KR101020944B1

KR101020944B1 - 전열관 검사케이블 및 이의 삽입력 해석방법

Info

Publication number: KR101020944B1
Application number: KR1020100083829A
Authority: KR
Inventors: 정연행; 김동옥; 박진석; 이원재; 김학노; 정현규; 서용칠
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2011-03-09
Also published as: US8775100B2; JP5268167B2; EP2423583A1; EP2423583B1; US20120053857A1; JP2012047718A

Abstract

본 발명은 전열관 검사케이블 및 이의 삽입력 해석방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 전열관 검사케이블은, 전열관의 결함을 감지할 수 있는 센서유닛; 바디부와, 상기 바디부에 회전 가능하게 결합되는 바퀴부를 구비하는 다수의 분절유닛; 상기 다수의 분절유닛의 바디부 내측에서 나선형으로 회전하며 연장되고, 상기 센서유닛에서 감지된 정보를 전달하는 데이터 케이블; 및 상기 다수의 분절유닛의 바디부를 관통하고, 상기 데이터 케이블이 절단되는 것을 방지하는 와이어를 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 전열관 검사케이블의 삽입력 해석방법은, 전열관의 결함을 감지할 수 있는 센서 유닛과, 단부에 상기 센서 유닛이 결합되는 피복 케이블을 포함하는 전열관 검사케이블의 삽입력 해석방법에 있어서, 상기 피복 케이블의 삽입에 필요한 삽입력을 결정하는 인자는, 상기 피복 케이블의 전열관에 대한 접촉력(B), 상기 전열관의 곡률반경(R), 상기 전열관 및 피복케이블 사이의 마찰계수(μ), 상기 피복 케이블이 상기 전열관에 삽입되는 삽입길이(L), 상기 센서유닛이 상기 전열관에 삽입되는데 필요한 최소의 힘(S_tip)을 포함하고, 상기 피복 케이블의 삽입에 삽입력의 산출식은

이다.
따라서, 본 발명에 의하면, 전열관 및 전열관 검사케이블 사이의 마찰이 감소되어, 작은 힘으로도 전열관 검사케이블을 전열관 내부로 삽입할 수 있고, 전열관 검사케이블이 전열관의 형상 및 크기에 크게 영향을 받지 않으므로 증기발생기 설계의 다양성을 추구할 수 있다.
또한, 전열관 검사케이블의 삽입성을 향상시키는데 효과적인 전열관 검사케이블의 소재 및 구조를 도출할 수 있고, 전열관 검사케이블의 삽입력 및 인출력을 수식적으로 분석할 수 있다.

Description

전열관 검사케이블 및 이의 삽입력 해석방법{Cable for inspecting heat tubes and Insertion force analysis method}

본 발명은 전열관 검사용 결함검출센서의 피복케이블 및 이의 삽입력 해석방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나선형 열교환기의 세관 결함 검사용 센서를 세관에 삽입할 때 마찰저항을 줄여 세관 결함 측정검사를 가능하게 하는 검사케이블과, 상기 나선형 열교환기의 세관 결함 검사용 센서를 세관에 삽입할 때 필요한 삽입력을 해석하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 원자력발전소는 증기발생기에서 발생된 증기를 터빈에 보내서 전기를 생산한다. 상기 증기발생기는 열교환기의 전열관 내부를 흐르는 고온/고압의 1차수와 전열관 외부에서 흐르는 2차수가 상기 전열관의 관벽을 사이에 두고 열교환을 하고, 이에 따라 2차수가 증기로 변환된다.

상기 증기발생기 내부를 순환하는 1차수는 가압기에 의해 가압된 고온 고압수로서, 원자로를 통과하면서 가열 및 방사능에 오염이 된다. 따라서, 상기 전열관이 파열되면, 상기 2차수를 오염시켜 방사능 누출을 초래할 수 있다.

즉, 증기발생기의 전열관은 방사능을 띈 1차수 및 방사능을 띄지 않는 2차수의 경계를 구성하므로, 상기 전열관의 건전성 검사는 규정된 가동중 검사 및 일정에 따라 엄격히 규제되고 있다.

일반적으로, 상용원전 증기발생기의 전열관 검사 및 일반 열교환기의 세관 검사의 기술은, 전열관 내부로 결함측정 탐촉자(와전류 탐촉자, Eddy Current Test Probe, ECT 탐촉자)를 삽입하여 전열관의 결함 여부를 검사하고 그 건전성을 판단하고 있다. 이러한 전열관 결함 여부를 검사하기 위해서는 증기 발생기 세관의 크기 및 형상에 적합한 ECT 센서유닛(ECT 탐촉자 및 피복케이블)이 필요하다.

상기 피복케이블은 데이터 케이블 및 단절방지용 와이어로 구성되고, 상기 ECT 탐촉자는 상기 피복 케이블의 선단에 위치한다.

증기발생기의 전열관이 직관 또는 2~3 지점의 절곡부가 있는 경우에는, 피복케이블과 전열관의 마찰이 적어 상기ECT 센서유닛을 전열관에 삽입하는데 문제가 없다.

다만, 최근에는 증기발생기를 원자로 내에 장착하는 일체형 원자로가 개발되고 있고, 이러한 일체형 원자로의 경우, 관류식 나선형 전열관으로 구성된 증기발생기가 사용된다.

일반적으로, 상용원전 증기발생기의 전열관 검사용 결함검출센서를 전열관에 삽입하는데 필요한 힘은, 전열관의 길이에 비례한다.

다만, 일체형 원자로는 전열관이 나선형으로 형성되어, 결함검출센서의 삽입하는데 필요한 힘이 지수 함수적으로 증가하므로 결함검출센서의 삽입이 어려운 문제점 및 일체형 원자로의 전열관의 크기(내, 외경)도 줄어 기존의 검사 케이블로 검사하기 어려운 문제점이 있었다.

