KR100971539B1 - 원자로 스터드 과신장 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자로 압력용기의 헤드를 견고히 밀폐시키기 위해 체결되는 스터드의 인장작업시 스터드가 과도하게 인장되지 않도록 하기 위한 스터드 과신장 방지장치에 관한 것이다. 본 발명은 스터드(10)를 인장시키기 위하여 유압에 의해 승/하강되는 피스톤을 갖춘 텐셔너에 있어서, 상기 피스톤(113)의 상승 경로에 일정거리 이격된 한 쌍의 센서(171a)(171b)를 부착하고, 상기 센서에 의해 검출한 센싱값 중 상측 센서(171a)값을 받아 피스톤(113)을 작동을 중지되도록 제어하는 컨트롤장치(160)로 구성되어 있다. 본 발명은 스터드를 강제로 인장시킴에 있어 인장길이 자동 측정장치의 고장이나 이상시 스터드 인장장치의 작동을 물리적으로 정해진 범위에서 작동하도록 제어함으로써 스터드의 과신장을 방지할 수 있다.

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Description

원자로 스터드 과신장 방지장치{APPARATUS FOR PREVANTING THE STUD ELONGATION}

본 발명은 원자로 압력용기의 헤드를 견고히 밀폐시키기 위해 체결되는 스터드의 인장작업시 스터드가 과도하게 인장되지 않도록 하기 위한 스터드 과신장 방지장치에 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 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 인해 충분한 작업시간을 확보하기 어려워 최대한 신속한 작업이 이루어져야 하고, 또한 스터드의 길이가 상당히 길고 고중량이고, 배치된 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, 등 종합적으로 고려하여 스터드 텐셔너와 드라이버 툴은 스터드의 상부에서 상하로 승하강시키는 방식을 도출하였다.

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 것이다.

이는 전술한 바와 같은 각종 스터드 텐셔너와 드라이버 툴의 운전조건 및 환경 및 내구성 조건을 충족시킬 수 있다.

본 발명은 전술한 바와 같이 스터드 텐셔너에서 스터드 인장장치에 의해 인장되는 스터드의 인장길이가 과도하게 인장되지 않도록 하기 위한 스터드 과신장 방지장치를 제안하고자 한다.

본 발명의 목적은 스터드의 인장작업시 스터드의 신장길이 측정장치에 의해 스터드의 인장길이를 실시간으로 측정하여 인장장치의 작동여부를 제어함으로써 과신장을 방지하고 있으나 인장길이 측정장치의 이상 발생시 인장장치의 작동을 제어함으로써 안전성과 신뢰성을 향상시키기 위해 스터드가 과신장되지 않도록 인장장치를 제어하는 원자로 스터드 과신장 방지장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 목적에 따른 원자로 스터드 과신장 방지장치의 구현수단으로는,

스터드를 인장시키기 위하여 유압에 의해 상하강되는 피스톤을 갖춘 텐셔너에 있어서, 상기 피스톤의 상승 경로에 일정거리 이격된 한 쌍의 센서를 부착하고, 상기 센서에 의해 검출한 센싱값 중 상측 센서값을 받아 상기 피스톤을 작동을 중지되도록 제어하는 컨트롤장치에 의해 달성할 수 있다.

본 발명에 따른 원자로 스터드 과신장 방지장치는 인장장치에 의해 스터드가 인장되는 동안 스터드 인장길이를 실시간으로 검출하여 설정된 범위내에서 인장되도록 인장장치를 제어하는 인장길이 측정장치의 이상시 본 발명의 과신장 방지장치에 의해 인장장치를 보완적으로 제어함으로써 스터드의 과신장을 안전하게 방지할 수 있다. 따라서, 스터드 인장길이 자동 측정장치에 이상이 발생하더라도 인장장치는 물리적으로 일정한 구간에서만 작동되므로 스터드가 과도하게 인장되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 원자로 스터드 과신장 방지장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명을 설명하기에 앞서 본 발명에 따른 원자로 스터드 과신장 방 지장치는 스터드 텐셔너(Tentioner)에 포함되어 있으므로, 본 발명의 이해도를 높이기 위해 텐셔너에 포함된 다른 장치에 대해 먼저 살펴본 뒤 본 발명의 스터드 과신장 방지장치를 설명하게 될 것이다.

도 1 내지 도 7를 참조하면, 도 1에는 본 발명의 스터드 과신장 방지장치(170)를 포함하는 텐셔너의 배치도가 예시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 따른 스터드 과신장방지장치(170)를 포함하는 텐셔너의 요부단면도가 도시되어 있으며, 도 3에는 도 2에 도시된 텐셔너 하우징의 요부 확대 단면도가 도시되어 있고, 도 4에는 인장길이를 실시간으로 검출하는 측정장치를 발췌하여 도시한 요부단면도가 예시되어 있으며, 도 5와 도 6에는 텐셔너에 의해 스터드가 인장되기 전 및 인장후 텐션너의 요부단면도를 예시한 것이고, 도 7에는 본 발명에 따른 스터드 과신장방지장치의 요부 확대단면도가 예시한 것이다.

