 하고, 입/퇴실 구동장치(21)가 부착될 수 있어야 하며, 발전소 내부의 증기발생기까지 쉽게 운반/설치될 수 있어야 하기 때문에 경량 제작되어야 한다.

상기 회전가이드부(2)의 고정링크(제1도의 링크 HBC) 중간 부분(제1도의 링크 HA)에는 입실 완료시, 회전가이드부(2)의 회전링크(제1도의 링크 AD)가 삽입되어 한 몸체를 이룰 수 있도록 공간부(22)를 형성하였으며, 입실이 완료된후 회전가이드부(2)의 회전링크(제1도의 링크 AD)를 고정하는 록킹 장치(23)가 부착되어 있다.

상기 회전가이드부(2)는 일측단이 증기발생기의 맨웨이(200)에 장착되고, 타측이 체결부(24)에 의해 선형가이드부(1)에 체결되어 있다.

제3도는 본 발명의 선형가이드부를 도시한 것으로, 입/퇴실 장치(100)가 입실을 완료한 후 로봇이 작업을 수행할 경우, 선형가이드부(1)는 큰 모멘트 하중을 받게되므로 두 개의 가이드레일(11)과 볼 스크류(12)를 사용하여 로봇이 선형운동을 원활하게 할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 입실 완료시, 로봇의 작업으로 인한 선형가이드부의 휘어짐을 최소화 하기 위하여 증기발생기 바닥에서 선형가이드부(1)를 지지할 수 있는 다리부(13)를 증기발생기 수실내로 입실되는 선형 가이드(1)의 일측단 하부에 부착하고, 타측단에 체결부(14)를 장착하여 회전가이드부(2)와 체결한다.

상기 다리부(13) 하단에는 곡선을 구비하는 증기 발생기 수실 바닥(300)에 다리부(13)가 최대한 접촉될 수 있도록 약간의 유동이 가능한 발판(131)이 장착되어 있다.

또한 로봇의 입/퇴실시, 간섭을 줄이기 위하여 다리부(13) 내에 구동모터(도시없음)를 장착하고, 전선 처리를 위한 파이프(15)를 선형가이드부(1)에 장착한다.

상기 선형가이드부 상부(제1도의 링크 EF)에는 다리부(13)내에 장착된 구동모터에 의해 작동되는 볼 스크류(12)와, 상기 볼 스크류(12)를 사이에 두고 선형가이드부 상부 양측에 장착되는 두 개의 가이드레일(11)과, 상기 볼 스크류(12)에 하부가 연결되고, 가이드레일(11)에 하부가 접촉되며 상부에 로봇이 고정되는 로봇고정 브래킷(16)이 장착되어 있다.

로봇의 수실내 입실 완료시, 증기 발생기의 맨웨이(200)와 접촉되는 링크(제1도의 링크 DE)는 맨웨이의 곡선부 즉, 원형의 맨웨이 원주면에 접촉되도록 곡선으로 형성되었다.

상기 볼 스크류(12)는 다리부(13)내에 장착된 구동모터에 의해 하부 일측이 볼스크류(12)에 연결된 로봇 고정 브래킷(16)을 볼스크류(12) 양측에 장착된 가이드레일(11)을 따라 전/후 이동시킨다.

제4도는 본 발명에 따른 회전가이드부 및 선형가이드부의 체결부를 도시한것으로, 회전가이드부 접촉면(241) 즉, 상기 선형가이드부(1)와 접촉되는 회전가이드부 일측면 중앙부에 숏 삽입홈(242)을 형성하고 , 상기 숏 삽입홈(242) 주위에 두개의 롱 삽입홈(243)을 형성하며, 상기 숏 삽입홈(242)내로 부시(244)를 장착함과 동시에 롱 삽입홈(243)내로 하단부에 홈부(2451)가 형성된 부시(245)를 장착한다.

상기 두 개의 롱 삽입홈(243)과 수직을 이루고 삽입홈(243)내의 하단 일측에 돌출되도록 회전가이드부(2) 일측에 크랭크 샤프트(246)를 장착한다. 즉, 상기 삽입홈(242,243)이 형성된 회전가이드부 일측면(241)과 크랭크 샤프트(246)가 장착된 회전가이드부(2)의 측면(247)은 서로 직각을 이루고 연결되어 있다.

상기 선형가이드부 접촉면(141) 즉, 상기 회전가이드부(2)와 접촉되는 선형 가이드부(1)의 일측면에는 회전가이드부(2)에 형성된 삽입홈(242,243)내로 삽입되는 삽입봉(142,143)이 장착되어 있으며, 상기 롱 삽입홈(243)으로 삽입되는 롱 삽입봉((143)의 하단부에는 크랭크 샤프트(246)와 접촉되는 홈부(1431)가 형성되어 있다.

