KR100934248B1 - 중소형 원자로의 증기발생기에 사용되는 튜브코일 제작장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본 발명은 중소형 원자로의 증기발생기에 사용되는 튜브코일의 제작장치에 관한 것으로, 구동장치의 회전구동에 의해 회전축을 중심축으로 하여 외측면상에 나선형 골이 형성되어 있는 드럼이 회전가능하도록 구성되고, 상기 드럼의 외측면 상에 형성된 나선형 골의 끝단부에 형성된 고정부재에 직선형태의 튜브가 고정되어 상기 드럼의 회전과 동시에 드럼의 길이방향으로 이송장치와 함께 이송됨으로써 상기 드럼의 외측면 상에 형성된 나선형 골을 따라 코일형상으로 감기도록 하여 튜브코일과 튜브코일 사이의 간격 즉 피치를 일정하게 유지하도록 제작하는 것이 특징인 중소형 원자로의 증기발생기에 사용되는 튜브코일을 제작하는 장치에 관한 것이다.

Description

중소형 원자로의 증기발생기에 사용되는 튜브코일 제작장치{Apparatus of Manufacturing tube-coil in steam generator of small and medium reactor}

본 발명은 중소형 원자로의 증기발생기에 사용되는 튜브코일의 제작장치에 관한 것으로, 구동장치의 회전구동에 의해 회전축을 중심축으로 하여 외측면상에 나선형 골이 형성되어 있는 드럼이 회전가능하도록 구성되고, 상기 드럼의 외측면 상에 형성된 나선형 골의 끝단부에 형성된 고정부재에 직선형태의 튜브가 고정되어 상기 드럼의 회전과 동시에 드럼의 길이방향으로 이송장치와 함께 이송됨으로써 상기 드럼의 외측면 상에 형성된 나선형 골을 따라 코일형상으로 감기도록 하여 코일과 코일사이의 간격 즉 피치를 일정하게 유지하도록 제작하는 것이 특징인 중소형 원자로의 증기발생기에 사용되는 튜브코일을 제작하는 장치에 관한 것이다.

한국원자력 연구원이 지난 1990년대 중반부터 개발하고 있는 중소형 원자로(SMART)는 대용량의 발전용 원자로와 달리 안전성을 보장하는 원자로로 평가받고 있다.

또한 해수담수화 용도로 활용할 수 있는 등 원자력 에너지의 비발전 분야에서 활용성이 다양하고 대형 냉각재 상실사고 방지 등 한 차원 높은 안전성을 제공해 준다.

특히, SMART는 우리나라가 개발하는 최초의 고유모델 원자로이며 바닷물을 하루 4만톤 담수화하는 데 필요한 에너지 공급과 함께 90MW 전력생산을 위한 다목적용으로 개발되고 있다.

이는 인구 10만명 지역에 공급할 수 있는 식수와 전력량에 해당한다.

SMART 기술이 성공적으로 개발되면 식수와 용수 생산의 해수담수 에너지원, 소규모 전력생산, 바지선적 원자로로 이용해 필요한 지역에 에너지를 공급할 수 있으며 국가간 물동량 증가에 요구되는 대형선박 추진 동력원 등 단순 전력생산 목적의 기존 대용량 원자로에 비해 활용범위가 매우 넓어지게 된다.

따라서, 중소형 원자로의 증기발생기 중 핵심부품은 튜브코일로서 튜브코일의 제작은 특히 안전성과 정확성이 요구되는 바이다.

그러나 현재까지 튜트코일의 제작은 직선형태의 튜브코일을 스프링형상으로 강제로 감은 후 간격이 일정하게 유지되도록 양 끝단을 잡아당겨 간격이 일정하게 유지되도록 한 후 고정부재로 일정시간 고정하여 코일형상이 이루어지도록 하고 있다.