텐셔너(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 원자로(1) 압력용기(3)의 상부에 마련된 모노레일(200)를 가설하고(작업대가 설치된 경우도 있음), 그 모노레일(200)에 설치된 호이스트(300)에 의해 상하로 올리고 내릴 수 있다.

텐셔너(100)는 호이스트(300)에 의해 스터드(10)의 상측으로 하강하면 스터드(10)의 플랜지(2)위로 돌출된 스터드(10)에 장착된다.

상기 텐셔너(100)에는 몇몇 장치들이 복합적으로 마련되어 있다. 텐셔너(100)에 포함된 몇몇 장치로는 도 2에 도시된 바와 같이 스터드를 인장시키기 위해 스터드(10)의 상측에 인장용 너트를 체결하고 분해하는 인장너트 체결 및 분해장치(110)와, 체결된 인장너트를 유압에 의해 상측으로 강하게 밀어올려 스터드를 인장시키는 인장장치(120)와, 스터드 너트(12)를 풀거나 조일 수 있는 스터드 너트 체결 및 분해 장치(130) 및 스터드 인장길이 자동 측정장치(140) 및 스터드 과신장 방지장치(170)를 갖추고 있다.

전술한 인장너트 체결 및 분해장치(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 유압 및 공압장치에 유압공급 및 회수 및 라인의 개폐여부를 제어하는 유압 컨트롤 유니트(C1)와 전기적인 회로를 제어하는 회로제어 유니트(C2)와, 스터드(10)의 인장나사부(11)에 리액션 너트(112)를 체결 및 분해하는 서보모터(SM1) 및 일련의 기어군으로 구성된다.

스터드 인장장치(120)는 유압실린더(111)속으로 유압을 공급하고 회수하는 유압장치와, 상기 유압장치와 연결되어 상기한 리액션 너트(112) 체결 및 분해장치(110)를 상승시켜 스터드의 풀로바아(10a)를 인장시키는 피스톤(113)으로 구성되어 있다.

원자로 스터드 너트(12)의 분해 및 체결장치(130)는 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이 스터드(10)의 축선방향으로 장착되어 상기 스터드 너트(12)를 수용하는 체결장치 하우징(131)과, 상기 체결장치 하우징(131)의 측벽에 부착되어 상기 스터드 너트(12)와 맞물리는 기어(132)와 기어에 동력을 전달하는 기어군(132a)을 포함하는 기어박스(133)와, 상기 기어박스(133)에 부착되어 상기 기어군(132a)에 동력을 서보모터(SM2)로 구성되어 있다.

상기한 바와 같은 구성된 텐셔너(100)는 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이 스터드 인장작업시 먼저 서보모터(SM1)의 구동에 의해 리액션 너트(112)를 회전시 켜 리액션 너트(112)를 스터드(10)의 인장나사부(11)에 체결한다.

리액션 너트(112)의 체결이 완료되면 유압실린더(111)속으로 유압을 공급하면, 피스톤(113)이 상승되면서 리액션 너트(112)를 위로 밀어올리는 작용에 의해 스터드(10)가 길이방향으로 인장된다.

스터드(10)의 인장에 의해 스터트 너트(12) 상승하면서 헤드표면의 체결압력이 완화된다. 스터드 너트(12)가 상측으로 들리면 서보모터(SM2)의 구동에 의해 스터드 너트(12)를 분해한다. 이러한 작업에 의해 스터드(10)의 인장작업이 진행된다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 스터드 인장길이 자동 측정장치(140)는 스터드(10)의 상측방향에 지지대(141)에 고정된 실린더(142)와, 상기 실린더(142)의 하강동작에 따라 상기 스터드(10)의 상단에 지지되는 센싱수단(150)과, 상기 센싱수단(150)의 센싱신호를 받아 설정값에 도달할 때까지 스터드 인장장치(120)를 구동시키는 컨트롤장치(160)로 구성되어 있다.

상기한 실린더(141)는 스터드(10)의 상단에 설치되어 실린더 로드(142a)가 공압에 의해 하강하면, 실린더 로드(142a)에 부착된 센싱수단(150)이 스터드(10)의 상단에 위치되어진 뒤, 전술한 스터드 인장장치(120)의 작동에 의해 스터드(10)가 인장되면, 센싱수단에 의해 스터드(10)의 인장길이를 검출하여 실시간으로 컨트롤장치(160)로 전달한다.

상기 센싱수단(150)의 채용예로서는 상기 실린더 로드(142a)의 단부에 연결되고 소정길이를 지닌 샤프트(151)의 내부에 하측으로 탄성력이 내재되어 돌출되는 로드(152)와, 상기 로드(152)의 상단에 위치되어 상기 로드(142a)와 연동하는 가동핀(154) 및 상기 가동핀(154)의 변동에 따라 가변저항값을 발생시키는 포텐셔미터(153)로 구성되어 있다.

