KR101081559B1 - 핵연료 집합체의 피복관 수축변형비 시험장치 - Google Patents

핵연료 집합체의 피복관 수축변형비 시험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 핵연료 집합체의 피복관 수축변형비 시험장치에 관한 것으로, 소정 거리를 두고 설치되어 시험편의 양단을 지지하는 한 쌍의 지지블록, 상기 지지블록 중 어느 하나의 일측에 결합되어 시험편을 회전시키는 핸들을 포함하는 시험편 지지수단; 상기 지지블록의 후방에 배치되며 소정 거리를 두고 설치되는 한 쌍의 고정블록, 상기 고정블록에 전ㆍ후 이동 가능하게 결합되는 이동블록, 상기 한 쌍의 이동블록을 상호 연결해 주는 연결블록, 상기 한 쌍의 이동블록에 수평 방향으로 결합되는 가이드바, 상기 가이드바에 좌ㆍ우 이동 가능하게 결합되며 시험편에 선을 긋기 위한 디바이더가 구비된 선긋기블록을 포함하는 선긋기수단을 포함한다.
핵연료 집합체, 지지격자, 수축변형비

Description

핵연료 집합체의 피복관 수축변형비 시험장치{Test Apparatus for Contraction Ratio of Nuclear Fuel Tube}
본 발명은 핵연료 집합체의 피복관 수축변형비 시험장치에 관한 것으로, 피복관 시험편에 선긋기 작업을 진행할 경우 흔들림을 방지하여 선긋기 오차를 최소화할 수 있도록 한 것이다.
급격히 성장하는 경제 및 산업 발전에 따라 소요되는 에너지 공급의 대책으로 원자력의 이용이 증대되고 있다. 우리나라는 국내 에너지자원의 빈곤과 탈 석유 정책의 일환으로 원자력발전을 대체 에너지원으로서 적극 추진하여 왔으며, 이에 따라 1978년 고리 원자력 1호기가 가동된 이래 현재 16기의 원자력발전소가 운전 중에 있으며 계속 건설 중에 있다.
원자로를 운전하면 우라늄(U)(또는 플루토늄, Pu)은 핵분열을 일으켜 열, 방사선 및 핵분열생성물(FP)이 발생한다. 이들 영향을 연료봉 및 연료집합체에서 일어나는 현상이라는 입장에서 보면, 연료 펠릿의 균열과 고형변형, 피복관의 변형, 피복관 외면의 부식, 조사성장, 피복관 내면과 핵분열생성물과의 반응, 조사손상에 의한 펠릿 및 피복관의 물리적 및 기계적 변화가 생긴다. 이런 것들은 연료봉 및 연료집합체에 여러 가지 영향을 미쳐 연료의 건전성에도 관계한다.
그 중에서 피복관의 지르칼로이에 대해서는 강도의 증가와 연성의 저하, 크리프의 촉진, 조사성장, 물 쪽 부식에 영향을 미친다. 조사에 의해 생성된 격자간 원자와 공공은 격자결함을 만들어 전위운동을 방해하기 때문에 강도가 증가하고 연성이 저하한다. 그리고 핵분열생성물의 요오드가 펠릿과 피복관의 갭에 방출되면 피복관 내면이 부식 분위기로 되어 펠릿의 변형으로 피복관에 응력이 작용하면 응력부식 때문에 매우 적은 변형으로 연료파손(PCI파손)을 일으킨다.