이와 같은 튜브코일제작방법은 코일형태로 형상을 유지하도록 강제로 늘리거나 구부리는 과정에서 튜브에 무리한 힘이 가해지며, 튜브에 스크래치와 같은 결함 이 내포될 수 있고, 또한 제작시간이 매우 더디다는 단점이 지적되었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 보완하기 위하여 안출된 것으로, 구동장치의 회전구동에 의해 회전축을 중심축으로 하여 외측면상에 나선형 골이 형성되어 있는 드럼이 회전가능하도록 구성되고, 상기 드럼의 외측면 상에 형성된 나선형 골의 끝단부에 형성된 고정부재에 직선형태의 튜브가 고정되어 상기 드럼의 회전과 동시에 드럼의 길이방향으로 이송장치와 함께 이송됨으로써 상기 드럼의 외측면 상에 형성된 나선형 골을 따라 코일형상으로 감기도록 하여 튜브코일과 튜브코일 사이의 간격 즉 피치를 일정하게 유지하도록 제작하도록 한 것이다.

본 발명에 코일제작 장치에 의해 중소형 원자로에 사용되는 튜브코일를 제작하면 모든 과정이 일련의 기계장치에 의해 진행되기 때문에 코일이 한 바퀴 회전한 사이의 간격인 피치 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 있어서 정확한 규격에 맞는 튜브코일의 생산이 가능하며, 튜브코일에 스크래치와 같은 결함 또는 잔류응력을 최소화할 수 있고, 튜브코일의 제작시간도 단축할 수 있다.

본 발명은 중소형 원자로의 증기발생기에 사용되는 튜브코일의 제작장치에 관한 것으로, 구동장치의 회전구동에 의해 회전축을 중심축으로 하여 외측면상에 나선형 골이 형성되어 있는 드럼이 회전가능하도록 구성되고, 상기 드럼의 외측면 상에 형성된 나선형 골의 끝단부에 형성된 고정부재에 직선형태의 튜브가 고정되어 상기 드럼의 회전과 동시에 드럼의 길이방향으로 이송장치와 함께 이송됨으로써 상기 드럼의 외측면 상에 형성된 나선형 골을 따라 코일형상으로 감기도록 하여 튜브코일과 튜브코일 사이의 간격 즉 피치를 일정하게 유지하도록 제작하는 것이 특징인 중소형 원자로의 증기발생기에 사용되는 튜브코일을 제작하는 장치에 관한 것이다.

상술한 목적 및 구성을 가지는 본 발명의 중소형 원자로에 사용되는 튜브코일 제작장치를 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 튜브코일을 제작하기 위한 장치를 나타낸 사시도.

본 발명의 튜브코일 제작장치를 설명하기에 앞서 본 발명의 내용 중 튜브와 튜브코일은 동일한 것으로 다만 튜브는 직선형태의 원재료이며, 튜브코일은 후술할 드럼에 의해 형성되는 코일형태를 나타낸 것으로 도면부호는 모두 10으로 도시하였다.

도 1에 도시된 바와 같이 튜브코일을 제작하기 위한 본 발명의 장치는 구동장치(1)의 구동에 의해 회전하는 회전축(2)을 중심축으로 하여 회전구동을 하되, 외측면 상에는 코일형상의 나선형 골(31)이 형성되는 있는 드럼(3)과, 상기 드럼(3)의 길이방향으로 이송운동을 하게 구성된 이송장치(4)와, 상기 이송장치(4)의 상면에 고정되어 상기 이송장치(4)와 함께 이송하게 구성되어 있는 주파수 열처리기(5)와, 상기 구동장치(1)의 회전속도 및 이송장치(4)의 이송속도, 주파수 열처리 기(5)의 작동을 제어하는 제어부(6)로 구성되어 있는 것이 특징이다.

도 2는 본 발명의 드럼을 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명의 드럼의 일부분을 나타낸 일부분 사시도이다.

그리고 도 4는 본 발명의 회전축과 실린더를 나타낸 사시도.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 드럼(3)은 축방향으로 중공을 가지도록 형성되되, 상기 중공의 중심부에는 구동장치(1)로부터 회전구동하게 구성된 회전축(2)이 위치하여 상기 회전축(2)의 외측면부 상에 원주면방향으로 직선운동하게 형성된 실린더(7)와 드럼(3)의 내경이 결속되어 드럼(3)과 회전축(2)이 일체로 회전구동하도록 구성되어 있다.

