KR101085231B1 - 원자로 냉각재 펌프의 3차원 위치 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자로 냉각재 펌프의 3차원 위치 측정장치에 관한 것으로, 원자로 냉각재 펌프 모터(11)의 외주연에 돌출되게 부착 설치되는 다수의 모터패드(10)와; 상기 모터패드(10)에 대향하도록 구조물(21)에 돌출되게 부착 설치되는 다수의 구조물 패드(20) 및; 상기 다수의 구조물 패드(20)에 대향하게 구조물(21)의 바깥측에 설치되는 다수의 선형가변차동트랜스(LVDT) 변위 측정기(30)로 구성되어 측정 전용 러그(Lug) 장치를 설치하여 평행 게이지로 간단하고 신속하게 직접 측정하는 방법과 근래 개발이 완료된 무선 전송이 가능한 선형가변차동트랜스(LVDT)로 3차원 입체측정을 원격으로 실행하여 설비안전에 기여할 수 있고, 방사선 피폭의 우려 없이 원자로 냉각재 펌프의 3차원 위치를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 원격 측정장치를 통하여 여러 위치에서 측정 자료를 취득하여 이를 전산화함으로써 원자로 냉각재 펌프의 위치변화를 완전하게 관리할 수 있는 각별한 장점이 있는 유용한 발명이다.

Description

원자로 냉각재 펌프의 3차원 위치 측정장치{A 3dimension position measurement apparatus reactor coolant pump in Nuclear Power Plan}

본 발명은 위치 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원자로 냉각재 펌프의 위치를 측정함에 있어서, 측정전용 러그(Lug) 장치를 설치하여 평행 게이지로 간단하고 신속하게 직접 측정하는 방법과 선형가변차동트랜스(LVDT; Liner Variable Differential Transformer)로 3차원 원격 입체 측정하여 무선으로 전송함으로써 설비의 안전에 기여할 수 있는 원자로 냉각제 펌프 3차원 위치측정 장치에 관한 것이다.

원자력발전소의 원자로 냉각재 펌프는 가장 안전하게 운전되어야할 최고 중요한 설비임은 주지된 사실이다.

원자로 냉각재 펌프는 안전성 보장을 위하여 수직펌프를 특별하게 원자로 내부에 설치한 형상으로 도 1에 도시한 바와 같이 고장 없이 항상 안전하도록 펌프하부에 압력배관이 복잡하게 설치되고, 원자로 냉각재 펌프(1)는 도 1과 같이 강력하고 견고한 구조물에 수직 형 펌프(1)가 행거(Hanger)로 공중에 매달린 형식이며, 만약에 과도한 지진이나 급격한 환경변화에도 최대한 안전하도록 설치되어 있다.

정비과정은 물론 예열과정, 출력증발과정, 정지과정, 정상운전 등 필요시 펌프 운전 위치를 3차원으로 관리하는 것은 매우 유익한 정보를 제공받게 된다.

그러므로 어떠한 측정 기법을 적용하더라도 객관적인 자료 비교가 가능하도록 측정방법을 개발해야할 당위성은 이미 수년간 원자력 발전소 종사자들의 공통된 바람이다.

그리고 배관의 응력 변화 및 경연열화로 인한 변형이 발생할 경우, 혹은 장기간 운전 과정에서 구조물 경연변화 등으로 불안위치에서 운전되는 것은 반드시 피해야한다.

그리고 압력배관 교체 공사 전후 위치변화 상태를 비교하기 위하여 현장에서 측정방법을 검토하는 과정이 현재 적극 추진 중이며, 고 방사선 구역이므로 간단하고 안전하게 자동으로 측정할 수 있는 기법 개발은 국가적인 과제이기도 하다.

이러한 실정임에도 원자로 냉각재 펌프의 위치변화는 기동과정이나 기타 특수한 운전과정에서 배관, 펌프, 전동기 등에 진동이 상승하는 경우 원인을 파악하려면 위치 변화를 확인해야한다.

원자로 냉각재 펌프의 위치 측정할 수 있는 패드(Pad)와 패드(Pad) 사이는 합성고무재질이므로 표면이 거칠고 불균일하므로 현재 상태에서 정밀 측정은 어떠한 방법으로도 불가한 실정이다.