이에 따라, 상기 나선형 전열관에 ECT 탐촉자를 용이하게 삽입하기 위한 삽입성이 향상된 케이블의 개발을 위하여, 상기 케이블의 상기 나선형 전열관에서의 삽입력을 정확하게 해석하는 방법이 요구되어 왔다.

본 발명은, 나선구조의 길이가 긴 증기발생기의 전열관에 삽입 가능한 전열관 검사케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 케이블의 마찰 저항을 최소화한 전열관 검사케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 전열관 검사케이블을 나선형 전열관에 삽입하는 경우에 상기 전열관 검사케이블의 삽입력에 영향을 주는 요인을 분석할 수 있는 전열관 검사케이블의 삽입력 해석방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 전열관 검사케이블은, 전열관의 결함을 감지할 수 있는 센서유닛; 바디부와, 상기 바디부에 회전 가능하게 결합되는 바퀴부를 구비하는 다수의 분절유닛; 상기 다수의 분절유닛의 바디부 내측에서 나선형으로 회전하며 연장되고, 상기 센서유닛에서 감지된 정보를 전달하는 데이터 케이블; 및 상기 다수의 분절유닛의 바디부를 관통하고, 상기 데이터 케이블이 절단되는 것을 방지하는 와이어를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 전열관 검사케이블은, 전열관의 내주면을 감지하는 센서유닛; 바디부 및 일측는 상기 바디부의 외부로 돌출되고, 타측은 상기 바디부의 중심에 인접한 부분까지 연장되는 바퀴부를 구비하는 다수의 분절유닛; 상기 다수의 분절유닛의 상기 바퀴부 사이의 공간에서 나선형으로 회전하며 상기 바디부의 길이방향으로 연장되는 데이터 케이블; 및 상기 다수의 분절유닛의 바디부를 관통하고, 상기 데이터 케이블이 절단되는 것을 방지하는 와이어를 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 전열관 검사케이블은, 전열관의 내주면을 감지하는 센서유닛; 바디부 및 상기 바디부를 관통하는 단일의 바퀴부를 구비하는 다수의 분절유닛; 상기 다수의 분절유닛의 상기 바퀴부 양측에서 나선형으로 회전하며 상기 바디부의 길이방향으로 연장되는 데이터 케이블; 및 상기 다수의 분절유닛의 바디부를 관통하고, 상기 데이터 케이블이 절단되는 것을 방지하는 와이어를 포함하고, 상기 바퀴부의 양단은 상기 바디부의 외부로 돌출된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 전열관 검사케이블의 삽입력 해석방법은 전열관의 결함을 감지할 수 있는 센서 유닛과, 단부에 상기 센서 유닛이 결합되는 피복 케이블을 포함하는 전열관 검사케이블의 삽입력 해석방법에 있어서, 상기 피복 케이블의 삽입에 필요한 삽입력을 결정하는 인자는, 상기 피복 케이블의 전열관에 대한 접촉력(B), 상기 전열관의 곡률반경(R), 상기 전열관 및 피복케이블 사이의 마찰계수(μ), 상기 피복 케이블이 상기 전열관에 삽입되는 삽입길이(L), 상기 센서유닛이 상기 전열관에 삽입되는데 필요한 최소의 힘(S_tip)을 포함하고, 상기 피복 케이블의 삽입에 삽입력의 산출식은

이다.

본 발명에 의하면, 전열관 및 전열관 검사케이블 사이의 마찰이 감소되어, 작은 힘으로도 전열관 검사케이블을 전열관 내부로 삽입할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 전열관 검사케이블이 전열관의 형상 및 크기에 크게 영향을 받지 않으므로 증기발생기 설계의 다양성을 추구할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 케이블의 삽입 및 인출 시에 발생하는 마찰에 의한 진동이 감소하여, 센서의 이동에 영향을 주는 노이즈 인자를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 전열관 결함탐지를 위해 소요될 수 있는 부대장비(공압장치, Push Puller 등)가 필요하지 않고, 저사양만으로 충분하므로 비용, 시간, 설치 공간 등의 소모를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 각각의 증기발생기의 단일 전열관에 대한 검사를 진행할 수 있으므로, 누설이 예상되는 전열관을 찾아 관막음을 실시하여 전체 증기발생기의 수명증가에 기여할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 현재 실제로 사용되고 있는 와전류 탐상장치에 바로 적용될 수 있으므로 상용제품으로 개발이 용이하고, 제품 개발을 위한 충분한 인프라가 구축되어 있다.

또한, 전열관 검사케이블의 삽입성을 향상시키는데 효과적인 전열관 검사케이블의 소재 및 구조를 도출할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전열관 검사케이블의 삽입력 및 인출력을 수식적으로 분석할 수 있다.

도 1는 본 발명의 실시예에 관한 전열관 검사케이블의 사시도.
도 2은 본 발명의 제1 실시예에 의한 전열관 검사케이블의 일부 사시도.
도 3는 본 발명의 제1 실시예에 의한 전열관 검사케이블 내부 사시도.
도 4은 본 발명의 제1 실시예에 의한 전열관 검사케이블의 단면도.
도 5은 본 발명의 제1 실시예에 의한 전열관 검사케이블의 작용을 나타내는 개략도.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 의한 전열관 검사케이블 및 전열관 사이의 힘 평형조건을 나타내는 개략도.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 관한 전열관 검사케이블의 삽입거리에 따라 전달되는 삽입력을 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 의한 전열관 검사케이블의 일부 사시도.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 의한 전열관 검사케이블의 내부 사시도.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 의한 전열관 검사케이블의 단면도.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상을 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상에 포함되는 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 전열관 검사케이블의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 전열관 검사케이블의 일부 사시도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 전열관 검사케이블 내부의 일부 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 전열관 검사케이블의 단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 의한 전열관 검사케이블(1)에는, 센서유닛(2), 및 피복케이블(3)이 포함된다.

