KR100958348B1 - 핵연료 집합체의 베인 절단장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 핵연료 집합체의 베인 절단장치에 관한 것으로, 핵연료 집합체의 지지격자에 구비되는 베인을 절단하는 장치에 있어서, 베이스, 상기 베이스의 일측에 설치되어 베인을 파지하는 제1클램프, 상기 제1클램프와 힌지축으로 연결되어 베인을 절단하는 제2클램프를 구비한 절단기; 상기 절단기를 지지하여 절단하기 위한 베인에 대응되도록 위치되는 받침대를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 수평실린더 및 수직실린더에 의해 작동하는 제1클램프 및 제2클램프를 이용하여 핵연료 집합체에 절대 손상을 가하지 않고 베인을 절단할 수 있으며, 더불어 절단된 베인을 떨어뜨리지 않도록 안전하게 파지하여 바스켓에 용이하게 수납할 수 있게 된다.
핵연료 집합체, 지지격자, 베인, 절단장치

Description

핵연료 집합체의 베인 절단장치{Cutting Apparatus for Vane}
본 발명은 핵연료 집합체에 관한 것으로, 특히 지지격자에 부착되어 냉각수의 흐름을 제어하는 베인을 절단하기 위한 장치이다.
일반적으로 원자로 내에서 균일한 간격을 유지하며 배열되어 있는 핵연료봉은 예컨대 가로 14열, 세로 14열 (14×14)에서부터 가로 17열, 세로 17열 (17×17)과 같이 정사각형으로 배열되어 종래의 통상적인 경수로용 핵연료 집합체(1)를 형성하게 된다. 이러한 경수로용 핵연료 집합체(1)는 다수의 격자판이 계란판 형상으로 용접되어 형성되는 지지격자, 핵연료 집합체의 상하부에서 외부 하중을 전달하고 지지하는 상ㆍ하단 고정체 그리고 지지격자 및 상ㆍ하단 고정체를 연결하여 핵연료 집합체의 기본적인 구조를 형성하는 안내관 등의 구조재와 핵분열하여 열을 발생하는 우라늄 소결체를 지르칼로이(Zircaloy) 피복관 내에 담고 있는 연료봉 등으로 구성되어 있다.
근래 핵연료의 개발은 고연소도 및 무결함을 달성할 수 있는 방향으로 추진 되고 있다. 특히 고연소도 핵연료를 개발하기 위해서는 핵연료봉으로부터 냉각수로의 열전달을 촉진함으로써 즉, 핵연료의 열적 성능을 제고함으로써 열적 성능을 향상시켜야 하는데, 이를 위해 주로 고려하는 것이 연료봉 주변을 흐르는 원자로 냉각수의 흐름을 개선하는 방법이다.
이를 위하여 지지격자의 형상 변경이 이루어지고 있는데, 예를 들어 지지격자의 상부에 냉각수의 흐름을 혼합하고 인접 수로와의 교차류를 발생시키기 위해 다수의 베인을 부착할 수 있다. 베인은 냉각수를 혼합하고 교차류를 발생시키기 위하여 지지격자 중앙을 중심으로 사방의 인접한 지지격자와의 냉각수 흐름 패턴을 유지하기 위해 그 날개의 각도가 서로 엇갈리게 존재하며 그 날개의 크기나 각도가 최적화되어 있다.
그런데, 원자로 내에서 핵연료 집합체의 취급 도중, 인접 연료나 또는 구조물과의 간섭으로 지지격자가 찢어지는 사례가 종종 발생한다. 이 경우에, 실제 인접 연료 또는 다른 구조물과의 접촉이나 간섭으로 지지격자가 찢어졌는지, 아니면 지지격자의 제조 중 용접 불량에 의한 것인지 또는 지지격자 재질의 변화 때문인지 그 원인을 정확히 규명할 필요가 있다.
핵연료 집합체 취급 과정에 지지격자가 찢어지면, 찢어진 파편이 이물질(Debris)로 되어 원자로 내에서 냉각수와 함께 순환되면서, 대량 핵연료 손상을 야기할 수 있으므로, 찢어진 파편 수거에 많은 시간과 인력을 투입하고 있다.
특히, 원자력발전 운영사의 경제성 측면으로 고출력 고연소 연료가 최근 많 이 사용됨에 따라 중성자 조사에 의한 핵연료 집합체의 변형은 더 많이 생기므로, 이러한 지지격자 찢어지는 사례도 증가할 것으로 예상되며, 정확한 원인분석을 위해서는 지지격자의 시편을 채취하여 제조상의 용접 결함이나 재질 변화 등에 대한 조사 연구에 활용될 것이다.