즉, 상기 선형가이드부(1)의 일측면에 장착된 롱 삽입봉(143)은 회전가이드부(2)에 형성된 롱 삽입홈(243)내로 삽입되고, 상기 롱 삽입봉 홈부(1431)내로 롱 삽입홈(243)과 직각을 이루고 장착된 크랭크 샤프트(246)가 삽입되어 선형가이드부(1)와 회전가이드부(2)가 체결된다.

제5도는 본 발명에 따른 숏 삽입봉을, 제6도는 본 발명에 따른 롱 삽입봉을 제7도는 본 발명에 따른 숏 삽입홈 장착용 부시를, 제8도는 본 발명에 따른 롱 삽입홈 장착용 부시를 도시한 것으로, 상기 숏 삽입봉(142)은 너트(144)에 의해 선형가이드 일측면(141) 중앙부에 장착되고, 롱 삽입봉(143)은 부시(145)에 의해 선형가이드 일측면(141)에 장착되며, 부시(145)는 볼트에 의해 선형가이드부(1)의 일측면(141)에 장착된다.

상기 롱 삽입봉(143)과 롱 삽입홈 장착용 부시(245) 및 롱 삽입홈(243)은 하단부에 크랭크 샤프트(246)와 접촉하는 홈부(1431,2431,2451)가 형성되어 있다.

제9도는 본 발명 회전가이드부의 구동장치를 도시한 것으로, 모터(211)에 의해 구동되는 워엄 기어(212)와, 상기 워엄 기어(212)에 의해 실린더(213)내를 직선 운동하는 스크류(214)와, 상기 실린더(213)를 회전가이드부(2)의 회전링크에 장착시키는 브래킷(215)으로 구성되어 있다.

상기 구동장치(21)는 제1도의 링크 BC 에 장착되는 것으로, 일측이 회전가이드부의 고정링크(제1도의 링크 HAB)의 B 지점에 장착되고, 타측이 회전링크(제1도의 링크 AD)에 장착되며, 모터의 구동에 의한 워엄기어의 작동으로 스크류가 실린더내를 직선운동하여 연결핀에 의해 고정링크에 장착된 회전링크를 회전시킨다.

즉, 고정링크(제1도의 B 지점)에 장착된 모터에 의해 워엄이 회전하고, 상기 워엄의 회전에 의해 워엄휠이 회전하며, 상기 워엄휠에 의해 실린더내로 삽입된 스크류가 회전하여 브래킷에 의해 회전링크에 장착된 실린더를 밀게 되므로 연결핀에 의해 고정링크에 장착된 회전링크가 상기 연결핀을 중심으로 고정링크(제1도의 HA)에 형성된 공간부로 삽입된다.

상기 워엄기어(212)는 워엄휠(2121)과 치합되는 워엄(2122)의 치합부위를 곡선으로 형성하여 워엄휠(2121)과 워엄(2122)의 치합부위를 증가함으로써 큰 토크를 구비할 수 있도록 되어 있다.

제10도는 본 발명에 따른 회전가이드부의 회전 링크 록킹장치를, 제11도는 고정링크의 삽입부를 도시한 것으로, 상기 회전 링크 록킹 장치(23)는 고정링크(제1도의 링크 HA)에 장착되고, 핸들(231)에 의해 캠(232)이 회전하여 회전링크(제1도의 링크 AD)에 형성된 반원형상의 삽입부(25)에 삽입되도록 되어 있다.

상기 고정링크의 캠(232)과 회전링크 삽입부(25)의 접촉면을 유선형으로 형성하여 접촉면적을 극대화 함으로써 회전링크(제1도의 링크 AD)를 고정링크(제1도의 링크 HA)에 견고하게 고정시키도록 되어 있다. 즉, 상기 회전링크의 삽입부(25)내로 삽입되는 고정링크의 캠(232)은 제11도에 도시된 삽입부(25)의 접촉면에 대응되는 유선형으로 형성되어 있다.

본 발명은 증기 발생기내의 노즐링에 노즐댐을 장착하거나 증기발생기내의 전열관을 검사하는 로봇을 증기발생기내로 입실시키고자 할 경우, 회전가이드부의 고정링크(제1도의 H)를 증기발생기의 맨웨이에 볼트 결합하고, 선형가이드의 일측이 증기발생기 맨웨이를 통하여 증기발생기내로 삽입되도록 회전가이드부의 체결부에 선형가이드부의 체결부를 장착하며, 상기 선형가이드부 상부에 장착된 로봇 고정 브래킷에 노즐댐 장착 또는 전열관 검사 로봇을 고정되게 장착한다.

상기와 같이 로봇 고정 브래킷에 로봇이 장착되면 회전가이드부에 장착된 구동장치를 작동시켜 회전가이드부의 회전링크(제1도의 링크 AD)를 고정링크(제1도의 링크 HA)에 형성된 공간부내로 삽입시킨다.

상기와 같이 회전링크(제1도의 링크 AD)가 고정링크(제1도의 링크 HA)의 공간부내로 삽입되면 회전링크(제1도의 링크 AD) 끝단에 장착된 선형가이드부는 증기발생기의 맨웨이를 경유, 증기발생기내로 삽입되어 선형가이드부 하부에 장착된 다리부의 발판이 증기발생기내의 바닥에 접촉되게 된다.

