KR100397292B1

KR100397292B1 - 가압중수로 압력관튜브 와전류검사용 탐촉자

Info

Publication number: KR100397292B1
Application number: KR10-2000-0060608A
Authority: KR
Inventors: 이희종; 남민우; 김용식; 윤병식
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사; 한국전력공사
Priority date: 2000-10-16
Filing date: 2000-10-16
Publication date: 2003-09-06
Also published as: KR20020030127A

Abstract

본 발명은 압력관등의 결함 여부를 비파괴방법에 의해 가압 중수로 압력관 튜브와 같은 압력관 내부의 결함 여부를 보다 세밀하고 정확하게 탐지할 수 있도록 한 가압 중수로 압력관튜브 와전류검사용 탐촉자에 관한 것으로, 압력관(200)의 일측 내경면에 접촉하고 송/수신코일(101)과 +포인트코일(102)가 내장된 곡형안내부(100a)와 이 곡형안내부(100a)에 연장된 연장부재(100b)로 구성된 프루브(110)와, 상기 프루브(110)와 대응하게 곡형안내부(130a)와 연장부재(130b)가 구비되고 상기 압력관(200)의 반대표면에 접촉하는 접촉지지부재(130) 및, 상기 프루브(110)의 곡형안내부(110a)와 상기 접촉지지부재(130)의 곡형안내부(130a)가 각각 삽입되고 탄성스프링(140)을 매개로 탄성지지하는 안내관(120)을 포함하여 압력관(20)에 생성된 결함이나 마모라도 탐지할 수 있도록 한 것이다.

Description

가압중수로 압력관튜브 와전류검사용 탐촉자{Probe for Eddy Current Inspection of Pressure Tube of Pressurizer Heavy Water Reactor}

본 발명은 압력관등의 결함 여부를 비파괴방법에 의해 탐지할 수 있도록 하는 와전류 검사용 탐촉자에 관한 것으로 더욱 구체적으로는 가압 중수로 압력관 튜브와 같은 압력관 내부의 결함 여부를 보다 세밀하고 정확하게 탐지할 수 있도록 한 가압 중수로 압력관튜브 와전류검사용 탐촉자에 관한 것이다.

와전류검사(Eddy Current Testing)는 코일에 교류전류를 인가할 때 코일에인접한 검사대상물의 표면에 발생한 와전류에 의해서 발생한 2차전류를 이용하여 코일의 전기적 특성인 임피던스변화를 측정함으로써 검사대상물의 결함유무 또는 물리적 특성을 알아내는 방법이다.

현재 이 검사방법은 원자력발전소 뿐만 아니라 항공, 우주, 선박 등의 모든 산업분야에서 사용되고 있는 비파괴검사방법중의 한 종류이다.

원자력발전소 설비중 중수로 압력관은 튜브 내부에 핵연료를 내장하고 핵분열을 일으켜 에너지를 발생시키며, 외부에는 카랜드리아 튜브(Calandria Tube)에 의하여 둘러싸여 있는 장치로서 원자력발전소에서 매우 중요한 역할을 하는 부분이다.

이와 같은 중수로 압력관은 가동년수가 증가함에 따라 수소 및 수소 동위원소 축적에 의한 결함이나 방사선 및 경년열화에 따라 재료의 성질이 저하되어 압력관의 처짐 또는 내경의 변화 등이 나타난다.

그런데 압력관의 외부는 카랜드리아 튜브에 의하여 밀폐되어 있으므로 압력관을 검사하기 위해서는 압력관 튜브 내부에서만 접근할 수 있다.

일반적으로 압력관을 검사하는 비파괴방법으로는 초음파 방법과 와전류 방법이 많이 사용되고 있으나 검사속도가 빠른 와전류검사방법이 더욱 광범위하게 이용되고 있다.

와전류 탐촉자는 와전류검사를 수행하기 위하여 검사대상에 접촉 또는 비접촉으로 신호를 취득하는 장치로서 중수로 압력관내부에 삽입되어 내부표면 또는 외부에 발생되는 결함 및 가터스프링의 위치를 탐지하는 장치이다.

이와 같은 압력관의 검사는 캐나다 Code인 CSA-N285.4에 따라 주기적으로 검사를 하는 것으로, 검사하는 내용은 초음파 또는 와전류를 이용한 체적검사, 압력관 처짐상태, 가터스프링 위치, 압력관 두께, 압력관 내경, 압력관 수소농도 등을 검사한다.

