KR100963524B1 - 분리 및 합체 장치를 갖춘 원자로 스터드 드라이버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자로 스터드 드라이버를 원자로 출구사이로 용이하게 출입할 수 있도록 분리한 툴(Tools) 유니트를 손쉽고 용이하게 합체 및 분리할 수 있는 원자로 압력용기 분리 및 체결용 스터드 드라이버에 관한 것으로, 본 발명은 스터드 드라이버(100)는 구동부(110)와 가이드부(120)로 나누고, 나눈 구동부(110)를 호이스트(300)를 사용하여 가이드부(120) 위에 안치시키되, 정렬핀(116)을 정렬공(131)에 일치시키면, 구동부(110)는 자중에 의해 두 훅크(116),(124)가 상호 맞물려 합체된다. 만일 드라이버(100) 구동부(110)와 가이드부(120)를 분리하는 경우에는 캠형 손잡이(127)를 도 6에 도시된 화살표 방향으로 회전시키면 해제레버(126)가 가이드부 훅크(124)를 피봇축(124a)을 중심으로 벌려줌으로써 두 훅크(116),(124)가 분리될 수 있다. 본 발명은 원자로 스터드 분해 및 체결에 사용되는 드라이버은 구동부와 가이드부의 합체 및 분리가 매우 용이하고 신속하므로 고 방사능 환경에서 작업자가 방사능에 노출되는 시간을 최소화할 수 있으므로 작업자를 보호하는데 유익하고 후속적인 작업공정을 수행함에 있어서도 신속한 작업의 연속성을 제공한다.

원자로, 인장기, 텐셔너, 드라이버, 인장기구, 인장설비, 스터드

Description

분리 및 합체 장치를 갖춘 원자로 스터드 드라이버{DRIVER OF NUCLEAR REACTOR WHAT HAVING DETACH AND COMBINED DEVICE}

본 발명은 원자로 압력용기의 분해 및 체결하기 위한 스터드 분해 및 체결용 드라이버에 관한 것으로, 특히 드라이버를 원자로내로 출입함에 있어 그 출입이 용이하도록 드라이버를 나눈 구성들을 합체 혹은 분리할 수 있는 분리 및 합체 장치를 갖춘 원자로 스터드 분리 및 체결용 드라이버에 관한 것이다.

일반적으로 현재, 상업용 원자력 발전소는 전력을 발생시키기 위해 12개월 내지 18개월 또는 그 이상 기간 동안 작동된 다음 예정된 점검, 유지보수 및/또는 연료보급을 위한 운전 정지시에 작동이 중단된다. 정기적인 연료보급시의 운전정지 도중에 원자로 압력 용기의 노심(core)에 있는 소모된 연료 집합체의 약 1/3이 새로운 연료 집합체로 교체될 필요가 있고, 그리고 나머지 연료 집합체는 노심 내에서 위치를 바꿀 필요가 있다.

다른 운전정지 과정에서, 연료 집합체는 노심 내에 유지될 수도 있지만 노출되어야 한다. 연료 집합체는 풍부한 우라늄이나 다른 핵 분열성 물질을 수용할 수도 있다.

따라서, 압력 용기 주변에서 작업하는 작업자는 과도한 방사능 노출로부터 보호되어야만 한다. 중요한 방침이든 아니든 간에 운전정지의 각 단계는 짧은 운전정지 기간을 유지하도록 가능하면 신속하고 안전하게 수행되어야만 한다.

압력 용기를 점검 혹은 수리하거나 연료보급을 한 후에, 압력 용기를 밀봉시켜 발전소가 발전이 재개되도록 하여야 한다. 운전정지 계획은 대체로 적어도 약 10시간 이상 할당되고, 그리고 원자로 건조물 내의 원자로 압력 용기 주변의 고 방사능 환경 내로 부피가 크고 무거운 스터드 인장 설비를 이동시키고, 원자로 압력 용기의 헤드를 밀폐시키기 위한 스터드 너트를 인장시키도록 압력용기 플랜지 주위에서 설비를 조작하고, 그 후에 인장 설비를 반응로 건조물로부터 제거하기 위해서 5명 이상의 작업자를 필요로 한다.

상업용 발전소(통상적으로 수개의 다중 스터드 인장기의 동시 사용을 포함함)에서 인장 단계는 2시간 이상을 필요로 하며, 500 밀리렘 이상의 방사능까지 연장될 수도 있다.

일반적으로, 원자로 압력 용기는 54개의 스터드로 밀봉되어 있다. 따라서, 54개의 스터드를 모두 분해하고 압력 용기를 점검하거나 수리 혹은 연료보급을 한 후에 다시 54개의 스터드를 조립하여 압력용기를 밀봉시켜야 한다.