상기 센서유닛(2)은 전열관의 내부를 움직이면서 상기 전열관의 결함을 감지한다. 상기 센서유닛(2)은 상기 피복케이블(3)의 선단에 결합된다. 상기 센서유닛(2)에는 와전류 센서유닛(Eddy Current Test Probe, ECT 센서유닛) 또는 초음파 센서유닛이 사용될 수 있다.

상기 피복케이블(3)에는, 상기 센서유닛(2)에 결합되는 제1 분절유닛(10)과, 상기 제1 분절유닛(10)과 원주방향으로 소정 각도 회전되어 연결되는 제2 분절유닛(20)과, 상기 센서유닛(2)에서 수집된 정보를 전달하기 위한 데이터 케이블(30)과, 상기 데이터 케이블(30)이 절단되는 것을 방지하기 위한 와이어(40)가 포함된다.

상기 피복케이블(3)은 다수의 분절유닛이 연결되는 방식으로 구성될 수 있다. 상기 다수의 분절유닛에는 상기 와이어(40)가 관통할 수 있다. 이에 따라, 상기 다수의 분절유닛은 상기 와이어(40)에 의해 꿰어질 수 있다. 일례로, 상기 피복케이블(3)의 외피는 엔지니어링 플라스틱(Nylon-6)으로 제작된 대략 10mm의 짧은 피복관들로 구성될 수 있다.

도 2 및 도 3에는 상기 제1 분절유닛(10) 및 제2 분절유닛(20)의 두 개의 분절유닛이 개시되었으나, 상기 전열관 검사케이블(1)에는 다수의 분절유닛이 포함된다. 상기 제1 분절유닛(10)에는, 바디부(11)와, 전열관의 내주면과 접촉되는 바퀴부(12)가 구비된다. 상세히, 상기 바디부(11)는 전열관의 내경보다 약간 작은 직경을 갖는 원통 형상으로 형성될 수 있다. 상기 바디부(11)는 상기 다수의 분절유닛의 외형을 형성한다.

상기 바디부(11)의 길이는 전열관의 곡률 반경에 대응하여 조절할 수 있다. 즉, 전열관의 곡률 반경이 작은 경우 상기 바디부(11)의 길이를 상대적으로 작게 제작할 수 있고, 전열관의 곡률 반경이 큰 경우 상기 바디부(11)의 길이를 상대적으로 길게 제작할 수 있다. 상기 바디부(11)의 중앙부에는 상기 와이어(40)가 통과할 수 있는 와이어 관통홀(115)이 천공 형성된다. 상기 와이어 관통홀(115)은, 상기 바디부(11)의 길이방향으로 곧게 연장될 수 있다.

또한, 상기 바디부(11)의 외주면에는 상기 데이터 케이블(30)이 삽입될 수 있는 케이블 삽입부(111)가 형성된다. 상기 케이블 삽입부(111)는 상기 바디부(11)의 외주면에 나선형으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 케이블 삽입부(111)는, 상기 바디부(11)의 길이 방향으로 갈수록 휘감겨지는 형상으로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 케이블 삽입부(111)가 상기 바디부(11)의 외주면에 형성되는 것이 개시되지만, 상기 케이블 삽입부(111)는 상기 바디부(11)의 내부에 천공 형성되는 것도 물론 가능하다.

따라서, 상기 데이터 케이블(30)은 상기 바디부(11)에 나선형으로 결합된다. 그러면, 상기 전열관 검사케이블(1)이 전열관 내부에서 진행되는 과정에서, 상기 데이터 케이블(30)의 일 부분에 인장력이 집중되고, 다른 부분에 압축력이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 상기 데이터 케이블(30)이 일직선으로 연장될 때보다, 나선형으로 꼬이면서 연장되는 경우, 상기 데이터 케이블(30)의 각 부분이 균일하게 힘을 받을 수 있게 된다.

상기 케이블 삽입부(111)는 상기 데이터 케이블(30)이 삽입될 수 있도록 소정 깊이 함몰되어 형성될 수 있다. 상기 케이블 삽입부(111)는 적어도 대략 상기 데이터 케이블(30)의 지름의 길이만큼 함몰되는 것이 바람직하다. 이는, 상기 케이블 삽입부(111)에 상기 데이터 케이블(30)이 삽입되었을 때, 상기 데이터 케이블(30)은 상기 바디부(11)의 외측으로 돌출되지 않게 하기 위함이다.

한편, 상기 바디부(11)에는 상기 바퀴부(12)가 삽입될 수 있는 바퀴삽입홈(112)(113)이 형성된다. 상기 바퀴삽입홈(112)(113)은 상기 바디부(11)의 외주면에 소정 깊이로 함몰 형성된다. 상기 바퀴삽입홈(112)(113)에는, 상기 바디부(11)의 전단에 인접한 제1 바퀴삽입홈(112)과, 상기 바디부(11)의 후단에 인접한 제2 바퀴삽입홈(113)이 포함된다. 상기 제1 바퀴삽입홈(112) 및 상기 제2 바퀴삽입홈(113)은 상기 바디부(11)의 길이 방향으로 소정 간격 이격된다.

상기 바퀴삽입홈(112)(113)은 상기 바디부(11)의 외주면에 소정 각도 간격으로 다수개 형성될 수 있다. 일례로, 상기 바퀴삽입홈(112)(113)은 상기 바디부(11)의 외주면에 120도 간격으로 3개 형성될 수 있다.