따라서, 피복관의 제조 완료시(또는 피복관의 수입시) 피복관의 검사항목에는 수축변형비시험이 포함되어 있다. 수축변형비시험은 피복관의 원주방향으로 정밀하게 25㎜ 간격으로 3개의 선을 긋는데, 기존에는 시험편에 "V"형의 블록을 가이드로 놓고, 하이트게이지의 날끝으로 밀면서 작업자가 손으로 피복관을 회전시켜 선을 그었다. 그런데, 이와 같이 수작업으로 선을 그을 경우 시험편이 흔들려 원주방향으로 일정하게 선이 그어지지 않게 됨으로써 시험값에 오차가 발생하게 된다. 이와 같이, 선긋기 작업의 흔들림 오차로 인해 시험값의 차이가 안정되지 않고 분포의 범위가 넓어지게 됨으로써 편차게 커지는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 과제는 피복관을 안정적으로 지지한 상태에서 일정하게 회전시켜 선을 그을 수 있도록 하여 시험값의 편차를 최소화할 수 있도록 한 핵연료 집합체의 피복관 수축변형비 시험장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 소정 거리를 두고 설치되어 시험편의 양단을 지지하는 한 쌍의 지지블록, 상기 지지블록 중 어느 하나의 일측에 결합되어 시험편을 회전시키는 핸들을 포함하는 시험편 지지수단; 상기 지지블록의 후방에 배치되며 소정 거리를 두고 설치되는 한 쌍의 고정블록, 상기 고정블록에 전ㆍ후 이동 가능하게 결합되는 이동블록, 상기 한 쌍의 이동블록을 상호 연결해 주는 연결블록, 상기 한 쌍의 이동블록에 수평 방향으로 결합되는 가이드바, 상기 가이드바에 좌ㆍ우 이동 가능하게 결합되며 시험편에 선을 긋기 위한 디바이더가 구비된 선긋기블록을 포함하는 선긋기수단을 포함하는 핵연료 집합체의 피복관 수축변형비 시험장치가 제공된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 한 쌍의 지지블록에 피복관을 안정적으 로 지지할 수 있고, 이 상태에서 핸들을 이용하여 피복관을 일정하게 회전시킬 수 있으므로 선긋기블록에 결합된 디바이더를 이용하여 흔들림 없이 선을 그을 수 있도록 하여 시험값의 편차를 최소화할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 의한 핵연료 집합체의 피복관 수축변형비 시험장치의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참고하여 설명한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 피복관 수축변형비 시험장치는 작업대(10) 위에 설치된 시험편 지지수단(100), 선긋기수단(200) 및 거리조절수단(300)을 이용하여 시험편(20)에 기준선을 안정적으로 그을 수 있도록 한 것이다.
시험편 지지수단(100)은 소정의 거리를 두고 설치되어 시험편이 장착되는 한 쌍의 지지블록(110), 어느 하나의 지지블록(110)에 설치되어 시험편을 회전시키는 핸들(120)로 구성된다.
지지블록(110)은 대략 사각기둥 형상으로 이루어지며, 그 상부에는 시험편을 지지하기 위한 지지구가 구비된다. 그리고 지지블록(110)의 하부에는 작업대에 안정적으로 접촉하기 위한 받침턱(111)이 양측으로 돌출되고, 이 받침턱(111)에는 수직방향으로 스크류홀(도시 생략)이 형성된다. 따라서, 이 스크류홀을 통해 고정스크류(112)가 체결됨으로써 지지블록(110)은 작업대(10)에 견고하게 고정된다.
핸들(120)은 각 지지블록(110)의 외측에 지지구와 연계되도록 결합되며, 이 핸들(120)은 지지구에 장착된 시험편을 회전시킬 수 있다.
선긋기수단(200)은 지지블록(110)의 후방에 소정 거리를 두고 설치되는 한 쌍의 고정블록(210), 이 고정블록(210)에 전후 이동 가능하도록 설치되는 이동블록(220), 이 이동블록(220)에 수평 방향으로 결합되는 가이드바(230), 이 가이드바(230)에 좌우 이동 가능하도록 결합되는 선긋기블록(240)을 포함한다.
고정블록(210)은 상술한 지지블록과 마찬가지로 대략 사각기둥 형상으로 이루어지며, 그 하부에는 작업대(10)에 안정적으로 접촉하기 위한 받침턱(211)이 양측으로 돌출되고, 이 받침턱(211)에는 고정스크류(212)가 삽입되어 작업대에 지지블록(110)을 고정 결합하도록 수직방향으로 스크류홀(도시 생략)이 형성된다.