스터드는 용기 헤드에 마련된 개구를 통해 장진되며 압력 용기의 가장자리 플랜지에 나사체결에 의해 체결된다. 스터드 인장 기구는 용기 헤드와 용기 플랜지 사이의 시일을 압착하고 스터드를 인장시키기 위해 사용된다. 용기 스터드 상의 너트가 스터드 아래로 회전하여 단단하게 조여지므로 시일은 스터드 인장력이 해지될 때 압착된다.

용기 스터드와 부착된 너트는 연료 교체 싸이클의 초기에 원자로 용기에서 제거된다. 스터드 인장기구는 용기 헤드와 용기 플랜지 사이의 시일을 압착하는데 다시 사용된다. 이어서, 스터드 너트는 스터드 인장장치가 해제되어진 후 풀린 상태로 유지되도록 몇차례 느슨해진다.

일단 모든 스터드에 가해진 인장력이 제거되면, 스터드와 부착된 너트는 원자로 압력 용기의 플랜지에서 제거된다. 용기 헤드는 그 후 원자로 용기위로 상승상승한다.

스터드 인장장치는 신장력이 스터드를 연장시키도록 너트 플라스 장치상의 용기 스터드 상부와 맞물리기 위한 몇몇 장치를 구비한다. 보통 유압 실린더의 작동에 의해 발생되는 압력은 용기 헤드의 최상부면에 대해 용기 스터드의 상부를 올리며, 너트는 원자로 용기 플랜지와 용기 헤드 사이의 시일을 압착시키는 효과가 있다.

전술한 바와 같은 종래의 특허는 원자로 압력 용기의 헤드의 개방할 때에는 스터드에 체결된 볼트를 분해하여 압력용기의 헤드를 분리하고, 연료교체나 필요한 작업을 수행한다. 물론 필요한 작업을 마친 경우에는 압력용기의 헤드를 다시 밀봉시키기 위해 다시 스터드를 체결한다.

이와 관련하여서는, 미국 특허 제3,851,906호, 제4,223,575호 및 제6,167,764호를 참조할 수 있다. 상기한 특허들은 인장기(이하, '텐셔너'라 함)의 종류를 일반적으로 개시하고 있고, 연료 집합체를 그들의 노심 영역에 접근시키도 록 반응로 압력용기를 밀폐시키기 위하여 원자력 발전소 산업에서 사용되는 공구 및 방법을 개시하고 있다.

본 발명은 원자력 발전소 산업에서 사용되는 공구와 관련된 발명으로, 본 발명자가 동일자로 발명한 스터드에 인장력을 가하거나 인장을 해지시키기 위한 원자로 스터드 텐셔너(Tensioner)와 스터드의 분해 및 체결용 드라이버(Driver)을 제안하고 있다.

상기한 원자로 스터드 텐셔너는 길이가 길고 고중량체인 스터드를 플랜지에서 분리해 내거나 체결함에 있어 사전 작업으로 몇몇 작업을 수행하는 장치이고, 드라이버는 텐셔너에 의해 예비작업된 스터드를 실질적으로 플랜지로부터 분리하거나 체결작업을 수행하는 장치이다.

본 발명자가 제안한 스터드 텐셔너와 드라이버는 스터드에 인장력을 가하거나 가한 인장력을 해지하는 작업, 압력용기를 밀봉하기 위한 스터드 너트의 분해 및 체결 그리고 스터드를 플랜지 체결구멍으로 체결하거나 분해하는 제반 작업공정을 자동화할 수 있거나 필요시 소망하는 특정 작업만을 택일적으로 수행할 수도 있고, 또한 동시에 다수의 스터드를 일련의 작업공정을 수행할 수 있다.

본 발명은 스터드 텐셔너에 의해 가분해된 스터드를 실질적으로 분해하거나 체결하는 드라이버와 관련된다.

본 발명에서 소개하는 스터드 텐셔너와 스터드 드라이버는 스터드의 상부에서 호이스트에 의해 승하강되는 구성으로, 스터드 텐셔너는 스터드의 원주에 장착되어 플랜지에 체결되거나 가체결된 상태의 스터드를 지지수단으로 하고, 드라이버 는 역시 피작업대상 스터드의 원주둘레에 장착함에 있어 드라이버의 견고한 고정 및 지지를 위해 피작업 대상 스터드와 이웃한 양 스터드들을 고정수단으로 활용한 것에 대해 소개하고 있다.