상기 제1 바퀴삽입홈(112) 및 제2 바퀴삽입홈(113)은 서로 나란하게 배치되지 않는 것이 바람직하다. 즉, 상기 제2 바퀴삽입홈(113)은 상기 제1 바퀴삽입홈(112)에서 소정 각도 회전되어 형성되는 것이 바람직하다. 이는, 상기 바디부(11)가 상기 전열관의 내주면에 접촉되는 것을 방지하기 위함이다. 일례로, 상기 바퀴삽입홈(112)(113)은 상기 케이블 삽입부(111) 사이에 형성될 수 있다. 상기 케이블 삽입부(111)가 상기 바디부(11)에 나선형으로 회전되며 형성되므로, 상기 제2 바퀴삽입홈(113)은 상기 제1 바퀴삽입홈(112)에서 소정 각도 회전되어 형성될 수 있다.

한편, 상기 바퀴삽입홈(112)(113)에는 상기 바퀴부(12)의 중심을 관통하는 회전축(114)이 구비된다. 상기 회전축(114)은 상기 바퀴부(12)의 회전 중심을 제공한다.

상기 바디부(11)에는 상기 바퀴부(12)가 다수개 결합된다. 상기 바퀴부(12)는 상기 회전축(114)을 통하여 상기 바디부(11)에 회전 가능하게 결합된다. 상기 바퀴부(12)는 상기 바퀴삽입홈(112)(113)에 삽입된다. 상기 바퀴부(12)는 일측이 상기 바디부(11)의 외부에 돌출되고, 타측이 상기 바퀴삽입홈(112)(113) 내부에 위치된다.

상세히, 상기 바퀴부(12)의 일측은 상기 바디부(11) 외부에 돌출되고, 타측은 상기 바디부(11)의 중심에 인접한 지점까지 삽입된다.

일반적으로, 상기 바퀴부(12)에 가해지는 마찰력은 상기 바퀴부(12)의 반지름의 길이에 반비례한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 상기 바퀴부(12)의 일측은 상기 바디부(11) 외부에 돌출되고, 타측은 상기 바디부(11)의 중심에 인접한 지점까지 삽입되면, 상기 바퀴부(12)의 반지름을 최대한 증가시킬 수 있어서, 상기 바퀴부(12)에 작용되는 마찰력을 상당부분 줄일 수 있다.

상기 바퀴부(12)에는 상기 제1 바퀴삽입홈(112)에 설치되는 제1 바퀴부(121)와, 상기 제2 바퀴삽입홈(113)에 설치되는 제2 바퀴부(122)가 포함된다. 상기 제1 바퀴부(121) 및 상기 제2 바퀴부(122)를 구성하는 다수의 바퀴들은 상기 바디부(11)의 외주면에서 소정 각도 간격으로 배치된다.

일례로, 상기 제1 바퀴부(121) 및 제2 바퀴부(122)는 상기 바디부(11)의 외주면에 120도 간격으로 각각 3개씩 결합될 수 있다.

상기 제2 바퀴부(122)는 상기 제1 바퀴부(121)에서 소정 간격 이격되어 결합될 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 상기 제2 바퀴삽입홈(113)은 상기 제1 바퀴삽입홈(112)에서 소정 각도 회전되어 형성되므로, 상기 제2 바퀴부(122)는 상기 제1 바퀴부(121)에 대하여 동일 각도로 회전되어 배치된다. 이에 따라, 상기 바디부(11)의 정면에서 바라보았을 때, 상기 제1 바퀴부(121) 및 제2 바퀴부(122)는 중첩되지 않게 된다. 즉, 상기 바디부(11)의 정면에서 바라보았을 때, 상기 제1 바퀴부(121)의 사이에 상기 제2 바퀴부(122)가 보이게 된다.

일례로, 상기 제1 바퀴부(121) 및 상기 제2 바퀴부(122)가 120도 간격으로 상기 바디부(11)의 외주면에 배치되고, 상기 복수의 제1 바퀴부(121) 사이에 상기 제2 바퀴부(122)가 배치될 수 있다. 이때, 상기 바디부(11)의 정면에서 바라보면, 상기 바퀴부(12)는 60도 간격으로 상기 제1 바퀴부(121) 및 상기 제2 바퀴부(122)가 번갈아 배치되는 것을 확인할 수 있다(도 4(b) 참조).

상기 바디부(11)의 외측에는 커버부(13)가 결합된다. 상기 커버부(13)는 상기 데이터 케이블(30)가 외부로 노출되는 것을 막고, 상기 데이터 케이블(30)이 손상되는 것을 방지한다. 상기 커버부(13)에는 상기 바퀴부(12)가 돌출될 수 있는 홀(131)이 형성된다.

한편, 상기 데이터 케이블(30)은 상기 바디부(11)에 나선형으로 휘감기면서 결합된다. 따라서, 상기 데이터 케이블(30)의 일부분에 힘이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 증기발생기 전열관의 검사케이블(1)은 곡관에 적용되므로, 상기 데이터 케이블(30)은 강성이 작은 유연한 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 데이터 케이블(30)은 상기 제1 바퀴부(121) 및 제2 바퀴부(122)를 구성하는 각각의 바퀴 사이에 배치될 수 있다.

상기 데이터 케이블(30)은, 상기 제1 분절유닛(10) 및 상기 제2 분절유닛(20) 뿐만 아니라, 상기 전열관 검사케이블(1)을 구성하는 모든 분절유닛에 결합된다.

한편, 상기 와이어(40)는 상기 바디부(11)를 관통한다. 상기 와이어(40)는 상기 바디부(11)의 중앙부를 관통할 수 있다. 상기 와이어(40)는 상기 전열관 검사케이블(1)을 구성하는 다수의 분절유닛을 관통한다. 즉, 상기 와이어(40)를 통하여 상기 전열관 검사케이블(1)을 구성하는 모든 분절유닛이 연결된다. 상기 전열관 검사케이블(1)이 전열관 내부를 움직일 때, 실질적으로 절곡되는 부분은 상기 분절유닛 사이의 와이어(40) 부분이다. 따라서, 상기 전열관 검사케이블(1)에 굽힘 강성을 제공하기 위해 상기 와이어(40)에는 강선이 사용될 수 있다.