이와 같이 지지격자의 이상 발생에 따른 원인 규명을 위해서는 조사 후 지지격자의 일부 재료를 시편으로 채취해야 하므로 지지격자 외곽 스트립의 베인(Vane)을 절단하는데, 이때 절단위치가 수중 5∼10미터 정도 되는 고방사선 환경이므로 원격제어가 가능한 절단 장치가 필요하다.
따라서, 본 발명의 과제는 베인 절단과정에서 핵연료 집합체에 절대 손상을 가하지 않으며, 절단된 베인을 떨어뜨리지 않도록 안전하게 클램핑하여 수거에 용이하도록 바스켓에 담을 수 있도록 하는 데 있다.
상술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 핵연료 집합체 베인 절단장치는,핵연료 집합체의 지지격자에 구비되는 베인을 절단하는 장치에 있어서, 베이스, 상기 베이스의 일측에 힌지축을 중심으로 회전하도록 설치되어 핵연료 집합체의 연료봉 사이로 삽입된 후 베인을 파지하는 제1클램프, 상기 제1클램프를 힌지축을 중심으로 회전시키는 수평실린더, 상기 제1클램프와 힌지축으로 연결되어 베인을 절단하는 제2클램프, 상기 제2클램프의 일측에 연결되는 수평암, 상기 수평암의 일 측을 승하강시키도록 결합되어 상기 제2클램프를 상기 힌지축을 중심으로 회동시키는 수직실린더를 구비한 절단기; 상기 절단기를 지지하면서 발전소의 사용된 연료를 저장하는 연료 저장조에 설치된 연료승강기에 승하강 되도록 설치는 받침대;를 포함하여, 상기 연료승강기에 설치된 상기 받침대를 승하강시켜 상기 절단기를 절단하기 위한 베인에 대응하는 위치에 위치시킨 후, 상기 절단기를 상기 연료봉의 사이로 삽입하여 상기 수평실린더와 상기 수직실린더를 이용하여 상기 제1클램프와 제2클램프 반복 회동시키는 것에 의해 상기 베인을 절단하는 것을 특징으로 한다.
상기 핵연료 집합체의 베인 절단장치는 또한 상기 베이스의 일측에 수평암의 승강을 안내하기 위한 슬라이드홀이 형성된 지주가 직립 설치될 수 있다.
상기 제1클램프의 일단에는 상기 수평실린더가 상기 제1클램프를 상기 힌지축을 중심으로 회동시키기 위해 결합되는 슬라이드홀이 형성될 수 있다.
상기 핵연료 집합체의 베인 절단장치는 또한 상기 절단기에 조립되어 핵연료 집합체 내로 투입하기 위한 연결대가 더 구비할 수 있다.
상기 핵연료 집합체의 베인 절단장치는 또한 상기 절단기와 받침대 사이에 개재되어 절단기의 위치를 조정하는 위치조정판을 더 포함할 수도 있다.
상기 핵연료 집합체의 베인 절단장치는 또한 상기 받침대에 일정 간격으로 다수의 위치조절 슬롯이 형성되고, 이에 대응되도록 상기 위치조정판의 하부에는 조립돌기가 돌출되도록 구성될 수도 있다.
상기 핵연료 집합체의 베인 절단장치는 또한 상기 받침대의 하측에 보강다리에 의해 승강기 안착대가 연결되도록 구성될 수도 있다.
상기 핵연료 집합체의 베인 절단장치는 또한 상기 제2클램프의 작동시 베이스 상에서 유동 가능하도록 상기 수직실린더의 실린더로드 하부에는 아이들롤러가 결합되도록 구성될 수도 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 수평실린더 및 수직실린더에 의해 작동하는 제1클램프 및 제2클램프를 이용하여 핵연료 집합체에 절대 손상을 가하지 않 고 베인을 절단할 수 있으며, 더불어 절단된 베인을 떨어뜨리지 않도록 안전하게 파지하여 바스켓에 용이하게 수납할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 핵연료 집합체의 베인 절단장치를 첨부 도면을 참고하여 설명하면 다음과 같다.
본 실시예의 베인 절단장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 베인을 절단하는 절단기(100)와, 이 절단기(100)를 지지하여 연료승강기(400) 내에서 상승 및 하강하는 받침대(200)를 포함한다.
절단기(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 받침대(200)의 상면에 장착되어 베인을 절단하는 것으로, 베이스(110)의 일측에 제1클램프(130) 및 제2클램프(150)를 구비한다.
베이스(110)는 절단기(100)의 구성 부품들을 지지하여 받침대(200)의 상면에 장착되는 것으로, 대략 중앙 상면에는 후술하는 연결대(300)가 안착되도록 연결홈(111)이 소정 깊이 함몰 형성된다. 그리고 베이스(110)의 저면에는 후술하는 위치조정판에 삽입되도록 조립돌기(112)가 돌출된다.