본 발명자가 동일자로 발명한 호이스트에 의해 승하강되는 스터드 텐셔너와 드라이버의 장점으로는 드라이버를 안정되게 지지함에 있어 피작업대상 스터드에 혹은 피작업대상 스터드와 이웃한 양 스터드를 고정수단으로 응용함으로써 압력용기의 플랜지 주위에서 설비를 조작하는데 공간적 제약을 극복할 수 있고, 또한 드라이버 구동시 툴을 견고하고 안정되게 고정시킬 수 있으며, 또한 텐셔너와 드라이 툴의 구성을 간소화할 수 있고, 장착이 신속하며, 스터드를 조이거나 풀기 위해 스터드에 동력을 전달할 때 스터드의 체결 혹은 분해방향에 대해 순방향으로 동력을 전달함으로써 동력 손실을 방지할 수 있고, 또한 동력을 직접적으로 전달함으로써 보다 강력한 체결 및 분해력을 제공할 수 있고, 또한 드라이버에 대한 구성을 간소화할 수 있어 경량화에 유익한 장점 등을 갖추고 있다.

다만, 드라이버는 피작업 대상 스터드와 이웃한 양 스터드를 고정축으로 활용함에 따라 지지력을 확보하기 위해 압력용기 플랜지위로 돌출된 스터드 길이에 상응하는 가이드 실린더의 길이가 요구되므로 드라이버의 높이가 커지는 단점이 있다.

이러한 문제로 드라이버의 이동시 원자로 출구통로를 통과하기 어려운 점이 있으므로 그 해결방안을 드라이버의 구성을 분할하여 고 방사능 환경내에서 신속하게 합체하고 분리할 수 있는 해결과제를 제안하고자 한다.

본 발명의 목적은 드라이버의 취급과 원자로의 출입이 용이하도록 툴의 구성을 구동부와 가이드부로 분할하여 부피를 줄인 드라이버를 고 방사능 환경에서 별도의 체결장치 없이 보다 신속하고 용이하게 합체 및 분리할 수 있는 분리 및 합체 장치를 갖춘 원자로 스터드 드라이버를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 분리 및 합체 장치를 갖춘 원자로 스터드 드라이버의 구현수단으로서는,

서보모터에 의해 동력을 전달받아 회전되는 드라이버와, 프레임에 부착되어 상기 드라이버와 서보모터를 일체로 승하강시키는 승하강 실린더 및 상기 프레임을 지지하되 저면에 하측으로 돌출된 복수개의 훅크와 정렬핀을 구비하는 바닥판으로 구성된 구동부와;

상측에 한 쌍의 가이드 실린더, 가이드 실린더의 하측에 홀더관이 각각 결합된 베이스와 상기 홀더관의 내경에 가이드 실린더의 피스톤 로드와 연결되어 상하로 운동하되, 스터드의 외경에 대응하는 내경을 지니는 지지관과, 베이스상에 부착되어 피봇축에 의해 상기 훅크와 맞물리거나 맞물림을 해제할 수 있는 대응 훅크 및 상기 정렬핀을 수용하는 정렬공로 구성된 가이드부로 구성된 것에 특징이 있다.

본 발명에 의하면, 제한된 시간내에 스터드를 분해하고 체결해야 하는 일련의 공정을 수행함에 있어 원자로 스터드의 체결 및 분해용 드라이버를 구동부와 가이드부로 나누어 부피를 줄임으로써 원자로 통로 출입이 용이하고, 고 방사능 환경에서 손쉽게 드라이버를 합체하고 분리할 수 있다.

따라서, 후속적인 작업수행이 빠르고 작업자가 방사능으로부터 노출되는 시간을 최소한으로 단축시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 분리 및 합체 장치를 갖춘 원자로 스터드 드라이버에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 도 1은 원자로 스터드 분리 및 체결용 드라이버의 작업상태를 예시한 작업배치 구성도로서, 드라이버(100)는 원자로(1) 압력용기(3)의 상부에 모노레일(200)를 가설하고(상시 모노레일이 설치된 경우도 있음), 그 모노레일(200)에 조립된 호이스트(300)에 의해 상하로 승하강될 수 있도록 설치된다.

호이스트(300)에 의해 드라이버(100)가 스터드(10)의 상측으로 하강하면, 스터드(10)의 플랜지(2)위로 둘출된 스터드(10)에 드라이버(100)의 가이드부(120)가 안착된다. 도 1에서 드라이버(100)는 호이스트(300)에 의해 120°로 배치되어 동시에 스터드 분해작업 및 체결작업을 수행할 수 있다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 도 2는 본 발명에 채용된 드라이버의 요부단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 드라이버를 분리한 상태의 요부 단면도이며, 도 4는 본 발명에 채용된 드라이버의 구동부 단면도이고, 도 5는 본 발명에 채용된 드라이버의 가이드부 단면도이다.