상기 제2 분절유닛(20)은 상기 제1 분절유닛(10)과 동일한 구성요소를 포함하고, 동일한 형상으로 형성된다. 즉, 상기 제2 분절유닛(20)에도, 바디부(21)와, 상기 제1 바퀴부(221) 및 제2 바퀴부(222)로 구성된 바퀴부(22)가 포함되고, 상기 바디부(21)에는 상기 데이터 케이블(30)이 삽입되는 케이블 삽입부(211)가 형성된다.

상기 제2 분절유닛(20)의 케이블 삽입부(211)는 상기 바디부(21)의 외주면에 나선형으로 회전되는 형상으로 형성되고, 상기 제1 분절유닛(10)의 케이블 삽입부(111)와 연속적으로 연결되도록 형성된다. 이는, 상기 데이터 케이블(30)이 상기 제1 분절유닛(10) 및 상기 제2 분절유닛(20)에 모두 나선형으로 휘감기며 결합되기 때문이다. 상기 데이터 케이블(30)은 상기 전열관 검사케이블(1)을 구성하는 모든 분절유닛에 결합되므로, 상기 전열관 검사케이블(1)을 구성하는 모든 분절유닛의 케이블 삽입부는 연속적으로 연결되도록 형성된다.

상기 제2 분절유닛(20)은 상기 제1 분절유닛(10)에 소정 각도 회전되어 연결된다. 따라서, 상기 제2 분절유닛(20)의 바퀴부(22)는 상기 제1 분절유닛(10)의 바퀴부(12)와 나란하게 배치되지 않고, 상기 제1 분절유닛(10)의 바퀴부(12)에 대하여 소정 각도 회전되어 배치된다.

상기 제1 분절유닛(10) 및 상기 제2 분절유닛(20) 사이에는, 분절유닛 사이에 노출될 수 있는 상기 데이터 케이블(30)을 보호하기 위한 연결용 피복튜브(50)가 결합될 수 있다. 상기 연결용 피복튜브(50)는 휘어질 수 있도록 유연한 재질로 형성될 수 있고, 상기 연결용 피복튜브(50)의 길이를 조절하여 상기 전열관 검사케이블(1)을 구성하는 분절유닛 사이의 길이를 조절할 수 있다.

이하에서는 상기 전열관 검사케이블(1)의 작용에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 전열관 검사케이블의 작용을 나타내는 개략도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 전열관의 결함을 검사하기 위하여, 우선 상기 전열관 검사케이블(1)을 전열관 내부로 삽입한다. 상기 전열관 검사케이블(1)은 작업자의 미는 힘에 의해 상기 전열관 내부로 들어갈 수 있다.

상기 센서유닛(2)은 상기 전열관 내부를 움직이면서 상기 전열관 내부의 결함을 감지한다. 상기 전열관 내부의 결함을 감지하는 방법은 특정 방법에 제한되지 않으며, 공지의 어떠한 방법이라도 사용될 수 있다.

상기 바퀴부(12)는 상기 전열관의 내주면과 접촉되며, 상기 전열관 검사케이블(1) 및 상기 전열관 내주면 사이의 마찰력을 감소시킨다. 또한, 상기 전열관 검사케이블(1)은, 상기 전열관의 곡률에 대응하여, 각각의 분절유닛 사이에서 절곡이 발생될 수 있다.

또한, 상기 전열관 검사케이블(1)이 상기 전열관 내부로 들어갈 때, 상기 전열관 검사케이블(1)을 미는 힘은 각각의 분절유닛의 바디부를 통하여 전달될 수 있다. 이에 따라, 상기 센서유닛(2)은 상기 전열관의 말단부까지 진행될 수 있다. 상기 센서유닛(2)에서 상기 전열관의 결함이 감지되면, 상기 데이터 케이블(30)을 통하여 결합의 내용이 컴퓨터(C)로 전달되고, 작업자는 상기 컴퓨터(C)의 모니터 등을 통하여 상기 전열관의 결함의 내용을 확인할 수 있다.

한편, 상기 전열관 검사케이블(1)을 상기 전열관 내부에서 다시 회수하기 위해서, 작업자는 상기 전열관 검사케이블(1)을 잡아당길 수 있다.

이 경우, 상기 바퀴부(12)에 의해 상기 전열관 검사케이블(1) 및 상기 전열관 내주면 사이의 마찰력을 감소되고, 상기 전열관 검사케이블(1)의 각각의 분절유닛 사이에서 절곡이 발생될 수 있는 점은 상기 전열관 검사케이블(1)을 상기 전열관에 삽입될 때와 동일하다.

다만, 상기 전열관 검사케이블(1)을 잡아당길 때에는 상기 와이어(40)에 인장력이 걸린다는 점에서 상기 전열관 검사케이블(1)을 상기 전열관에 밀어넣을 때와 다르다.

도 6는 본 발명의 제1실시예에 관한 전열관 및 전열관 검사케이블 사이의 힘 평형조건을 나타내는 개략도이고, 도 7는 본 발명의 제1실시예에 관한 전열관 검사케이블의 삽입거리에 따라 전달되는 삽입력을 나타내는 그래프이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 전열관은 실제로는 일정한 반경을 갖는 원통 둘레에 나선형으로 감긴 형상을 하고 있다. 다만, 분석의 편의성을 위해 나선형 전열관을 평면에 놓인 원형곡관으로 가정할 수 있다. 또한, 상기 피복케이블(3)의 삽입조건은 상기 피복케이블(3)의 선단에 있는 상기 센서유닛(2)를 무시하고 단면형상과 굽힘 강성이 일정한 유연한 케이블이 원형곡관 속으로 삽입되는 것으로 단순화하였다.

본 실시예에서 수식적 분석과정에서 고려한 가정사항을 정리하면 다음과 같다.

