KR100280120B1

KR100280120B1 - Large high pressure container spray simulator_

Info

Publication number: KR100280120B1
Application number: KR1019980041869A
Authority: KR
Inventors: 장석규; 정문기; 정장환
Original assignee: 장인순; 한국원자력연구소; 이종훈; 한국전력공사
Priority date: 1998-10-07
Filing date: 1998-10-07
Publication date: 2001-04-02
Also published as: KR20000025006A

Abstract

본 발명은 고압용기가 그와 연결된 배관 혹은 용기 벽면에서 저압부 혹은, 대기로 유체 또는, 가스가 분사되도록 하고, 이의 거동을 압력 감지기와 스테핑 모터 구동 압력 조절 밸브, 그리고 마이크로 프로세서 혹은 컴퓨터로 구성되는 전자 제어 압력 조절 시스템을 사용하여 미리 설정된 압력값에 따라 작동하게 함으로써 임의의 분사 거동을 다양하게 실현하게하는 장치이다.The present invention allows a fluid or gas to be injected into the low pressure portion or the atmosphere from the pipe or vessel wall connected to the high pressure vessel, and its behavior is composed of a pressure sensor, a stepping motor driven pressure regulating valve, and a microprocessor or computer. It is a device that makes it possible to realize a variety of arbitrary injection behavior by operating according to a preset pressure value using an electronically controlled pressure regulation system.

종래에는 대형 고압용기의 분사 거동 모의를 위하여 실제 크기로 용기를 제작하거나, 제작이 어려운 경우, 실제와 다른 조건의 모의 실험을 수행할 수밖에 없었으며 실험 조건의 정밀도도 떨어졌다. 본 장치는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 이 장치를 사용함으로써 원자로심, 혹은 플랜트의 대형용기의 분사 거동을 부피가 훨씬 작은 용기에서 다양한 조건으로 모의할 수 있게하여 설치 공간을 줄이고 비용을 크게 절감할 수 있도록 하였다. 또한, 모의 정밀도에 있어서도 정상 상태의 경우, 압력의 피드백 제어로 정확한 조건을 유지할 수 있으며, 실시간 모의 거동의 경우, 미리 설정된 압력값에 의하여 실험 대상을 정확하게 모의할 수 있게 하였다.Conventionally, in order to simulate the spraying behavior of a large high-pressure container, or to manufacture a container in actual size, or difficult to manufacture, it was forced to perform simulations of conditions different from the actual conditions, and the precision of the experimental conditions was also deteriorated. This device was invented to solve this problem. By using this device, it is possible to simulate the spraying behavior of the reactor core or the plant's large vessel under various conditions in a much smaller volume container, thereby reducing the installation space and reducing the cost. It is possible to greatly reduce. Also in the simulation accuracy, in the steady state, accurate conditions can be maintained by the feedback control of the pressure, and in the case of the real-time simulation behavior, the test subject can be accurately simulated by the preset pressure value.

Description

Large High Pressure Vessel Spray Simulator

본 발명은 대형 고압용기의 분사 모의장치에 관한 것으로, 특히 전자제어 압력 조절 시스템을 사용하여 분사 압력을 미리 설정된 입력값과 비교하여 피드백 제어함으로써 정확한 분사 조건을 실현하고, 또한, 모의 대상의 실시간 분사 거동을 다양하게 모의할 수 있게하는 대형 고압용기의 분사 모의장치에 관한 것이다.The present invention relates to an injection simulation apparatus for a large high-pressure container, and in particular, by using an electronically controlled pressure regulating system, feedback control is performed by comparing the injection pressure with a preset input value, thereby realizing accurate injection conditions, and real-time injection of the simulation target. The present invention relates to a spray simulator for a large high-pressure container that can simulate various behaviors.