국내 중수로형 원자로의 와전류를 이용한 압력관검사는 대부분 외국에서 제작한 검사장비에 의하여 검사를 수행하여 왔으며, 이러한 검사장비중 대부분이 첨부도면 도 6과 도 7에 도시된 바와 같이 압력관 내부에 두 개의 코일이 감겨진 차동형 보빈 프로브(Differential bobbin probe)를 삽입하여 검사를 수행한다.

상기 도 6은 종래의 사용중인 차동형 타입의 탐촉자(20)을 이용한 와전류 검사법의 단면을 나타낸 것으로 2개의 코일(21)(22) 즉 코일(+)와 코일(-)을 검사대상 표면에 위치하여 자기장을 형성하고 형성된 자기장이 검사대상물(10)의 표면에 와전류(Eddy current)를 형성하도록 하는 것이다.

이때 형성된 와전류는 검사대상물(10)의 결함(12)및 물리적 특성에 따라서 영향을 받아 2차 자기장에 영향을 미치게 되는데 이와 같은 2차 자기장의 신호를 취득하여 검사대상물의 특성을 검사하도록 하는 것이다.

도 7은 상기 차동형 타입의 탐촉자(20)를 이용하여 검사대상물인 압력관(11)의 검사를 수행하는 상태를 도시한 것으로 중수로 압력관(11)의 기하학적 형상과 구조를 개략적으로 도시하고 있다.

그런데 이러한 종래의 차동형 타입 탐촉자(20)를 이용하여 검사대상 튜브를 검사할 경우에는 결함의 방향성에 영향을 많이 받는다.

즉, 코일이 감긴 방향과 결함이 생성된 방향이 평행할 경우에는 결함신호의 크기가 아주 작거나 탐지하기가 매우 어렵고, 결함의 축방향 위치만 검출할 수 있으며, 특히 원주방향의 위치는 탐지가 불가능하였다.

또한 종래의 장치에 의해서는 와전류의 투과 깊이가 제한되어 있어 두께가 두꺼운 검사대상은 제한적인 검사만이 가능한 단점을 가지고 있으며, 결함의 형상을 예측할 수 있는 방법이 없었다.

또한 종래의 차동형 타입 탐촉자는 와전류의 침투깊이가 제한되어 있어 압력관 외부에서 발생하는 균열, 마모 등의 결함을 탐지할 수 없어 검사의 신뢰성이 낮다.

즉, 도 6과 같이 두 개의 코일이 결함을 통과하면서 코일에 인가한 교류전류로부터 검사체에 생성된 와전류에 의한 2차 전류에 의하여 코일의 임피던스차이를 첫 번째 코일과 두 번째 코일의 차이를 비교하면서 검사를 수행하는 일반적인 차동형 타입의 탐촉자를 이용한 종래의 검사방법으로는 검사 방법상 결함의 축방향위치와 개략적인 체적만을 탐지할 수 있을 뿐이었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 본 발명에서는 와전류의 침투깊이가 압력관튜브의 두께를 통과할 수 있고, 결함의 축방향 위치까지 정확하게 알 수 있도록 한 가압중수로 압력관튜브 와전류검사용 탐촉자를 제공하는데 그 목적이 있다.상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 중수로의 압력관 내부에서 임피던스변화를 측정하여 관의 결함이나 물리적 특성을 탐지하는 탐촉자로서, 상기 압력관의 일측 내경면에 접촉하고 송/수신코일과 +포인트코일이 내장된 곡형안내부와 이 곡형안내부에 연장된 연장부재로 이루어진 프루브와, 상기 프루브와 대응하게 곡형안내부와 연장부재가 구비되고 상기 압력관의 반대표면에 접촉하는 접촉지지부재 및, 상기 프루브의 곡형안내부와 상기 접촉지지부재의 곡형안내부가 각각 삽입되고 탄성스프링을 매개로 탄성지지하는 안내관을 포함한다.상기 프루브의 송/수신코일은 2개의 코일을 하나의 쌍으로 하여 2쌍이 서로 수직으로 배열하고, 상기 송/수신코일 주변에 180°간격으로 +포인트코일을 배치시켜 상기 압력관의 내부면에 생성된 결함이나 마모라도 탐지하는 것이 바람직하다.이와 같은 본 발명에 따른 가압중수로 압력관튜브 와전류검사용 탐촉자에 의하면, 결함의 축방향위치는 물론 결함의 원주방향 위치와 결함의 기하학적 형상까지 탐지할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 와전류 검사용 탐촉자를 이용하여 압력관에서 신호를 받아 결함을 검사하기 위한 실험구성도,

