KR100963526B1 - 원자로용 호이스트 포지션 판단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자로 압력용기의 헤드를 견고히 밀폐시키기 위해 체결되는 스터드의 분해 및 체결용 텐셔너 혹은 드라이버 툴을 54개의 스터드를 순차적으로 이송시킴에 있어 모노레일상에 위치된 호이스트의 위치를 인식하여 작업공정의 경과를 인식하고 자동화 운전을 가능하게 할 수 있는 원자로용 호이스트 포지션 판단장치에 관한 것이다. 본 발명은 상기한 독출수단(300a)은 원주방향 이송부(310)가 모노레일(200)의 원주방향으로 이송되는 과정에 트랙(201)에 마련된 바코트(202)를 독출하는 구성으로서, 바람직한 채용예로서 바코드 리더기(301)를 채택하였다. 따라서, 바코드 리더기에 의해 독출한 내용은 메인 컨트롤장치(도면에는 미도시)로 전달되어 원주방향 이송부(310)가 주행하는 위치를 판단한다. 만일 이동거리를 특정 바코드 위치로 설정한 경우 원주방향 이송부는 해당 바코드 위치에 도달하면 컨트롤장치에 의해 원주방향 이송부 구동을 정지시킨다. 이와 같이 스터드의 인장 작업 및 분해 및 체결작업시 텐셔너 및 드라이버 툴을 스터드의 상부로 이송시키는 호이스트는 원자로 압력용기의 상부에 가설된 모노레일의 환형 트랙을 따라 이동하면서 호이스트가 주행하는 트랙 위치를 인식함으로써 54개의 스터드를 분해 및 체결함에 있어 자동운전 모드시 스터드 텐셔너 및 드라이버 툴에 의해 54개의 스터드를 분해하고 체결하는 일련의 작업을 연속적으로 수행할 수 있게 하고, 또한 특정 스터드의 위치로 신속하게 이동시키는 제어가 가능해진다.

반응로, 원자로, 호이스트, 반경방향, 이송, 원주방향 이송

Description

원자로용 호이스트 포지션 판단장치{HOIST POSITION DITECTOR FOR NUCLEAR REACTOR}

본 발명은 원자로 압력용기의 헤드를 견고히 밀폐시키기 위해 체결되는 스터드의 분해 및 체결용 텐셔너 혹은 드라이버 툴을 54개의 스터드를 순차적으로 이송시킴에 있어 모노레일상에 위치된 호이스트의 위치를 인식하여 작업공정의 경과를 인식하고 자동화 운전을 가능하게 할 수 있는 원자로용 호이스트 포지션 판단장치에 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 수 도 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 견고히 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 헤드의 플랜지 둘레에 마련된 체결구멍에 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 인장기구가 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 상승한다.

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 작용을 한다.

전술한 바와 같이 원자로 압력 용기의 개방 및 복개하기 위해서는 스터드에 체결된 볼트를 분해하여 압력용기의 헤드를 분리하고, 연료교체 혹은 필요한 작업을 수행한다. 물론 필요한 작업을 마친 경우에는 압력용기의 헤드를 다시 밀봉하기 위해 스터드를 플랜지에 체결한다.

그러나, 이러한 일련의 작업공정은 스터드가 배치된 공간이 협소하고 무엇보다도 고 방사능 환경하에서 진행하는 작업이므로 일일 방사능 조사 허용량으로 인 해 작업시간을 충분히 확보할 수 없으므로 최대하게 신속한 작업이 마쳐야 하고, 또한 스터드의 길이가 상당히 길고 고중량이고, 체결된 스터드의 간섭으로 스터드를 횡방향 혹은 사선방향으로 기울이는 작업이 어려우며, 또한 스터드들 간의 공간이 협소하여 작업자나 공구 및 기구들의 설치가 어려운 점, 고중량체인 스터드를 분해 결합시 장비나 기구를 사용해야하나 장비 및 기구의 탈부착이 용이하지 않은 점, 스터드가 손상되지 않도록 분해 및 체결해야하는 점, 또한 압력용기 헤드 밀폐를 위해 스터드의 분해 및 체결력을 물리적으로 정확히 전달해야 하는 점, 등을 종합적으로 고려하여 스터드 텐셔너와 드라이버 툴을 스터드의 상부에서 상하로 승하강시키는 방식을 창안하게 되었다.