이와 같이 선형가이드부의 다리부 끝단에 장착된 발판이 증기 발생기내의 바닥과 접촉하게 되면 가이드레일과 볼스크류가 장착된 선형가이드부 상부는 증기발생기내에서 평형을 이루게 된다.

상기 회전가이드부의 고정링크(제1도의 링크 HA)내로 삽입된 회전링크(제1도의 링크 AD)는 고정링크(제1도의 링크 HA)에 장착된 회전링크 록킹장치에 의해 고링크(제1도의 링크 HA)에 고정한다.

상기 선형가이드부와 회전가이드부에 의해 노즐댐 장착용 또는 전열관 검사용 로봇이 증기발생기의 맨웨이를 통해 증기발생기내로 입실되고, 상기 로봇은 선형가이드부 다리내에 장착된 구동모터에 의한 볼스크류의 회전으로 볼스크류 양쪽에 장착된 가이드레일을 따라 이동되는 로봇 고정용 브래킷과 일체형으로 선형가이드부 상부에서 왕복운동하며 노즐댐 장착 및 전열관 검사를 한다.

증기발생기내로 입실된 로봇을 증기발생기내에서 퇴실시킬 경우, 회전가이드부의 회전링크와 고정링크를 고정하는 록킹장치를 해제하고, 회전가이드부에 장착된 구동장치의 모터를 역회전하여 스크류를 실린더내로 삽입시키면, 회전링크 및 선형가이드는 연결핀을 중심으로 회전하여 선형가이드 상부에 장착된 로봇을 증기 발생기 외부로 퇴실시킨다.

이와 같이 본 발명은 증기발생기내로의 로봇 입/퇴실시키는 입/퇴실 장치의 설치와 관련된 제반작업을 수실외부에서 이루어지도록하여 작업자의 방사선 피폭선량을 최소화하고, 입/퇴실 장치 및 로봇의 설치에 따른 시간을 최소화하며, 입/퇴실장치의 고장 및 파손시 회수가 용이하도록 되어 있다.

또한, 로봇 입/퇴실장치를 증기발생기 맨웨이의 후렌지를 이용하여 고정하므로, 증기발생기의 안전성에 영향을 끼치지 않으며, 노즐댐 설치작업, 전열관 검사 및 보수작업용 로봇의 지지대 역할을 할 수 있다.

또한, 선형가이드부가 원형의 맨웨이에 밀착되어 있어 예기치 못한 상황발생시, 작업자가 맨웨이를 통하여 증기발생기내로 출입할 수 있는 공간을 용이하게 확보할 수 있는등 많은 효과가 있다.

Claims

노즐댐의 장착 및 전열관 검사를 위하여 증기발생기내로 로봇을 삽입하는 로봇 입/퇴실 장치에 있어서; 상기 로봇 입/퇴실 장치는 일측이 증기발생기의 맨웨이에 장착되는 고정링크와, 일측이 연결핀에 의해 고정링크와 연결되고 타측에 체결부가 장착된 회전링크와, 상기 고정링크 타측단과 회전링크 중간부를 연결하도록 장착되어 연결핀을 중심으로 회전링크를 회전시키는 구동장치를 구비하는 회전가이드부와; 상기 회전가이드부의 회전링크 체결부에 일측단이 체결되고, 증기 발생기내로 타측단이 삽입되며, 상부에 로봇이 장착되어 회전가이드부의 구동장치에 의해 로봇을 증기발생기내로 삽입하는 선형가이드부로 구성된 것을 특징으로 하는 고하중용 로봇 입/퇴실 장치.
제1항에 있어서, 상기 구동장치는 일측이 증기발생기의 맨웨이에 장착된 고정링크의 타측단에 장착되는 모터와; 상기 모터에 의해 작동되는 워엄기어와; 상기 워엄기어에 의해 작동되는 스크류와; 상기 스크류의 일측단이 삽입되고, 브래킷에 의해 일측이 회전링크의 중간부와 연결되는 실린더로 구성되어 실린더내를 왕복운동하는 스크류에 의해 회전가이드부의 회전링크가 고정링크와 연결된 연결핀을 중심으로 회전되도록 한 것을 특징으로 하는 고하중용 로봇 입/퇴실 장치.
제1항에 있어서; 상기 선형가이드부는 증기발생기내로 삽입되는 끝단 하부에 구동모터를 구비하는 다리를 장착하고, 상기 구동모터에 의해 작동되는 스크류와 상기 스크류에 의해 가이드레일을 따라 이동되는 로봇 고정브래킷을 선형가이드부 상부에 장착하며, 상기 로봇 고정 브래킷에 로봇을 장착하여 구동모터에 의한 스크류의 작동으로 로봇을 이동시키는 것을 특징으로 하는 고하중용 로봇 입/퇴실 장치.