종래에는 도 2에 도시한 장소(A, B, C, D)를 선택하여 상기한 환경에서 경연변화 및 배관 교체작업 등이 진행되면서 레벨트랜싯(Level Transit) 장비로 수평 측정할 수 있는 부분을 측정하였다.

즉, 원자로 냉각재 펌프인 수직펌프의 위치측정은 모터(Motor)가 분리되면 안착되는 펌프 헤드 플랜지 레벨(Pump Header Flange Level)이 가장 신뢰성이 보장되지만 이러한 환경이 제공되지 못하므로 측정이 가능한 펌프 보닛 플랜지(2; Pump Bonnet Flange) 기계 가공된 부분을 측정하고, 위치변화를 관리하고자 노력중이다.

현장의 복잡한 구조 때문에 신뢰성이 보장되는 지점인 펌프 보닛 플랜지(2; Bonnet Flange)에 16개의 볼트가 배열된 지점의 4 지점에 점검 창을 통하여 시야가 확보된 위치 “A ∼ D"를 선정하고, ”O" 마킹(Marking) 후 측정하였다.

내부 구조가 복잡하므로 디지털 레벨 트랜싯(Digital Level Transit)으로 측정하는 과정에서도 대단히 어렵게 측정되었으나 이는 3차원 위치측정 중 높이(Y) 차이만 나타나는 레벨(Level) 측정에 불과하고, 전후(X), 좌우(Z)위치는 간접적으로밖에 산출할 수 없었다.

도 2와 같은 지점에서 측정한 결과로 도 3과 같은 결과를 산출하였으나 이러한 경향으로만 펌프와 모터의 위치 변화를 모두 판단하기란 부족하였다.

즉, 측정된 자료로 충분한 위치변화 상태를 판단하기 어렵고, 따라서 지금까지는 아무런 원자로 냉각재 펌프의 위치측정 자료 없이 소홀하게 관리되고 있었다.

이와 같이 원자로 냉각재 펌프가 중요 설비임에도 불구하고 대형모터와 펌프 그리고 수많은 배관이 동시에 조립된 상태에서 원자로 냉각재 펌프의 위치가 변하는 것을 실제로 관리해야하나 지금까지는 특별한 관리기법이 없었다.

이러한 설비에서 위치변화 측정의 중요성이 점차 증대되는 현 시점에서 본 발명의 발명자는 연구를 거듭한 결과 무선으로 3차원 입체관리가 가능한 원자로 냉각재 펌프의 3차원 위치 측정장치를 개발하였다.

본 발명은 상기한 실정을 고려하여 종래 레벨트랜싯(Level Transit) 장비로 원자로 냉각재 펌프의 위치 측정시에 야기되는 여러 가지 결점 및 문제점 들을 해결하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 측정 전용 Lug 장치를 설치하여 평행 게이지로 간단하고 신속하게 직접 측정하는 방법과 근래 개발이 완료된 무선 전송이 가능한 선형가변차동트랜스(LVDT;Liner Variable Differential Transformer)로 3차원 입체측정을 원격으로 실행하여 설비안전에 기여할 수 있는 원자로 냉각재 펌프의 3차원 위치 측정장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 방사선 피폭의 우려 없이 원자로 냉각재 펌프의 3차원 위치를 측정할 수 있는 원자로 냉각재 펌프의 3차원 위치 측정장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 원격 측정장치를 통하여 여러 위치에서 측정 자료를 취득하여 이를 전산화함으로써 원자로 냉각재 펌프의 위치변화를 완전하게 관리 할 수 있는 원자로 냉각재 펌프의 3차원 위치 측정장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 원자로 냉각재 펌프의 3차원 위치 측정장치SMS 원자로 냉각재 펌프 모터(11)의 외주연에 돌출되게 부착 설치되는 다수의 모터패드(10)와; 상기 모터패드(10)에 대향하도록 구조물(21)에 돌출되게 부착 설치되는 다수의 구조물 패드(20) 및; 상기 다수의 구조물 패드(20)에 대향하게 구조물(21)의 바깥측에 설치되는 다수의 선형가변차동트랜스(LVDT) 변위 측정기(30)로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 측정전용 러그(Lug) 장치를 설치하여 평행 게이지로 간단하고 신속하게 직접 측정하는 방법과 근래 개발이 완료된 무선 전송이 가능한 선형가변차동트랜스(LVDT)로 3차원 입체측정을 원격으로 실행하여 설비안전에 기여할 수 있고, 방사선 피폭의 우려 없이 원자로 냉각재 펌프의 3차원 위치를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 원격 측정장치를 통하여 여러 위치에서 측정 자료를 취득하여 이를 전산화함으로써 원자로 냉각재 펌프의 위치변화를 완전하게 관리할 수 있는 각별한 장점이 있다.