본 발명자에 의해 제안된 원자로 스터드 텐셔너와 드라이버 툴의 특징은 호이스트에 의해 스터드의 길이방향으로 승하강되고, 스터드 텐셔너와 드라이버 툴을 스터드에 직접 장착하거나 피 작업대상 스터드와 이웃하게 배치된 스터드를 지지수단으로 활용하는 것이고, 또한 스터드 텐셔너와 드라이버 툴의 자동으로 이동시켜 순차적으로 스터드를 분해 및 체결하는 것에 있다.

이러한 특징은 전술한 바와 같은 스터드 텐셔너와 드라이버 툴의 운전조건 및 작업환경 및 스터드의 수명과 장비의 취급성 및 내구성 조건을 충족시킬 수 있다.

본 발명은 전술한 바와 같이 스터드 텐셔너 및 드라이버 툴을 이용하여 54개의 스터드를 순차적으로 분해 및 체결하기 위하여 호이스트를 따라 이동시킴에 있어 호이스트의 현위치와 이동할 위치를 인식 혹은 인식함으로써 현재 진행중인 작 업내용과 남아 있는 작업공정 등을 작업자가 예측할 수 있도록 하며, 필요시 현위치에서 초기화할 수 있고, 작업공정을 자동화할 수 있는 호이스트 포지션 판단장치를 제안하고자 한다.

본 발명의 목적은 스터드 텐셔너 및 드라이버 툴을 이용하여 54개의 스터드를 순차적으로 분해 및 체결하기 위하여 호이스트를 따라 이동시킴에 있어 호이스트의 현위치와 이동할 위치를 인식 혹은 인식함으로써 현재 진행중인 작업내용과 남아 있는 작업공정 등을 작업자가 예측할 수 있도록 하며, 필요시 현위치에서 초기화할 수 있는 원자로용 호이스트 포지션 판단장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 목적에 따른 원자로용 호이스트 포지션 판단장치의 구현수단으로는,

원자로 압력용기 상부에 소정 높이로 설치되고, 표면에 포지션 표시수단이 을 구비한 모노레일과;

상기 모노레일의 따라 이동할 수 있도록 구동장치를 갖춘 원주방향 이송부와;

상기 원주방향 이송부에 결합되고, 상기 모노레일의 반경방향으로 부착된 가이드 레일과, 상기 가이드 레일에 조립되어 구름작용을 하는 롤러를 구비하고 호이스트 조립체가 결합되는 이송체와;

상기 이송체를 이송시키기 위한 이송체 이동수단 및

상기 이송부에 부착되어 상기 포지션 표시수단을 독출하는 독출수단으로 구성된 것에 특징이 있다.

본 발명에 따른 원자로 스터드 체결 및 분해를 위한 텐셔너 및 드라이버 툴을 스터드의 상부로 이송시키는 호이스트는 원자로 압력용기의 상부에 가설된 모노레일의 환형 트랙을 따라 이동함에 있어 호이스트가 놓여진 위치를 인식함으로써 54개의 스터드를 분해 및 체결함에 있어 자동운전 모드시 스터드 텐셔너 및 드라이버 툴의 운전이 용이하고 신속함을 제공한다.

이하, 본 발명에 따른 원자로용 호이스트 포지션 판단장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1과 도 2를 참조하면, 도 1은 원자로 압력용기 상부에 지지대에 의해 소정높이로 가설된 환형 트랙(이하, "모노레일"이라 함)에 호이스트(300)에 스터드 텐셔너(100a)를 연결하여 스터드 인장작업을 예시하는 작업도이고, 도 2는 호이스트(300)에 드라이버 툴(100b)이 연결하여 스터드 분리 및 체결작업을 수행하는 작업예시도이다.