가정1: 상기 전열관은 평면상에 놓인 원형곡관으로 가정한다. 즉, 나선각을 무시한다.

가정2: 상기 피복케이블(3)의 선단에 결합된 상기 센서유닛(2)이 받는 마찰력은 고려하지 않는다.

가정3: 상기 피복케이블(3)의 모든 부분은 원형곡관의 내면과 균일하게 접촉된다.

가정4: 상기 피복케이블(3)의 굽힘 강성에 의한 접촉력은 전 구간에서 일정하다.

가정5: 상기 피복케이블(3)과 원형곡관 사이의 마찰계수는 일정하다.

도 6에는 일정한 곡률을 갖는 전열관, 즉 원형곡관 내부로 굽힘 강성을 갖는 유연한 상기 피복케이블(3)을 삽입하는 과정에서 고려할 수 있는 힘의 평형조건이 도시되어 있다. 도 6에서 사용된 변수에는, 원형곡관의 곡률반경(R), 케이블 삽입력(S), 삽입위치각(θ), 케이블 굽힘 강성 또는 기타요인으로 인해 발생하는 균일한 접촉력(B), 원형곡관과 상기 피복케이블(3) 사이에 작용하는 총 수직력(N), 원형곡관과 상기 피복케이블(3) 사이의 마찰계수(μ)가 있다.

원점 O에서 모멘트 평형식을 구하면 다음과 같다.

(1)

상기 식을 간략히 정리하면 다음과 같다.

(2)

원형곡관과 케이블이 접하는 위치에서 반경방향의 힘 평형식을 구하면 다음과 같다.

(3)

위 식을 간략히 정리하면 다음과 같다.

(4)

식(4)를 식(2)에 대입하면 다음과 같다.

(5)

위 식을 삽입 시작위치부터 특정 위치각까지 적분하고 정리하면 다음과 같다. 이때, 삽입 시작위치는 θ=0 조건이며 입구 삽입력은 S_O이다.

(6)

(7)

상기 식(7)을 정리하여 삽입위치각 θ까지 전달되는 삽입력 S(θ)을 구하면 식(8)과 같다.

(8)

식(8)을 삽입회전수 n으로 표현하면 다음과 같다.

θ=2πn (9)

(10)

또한, 식(8)은 아래 식과 같은 삽입위치각 θ와 삽입길이 L의 관계식을 이용하면 삽입길이에 따른 삽입력을 식(12)와 같이 구할 수 있다.

L=Rθ (11)

(12)

도 7에는 상기 식(12)의 삽입력을 삽입길이의 함수로 나타낸 그래프가 도시된다. 도 7에서 L_e 는 삽입력이 더 이상 전달되지 않는 최대 삽입길이를 나타낸다.

상기 식(7) 및 식(11)을 이용하여 S=0이 되는 최대 삽입길이의 식을 구하면 다음과 같다.

(13)

상기 식(13)에서 최대 삽입길이는 마찰계수에 반비례하는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 동일한 반경을 갖는 원형곡관에서 동일한 초기 삽입력을 가한다고 가정하면, 마찰계수가 절반이 되면 최대 삽입길이는 두 배로 증가할 수 있다. 또한, 동일한 조건에서 원형곡관의 곡률반경 역시 삽입성에 큰 영향을 주는 중요한 인자이다.

상기 식(12)를 변형하여 삽입량을 늘려감에 따라 필요한 입구 삽입력 S_O를 삽입거리의 함수로 구하면 다음과 같다.

(14)

상기 식(14)을 다른 형태로 나타내면 다음과 같다.

(15)

상기 식(15)에서 S_tip은 상기 피복케이블(3)의 선단에 부착되는 상기 센서유닛(2)의 삽입에 필요한 최소 삽입력이다. 상기 식(14) 및 식 (15)를 참조하면, 상기 피복케이블(3)을 곡관에 삽입하는 과정에서 곡관의 입구에서 가해야하는 입구 삽입력은 삽입길이가 증가함에 따라 지수함수로 급격히 증가한다. 이때, 마찰계수가 클수록 입구 삽입력의 증가율은 크게 나타난다.

정리하면, 상기 피복케이블(3)의 삽입성은 마찰계수, 곡률반경, 케이블의 굽힘 강성의 영향을 받는다. 상세히, 마찰계수가 작을수록, 곡률반경이 클수록, 굽힘 강성이 작을수록 상기 피복케이블(3)의 삽입성은 향상된다. 또한, 곡관의 곡률반경은 상기 피복케이블(3)의 설계변수가 아니므로, 상기 피복케이블(3)의 삽입성을 향상시키기 위해서는 마찰계수 및 굽힘 강성을 최대한 작게 하는 것이 요구된다고 할 수 있다.

상기 피복케이블(3)의 삽입력 산출식에 따르면, 상기 피복케이블(3)의 삽입성을 향상시키기 위해서는 마찰계수가 작은 케이블 소재를 선택하거나, 상기 피복케이블(3)에 바퀴(wheel)와 같이 형상적으로 마찰이 적은 구조를 도입하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다. 상세히, 상기 피복케이블(3)은 소재 측면에서는 종래의 Nylon-6보다 마찰계수가 낮은 Teflon 소재의 케이블을 사용하는 것이 바람직하고, 구조적 측면에서 바퀴를 도입하는 경우에는 바퀴의 직경을 최대한 크게 하는 것이 바람직할 것이다.