이동블록(220)은 양측 고정블록(210)의 전방에 설치되며, 각각의 이동블록(220)은 연결블록(260)에 의해 상호 연결된다. 연결블록(260)은 후술하는 거리조절수단에 의해 전ㆍ후로 이동 가능하게 구성된다. 이동블록(220)의 상부에는 가이드바가 장착되도록 결합홈(221)이 형성된다.
가이드바(230)는 이동블록(220)의 결합홈(221)에 그 양단이 삽입 결합되어 선긋기블록(240)을 지지해 준다. 가이드바(230)의 상면에는 선긋기블록(240)의 위치 이동이 필요할 경우 그 이동하는 거리를 쉽게 확인할 수 있도록 눈금(231)이 형성되는 것이 바람직하다. 더욱이, 가이드바(230)의 상측에는 버니어 캘리퍼스(250)를 안내자로 채택 설치하여 선긋기블록(240)을 가이드바(230) 상에서 좌우로 원하 는 만큼 이동시키며 선긋기 작업을 실시할 수 있도록 함이 바람직하다.
선긋기블록(240)은 가이드바(230)에 좌우로 이동 가능하게 설치되며, 본 실시예에서는 버니어 캘리퍼스(250)와 단면상 "ㄷ"자 형태를 취하도록 연결됨으로써 가이드바(230)에 간편하게 장착된다. 선긋기블록(240)의 전방에는 시험편에 기준선을 그을 수 있도록 끝이 뾰족한 디바이더(241)가 구비되는데, 기준선 및 좌우선에 대응되도록 3개의 디바이더(241)가 설정 간격(25㎜ 간격)으로 설치된다.
거리조절수단(300)은 이동블록(220)의 전방에 소정 거리를 두고 설치되는 거리조절블록(310), 거리조절블록(310)을 관통하여 이동블록(220)에 결합되는 회전스크류(320)를 포함한다. 거리조절블록(310)의 전방에는 회전스크류(320)에 핸들(330)이 결합되어 작업자가 핸들(330)을 회전시키면 회전스크류(320)에 결합된 이동블록(220)이 전진 또는 후진하게 된다.
거리조절블록(310)은 상술한 지지블록 및 고정블록과 대동소이한 구성을 가지며, 그 후방에는 연결블록(260)에 나사 결합되도록 조절스크류(311)가 설치된다. 그리고 조절스크류(311)의 선단은 거리조절블록(310)을 관통하여 그 전방으로 돌출되며, 돌출된 조절스크류(311)의 선단에는 핸들(312)이 결합되어 작업자가 쉽게 선긋기블록(240)을 전ㆍ후로 이동시킬 수 있다.
이와 같이 구성된 피복관의 수축변형비 시험장치를 이용하여 수축변형비를 산출하는 과정을 순차적으로 설명하면 다음과 같다.
1. 인장시험기를 이용하여 시험편을 3∼5% 변형률까지 하중을 가한 후 천천히 하중을 제거하여 3시간 후 시험편의 직경 및 길이변화에 따른 수축변형비를 계산한다.
2. 시험편을 150∼180㎜의 길이로 절단하여 지지블록에 시험편을 장착한다. 이때, 디바이더는 시험편의 높이 및 선긋기 작업을 위한 위치에 대응되도록 배치되어 있어야 한다. 그 후, 거리조절블록의 핸들을 일측 방향으로 회전시키면 회전스크류에 결합된 연결블록이 전방으로 점차 전진하면서 디바이더가 시험편에 접촉하게 된다. 다음으로, 작업자가 지지블록의 핸들을 회전시키면 시험편에는 3개의 기준선 및 이 기준선의 양측에 25㎜ 간격으로 좌우선이 원주방향으로 일정하게 표시된다. 즉, 본 실시예에서는 시험편의 선긋기 작업에서 좌우 흔들림을 방지할 수 있으므로 시험오차의 원인인 측정오차를 최소화할 수 있게 된다.