본 발명에 따른 원자로 스터드 드라이버(100)의 구동부(110)와 가이드부(120)가 합체된 상태의 단면도가 도시되어 있다.

드라이버(100)는 구동부(110)와 가이드부(120)로 구성된다.

구동부(110)는 스터드(10)를 회전시켜 플랜지(2)에서 풀어내거나 플랜지(2)에 스터드(10)의 나선부를 체결하기 위한 동력을 전달함과 아울러 플랜지(2)에서 풀어낸 스터드(10)를 들어내거나 들어낸 스터드를 다시 플랜지(2)에 체결할 때 스터드(10)를 승하강시키기 위한 구동장치(110a)를 포함한다.

구동장치(110a)의 구체적인 구성으로는 스터드(10)의 분해 및 체결시 스터드를 회전시키기 위해 드라이버 툴(111)과, 드라이버 툴(111)를 스터드(10)를 체결시키기 위한 체결구조, 드라이버 툴(111)에 회전력을 제공하기 위한 서보모터(112), 드라이버 툴(111)를 구동시키면서 드라이버 툴(111)와 서보모터(112)를 함께 상하로 승강 및 하강시킬 수 있는 승하강 실린더(113) 장치들이다.

아울러, 드라이버(100)는 구동장치(110a) 이외에 드라이버 툴을 스터드에 장착하고, 장착된 상태에서 스터드를 체결하고 분해함에 있어 드라이버 툴을 안정되게 지지하기 위한 가이드 장치(120a)를 더 포함하고 있다.

이하에서는 설명의 명료성을 기하기 위해 상기한 구동장치(110a)의 구성은 구동부(110)로, 가이드장치(120a)는 가이드부(120)로, 그리고 구동부(110)와 가이드부(120)를 합체시키거나 분리하는 장치를 결합부(130)로 표기하여 설명될 것이다.

구동부(110)는 프레임(114)에 부착되어 지지되는 승하강 실린더(113)와, 승하강 실린더(113)의 피스톤 로드(113a)와 연결되어 승하강 실린더(113)의 작동에 따라 승하강되는 드라이버 툴(111)과 서보모터(112) 및 프레임(114)을 지지하는 바닥판(115)으로 구성된다. 상기 드라이버 툴(111)은 그 하단부가 스터드(10)의 상단에 축선방향으로 형성된 체결공(11)에 삽입되어 드라이버 툴(111)의 회전시 스터드(10)를 회전시킬 수 있다.

바닥판(115)에는 하측으로 돌출된 정렬핀(116)과 복수개의 훅크(117)가 마련되어 있다.

가이드부(120)는 상기한 바닥판(115)의 하측에 중첩되거나 분해되는 구성으로, 드라이버 툴(111)의 양측으로 대칭적으로 설치된 한 쌍의 가이드 실린더(121)와, 가이드 실린더(121)의 하측에 홀더관(122)이 각각 결합된 베이스(123)를 갖추고 있다.

상기 홀더관(122)는 내부가 빈 관형상으로서, 그 내경에 가이드 실린더(121)의 피스톤 로드(121a)와 연결되는 지지관(121b)이 마련되어 있다.

지지관(121b)는 가이드 실린더(121)의 작동시 지지관(121b)이 하강하면서 스터드(10)의 원주둘레에 장착되어 가이드부(120)에 의해 구동부(110)를 지지하고 고정시키는 작용을 한다.

결합부(130)는 상기한 구동부(110)와 가이드부(120)를 합체하거나 서로 분리하기 위한 구성으로, 구동부(110)의 바닥판(115)의 하부에 부착된 정렬핀(116)을 수용하는 정렬공(131)이 베이스(123)에 마련되어 있고, 바닥판(115)의 훅크(117)와 대응하는 위치에 해당 훅크(117)와 맞물리는 대응 훅크(124)가 대칭적으로 베이 스(123)에 설치되어 있다. 상기한 정렬핀(116)은 구동부(110)가 좌우측으로 움직이지 않도록 지지하는 작용을 한다.

베이스(123)에 마련된 후크(124)는 피봇축(124a)을 중심으로 회동가능하게 가이드 프레임(124b)에 조립되어 있고, 피봇축(124a)에 결합된 스프링(125)의 탄성에 의해 구동부 훅크(117)와 맞물려 있다.

상기 훅크(124)사이에는 두 훅크(124)를 서로 멀어지는 방향으로 벌려주는 즉, 쐐기작용을 하는 해제레버(126)가 마련되어 있고, 해제레버(126)는 캠형 손잡이(127)에 의해 조작된다. 해제레버(126)는 코일스프링(126a)에 의해 구동부 훅크(117)쪽으로 작용하는 탄성력이 내재되어 있다.