이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다. 상기 제2 실시예는 상기 제1 실시예와 바퀴부, 데이터케이블, 와이어의 배치에 있어서 차이점이 있으므로, 상기 차이점을 제외한 상기 제1 실시예와 중복되는 내용은 상기 제1 실시예의 설명을 원용하기로 한다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 의한 전열관 검사케이블의 일부 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 의한 전열관 검사케이블 내부의 일부 사시도이며, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 의한 전열관 검사케이블의 단면도이다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 실시예에 의한 전열관 검사케이블(5)에는 제1 분절유닛(60)과, 상기 제1 분절유닛(60)과 소정 각도 회전되어 연결되는 제2 분절유닛(70)과, 상기 제2 분절유닛(70)에 소정 각도 회전되어 연결되는 제3 분절유닛(80)과, 상기 제3 분절유닛(80)에 소정 각도 회전되어 연결되는 제4 분절유닛(90)과, 센서유닛(2)에서 수집된 정보를 전달하기 위한 데이터 케이블(31)과, 상기 데이터 케이블(31)이 절단되는 것을 방지하기 위한 와이어(41)가 포함된다.

상기 제1 분절유닛(60)에는, 바디부(61)와, 전열관의 내주면과 접촉되는 바퀴부(62)가 구비된다.

상기 바디부(61)에는, 상기 데이터 케이블(31)이 삽입될 수 있는 케이블 삽입부(611)와, 상기 바퀴부(62)가 관통될 수 있는 바퀴홀(612)과, 상기 와이어(41)가 관통할 수 있는 와이어홀(613)이 형성된다.

상기 케이블 삽입부(611)는 상기 바디부(61)의 외주면에 나선형으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 케이블 삽입부(611)는, 상기 바디부(61)의 길이 방향으로 갈수록 휘감겨지는 형상으로 형성될 수 있다. 일례로, 본 실시예에서는 두 개의 케이블 삽입부(611)가 상기 바디부(61)에 나선형으로 형성되는 것이 개시된다.

상기 전열관 검사케이블(5)을 구성하는 다수의 분절유닛의 케이블 삽입부가, 나선형을 유지하며 연속적으로 연결되는 것은 상기 제1 실시예와 같다. 일례로, 도 9(b)에는 상기 제1 분절유닛(60) 내지 제4 분절유닛(90)의 케이블 삽입부(611)(711)(811)(911)가 나선형을 유지하며 연속적으로 연결되는 것이 도시된다. 또한, 상기 케이블 삽입부(611)는 상기 바퀴부(62)를 기준으로 대칭적으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 전열관 검사케이블(5)이 전열관에서 움직일 때, 상기 데이터 케이블(31)이 받는 힘이 분산될 수 있다.

상기 바퀴부(62) 및 상기 데이터 케이블(31)이 간섭되는 것을 방지하기 위하여, 상기 케이블 삽입부(611)는 상기 바퀴홀(612)과 중첩되지 않도록 형성된다.

상기 바퀴홀(612)은 상기 바디부(61)의 측면에 관통 형성된다. 상기 바퀴홀(612)은 상기 바퀴부(62)가 간섭되지 않도록 상기 바퀴부(62)보다 약간 크게 형성된다. 상기 바퀴홀(612)은 상기 바퀴부(62)와 대응되도록 납작한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 바퀴홀(612)은 상기 바디부(61)의 중심부를 지나도록 형성되는 것이 바람직하다. 이는, 상기 전열관 검사케이블(5)이 전열관 내부를 움직일 때, 균형을 유지할 수 있도록 하기 위함이다.

상기 전열관 검사케이블(5)을 구성하는 각각의 분절유닛은 이웃하는 분절유닛에 대하여 회전되어 연결되므로, 상기 각각의 분절유닛의 바퀴홀도 이웃하는 분절유닛의 바퀴홀에 대하여 소정 각도 회전된다. 일례로, 도 9(b)에는 제1 내지 제 4 분절유닛의 바퀴홀이 이웃하는 분절유닛의 바퀴홀에 대하여 45도 각도로 회전되어 형성되는 것이 도시된다.

상기 바퀴부(62)는 상기 바디부(61)에 회전 가능하게 결합된다. 상기 바퀴부(62)은 상기 바퀴홀(612)을 관통하여 상기 바디부(61)의 양측에 돌출된다. 이를 위해, 상기 바퀴부(62)의 직경은 상기 바디부(61)의 폭보다 크게 형성되어야 한다.

상기 전열관 검사케이블(5)을 구성하는 각각의 분절유닛의 바퀴홀이 이웃하는 분절유닛의 바퀴홀과 소정 각도 회전되므로, 상기 각각의 분절유닛의 바퀴부(62)(72)(82)(92)도 이웃하는 분절유닛의 바퀴부와 소정 각도 회전된다. 이에 따라, 상기 바디부(61)의 전면에서 바라볼 때, 상기 전열관 검사케이블(5)을 구성하는 이웃한 분절유닛의 바퀴부는 중첩되지 않는다. 일례로, 도 9(a)에는, 상기 바디부(61)의 전면에서 바라볼 때, 상기 전열관 검사케이블(5)을 구성하는 각각의 분절유닛의 바퀴부가 중첩되지 않고, 45도 각도로 배치되는 것을 볼 수 있다. 이는, 상기 전열관 검사케이블(5)을 구성하는 각각의 바디부와 상기 전열관의 내주면이 접촉되는 것을 방지하기 위함이다.

한편, 상기 데이터 케이블(31)은 각각의 분절유닛의 바퀴부와 간섭되는 것을 피하면서, 상기 각각의 분절유닛의 바디부에 나선형으로 휘감기며 결합된다. 상기 데이터 케이블(31)은 두 개가 포함될 수 있고, 상기 각각의 분절유닛의 바퀴부의 양측을 지나도록 결합될 수 있다.

상기 와이어홀(613)은 상기 바퀴부(62)의 양측을 지나도록 천공 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 와이어(41)는 상기 각각의 분절유닛의 바퀴부를 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 따라서, 상기 전열관 검사케이블(5)이 전열관에서 움직일 때, 상기 와이어(41)이 받는 힘이 분산될 수 있다.