도면에서 참조번호 2는 원자로 압력용기 플랜지이고, 2a는 플랜지의 둘레를 따라 마련된 체결구멍이며, 10은 체결구멍에 삽입되어 체결되는 스터드이고, 3은 압력용기 헤드이다. 11은 스터드 인장작업시 인장용 너트가 체결되는 나사산이고, 12는 압력용기의 헤드를 밀폐시키는 너트이며, 13은 스터드를 플랜지에 체결하기 위해 스터드에 마련된 나사산이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 호이스트에 텐셔너(100a)와 드라이버 툴(100b)이 교체되어 54개의 스터드(54)를 순차적으로 분해 및 체결작업을 수행한다.

도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명에 따른 모노레일의 평면도로서, 모노레일(200)의 표면에 포지션 인지수단이 마련되어 있다. 상기 포지션 표시수단(202a)은 54개의 스터드(10)의 상부에 위치되어 있으며, 본 발명에 따른 포지션 표시수단(202a)의 바람직한 채용예로서는 예시적인 목적으로 바코드(202)를 채용하였다.

상기 포지션 표시수단(202a)은 호이스트(300)가 모노레일(200)의 원주방향으로 이송되는 과정에 독출수단(300a)에 의해 독출되어 특정 바코드(202)의 판독에 의해 호이스트(300)가 어느 위치에 놓여 있는지를 인식하게 되는 것이다.

도 4 내지 도 6를 참조하면, 도 4와 도 5는 본 발명에 따른 호이스트(300)가 모노레일(200)에 장착된 상태를 예시한 측면도 및 정면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 원자로용 호이스트 구동장치의 평면도를 예시한 것으로, 호이스트 구동장치는 모노레일(200)에 결합되고, 상기 모노레일(200)의 트랙을 따라 이동하는 원주방향 이송부(310)와, 상기 모노레일(200)의 반경방향으로 정착된 가이드 레일(330a)을 구비하는 반경방향 이송부(320)와, 상기 반경방향 이송부(320)에 조립되어 반경방향으로 이송되는 이송체(330)와, 상기 이송체(330)에 결합되는 호이스트 조립체(400)와, 상기 이송체(330)를 이송시키기 위한 이송수단(340) 및 상기한 포지션 표시수단(202a)을 독출하기 위한 독출수단(300a)으로 구성되어 있다.

도 7a와 도 7b을 참조하면, 도 7a는 도 5의 A-A선을 따라 바라 본 원주방향 이송부를 나타낸 요부 단면도이고, 도 7b는 본 발명에 따른 원자로용 호이스트 포지션 판단장치의 반경방향 이송부(320)를 나타낸 요부 단면도이며, 도 8은 본 발명의 이송체(330)에 호이스트 조립체가 결합된 상태를 발췌하여 도시한 요부 단면도이다.

원주방향 이송부(310)는 도 7a에 도시된 바와 같이 구동롤러(312a)(312b) 및 피동롤러(313a)(313b)와, 구동롤러(312a)(312b) 및 피동롤러(313a)(313b)를 연결하는 아이들링 기어(314a)(314b) 및 상기 구동롤러(312a)(312b)에 회전력을 제공하는 제1 구동모터(315)와, 모노레일(200)의 트랙(201) 표면에 접지되어 구동되는 아이들링 롤러(316)가 각각 부착된 제1 프레임(317)과, 도 7b에 도시된 바와 같이 상기 이격되게 배치된 제1 프레임(317)이 메인 프레임(318)상에 부착되고, 상기 모노레일(200)의 상하표면에 각각 접해진 상/하부 아이들링 롤러(318a)(318b)가 마련된 제2 프레임(319)으로 구성되어 있다.

상기 구동롤러(312a)(312b)와 피동롤러(313a)(313b)는 모두 구름작용을 하는 롤러와, 동력을 전달하는 기어가 함께 마련되어 있고 두 구동롤러(312a)(312b)와 피동롤러(313a)(313b)는 아이들링 기어(314a)(314b)에 의해 연결되어 있다.

상기 구동롤러(312a)(312b)는 제1 구동모터(315)에 부착된 태양기어(315a)와 연결되어 모터의 회전시 태양기어(315a), 구동롤러(312a)(312b), 아이들링 롤러(316), 및 피동롤러(313a)(313b)가 회전된다

상기한 구동롤러(312a)(312b)와 피동롤러(313a)(313b)는 모노레일(200)의 트랙(201) 상면에 위치되어 제1 구동모터(315)중 어느 하나의 구동에 의해 트랙(201)의 원주방향을 따라 이동할 수 있다.