이상에서 설명한 결합부(130)에 의한 구동부(110) 및 가이드부(120)의 분할 및 합체에 대한 작용을 설명한다.

도 6을 참조하면, 도 6은 본 발명에 따른 드라이버의 결합부를 발췌하여 도시한 확대 단면도로서, 구동부(110)를 호이스트(300)를 사용하여 가이드부(120) 위에 안치시키되, 정렬핀(116)을 정렬공(131)에 일치시키면, 구동부(110)는 자중에 의해 훅크(117)와 가이드부(120)의 훅크(124)가 서로 맞물려 합체되고, 만일 드라이버(100)을 분리하는 경우에는 캠형 손잡이(127)를 도 6에 도시된 화살표 방향으로 회전시키면, 해제레버(126)가 가이드부 훅크(124)를 피봇축(124a)을 중심으로 벌려줌으로써 서로 맞물린 두 훅크(117)(124)의 맞물림이 해제된다. 물론 두 훅크의 맞물림이 해지된 상태에서 호이스트(300)로 드라이버의 구동부(110)를 들어 올리면, 구동부(110)를 가이드부(120)로부터 분리할 수 있다. 반대로 구동부를 가이드부에 합체는 전술한 분리의 역순으로 분리한 드라이버를 합체시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 원자로 스터드 분해 및 체결에 사용되는 드라이버은 구동부와 가이드부의 합체 및 분리가 매우 용이하고 신속하므로 고 방사능 환경에서 작업자가 방사능에 노출되는 시간을 최소화할 수 있어 작업자를 보호하는데 유익하고 후속적인 작업공정을 수행함에 있어 신속한 작업의 연속성을 제공한다.

도 1은 원자로 스터드 분리 및 체결용 드라이버의 작업상태를 예시한 작업배치 구성도,

도 2는 본 발명에서 정의한 드라이버의 요부단면도,

도 3은 도 2에 도시된 드라이버를 분리한 상태의 요부 단면도,

도 4는 본 발명에 채용된 드라이버의 구동부 단면도,

도 5는 본 발명에 채용된 드라이버의 가이드부 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 드라이버의 결합부를 발췌하여 도시한 확대 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 원자로 2 : 압력용기 플랜지

3 : 압력용기 헤드 10: 스터드

11 : 스터드 체결공 100 : 드라이버

110 : 구동부 111 : 드라이버

112: 서보모터 113 : 승하강 실린더

114 : 프레임 115 : 바닥판

116 : 정렬핀 117 : 훅크

120 : 가이드부 121 : 가이드 실린더

121a : 피스톤 로드 121b :지지관

122 : 홀더관 123 : 베이스

124 : 가이드부 훅크 124a : 피봇축

124b : 가이드 프레임 125 : 스프링

126 : 해제레버 130 : 결합부

131 : 정렬공

Claims (2)

1. 서보모터(112)에 의해 동력을 전달받아 회전되는 드라이버 툴(111)과, 프레임(114)에 부착되어 상기 드라이버 툴(111)과 서보모터(112)를 일체로 승하강시키는 승하강 실린더(113) 및 상기 프레임(114)을 지지하되 저면에 하측으로 돌출된 복수개의 훅크(117)를 구비하는 바닥판(115)으로 구성된 구동부(110)와;

   상부에는 한 쌍의 가이드 실린더(121)와 가이드 실린더(121)의 하부에는 홀더관(122)이 각각 결합된 베이스(123)와, 상기 홀더관(122)의 내경에 가이드 실린더(121)의 피스톤 로드(121a)와 연결되어 상하로 운동하되, 스터드(10)의 외경에 대응하는 내경을 지니는 지지관(121b)과, 베이스(123)상에 부착되어 피봇축(124a)에 의해 상기 훅크(117)와 맞물리거나 맞물림을 해제할 수 있는 대응 훅크 (124)로 구성된 가이드부(120)로 구성된 것을 특징으로 하는 분리 및 합체 장치를 갖춘 원자로 스터드 드라이버.
2. 제1항에 있어서,

   상기 구동부(110)가 상기 가이드부(120)에 합체되었을 때, 상기 구동부(110)가 좌우로 움직이지 않도록 상기 바닥판(115)에 정렬핀(116)을 더 마련하고, 상기 베이스(123)상에는 상기 정렬핀(116)이 삽입되는 정렬공(131)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 분리 및 합체 장치를 갖춘 원자로 스터드 드라이버.

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