로드(152)는 스프링(155)에 의해 하측으로 탄성력이 작용한다. 따라서, 로드(152)의 하단부가 상측으로 가압되면, 로드(152)는 스프링(155)의 탄성력을 극복하면서 상측으로 상승하게 되고, 그 상승작용에 의해 가동핀(154)의 변위량을 포텐셔미터(153)의 가변저항에 대한 변위값을 산출한다. 이러한 변위값의 변화를 이용하여 인장거리를 산출한다.

상기 컨트롤장치(160)는 텐셔너(100)에 포함된 각종 장치들을 통합적으로 제어하는 컨트롤러로서, 상기한 센싱수단(150)의 초기값을 전기적인 신호로 전달받아 그 초기값을 기준점(영점)으로 저장하는 메모리장치(도면에는 미도시)와, 허용 인장 최대값을 설정하고 저장하는 설정부(도면에는 미도시)와, 초기값과 인장길이의 변화에 따른 변화값을 실시간으로 디스플레이하는 디스플레이장치(도면에는 미도시)를 포함한다.

스터드 인장장치(120)에 의해 인장되는 스터드(10)의 인장길이의 변화를 실시간으로 전달받아 그 값을 디스플레이장치로 나타내어 인장상태를 작업자가 즉시 확인할 수 있고, 스터드(10)가 사용자가 설정한 값에 도달하면 컨트롤장치(160)에 의해 스터드 인장장치(120)의 작동을 정지(유압 공급중단)시킨다.

이상에서 설명한 바와 같이, 스터드 텐셔너(100)에서 스터드 인장길이를 자동으로 검출하는 측정장치의 이상시 인장장치(120)의 작동여부를 제어하는 기술 즉, 스터드 과신장 방지장치(170)와 관련된다.

본 발명에 따른 스터드 과신장 방지장치(170)에 대한 설명한다.

전술한 바와 같이 인장장치(120)의 작동시 인장길이를 실시간으로 검출하여 허용된 인장길이에 도달하는 경우 인장장치(120)의 작동을 정지시켜야 하지만 인장길이 자동 측정장치(140)가 고장이나 기타 작동 이상이 발생되는 경우 인장장치(120)는 스터드가 허용 인장범위를 초과하더라도 계속 작동될 수 있으므로 이를 방지하기 위하여 도 7에 도시된 바와 같이 인장장치(120)의 피스톤(113)의 승/하강 경로에 피스톤(113)의 상한위치와 하한위치를 설정할 수 있는 각각의 센서(171a)(171b)를 부착함으로써 해결할 수 있다.

상기 센서에 의해 센싱되는 신호는 컨트롤장치(160)로 전달되어 컨트롤장치(160)에 의해 유압 컨트롤 유니트(C1)를 제어한다. 유압 컨트롤 유니트(C1)는 컨트롤장치(160)의 제어에 의해 유압펌프(도면에는 미도시)의 작동을 정지시킨다.

따라서, 유압실린더(111)속으로 유압공급이 중단되면, 스터드(10)는 인장된 상태로 유지된다. 결국, 본 발명은 인장길이 자동 측정장치의 이상이 발생되더라도 인장장치(120)의 작동범위를 설정한 범위내에서 작동되도록 제어함으로써 스터드의 과신장을 방지할 수 있는 것이다.

도 1은 원자로 압력용기의 헤드를 밀폐시키는 스터드 너트 분해 및 체결장치를 포함하는 텐셔너의 배치상태를 예시한 작업배치 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 스터드의 과신장 방지장치를 포함하는 텐셔너의 요부단면도,

도 3은 도 2에 도시된 텐셔너 하우징을 예시한 요부 확대 단면도,

도 4는 스터드 인장길이 자동 측정장치를 발췌하여 도시한 요부단면도,

도 5는 스터드 인장전 상태를 예시한 텐셔너 요부단면도,

도 6은 스터드 인장 후 상태를 예시한 텐셔너 요부단면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 스터드의 과신장 방지장치를 확대하여 도시한 요부 확대 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

100 :텐셔너 110 : 스터드 인장장치

111 : 유압실린더 112: 리액션 너트

113 : 피스톤 120 : 인장장치

120a : 검출장치 130 : 체결장치

131 : 체결장치 하우징 132 : 기어

132 : 기어군 133 : 기어박스

140 : 인장길이 자동 측정장치 141 : 지지대

142a : 실린더 로드 142 : 실린더

150 : 센싱수단 151 : 샤프트

152 : 로드 154 : 가동핀

153 : 포텐셔미터 160 : 컨트롤장치

170 : 과신장 방지장치 171a, 171b : 센서

C1 : 유압 컨트롤 유니트 C2 : 회로제어 유니트

Claims (1)

1. 스터드(10)를 인장시키기 위하여 유압에 의해 승하강되는 피스톤을 갖춘 텐셔너에 있어서,

   상기 피스톤(113)의 상승 경로에 일정거리 이격된 한 쌍의 센서(171a)(171b)를 부착하고, 상기 센서에 의해 검출한 센싱값 중 상측 센서(171a)값을 받아 상기 피스톤(113)을 작동을 중지되도록 제어하는 컨트롤장치(160)로 구성된 것을 특징으로 하는 원자로 스터드 과신장 방지장치.

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