특히, 본 발명의 드럼(3)은 동일한 각을 가지도록 다수개로 등분할 되어 회전축(2)의 외측면부에 구성된 실린더(7)의 직선운동에 의해 직경이 가변하는 것이 특징이다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 드럼(3)의 일측 끝단부에는 직선형태의 튜브(10)의 끝단부를 고정하는 고정부재(9)인 플랜지가 구성되어 있다.

상기 고정부재(9)로서 플랜지가 사용되는 것은 튜브(10)의 끝단부를 고정할 때 튜브(10)가 볼트의 조임에 의해 흠집이 생기는 것을 방지하기 위해 구성된 것으로 더욱 바람직하게는 튜브(10)와 접촉되는 플랜지의 내경에는 고무부재나 합성수지 부재로 사용되며, 플랜지는 이등분되어 있는 형태로서 이 등분되어 있는 플랜지는 힌지를 중심축으로 하여 회동하는 구조로서 튜브코일(10)을 내경에 고정 후 볼트로 고정할 수 있도록 하였다.

상기 실린더(7)는 일반적으로 유압실린더를 사용하는 것이 보통이나, 경우에 따라 공기압이나 수압의 실린더를 사용할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 드럼과 실린더의 관계를 나타낸 개요도이다.

드럼(3)의 단면형상은 중공의 원형 형태로서 중심으로부터 동일한 각과 동일한 면적을 가지도록 분할되게 구성되어 있으며, 분할된 드럼(3)사이에는 일정한 간격의 갭(G)이 형성되어 있다.

그리고 상기 중공의 중심부에는 회전축(2)이 위치하고 있으며, 상기 회전축(2)의 외측면 상에 직선운동할 수 있는 다수의 실린더(7)가 드럼(3)의 내경과 결속되어 있다.

따라서, 상기 실린더(7)의 원주방향으로의 직선운동은 분할된 드럼(3)을 원주방향으로 직선운동시킴으로 인해 드럼(3)의 직경이 가변적이게 된다.

특히, 상기 실린더(7)는 분할된 드럼(3) 개수와 동일한 수로 구성되어야 할 것이다.

그러나 상기 분할된 드럼(3)사이에 형성된 갭(G)의 간격이 너무 크면 후술할 튜브(10)가 골을 따라 드럼(3)의 외측면 상을 따라 감길 때 걸림 턱이 될 수 있기 때문에 드럼(3)의 직경은 일정간격이상 커지지 않아야 한다.

튜브(10)가 상기 드럼의 외측면에 형성된 골을 따라 이동할 때 튜브(10)에 스크래치나 마모가 형성되지 않도록 드럼(3)의 재질은 튜브(10)의 재질보다는 연한 경도를 지니는 재질로 구성됨이 바람직할 것이다.

그러나 상기 드럼(3)의 내측은 실린더(7)와 결합되는 부분으로서 일반금속재 질로 구성되어도 무방하여, 드럼의 내측부분과 외측부분의 재질을 상황에 따라 달리 하여도 될 것이다.

일반적으로 코일로 사용되는 튜브(10)는 인코넬(inconel)을 주로 사용하며 인코넬은 니켈을 주체로 하여 15%의 크롬과 6∼7%의 철, 2.5%의 티타늄, 1% 이하의 알루미늄, 망가니즈, 규소를 첨가한 내열합금으로서 내열성이 좋고, 900℃ 이상의 산화기류속에서도 산화하지 않고, 황을 함유한 대기에도 침지되지 않는 성질을 가지고 있다.

도 6은 본 발명의 장치에 의해 코일을 제작하는 방법을 나타낸 사시도이며, 도 7은 본 발명의 장치에 의해 코일을 제작하는 방법을 나타낸 또 다른 사시도이다.

그리고 도 8은 튜브코일은 나타낸 사시도로서 도 6, 7의 과정에 의해 제작되게 되는 것이다.

도 6에 도시된 것처럼 튜브(10)의 일측 끝단부를 드럼(3)의 고정부재(9)에 고정하고 구동장치(1)에 의해 회전축(2)이 화살표 A방향으로 회전시키는 동시에 이송장치(4)에 의해 주파수 열처리기(5)를 B방향으로 진행하도록 이송시키면 튜브(10)는 주파수 열처리기(5)를 통과하면서 열처리되는 동시에 릴낚시의 원리처럼 도 7에서와 같이 코일형상으로 드럼(3)의 외측면 상에 감기게 되는 것이다.