도 2는 와전류검사용 탐촉자의 프루브몸체와 코일이 결합된 도면으로서,

(a)는 코일이 결합된 프루브몸체의 정면도,

(b)는 코일이 결합된 프루브몸체 측단면도,도 3은 본 발명에 따른 와전류검사용 탐촉자를 도시한 도면으로,(a)는 탐촉자의 사시도,(b)는 탐촉자의 조립상태 단면도,도 4은 본 발명에 따른 탐촉자가 압력관내부에 장착상태의 도면,

도 5는 본 발명에 따른 탐촉자가 커넥터를 통해 회전축에 장착된 도면,

도 6은 일반적인 차동형 코일을 이용한 튜브 검사원리를 보인 단면도,

도 7은 기존의 차동형 보빈 프로브를 이용한 압력관검사 개략도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : 탐촉자 101 : 송/수신코일

102 : +포인트코일 103 : 페라이트 코아

110 : 프루브 120 : 안내관

130 : 접촉지지부재 140 : 스프링150 : 커넥터 160 : 회전봉

200 : 압력관 210: 구동모터

220 : 리니어 모터 230: 콘트롤러

240 : 지지대

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 예시도면에 따라 상세하게 설명한다.도 1은 본 발명에 의한 탐촉자(100)를 이용하여 인공적으로 가공된 압력관(200)에서 신호를 취득하여 관의 결함을 실험검사하기 위한 와전류 검사시스템의 측정 원리를 설명하기 위한 구성을 도시한 것이다.이와 같은 와전류 검사시스템은 주파수발생기와 신호분석기 및 압력관을 지지하고 회전시키기 위한 지지대(240), 구동모터(210), 리니어모터(220)를 조절하는 콘트롤러(230)와 기타 전기적 특성을 측정하는 시스템으로 구성되어 있다. 상기 지지대(240)의 상부에 압력관(200)이 설치되어 있고, 이 압력관(200)의 내부에 탐촉자(100)가 삽입되어 관내부의 결함을 검사하도록 되어 있다. 여기서, 상기 압력관(200)은 구동모터(210)에 의해 회전운동하도록 되어 있다. 그리고 탐촉자(100)는 회전봉(160)을 매개로 상기 리니어모터(210)에 의해 압력관(200)의 내부에서 일정속도로 직선운동하도록 되어 있다.도 2는 와전류검사용 탐촉자의 프루브몸체와 코일이 결합된 것을 되시하고 있고, 도 3은 발명에 따른 와전류검사용 탐촉자를 전체 형상을 도시한 것이다.본 발명에 따른 와전류검사용 탐촉자는 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이,압력관(200)의 일측 내경면에 접촉하고 송/수신코일(101)과 +포인트코일(102)가 내장된 곡형안내부(100a)와 이 곡형안내부(100a)에 연장된 연장부재(100b)로 구성된 프루브(110)와, 상기 프루브(110)와 대응하게 곡형안내부(130a)와 연장부재(130b)가 구비되고 상기 압력관(200)의 반대표면에 접촉하는 접촉지지부재(130) 및, 상기 프루브(110)의 곡형안내부(110a)와 상기 접촉지지부재(130)의 곡형안내부(130a)가 각각 삽입되고 탄성스프링(140)을 매개로 탄성지지하는 안내관(120)을 포함한다.상기 프루브(110)는 압력관(200)의 일측 내경면에 접촉되는 곡형안내부(100a)와 이 곡형안내부(100a)에 연장되어 안내관(120)에 삽입되는 연장부재(110b)로 이루어져 있다. 상기 프루브(110)의 곡형안내부(100a)는 2개의 코일을 하나의 쌍으로 하여 2쌍의 송/수신코일(101)이 중심부에 배설되어 있고, 이 송/수신코일(101)의 180°간격으로 +포인트코일(102)이 배설되어 있다. 여기서, 상기 송/수신코일(101)과 +포인트코일(102)은 페라이트 코아(103)에 코일을 감은 팬케(pancake)타입으로 되어 있다. 그리고, 프루브(110)는 수분의 흡수를 최소화하고 압력관(200)에 대한 마모를 최소화하기 위하여 아세탈 재질로 제작하는 것이 바람직하다. 결국 상기 브루브(110)는 하나의 코일 즉 송신코일에서 교류전류를 인가하고 반대편 코일 즉 수신코일에서 2차 전류를 수신하는 하도록 되어 있다.