베이스(110)의 일측에는 지주(113)가 상측으로 직립 설치되며, 이 지주(113)의 상부에는 후술하는 수평암의 슬라이딩돌기가 결합되도록 슬라이드홀(113a)이 수직 방향으로 비교적 길게 형성된다.
그리고 베이스(110)의 타측에는 후술하는 아이들롤러가 유동할 수 있도록 롤러이동부(114)가 형성된다.
제2클램프(150)는 지주(113)의 일측에 상하 회동 가능하게 설치되어 베인을 절단해 주는 역할을 하며, 제2클램프(150)의 끝단에는 제2클램프에 구동력을 전달하는 수평암(120)이 베이스(110)의 상측에 대략 평행하게 배치된다. 제2클램프(150)와 수평암(120)의 연결 부위의 일측에는 제1클램프(130)의 회동축 역할을 하는 슬라이딩돌기(H3)가 돌출되어 지주(113)의 슬라이드홀(113a)에 삽입된다.
수평암(120)의 끝단에는 실린더홀이 상하 방향으로 관통 형성되고, 이 실린더홀에는 수직실린더(160)가 삽입 결합되어 제1클램프(130)의 상하 유동에 따른 구동력을 제공한다. 수직실린더(160)의 하단에는 실린더로드(161)가 구비되고, 이 실린더로드(161)의 하부에는 아이들롤러(162)가 결합되어 제1클램프(130)의 회동시 베이스(110)의 롤러이동부(114) 상에서 소정 거리 왕복 이동하게 된다.
수평암(120)의 대략 중앙에는 지지편(121)이 돌출 설치되며, 이 지지편(121)의 대략 중앙에는 수평 방향으로 실린더홀이 형성된다.
제1클램프(130)는 제2클램프(150)의 일측에 제2힌지축(H2)으로 연결되어 베인을 잡아주는 역할을 한다. 제1클램프(130)의 끝단에는 수평실린더(140)가 연결되고, 이 수평실린더(140)는 지지편(121)의 실린더홀에 삽입되어 수평암(120)에 의해 지지된다. 수평실린더(140)의 선단에는 실린더로드(141)가 구비되고, 이 실린더로드(141)의 선단에는 연장편(142)이 연장 형성된다. 제1클램프(130)의 후단에는 슬라이드홀(131)이 비교적 길게 형성되며, 이 슬라이드홀(131)에는 지지편(121)에 연 결된 제1힌지축(H1)이 삽입 결합된다.
받침대(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 그 상면에 절단기(100)가 장착되도록 장방형의 평판 형태로 이루어지며, 발전소 사용 후 연료 저장조에 있는 연료승강기(400)에 안착될 수 있도록 구성된다. 여기서, 받침대(200)의 재질은 연료승강기(400)의 바스켓을 보호하고 취급을 용이하게 하기 위해서 경량의 알루미늄이 사용되는 것이 바람직하다.
받침대(200)의 상면에는 절단된 베인 조각이 놓이도록 그 테두리에 소정 높이의 벽체(202)가 직립 설치된다.
받침대(200)에는 일정 간격으로 다수의 위치조절 슬롯(201)이 형성되고, 이 슬롯(201)에는 절단할 베인의 위치에 따라 절단기(100)의 설치 위치를 선정하기 위한 위치조정판(230)이 착탈 가능하게 장착된다. 즉, 위치조정판(230)은 받침대(200)와 절단기(100)의 베이스(110) 사이에 개재되어 절단기(100)를 수평 이동하여 그 선정 위치를 조절할 수 있도록 한 것으로, 위치조정판(230)의 상면에는 절단기(100)의 결합돌기(112)가 삽입 결합되도록 슬롯(231)이 형성되고 위치조정판(230)의 저면에는 위치조정 슬롯(201)에 삽입되도록 결합돌기(232)가 돌출 형성된다.
받침대(200)의 하측에는 소정 간격을 두고 안착대(210)가 마련되며, 이 안착대(210)는 복수의 보강다리(220)에 의해 받침대(200)와 연결된다. 안착대(210)는 받침대(200)를 안정적으로 지지하면서 연료승강기(400)의 바스켓에 안착된다. 보강 다리(220)는 원통형의 기둥으로서 받침대(200)와 안착대(210) 사이에 4개소 개재된다.
한편, 본 실시예에서는 베이스(110)의 연결홈(111)에 조립되어 핵연료 집합체 내로 절단기(100)를 투입하기 위한 그레파이트 재질의 연결대(300)가 더 구비된다.
이와 같이 구성된 본 실시예의 베인 절단장치의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.
연결대(300)와 받침대(200)에 의해 지지된 절단기(100)를 연료승강기(400)에 안착시켜 상하 승강시킴으로써 절단하기 위한 베인의 높이에 대응 위치시킨다.