특히, 드럼(3)의 외측면 상에는 나선형의 골(31)이 형성되어 있고, 상기 드럼(3)의 1회전 동안 상기 이송장치(4)는 상기 드럼(3)의 골(31)과 골(31)사이의 간격인 피치(P)만큼 이송하도록 제어부(6)에 의해 반드시 제어되어야 할 것이다.

이는 튜브(10)가 정확하게 드럼(3)의 외측면 상에 형성된 골(31)을 따라 감길 수 있도록 함이며, 만약이라도 튜브(10)가 골(31)의 외부로 이탈하지 않도록 하기 위함이다.

또한, 주파수 열처리기(5)는 직선형태의 튜브(10)의 강도를 연해지도록 하여 튜브(10)가 보다 쉽게 드럼(3)의 외측면상에 형성되 나선형 의 골(31)을 따라 이동하기 쉽게 하기 위한 것으로, 주파수 열처리기(5)의 주파수대는 1000∼20,000Hz의 주파로서 금속재질의 튜브(10)를 가열시 내외부 온도를 균일하게 가열함으로써 튜브(10)의 변형이 최소화되게 하기 위한 것으로, 주파수가 높을수록 튜브의 표면에만 급격하게 온도가 변화되어 튜브의 내외부의 응력의 변화에 따른 열변형이 되기 쉬우며, 저주파의 경우 내부까지 서서히 가열시킬 수 있는 반면에, 유도가열의 특성상 가열시간이 오래 걸리기 때문이다.

상기 드럼(3)은 길이방향으로는 중공을 가지고 단면은 동일한 각과 형상을 가지도록 다수개로 분할되게 구성되어 있는 형태로서, 상기 드럼(3)의 중공부의 중심부에는 상기 구동장치(1)의 회전구동에 의해 회전하는 회전축(2)이 구성되고, 상기 회전축(2)의 외측면 상에는 원주방향으로 직선운동하는 실린더(7)가 상기 드럼(3)의 내측면과 결합되어 있다.

따라서, 상기 드럼(3)은 실린더(7)의 직선운동 즉, 원주방향으로의 직선운동에 의해 분할된 드럼(3)도 함께 원주방향으로 직선운동함으로써 드럼(3)의 직경이 가변적이게 된다.

이는 드럼(3)의 외측면 상에 튜브(10)가 다 감기면 드럼(3)의 외측면 상을 감고 있는 코일형태의 튜브(10)를 드럼(3)밖으로 쉽게 빼내기 위한 것으로, 실린더(7)가 중심방향으로 수축되면 분할된 드럼(3)과 드럼(3)사이에 형성된 갭(G)이 없어져서 드럼(3)의 직경이 최소화되게 되며, 드럼(3)의 직경을 최소화한 후 회전축(2)의 일측면에 구성된 보조지지대(8)를 제거 또는 분리 후 튜브(10)를 드럼(3)밖으로 배출할 수 있게 된다.

상기 보조 지지대(8)는 드럼(3)의 회전시 구동장치(1)의 회전력을 받는 회전축(2)을 구동장치(1)의 타측 방향에서 회전축(2)을 지지하게 구성된 것으로 보조 지지대(8)의 제거 나 분리는 쉽게 구현할 수 있는 기계적 장치이므로 본 발명에서는 자세할 구성 및 기술은 생략하였다.

드럼(3)에 의해 코일형상으로 되는 튜브(10)는 미리 일정한 길이를 갖게 절단되어 있는 것을 사용하여도 되며, 드럼(3)에 의해 코일형상으로 완료된 후 나머지 길이를 절단하여도 되며, 골(31)사이의 간격이 다른 드럼(3)을 교체하고 제어부(6)에 의해 이송장치(4)의 이송속도를 교체된 피치(P)의 간격만큼의 속도를 가지도록 제어함으로써 다양한 피치(P)를 가지는 코일형상의 튜브(10)를 제작할 수 있다.