일반적으로 정상 상태의 고압용기 분사 모의장치는 도 1에서 도시한 바와같이 모의 대상 용기에 압력을 공급하는 고압 공급원(101)과 모의 압력용기(102), 그리고 고압 공급원으로부터 적당한 만큼 압력을 떨어뜨려 설정 압력을 생성하는 압력 조절밸브(103)로 구성된다. 따라서 분사 모의 실험시, 분사밸브(104)를 개방하여 모의 압력용기의 유체 혹은 가스를 분사함으로써, 모의 압력용기내 소모 압력을 고압 공급원으로부터 압력 조절기가 설정 압력으로 감압, 공급함으로써, 일정한 조건에서의 모의 실험을 수행하게 되는것이다. 그러나 모의 실험전, 수동으로 설정되는 압력값은 압력 조절기에 인접한 하류지점(a)의 값으로 모의 압력용기 지점(b)의 정확한 압력조건이 아니므로 이로 인한 오차와 또한, 모의 실험중, 소모 압력으로 인하여 고압 공급원의 조건이 변함에 따라 발생하는 추가적인 오차 등으로 인하여 정확한 정상상태의 분사 모의 실험이 이루어지지 못하는 문제가 있다.In general, the high-pressure container injection simulation apparatus of the normal state is set by dropping the pressure from the high pressure source 101 and the simulated pressure vessel 102, and the high pressure source as appropriate to supply pressure to the target container as shown in FIG. It consists of a pressure regulating valve 103 for generating pressure. Therefore, during the injection simulation, the injection valve 104 is opened to inject the fluid or gas of the simulated pressure vessel, so that the consumption pressure in the simulated pressure vessel is reduced and supplied to the set pressure by a pressure regulator from a high pressure source. You will be doing a simulation. However, before the simulation, the manually set pressure value is the value of the downstream point (a) adjacent to the pressure regulator and is not an accurate pressure condition of the simulated pressure vessel point (b). Due to this, there is a problem that the simulation of the injection in the exact steady state cannot be made due to the additional error generated as the conditions of the high pressure source change.

또한, 실제 압력용기의 실시간 분사 모의장치는 도 2에서 도시한 바와 같이 실제 크기의 모의 대상 압력용기(201)와 모의 대상 압력용기에 압력을 공급하는 고압 공급원(202), 그리고 압력 공급밸브(203) 등으로 구성된다. 실험전, 모의 압력용기의 초기 압력은 압력 공급밸브로부터 공급되고 실험중 압력공급 밸브는 닫힌 상태를 유지한다. 그러므로 분사 모의 실험시, 분사밸브(204)를 개방하여 모의 압력용기의 유체 혹은 가스를 분사함으로써 용기내 압력은 시간이 경과함에 따라 서서히 감소하게되는데 이러한 시간에 따른 분사 거동 특성은 모의 압력용기의 크기와 초기 압력에 의해 결정된다. 따라서 원자로심 등 대형 압력용기의 경우, 이에 대한 조건에 맞는 모의 실험을 위해서는 압력용기를 실제 크기로 제작하여야 하므로 비용이 많이 들고 설치 공간을 크게 차지하는 문제가 있다.In addition, the real-time injection simulation device of the actual pressure vessel is a high-pressure source 202 for supplying pressure to the simulated target pressure vessel 201 and the simulated pressure vessel as shown in Figure 2, and the pressure supply valve 203 ) And the like. Before the test, the initial pressure of the simulated pressure vessel is supplied from the pressure supply valve and the pressure supply valve remains closed during the experiment. Therefore, in the injection simulation, the pressure in the container gradually decreases over time by opening the injection valve 204 and injecting the fluid or gas of the simulated pressure vessel. The injection behavior characteristic of the time is the size of the simulated pressure vessel. And the initial pressure. Therefore, in the case of a large pressure vessel such as a nuclear reactor core, the pressure vessel has to be manufactured in its actual size in order to simulate the conditions for this, which is expensive and takes up a large installation space.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 압력 감지기와 스테핑 모터 구동 압력 조절밸브, 그리고 마이크로 프로세서 혹은, 컴퓨터로 구성되는 전자 제어 압력 조절 시스템을 적용하여 미리 설정된 압력값에 따라 작동하게 함으로써 임의의 분사 거동을 정확한 조건을 유지하면서 다양하게 실현하도록하였다. 따라서 이러한 방법으로 모의 실험의 정확성을 높이며 실제 크기의 대형 압력용기를 각 경우마다 일일이 제작함이 없이 적절한 크기의 압력용기 하나로 다양한 경우를 모의하여 비용을 크게 줄이면서 설치 공간도 최소화하는 기술적 특징을 제공함을 그 목적으로 한다.The present invention has been invented to solve this problem, by applying an electronically controlled pressure control system consisting of a pressure sensor, a stepping motor driven pressure control valve, and a microprocessor or a computer to operate according to a predetermined pressure value The spraying behavior of the reactor was realized in various ways while maintaining accurate conditions. Therefore, this method improves the accuracy of the simulation and provides various technical features to minimize the installation space while greatly reducing the cost by simulating a variety of cases with a pressure vessel of the appropriate size without making a large sized pressure vessel in each case. For that purpose.