도 1은 원자로 냉각재 펌프의 설치 상태를 나타낸 도면,
도 2는 종래 디지털 레벨 트랜싯으로 원자로 냉각재 펌프의 위치 측정시 측정지점을 나타낸 도면,
도 3은 종래 디지털 레벨 트랜싯으로 원자로 냉각재 펌프의 위치 측정의 결과를 나타낸 도면,
도 4a는 본 발명에 따른 원자로 냉각재 펌프 모터와 구조물 사이에 설치된 안전 패드를 나타낸 사진,
도 4b는 본 발명에 따른 원자로 냉각재 펌프 모터와 구조물 사이에 설치된 안전 패드를 나타낸 사진,
도 5는 도 4a의 사진을 평면도로 도시화한 것으로, 본 발명에 따른 원자로 냉각재 펌프 모터에 설치되는 패드와 구조물에 설치되는 패드를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명 원자로 냉각재 펌프의 3차원 위치 측정장치의 구성도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 원자로 냉각재 펌프의 3차원 위치 측정장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 4a는 본 발명에 따른 원자로 냉각재 펌프 모터와 구조물 사이에 설치된 안전 패드를 나타낸 사진, 도 4b는 본 발명에 따른 원자로 냉각재 펌프 모터와 구조물 사이에 설치된 안전 패드를 나타낸 사진, 도 5는 도 4a의 사진을 평면도로 도시화한 것으로 본 발명에 따른 원자로 냉각재 펌프 모터에 설치되는 패드와 구조물에 설치되는 패드를 나타낸 도면, 도 6은 본 발명 원자로 냉각재 펌프의 3차원 위치 측정장치의 구성도로서, 본 발명 원자로 냉각재 펌프의 3차원 위치 측정장치는 원자로 냉각재 펌프 모터(11)의 외주연에 돌출되게 부착 설치되는 다수의 모터패드(10)와; 상기 모터패드(10)에 대향하도록 구조물(21)에 돌출되게 부착 설치되는 다수의 구조물 패드(20) 및; 상기 다수의 구조물 패드(20)에 대향하게 구조물(21)의 바깥측에 설치되는 다수의 선형가변차동트랜스(LVDT) 변위 측정기(30)로 구성되어 있다.

상기 모터패드(10)와 구조물 패드(20) 각각은 볼트로 원자로 냉각재 펌프 모터(11)의 외주연과 구조물 패드(20)에 설치되며, 상기 모터패드(10)의 바깥 단면은 기계 가공면이고, 구조물 패드(20) 바깥 단면은 볼 포인트로 이루어져 있다.

또한 상기 선형가변차동트랜스(LVDT) 변위 측정기(30)는 측정전용 러그(31)의 X, Y, Z 방향에 설치되어 측정전용 러그(31)의 X, Y, Z 방향 변위를 측정하여 측정 데이터를 무선으로 전송하도록 되어 있다.

다음에는 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명 원자로 냉각재 펌프의 3차원 위치 측정장치의 작용을 상세하게 설명한다.

도 4a, 도 4b는 본 발명에 따른 원자로 냉각재 펌프 모터와 구조물 사이에 설치된 안전 패드를 나타낸 사진으로서, 원자로 냉각재 펌프는 수직펌프이므로 배관은 모두 펌프 하단에 위치하며, 펌프헤드 위에 대형 전동기가 설치되므로 도 4a와 같이 구조물(21)에 120°방향으로 3개의 패드(20)가 설치된다(도 4a의 사진을 평면도로 도시화한 도 5 참조).

역시 전동기인 모터(11)에도 동일한 위치에 패드(10)를 설치하여 패드(10)와 패드(20) 사이에 심플레이트(Shim Plate)와 합성고무 완충제를 고정시키는 합성고무 완충제는 일정한 간극(10 ∼ 20mm)을 유지시키면서 만약 급박한 상황에서도 설비가 안전하게 유지되도록 보호하는 안전장치이다.