본 실시예의 경우, 상기 제1 실시예보다 상기 바퀴부의 반지름을 월등하게 크게 하여 상기 바퀴부와 전열관 사이의 마찰력을 획기적으로 줄일 수 있다.

1 : 전열관 검사케이블 2 : 센서유닛
3 : 피복케이블 10 : 제1 분절유닛
11: 바디부 12 : 바퀴부
13 : 커버부 20 : 제2 분절유닛
30 : 데이터 케이블 40 : 와이어
111 : 케이블 삽입부

Claims

전열관의 결함을 감지할 수 있는 센서유닛;
바디부와, 상기 바디부에 회전 가능하게 결합되는 바퀴부를 구비하는 다수의 분절유닛;
상기 다수의 분절유닛의 바디부 내측에서 나선형으로 회전하며 연장되고, 상기 센서유닛에서 감지된 정보를 전달하는 데이터 케이블; 및
상기 다수의 분절유닛의 바디부를 관통하고, 상기 데이터 케이블이 절단되는 것을 방지하는 와이어;
를 포함하는 전열관 검사케이블.
제 1 항에 있어서,
상기 바디부에는, 상기 바디부의 길이 방향으로 갈수록 나선형으로 휘감겨지는 형상으로 형성되는 케이블 삽입부가 형성되는 전열관 검사케이블.
제 2 항에 있어서,
상기 각각의 분절유닛의 케이블 삽입부는, 상기 분절유닛과 이웃하는 분절유닛의 케이블 삽입부와 연속적으로 연결되도록 형성되는 전열관 검사케이블.
제 1 항에 있어서,
상기 바디부의 길이는 전열관의 곡률 반경에 대응하여 조절되는 것을 특징으로 하는 전열관 검사케이블.
제 1 항에 있어서,
상기 바퀴부에는, 제1 바퀴부 및 상기 제1 바퀴부에서 설정된 간격 이격되는 제2 바퀴부가 포함되고,
상기 제2 바퀴부는 상기 제1 바퀴부에서 설정된 각도 회전되는 전열관 검사케이블.
제 2 항에 있어서,
상기 바퀴부는 상기 케이블 삽입부 사이에 결합되는 전열관 검사케이블.
제 1 항에 있어서,
상기 바퀴부의 일측은 상기 바디부 외부에 돌출되고, 타측은 상기 바디부의 중심에 인접한 지점까지 삽입되는 전열관 검사케이블.
제 1 항에 있어서,
상기 데이터 케이블은 상기 바퀴부 사이에서 연장되는 것을 특징으로 하는 전열관 검사케이블.
제 1 항에 있어서,
상기 바퀴부는 상기 바디부를 관통하고, 상기 바퀴부의 양단은 상기 바디부의 외부로 돌출되는 전열관 검사케이블.
제 9 항에 있어서,
상기 바퀴부는 상기 바디부의 중앙부를 관통하는 단일의 바퀴인 전열관 검사케이블.
제 10 항에 있어서,
상기 케이블 삽입부는 상기 바퀴부를 기준으로 대칭적으로 형성되는 전열관 검사케이블.
제 10 항에 있어서,
상기 와이어는 상기 각각의 분절유닛의 바퀴부를 기준으로 대칭적으로 배치되는 전열관 검사케이블.
제 1 항에 있어서,
상기 각각의 분절유닛은, 상기 분절유닛과 이웃하는 분절유닛에 대하여 소정 각도 회전되어 연결되는 것을 특징으로 하는 전열관 검사케이블.
전열관의 내주면을 감지하는 센서유닛;
바디부 및 일측은 상기 바디부의 외부로 돌출되고, 타측은 상기 바디부의 중심에 인접한 부분까지 연장되는 바퀴부를 구비하는 다수의 분절유닛;
상기 다수의 분절유닛의 상기 바퀴부 사이의 공간에서 나선형으로 회전하며 상기 바디부의 길이방향으로 연장되는 데이터 케이블; 및
상기 다수의 분절유닛의 바디부를 관통하고, 상기 데이터 케이블이 절단되는 것을 방지하는 와이어;
를 포함하는 전열관 검사케이블.
제 14 항에 있어서,
상기 각각의 분절유닛은 이웃하는 분절유닛에 대하여 소정 각도 회전되어 연결되는 전열관 검사케이블.
전열관의 내주면을 감지하는 센서유닛;
바디부 및 상기 바디부를 관통하는 단일의 바퀴부를 구비하는 다수의 분절유닛;
상기 다수의 분절유닛의 상기 바퀴부 양측에서 나선형으로 회전하며 상기 바디부의 길이방향으로 연장되는 데이터 케이블; 및
상기 다수의 분절유닛의 바디부를 관통하고, 상기 데이터 케이블이 절단되는 것을 방지하는 와이어;
를 포함하고,
상기 바퀴부의 양단은 상기 바디부의 외부로 돌출되는 전열관 검사케이블.
제 16 항에 있어서,
상기 각각의 분절유닛은 이웃하는 분절유닛에 대하여 소정 각도 회전되어 연결되는 전열관 검사케이블.
전열관의 결함을 감지할 수 있는 센서 유닛과, 단부에 상기 센서 유닛이 결합되는 피복 케이블을 포함하는 전열관 검사케이블의 삽입력 해석방법에 있어서,
상기 피복 케이블의 삽입에 필요한 삽입력을 결정하는 인자는, 상기 피복 케이블의 전열관에 대한 접촉력(B), 상기 전열관의 곡률반경(R), 상기 전열관 및 피복케이블 사이의 마찰계수(μ), 상기 피복 케이블이 상기 전열관에 삽입되는 삽입길이(L), 상기 센서유닛이 상기 전열관에 삽입되는데 필요한 최소의 힘(S_tip)을 포함하고,
상기 피복 케이블의 삽입에 삽입력의 산출식은
인 전열관 검사케이블의 삽입력 해석방법.