특히, 스프링백(Spring Back)효과를 방지하기 위해 직선형태의 튜브가 코일로 형상화된 튜브코일의 스프링백을 방지하기 위해 튜브코일 양단에 전기를 통하게 하여 저항으로 인해 튜브코일이 가열되어 열처리되도록 하였다.

스프링백(Spring Back)효과란 직선형태의 재료가 스프링형태로 감긴 후 다시 원래의 직선형태로 돌아가려고 하는 성질을 가리킨다.

도 1은 본 발명의 튜브코일을 제작하기 위한 장치를 나타낸 사시도.

도 2는 본 발명의 드럼을 나타낸 사시도.

도 3은 본 발명의 드럼의 일부분을 나타낸 일부분 사시도.

도 4는 본 발명의 회전축과 실린더를 나타낸 사시도.

도 5는 본 발명의 드럼과 실린더의 관계를 나타낸 개요도.

도 6은 본 발명의 장치에 의해 코일을 제작하는 방법을 나타낸 사시도.

도 7은 본 발명의 장치에 의해 코일을 제작하는 방법을 나타낸 또 다른 사시도.

도 8은 튜브코일은 나타낸 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

1. 구동장치 2. 회전축 3. 드럼

4. 이송장치 5. 주파수 열처리 6. 제어부

7. 실린더 8. 보조 지지대 9. 고정부재

10. 튜브 31. 골

Claims (10)

1. 중소형 원자로의 증기발생기에 사용되는 튜브코일을 제작하는 장치에 있어서,

   구동장치(1)의 구동에 의해 회전하는 회전축(2)을 중심축으로 하여 회전구동을 하되, 외측면 상에는 코일형상의 나선형 골(31)이 형성되는 있는 드럼(3)과;

   상기 드럼(3)의 길이방향으로 이송운동을 하게 구성된 이송장치(4)와;

   상기 이송장치(4)의 상면에 고정되어 상기 이송장치(4)와 함께 이송하게 구성되어 있는 주파수 열처리기(5)와;

   상기 구동장치(1)의 회전속도 및 이송장치(4)의 이송속도, 주파수 열처리기(5)의 작동을 제어하는 제어부;

   로 구성된 것이 특징인 중소형 원자로의 증기발생기에 사용되는 튜브코일 제작장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 드럼(3)은 축방향으로 중공을 가지도록 형성되되, 상기 중공의 중심부에는 구동장치(1)로부터 회전구동하게 구성된 회전축(2)이 위치하여 상기 회전축(2)의 외측면부 상에 원주면방향으로 직선운동하게 형성된 실린더(7)와 드럼(3)의 내경이 결속되어 드럼(3)과 회전축(2)이 일체로 회전구동하는 것이 특징인 중소 형 원자로의 증기발생기에 사용되는 튜브코일 제작장치.
3. 제 1항과 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 드럼(3)은 동일한 각을 가지도록 다수개로 등분할 되어 회전축(2)의 외측면부에 구성된 실린더(7)의 직선운동에 의해 직경이 가변하는 것이 특징인 중소형 원자로의 증기발생기에 사용되는 튜브코일 제작장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 실린더(7)는 회전축(2)의 외측면 상에서 분할된 드럼(3)의 내측면과 일대일 대응하여 결합하도록 동일개수로 구성되어 상기 실린더(7)가 원주방향으로 직선운동함에 따라 등 분할된 드럼(3)의 직경이 가변할 수 있는 것이 특징인 중소형 원자로의 증기발생기에 사용되는 튜브코일 제작장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 드럼(3)의 일측 끝단부에는 직선형태의 튜브(10)의 끝단부를 고정하는 고정부재(9)가 구성되어 있는 것이 특징인 중소형 원자로의 증기발생기에 사용되는 튜브코일 제작장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서,

   상기 드럼(3)이 1회전 하는 동안 상기 이송장치(4)는 상기 드럼(3)의 외측면 상에 형성된 골(31)과 골(31)사이의 피치(P)간격 만큼 이송하도록 이송속도를 가지는 것이 특징인 중소형 원자로의 증기발생기에 사용되는 튜브코일 제작장치.
9. 삭제
10. 삭제

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