상기 접촉지지부재(130)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 프루브(110)와 마찬가지로 곡형안내부(130a)와 연장부재(130b)로 이루어져 있다. 접촉지지부재(130)는 상기 안내관(120)에 내장된 탄성스프링(140)에 의해 지지되어 프루브(110)가 압력관(200)에 접촉되는 부분과 반대쪽에 접촉되어 프루브(110)를 지지하도록 되어 있다.

상기 안내관(120)은 상기 프루브(110)와 접촉지지부재(130)를 연결하고, 내부에 탄성스프링(140)이 삽입되어 상기 프루브(110)와 접촉지지부재(130)가 탄지하도록 되어 있다. 따라서, 프루브(110)와 접촉지지부재(130)는 도 4에 도시된 바와 같이 안내관(120)의 탄성스프링(140)에 의해 탄성력을 받아서 압력관(200)의 내부에서 밀착되게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 탐촉자가 커넥터를 통해 회전축에 장착된 것을 도시하고 있다.

도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 탐촉자(100)는 리니어모터(220)에 축결합된 회전봉(160)의 선단에 커넥터(150)를 매개로 연결되어 압력관(200)의 내부로 직선운동하도록 되어 있다. 여기서, 상기 탐촉자(100)의 안내관(120)이 커넥터(150)을 연직방향으로 관통하여 볼울트로써 고정하도록 되어 있다. 그리고, 상기 회전봉(160)은 커넥터(150)에 수직방향으로 삽입되어 보울트로써 고정하도록 되어 있다.본 발명에 따른 가압중수로 압력튜브 검사용 와전류형 탐촉자는 와전류의 침투깊이가 기존의 차동형 탐촉자 보다 깊어 검사체의 표면에서 내부로 멀리 떨어진 결함도 탐지할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 와전류형 탐촉자를 와전류 검사시스템에 적용할 때, 프루브(110)가 압력관(200) 내부에 삽입되어 리니어모터(220)와 축연결된 회전봉(160)에 의해 압력관(200) 축방향으로 선형적으로 이동되는 한편, 압력관(200)이 구동모터(210)에 의해 원주방향으로 회전운동함으로써 압력관의 내면을 모두 검사하도록 구성하여 결함의 정확한 특성 즉, 결함크기, 결함모양, 원주방향위치 등을 정확하게 평가할 수 있도록 하는 것이다.

이와 같이 본 발명은 결함의 축방향위치는 물론 결함의 원주방향 위치와 결함의 기하학적 형상까지 시각적으로 제공하므로서 검사의 신뢰성을 향상시켜 준다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 중수로 압력관튜브와 전류검사용 탐촉자에 의하면 결함의 축방향위치는 물론 결함의 원주방향 위치와 결함의 기하학적 형상까지 시각적으로 제공하므로서 보다 검사의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며 결함의 평가를 용이하게 할 수 있는 기술로서 매우 유용한 기술인 것이다.

Claims

중수로의 압력관(200) 내부에서 임피던스변화를 측정하여 관의 결함이나 물리적 특성을 탐지하는 탐촉자로서,

상기 압력관(200)의 일측 내경면에 접촉하고 송/수신코일(101)과 +포인트코일(102)가 내장된 곡형안내부(100a)와 이 곡형안내부(100a)에 연장된 연장부재(100b)로 구성된 프루브(110);

상기 프루브(110)와 대응하게 곡형안내부(130a)와 연장부재(130b)가 구비되고 상기 압력관(200)의 반대표면에 접촉하는 접촉지지부재(130);

상기 프루브(110)의 곡형안내부(110a)와 상기 접촉지지부재(130)의 곡형안내부(130a)가 각각 삽입되고 탄성스프링(140)을 매개로 탄성지지하는 안내관(120); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 가압중수로 압력관튜브 와전류검사용 탐촉자.
제 1항에 있어서,

상기 프루브(110)의 송/수신코일(101)은 2개의 코일을 하나의 쌍으로 하여 2쌍이 서로 수직으로 배열하고, 상기 송/수신코일(101) 주변에 180°간격으로 +포인트코일(102)을 배치시켜 상기 압력관(200)의 내부면에 생성된 결함이나 마모라도 탐지하도록 된 것을 특징으로 하는 가압중수로 압력관튜브 와전류검사용 탐촉자.
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