도 4b의 우측과 같이(도 5 참조) 구조물(21)과 모터(11) 사이의 패드 간극(Gap)을 측정하고 관리하는 것이 가장 이상적이지만 고 방사성 구역에서 단시간에 측정이 불가하다.

그리고 약 400mm × 400mm 넓은 면적의 패드에 설치된 합성고무의 표면이 불균일한 동시에 측정 지점선정이 어렵기 때문에 어떠한 측정기로도 측정이 어려운 장소이다.

측정이 어렵다는 것은 현실적으로 인지된 현장의 특성이므로 간단하게 도 5와 같은 지점의 측정이 가능하도록 설비에 전혀 지장이 없는 범위에서 패드 고정용 볼트를 이용하여 설치한다.

측정 방법은 도 6과 같이 정교한 측정 장치 3 세트(Set) 제작하여 설치하고, 평행 게이지로 도 6의 "d" 부분과 같이 한쪽 면은 기계 가공된 면이고, 반대쪽은 볼 포인트로 제작하여 고정하면 단시간에 실제 간극의 측정이 가능하게 된다.

근래 비접촉식 센서(Sensor) 출현과 다양한 기능의 선형가변차동트랜스(LVDT) 개발 보급으로 도 6과 같이 측정이 간단하게 3차원 입체로 측정가능하게 된다.

측정전용 러그(31; Lug)에 도 6과 같이 “X, Y, Z" 방향에 선형가변차동트랜스(30; LVDT)를 설치하고, 측정 데이터를 무선으로 받아 원거리에서 3차원 입체형으로 위치변화를 관리할 수 있다.
여기서 a는 X방향 갭, b는 Y방향 갭, c는 Z방향 갭을 각각 나타낸다.

또한 측정 간격은 1초에 3회 이상 가능하지만 운전상황에 따라서 1시간 혹은 1일 1회 자유롭게 자료를 전송받아 전산 처리를 가능하게 한다.

측정전용 러그(31; Lug)는 약 14mm 정사각형으로 가공하며, LVDT(30)가 조립되는 나사는 M12로 가공하면 범용으로 사용이 가능하다.

이와 같은 본 발명은 종래에는 센서(Sensor) 개발 및 전산장비 성능부족으로 실용화가 어려웠으나 근래 회사 자체적으로 여러 첨단 장비개발을 통하여 간단하고 편리하게 3차원 위치측정이 가능하게 되었다.

여기서 원자로 냉각재 펌프로서 수직펌프인 원자로 냉각재 펌프 상부에 설치된 전동기 모터에서 3개 X, Y, Z 방향으로 측정되면 결국 9개 방향의 위치 측정 자료가 생성되고, 이 자료를 활용하면 유용한 입체형상의 자료가 생성된다.

지금까지 본 발명을 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.

10 : 모터 패드 11 : 펌프 모터
20 : 구조물 패드 21 : 구조물
30 : 선형가변차동트랜스(LVDT) 변위 측정기
31 : 측정전용 러그

Claims (3)

1. 원자로 냉각재 펌프 모터(11)의 외주연에 돌출되게 부착 설치되는 다수의 모터 패드(10)와; 상기 모터패드(10)에 대향하도록 구조물(21)에 돌출되게 부착 설치되는 다수의 구조물 패드(20) 및; 상기 다수의 구조물 패드(20)에 대향하게 구조물(21)의 바깥측에 설치되는 다수의 선형가변차동트랜스(LVDT; Liner Variable Differential Transformer) 변위 측정기(30)로 구성된 원자로 냉각재 펌프의 3차원 위치 측정장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 모터 패드(10)와 구조물 패드(20) 각각은 볼트로 원자로 냉각재 펌프 모터(11)의 외주연과 구조물 패드(20)에 설치되며, 상기 모터 패드(10)의 바깥 단면은 기계 가공면이고, 구조물 패드(20) 바깥 단면은 볼 포인트로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각재 펌프의 3차원 위치 측정장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 선형가변차동트랜스(LVDT) 변위 측정기(30)는 측정 전용 러그(31)의 X, Y, Z 방향에 설치되어 측정전용 러그(31)의 X, Y, Z 방향 변위를 측정하여 측정 데이터를 무선으로 전송하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 원자로 냉각재 펌프의 3차원 위치 측정장치.

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