상기한 제1 및 제2 프레임(317)(319)은 메인 프레임(318)에 고정되어 있다. 상기 제1 프레임(317)은 일정거리 이격되어 양 구동롤러(312a)(312b)와 피동롤러(313a)(313b)의 구름작용에 의해 모노레일(200)의 트랙(201)을 따라 원주방향으로 이동된다.

또한, 상기 제1 및 제2 프레임(317)(319)은 트랙(201)에서 프레임이 원주방향으로 이송할 때 트랙(201)으로부터 원할하게 이송되도록 하고, 이송시 유격을 방지하기 위한 가이드 롤러(316a)가 트랙(201)의 측면에 접해지도록 더 부착되어 있다.

상기한 독출수단(300a)은 원주방향 이송부(310)가 모노레일(200)의 원주방향으로 이송되는 과정에 트랙(201)에 마련된 바코트(202)를 독출하는 구성으로서, 바람직한 채용예로서 바코드 리더기(301)를 채택하였다.

따라서, 바코드 리더기에 의해 독출한 내용은 메인 컨트롤장치(도면에는 미도시)로 전달되어 원주방향 이송부(310)가 주행하는 위치를 판단한다. 만일 호이스트(300)를 이동시키고자 하는 위치에 해당하는 특정 바코드(202)를 사용자가 컨트롤장치를 통해 지정하면 원주방향 이송부(310)는 해당 바코드 위치에 도달하는 경우 바코드(202)를 바코드 리더기(301)를 통해 인지함과 동시에 컨트롤장치에 의해 원주방향 이송부(310) 구동모터를 정지시킨다.

이와 같은 원주방향 이송부의 판단에 의해 54개의 스터드를 분해하고 체결하는 일련의 작업을 연속적으로 수행할 수 있게 하고, 또한 특정 스터드의 위치로 신속하게 이동시키는 제어가 가능해진다.

반경방향 이송부(320)는 메인프레임(318)의 하측에 환형 모노레일(200)의 반경방향으로 일정거리 이격되게 설치된 한 쌍의 가이드 레일(330a)과, 상기 한 쌍의 가이드 레일(330a)에 이동가능하게 결합된 이송체(330)로 구성되어 있다.

상기 가이드 레일(330a)에는 소정의 길이를 지니며, 상기 가이드 레일(330a)의 상하측 표면에 구름작용을 하는 한 쌍의 롤러(331)가 조립되어 이송체(330)가 가이드 레일(330a)을 따라 이동할 수 있다.

상기 이송체(330)는 이송체(330)를 반경방향으로 이송시키기 위한 이동수단에 의해 이송된다.

상기 이송체(330) 이동수단은 상기 메인 프레임(318)상에 고정된 제2 구동모터(332)와 상기 가이드 프레임(319a) 사이에 양측단이 상기 메인 프레임(318)에 회전가능하게 축받이되고, 상기 이송체(330)가 조립된 스크류(333)와, 제2 구동모터(332)의 동력을 상기 스크류(333)로 전달하기 위한 동력전달수단으로 구성되어 있다.

동력전달수단은 제2 구동모터(332)에 결합된 태양기어(332a)와 맞물리는 유성기어를 상기 스크류(333)에 마련함으로써 달성된다.

따라서, 상기 이송체(330)에는 호이스트(300) 조립체가 조립되어 제2 구동모터(332)의 회전시 모노레일(200)의 반경방향으로 이송된다.

한편, 전술한 제1 및 제2 구동모터(315)(332)는 케이블에 의해 원격지에서 구동여부가 제어되며, 바람직하게는 전압의 펄스값에 의해 구동되는 서보모터가 바람직하다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 원자로용 호이스트 구동장치에 대한 작용을 설명한다.

원격지에서 제1 구동모터(315)에 전원을 공급하여 구동시키면, 제1 구동모터(315)의 태양기어(315a)와 맞물린 구동롤러(312a)(312b), 아이들링 롤러(314a)(314b) 및 피동롤러(313a)(313b)가 회전함과 동시에 메인 프레임(318)은 모노레일(200)의 트랙(201)을 따라 이송(메인 프레임이 모노레일의 원주방향 이동작용)된다.