3. 표시된 원주방향의 선에 90도 간격으로 교차선을 표시한다.
4. 시험편의 직경은 마이크로미터 또는 레이저 마이크로미터로, 길이는 공구현미경으로 측정하여 기록한다. 이때, 직경은 3개의 원주방향선(기준선, 기준선 좌/우선)에 대해 0도와 90도 위치에 그 근접부위를 1회 측정(6개 측정부위)하여 평균값을 취한다. 길이는 3개의 원주방향선에 대해 0도, 90도, 180도 및 270도 위치에서 그 근접부위를 1회 측정(8개 측정부위)하여 평균값을 취한다.
5. 시험편의 직경 및 길이를 측정한 후, 시험편의 양끝에 금속마개를 끼워 넣는다. 마개의 끝이 대략 표점거리 25㎜ 밖에 위치해야 한다.
6. 별도의 지그를 이용하여 시험편을 고정한 후, 0.010㎜/min의 변형률 속도 를 초과하지 않는 범위 내에서 하중을 가하여 3∼5% 소성변형이 일어났을 때 하중을 천천히 제거한다.
7. 하중을 제거한 뒤 소정 시간 후에 시험편을 꺼내 시험편의 길이 및 직경을 측정하여, 평균 초기길이, 평균 최종길이, 평균 초기외경 및 평균 최종외경을 계산한다.
8. 검사결과가 허용기준을 만족하면 시험을 완료하며, 만족하지 못하면 재시험을 실시한다.
도 1은 본 발명에 의한 핵연료 집합체의 피복관 수축변형비 시험장치를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 핵연료 집합체의 피복관 수축변형비 시험장치를 도시한 정면도.
도 3은 본 발명에 의한 핵연료 집합체의 피복관 수축변형비 시험장치를 도시한 평면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 ; 시험편 지지수단 110 ; 지지대
111 ; 받침턱 112 ; 고정스크류
120 ; 핸들
200 ; 선긋기수단 210 ; 고정블록
220 ; 이동블록 221 ; 결합홈
230 ; 가이드바 231 ; 눈금
240 ; 선긋기블록 241 ; 디바이더
250 ; 버니어 캘리퍼스 260 ; 연결블록
300 ; 거리조절수단 310 ; 거리조절블록
320 ; 회전스크류 330 ; 핸들

Claims (5)

  1. 소정 거리를 두고 설치되어 시험편의 양단을 지지하는 한 쌍의 지지블록, 상기 지지블록 중 어느 하나의 일측에 결합되어 시험편을 회전시키는 핸들을 포함하는 시험편 지지수단;
    상기 지지블록의 후방에 배치되며 소정 거리를 두고 설치되는 한 쌍의 고정블록, 상기 고정블록들 전방에 각각 설치되어 전ㆍ후 이동 가능한 한 쌍의 이동블록, 상기 한 쌍의 이동블록을 상호 연결해 주는 연결블록, 상기 한 쌍의 이동블록에 수평 방향으로 결합되는 가이드바, 상기 가이드바에 좌ㆍ우 이동 가능하게 결합되며 시험편에 선을 긋기 위한 디바이더가 구비된 선긋기블록을 포함하는 선긋기수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 피복관 수축변형비 시험장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 선긋기수단의 일측에 디바이더와 시험편과의 간격을 조절하는 거리조절수단이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 피복관 수축변형비 시험장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 거리조절수단은 상기 연결블록의 전방에 소정 거리를 두고 설치되는 거리조절블록, 상기 거리조절블록을 관통하여 연결블록에 결합되는 회전스크류를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 피복관 수축변형비 시험장치.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이드바에는 눈금이 형성되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 피복관 수축변형비 시험장치.
  5. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이드바에는 버니어 캘리퍼스가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 피복관 수축변형비 시험장치.
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