도 1 은 기존의 정상상태 분사 모의장치 개요도1 is a schematic view of a conventional steady state injection simulator

도 2 는 기존의 실시간 분사 모의장치 개요도2 is a schematic view of a conventional real-time injection simulator

도 3 은 본 발명에 따라 전자 제어 압력 조절 시스템을 적용한3 is applied to the electronically controlled pressure regulation system according to the present invention

고압용기 분사 모의장치 개요도High Pressure Vessel Injection Simulator

도 4 는 정상상태 분사 모의시 압력 조건 변화 비교 도면4 is a comparison diagram of pressure condition change during steady state injection simulation

도 5 는 실시간 분사 모의시 압력 조건 변화 비교 도면5 is a comparison of pressure condition change in real time injection simulation

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

(101) : 고압 공급원 (102) : 모의 압력용기(101): high pressure source (102): simulated pressure vessel

(103) : 압력 조절밸브 (104) : 분사밸브(103): pressure regulating valve (104): injection valve

(201) : 모의 대상 압력용기 (202) : 고압 공급원201: simulated pressure vessel 202: high pressure source

(203) : 압력 공급밸브 (204) : 분사밸브203: pressure supply valve 204: injection valve

(301) : 분사구 (302) : 모의 압력용기301: injection port 302: simulated pressure vessel

(303) : 고압 공급원 (304) : 모터 구동 압력 조절밸브(303): high pressure source 304: motor driven pressure regulating valve

(305) : 압력 측정 센서 (306) : 컴퓨터 또는 마이크로 프로세서305: pressure measurement sensor 306: computer or microprocessor

도 3 은 본 발명의 목적을 구현하기 위한 장치의 개략도를 나타낸 것으로, 분사구(301)가 장착된 모의 압력용기(302)와 압력을 공급하는 고압 공급원(303), 두 용기를 연결하여 모의 압력용기의 압력을 조절하는 스테핑 모터(M) 구동 압력 조절밸브(304) 그리고 모의 압력용기의 압력을 측정하는 압력 측정 센서(305)와 측정값과 설정된 목표값을 비교, 판정하고 오차를 보정하기 위하여 모터를 구동시키는 컴퓨터 혹은 마이크로 프로세서(306)로 구성되어 있다. 이러한 구성을 특징으로하는 본 장치의 작동내용을 설명하면 다음과 같다.Figure 3 shows a schematic diagram of a device for implementing the object of the present invention, a simulated pressure vessel by connecting the two vessels, a high pressure source 303 for supplying pressure and a simulated pressure vessel 302 equipped with the injection port 301 Stepping motor (M) to control the pressure of the pressure control valve 304 and pressure measuring sensor 305 to measure the pressure of the simulated pressure vessel and the measured value and the set target value to compare, determine and correct the error motor It is composed of a computer or a microprocessor 306 for driving. The operation of the apparatus characterized by this configuration will be described below.