상기 제1 프레임(317)에 부착된 각각의 제1 구동모터(315)중 일측의 구동모터는 시계방향으로, 다른쪽 구동모터는 반시계방향으로 메인프레임(318)을 구동되도록 구성할 수 있다.

그리고, 제2 구동모터(332)를 구동시키면 태양기어(332a)로부터 전달된 동력에 의해 스크류(333)가 회전하면서 스크류(333)에 조립된 이송체(330)가 반경방향으로 이동된다.

따라서, 이송체(330)에 조립된 호이스트(300) 조립체는 반경방향으로 이동시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 원자로용 호이스트 포지션 판단장치는 원자로의 압력용기의 플랜지(2)에 대응하는 환형 트랙(201)을 따라 호이스 트(300)를 이송시킬 수 있고, 호이스트(300)를 반경방향으로 이동시킬 수 있어 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 호이스트(300)에 매달린 스터드 텐셔너(100a) 혹은 드라이버 툴(100b)을 스터드(10)의 상부로 정확히 위치시킬 수 있다.

도 1은 원자로 압력용기의 헤드를 밀폐시키는 스터드 인장 및 너트 분해 및 체결용 텐셔너의 작업 상태를 예시한 배치도,

도 2는 원자로 압력용기의 헤드를 밀폐시키는 스터드의 체결 및 분해를 취급하는 드러이버 툴의 작업 상태를 예시한 배치도,

도 3은 본 발명에 따른 모노레일의 평면도,

도 4은 본 발명에 따른 원자로용 호이스트 구동장치의 평면도,

도 5는 본 발명에 따른 호이스트가 모노레일에 장착된 상태를 측면에서 바라본 측단면도,

도 6은 도 5는 본 발명에 따른 호이스트가 모노레일에 장착된 상태를 정면에서 바라 본 정 단면도,

도 7a는 도 5의 A-A에서 바라 본 본 발명의 원주방향 이송부를 예시한 요부 단면도,

도 7b는 본 발명에 따른 원자로용 호이스트 구동장치의 정면에서 바라 본 단면도,

도 8은 본 발명에 따른 호이스트 조립체가 결합된 이송체를 발췌하여 정면에서 바라 본 요부 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 원자로 2 : 플랜지

2a : 체결구멍 3 : 압력용기 헤드

10: 스터드 11 : 인장나사부

12 : 스터드 너트 13 : 스터드 체결나사

100a :텐셔너 100b : 드라이버 툴

200 : 모노레일 201 : 트랙

202 : 바코드 300 : 호이스트

300a :독출수단 301 : 바코드 리더기

310 : 원주방향 이송부 312a, 312b : 구동롤러

313a, 313b: 피동롤러

314a, 314b, 316, 318a, 318b, 332b : 아이들링 기어

315 : 제1 구동모터 316a :가이드 롤러

317 : 제1 프레임 318 : 메인 프레임

319 : 제2 프레임 319a : 가이드 프레임

320 : 반경방향 이송부 330 : 이송체

330a :가이드 레일 331 : 롤러

332 : 제2 구동모터 332a : 태양기어

333 : 스크류

Claims (2)

1. 원자로 압력용기 상부에 소정 높이로 설치되고, 표면에 포지션 표시수단이 을 구비한 모노레일(200)과;

   상기 모노레일(200)의 따라 이동할 수 있도록 구동장치를 갖춘 원주방향 이송부(310)와;

   상기 원주방향 이송부(310)에 결합되고, 상기 모노레일(200)의 반경방향으로 부착된 가이드 레일(330a)과, 상기 가이드 레일(330a)에 조립되어 구름작용을 하는 롤러(331)를 구비하고, 호이스트(300) 조립체가 결합되는 이송체(330)와;

   상기 이송체(330)를 이송시키기 위한 이송체 이동수단 및

   상기 원주방향 이송부에 부착되어 상기 포지션 표시수단을 독출하는 독출수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 원자로용 호이스트 포지션 판단장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 포지션 표시수단은 바코드이고, 상기 독출수단은 바코드 리더기로 구성된 것을 특징으로 하는 원자로용 호이스트 포지션 판단장치.

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