다음으로, 수평실린더(140)를 작동시켜 제1클램프(130)로 하여금 베인을 파지하도록 한다. 이때, 제1클램프(130)의 폭은 핵연료 집합체의 연료봉과 연료봉 사이의 간격에 들어갈 수 있을 정도의 폭을 가진다. 제1클램프(130)의 후단은 지지격자의 외곽 스트립 표면에 접촉하고, 제1클램프(130)의 선단은 수평실린더(140)가 작동하면 연료봉 간격을 통과하여 베인의 안쪽을 클림핑하게 된다.
제1클램프(130)가 베인을 완전히 파지한 것을 수중 카메라를 통해 확인한 후, 수직실린더(160)에 에어를 주입하면 제2클램프(150)가 상하로 반복 회동하면서 절단하기 위한 베인의 벤딩 동작을 연속으로 수행함으로써 결국 베인을 절단한다.
베인이 절단되면 수평실린더(140)를 작동시켜 제1클램프(130)를 이용하여 절단된 베인을 받침대(200) 상면에 놓는다. 그 후, 별도의 도구를 이용하여 절단된 베인을 집어서 수송용기에 담게 되면 베인 채취작업이 완료된다.
이와 같이 본 실시예에 의하면, 원격 제어 가능한 제1클램프 및 제2클램프를 이용하여 베인을 절단할 수 있고, 베인 절단과정에서 핵연료 집합체에 절대 손상을 가하지 않으며, 절단된 베인을 떨어뜨리지 않도록 안전하게 수거하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 베인 절단장치를 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 따른 절단공구 받침대를 상세하게 도시한 사시도.
도 3은 도 1에 따른 절단공구를 상세하게 도시한 사시도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 ; 절단기 110 ; 베이스
111 ; 연결홈 112 ; 결합돌기
113 ; 지주 113a ; 슬라이드홀
114 ; 롤러이동부 120 ; 수평암
121 ; 지지편 121a ; 실린더홀
130 ; 제1클램프 131 ; 슬라이드홀
140 ; 수평실린더 141 ; 실린더로드
150 ; 제2클램프 160 ; 수직실린더
161 ; 실린더로드 162 ; 아이들롤러
200 ; 받침대 201 ; 위치조정 슬롯
202 ; 벽체 210 ; 안착대
220 ; 보강다리 230 ; 안내판
231 ; 슬롯 232 ; 결합돌기

Claims (9)

  1. 핵연료 집합체의 지지격자에 구비되는 베인을 절단하는 장치에 있어서,
    베이스, 상기 베이스의 일측에 힌지축을 중심으로 회전하도록 설치되어 핵연료 집합체의 연료봉 사이로 삽입된 후 베인을 파지하는 제1클램프, 상기 제1클램프를 힌지축을 중심으로 회전시키는 수평실린더, 상기 제1클램프와 힌지축으로 연결되어 베인을 절단하는 제2클램프, 상기 제2클램프의 일측에 연결되는 수평암, 상기 수평암의 일 측을 승하강시키도록 결합되어 상기 제2클램프를 상기 힌지축을 중심으로 회동시키는 수직실린더를 구비한 절단기;
    상기 절단기를 지지하면서 발전소의 사용된 연료를 저장하는 연료 저장조에 설치된 연료승강기에 승하강 되도록 설치는 받침대;를 포함하여,
    상기 연료승강기에 설치된 상기 받침대를 승하강시켜 상기 절단기를 절단하기 위한 베인에 대응하는 위치에 위치시킨 후, 상기 절단기를 상기 연료봉의 사이로 삽입하여 상기 수평실린더와 상기 수직실린더를 이용하여 상기 제1클램프와 제2클램프 반복 회동시키는 것에 의해 상기 베인을 절단하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 베인 절단장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스의 일측에는 수평암의 승강을 안내하기 위한 슬라이드홀이 형성된 지주가 직립 설치되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 베인 절단장치.
  4. 청구항 1 또는 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1클램프의 일단에는 상기 수평실린더가 상기 제1클램프를 상기 힌지축을 중심으로 회동시키기 위해 결합되는 슬라이드홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 베인 절단장치.
  5. 청구항 1 또는 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절단기에 조립되어 핵연료 집합체 내로 투입하기 위한 연결대가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 베인 절단장치.
  6. 청구항 1 또는 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절단기와 받침대 사이에 개재되어 절단기의 위치를 조정하는 위치조정판을 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 베인 절단장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 받침대에는 일정 간격으로 다수의 위치조절 슬롯이 형성되고, 이에 대응되도록 상기 위치조정판의 하부에는 조립돌기가 돌출되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 베인 절단장치.
  8. 청구항 1 또는 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 받침대의 하측에는 보강다리에 의해 승강기 안착대가 연결되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 베인 절단장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2클램프의 작동시 베이스 상에서 유동 가능하도록 상기 수직실린더의 실린더로드 하부에는 아이들롤러가 결합되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 베인 절단장치.
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