먼저 정상상태 모의 실험의 경우, 모의 압력용기의 분사밸브를 닫은 상태에서 컴퓨터에 목표 압력값을 입력한 다음, 압력 조절밸브를 작동하면 모의 압력용기의 초기 압력은 고압공급원으로부터 압력을 공급받아 압력 측정 센서의 측정값으로 정확한 목표압력을 갖는다. 이러한 초기조건 상태에서 분사밸브를 개방하여 모의 실험을 진행함에 따라 소모되는 모의 압력용기내의 압력은 압력 센서에서 반복 측정되는 압력값과 입력된 목표 압력값의 비교에 의하여 압력 오차 만큼 컴퓨터 혹은 마이크로 프로세서에 의한 모터 구동으로 압력 조절밸브를 조정하여 손실 압력을 보충함으로써 모의 실험중 일정한 정상상태 압력을 유지하게된다. 도 4는 본 발명의 방법과 기존의 방법에 의한 모의 압력용기내의 정상상태 압력이 유지되는 상황을 개념적으로 나타낸 것으로 본 장치의 실시 경우, 설정된 목표값(401)에 근접한 압력값(402)을 일정하게 유지할 수 있으나, 종래 장치의 실시 경우, 모의 실험전 목표값(403) 설정에서 배관 및 수두에 따른 압력 오차(c)가 포함되며 모의 실험이 진행됨에 따라 고압 공급원의 압력 소모에 따른 조건 변화로 부가적인 오차(d)가 누적되어 정상상태의 목표 압력값을 유지하는데 압력 추종(404) 성능이 떨어짐을 보여주고 있다.In the case of the steady state simulation, first input the target pressure value to the computer with the injection valve of the simulated pressure vessel closed, and then operate the pressure control valve, and the initial pressure of the simulated pressure vessel is supplied with the pressure from the high-pressure source. The measured value of the sensor has the correct target pressure. In this initial condition, the pressure in the simulated pressure vessel consumed by opening the injection valve is applied to the computer or microprocessor as much as the pressure error by comparing the pressure value repeatedly measured by the pressure sensor with the input target pressure value. By regulating the pressure regulating valve by driving the motor to compensate for the loss pressure, it maintains the constant steady state pressure during the simulation. FIG. 4 conceptually illustrates a situation in which the steady state pressure in the simulated pressure vessel is maintained by the method of the present invention and the existing method. In the implementation of the present apparatus, the pressure value 402 close to the set target value 401 is constant. However, in the case of the conventional apparatus, the pressure error (c) according to the pipe and the head is included in the setting of the target value 403 before the simulation, and as the simulation changes, the condition changes according to the pressure consumption of the high pressure source. Additional error (d) accumulates, indicating that pressure tracking 404 performance is degraded to maintain a steady state target pressure value.

또한 실시간 모의 실험의 경우, 실제 모의대상 압력용기의 알려졌거나 추종되는 시간에 따른 분사 거동의 압력 변화를 컴퓨터 혹은 마이크로 프로세서에 입력하고, 모의 실험전 압력 조절밸브를 작동하여 모의 압력용기의 압력를 압력 측정 센서의 측정값에 의하여 정확하게 컴퓨터에 설정된 초기 목표 압력으로 충전한다. 모의 실험시 분사밸브를 개방하여 모의 실험이 진행되면 시간이 경과함에 따라 모의 압력용기내 압력이 감소되며 이렇게 변화된 압력값은 설치된 압력 측정 센서에서 측정되어 컴퓨터 혹은 마이크로 프로세서에서 미리 설정된 시간에 따른 목표 압력값과 비교되어 그 차이 만큼 압력 조절밸브 회전 방향 및 각도로 환산되어 압력 조절밸브를 조정함으로써 고압 공급원으로부터 적절한 압력을 공급받아 원하는 실시간 분사 거동을 모의할 수 있는 것이다. 도 5는 본 발명의 방법과 기존의 방법에 의한 모의 압력용기내의 시간에 따른 목표 압력값의 추종 성능을 개념적으로 나타낸 것으로 본 장치의 실시 경우, 상기 설명한 전자 제어 압력 조절 시스템을 적용함으로써 모의 압력용기내의 압력 조건이 미리 입력, 설정된 압력 변화 곡선(501)을 정확하게 추종(502)함으로써 정확하고 신뢰성 있는 모의 실험을 수행할 수 있는 반면, 종래 장치의 실시 경우, 동일한 크기의 모의 압력용기로 실험전 압력 공급밸브에 의하여 충전된 모의 압력용기 자체의 초기 압력 조건(e)에서 분사가 진행되면 (503)에서 보는 바와 같이 모의 압력용기 크기의 특성에 의하여 시간에 따라 압력이 급격히 떨어질 수 밖에 없어서 (501)과 같은 완만한 대형 용기의 압력변화를 모의할 수 없게된다. 그러므로 종래의 방법의 경우, 이러한 대형 용기의 완만한 압력변화를 모의하려면 실제와 같이 매우 큰 압력용기를 제작하여 실험을 수행하여야 하며 이 경우 하나의 압력용기에 대해서만 모의가 가능하므로 다양한 크기의 압력용기에 대한 모의를 할 수 없다. 따라서, 본 발명의 모의 장치를 사용함으로써 실제 모의 대상 압력용기보다 훨씬 작은 크기의 모의 압력용기에서 설정 압력값을 모의 대상에 따라 적절하게 입력함에 따라 하나의 모의 장치로 여러 가지 모의 대상을 실험할 수 있는 것이다.In addition, in the real-time simulation, the pressure change of the injection behavior according to the known or following time of the actual simulated pressure vessel is input to the computer or the microprocessor, and the pressure of the simulated pressure vessel is measured by operating the pressure control valve before the simulation. Accurately charges to the initial target pressure set in the computer by the sensor reading. When the simulation is performed by opening the injection valve during the simulation, the pressure in the simulation pressure vessel decreases as time passes. The changed pressure value is measured by the installed pressure measuring sensor, and the target pressure according to the preset time in the computer or microprocessor. By comparing the values with the difference, the pressure control valve is converted to the direction and angle of rotation, and the pressure control valve is adjusted to receive the appropriate pressure from the high-pressure source to simulate the desired real time injection behavior. FIG. 5 conceptually shows a tracking performance of a target pressure value over time in a simulated pressure vessel according to the method of the present invention and the conventional method. In the case of the present embodiment, the simulated pressure vessel is applied by applying the above-described electronically controlled pressure regulating system. While accurate and reliable simulation can be performed by accurately following 502 the pre-set and set pressure change curve 501 in the pressure condition in the internal pressure, in the case of the conventional apparatus, the pre-experimental pressure is simulated with the simulated pressure vessel of the same size. When the injection proceeds under the initial pressure condition (e) of the simulated pressure vessel filled by the supply valve, as shown in (503), the pressure must drop rapidly over time due to the characteristics of the simulated pressure vessel size (501). You will not be able to simulate the pressure change of a gentle large vessel such as Therefore, in the case of the conventional method, in order to simulate the gradual pressure change of such a large vessel, it is necessary to carry out an experiment by manufacturing a very large pressure vessel as in reality, and in this case, only one pressure vessel can be simulated, so that pressure vessels of various sizes Can't mock on Therefore, by using the simulation apparatus of the present invention, in the simulated pressure vessel of a much smaller size than the actual simulated target pressure vessel, various simulation targets can be experimented with one simulation apparatus by properly inputting the set pressure value according to the simulation target. It is.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 대형 고압용기 분사 모의 장치를 사용함으로써 정상상태 분사 모의 실험시, 배관 및 수두에 따른 오차와 실험중 시스템의 조건 변화에 따른 실험 조건의 변화를 보상하여 정확한 분사 모의 실험을 수행할 수 있으며 또한, 실시간 분사 모의 실험시, 실제 모의 대상 압력용기보다 작은 하나의 모의 압력용기로 다양한 크기의 대형 압력용기를 모의할 수 있으므로 설치 공간을 줄이고 비용을 절감할 수 있는 것이다.As described above, by using the large high-pressure container injection simulation apparatus of the present invention, the accurate injection simulation by compensating for the error of the pipe and the head during the steady state injection simulation and the change of the experimental condition according to the change of the system condition during the experiment In addition, when real-time injection simulation, it is possible to simulate large pressure vessels of various sizes with one simulated pressure vessel smaller than the actual target pressure vessel, thereby reducing installation space and reducing costs.

Claims

In a large high pressure vessel injection simulation device comprising a spray simulation pressure vessel 302, a high pressure source 303, and a pressure control valve 304, a motor (M) drive and a pressure measuring sensor 305, a computer or a microprocessor By installing an electronically controlled pressure regulating system consisting of 306 to follow a predetermined pressure value to perform a method of accurately maintaining the experimental conditions in the steady state experiment, and to implement a variety of simulated target conditions in the real-time simulation Large high pressure vessel spray simulator for