KR101220467B1 - 원자로 용기의 관통관 검사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 원자로 용기의 관통관 검사장치는 원자로 용기의 관통관을 비파괴 검사하기 위해 상기 관통관의 내부로 삽입되는 프로브; 상기 프로브를 상하 선형 구동하기 위한 수직구동부재; 및 상기 수직구동부재와 독립적으로 상기 프로브를 회전시키기 위한 회전구동부재를 포함할 수 있다.

Description

원자로 용기의 관통관 검사장치{Inspecting apparatus of tube under reactor vessel}

본 발명은 원자로 용기의 관통관 검사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자로 용기의 관통관의 미세 크랙 등의 비파괴 검사를 자동으로 수행할 수 있는 원자로 용기의 관통관 검사장치에 관한 것이다.

일반적으로 원자로 용기는 고온 고압의 조건에서 장기간 내부에서 발생하는 열을 견딜 수 있도록 내구성 및 건전성이 가장 우선이 된다. 그러나 최근 원자로 헤드 또는 하부 관통관 부분에서 붕산수 누출이 확인되면서 사전에 관통관 부위의 용접부위 결함 및 미세크랙의 존재 여부를 확인할 수 있는 자동화 검사장치가 연구 개발되었다.

즉, 원자로를 높은 압력과 고온으로 장기간 운전할 때 그 내부에서는 상당한 응력이 발생하게 되고, 그로 인하여 용접부나 모재에서 피로에 의한 미세 크랙이나 결함들이 발생하게 되며, 결과적으로 미세 크랙이나 결함이 발생된 후에는 크랙 및 결함이 성장하여 치명적인 결과를 가져와 원자로 내부의 경수가 누설하는 일이 발생하게 된다.

이와 같은 원자로 내부에서 발생될 수 있는 미세 크랙이나 결함들을 미리 방지하고 제거하기 위하여 비파괴 검사를 수행하는 검사 장치가 연구되었으며, 이를 통해 원자로의 입구 및 출구 배관용접부위와 용기 내부의 용접부는 SUPREEM이라는 장비를 이용하여 비파괴 검사를 수행하고 있다.

이와 같은 원자로 관통관의 비파괴 검사를 위한 용접부위 검사 시스템의 일례로 선행기술 1(등록실용신안공보 제20-0438808호)이 공지되어 있다.

선행기술 1은 원자력 발전소 내 고 방사선 구역인 원자로 용기의 하부 관통관의 건전성을 평가하기 위해 하부 관통관의 용접부 결함이나 용기 모재의 미세 크랙을 비파괴적인 방법으로 검사하는 원자로 용기 하부 관통관 자동검사장치에 관한 것이다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 종래 기술의 하부 관통관 검사장치는 로자-파이브(6)의 6축의 퀵 커넥터(7)에 부착되어 원자로 하부 내부에 장착된 관통관(8)을 자동으로 검사하기 위한 것으로, 로자-파이브(6)의 6축 퀵 커넥터(7)에 부착되어서 수직 구동을 조장하는 모터(10)와, 모터(10)의 회전운동을 수직운동으로 변환시켜 검사용 프로브(15)를 수직왕복운동시키는 볼나사(20)와, 프로브(15)를 관통관(8)에 삽입할 때에 발생하는 편심을 없애기 위해 강제로 축선 정렬시키기 위한 가이드(30)와, 가이드(30)의 상부에 장착되어서 장비의 충격전파를 방지하기 위한 코일 스프링(40)을 포함하여 구성된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 종래 기술의 검사장치는 먼저, 작업자에 의해 관통관(8) 및 모재의 미세 크랙과 관통관(8)의 용접부 결함을 검사하기 위해 해당 관통관이 선택되면, 선택된 관통관(8)으로 로자-파이브(6)를 회전시키고, 프로브(15)를 위치시키기 위해서 모터(10)를 자동으로 구동시킨다.

모터(10)가 구동되면 그와 연동되어 있는 볼 나사(20)가 수직 하향 이동하고, 해당 관통관(8)의 상부로 프로브(15)를 이동시킨 후, 프로브(15)가 해당 관통관(8)의 상부로 이동한 후 내부로 삽입되어 검사를 수행한다.

그러나 상술한 바와 같은 구성을 갖는 종래 기술의 검사장치는 프로브를 상하 방향으로 구동하기 위한 모터만을 구비하고 있으며, 프로브의 회전은 로자-파이브에 의해 구동되어, 프로브를 회전시키기 위해서는 로자-파이브에 설치된 검사장치 전체가 회전되어야만 하였다.

즉, 종래 기술의 검사장치에서는 관통관에 삽입되는 프로브를 회전시키기 위한 별도의 구동부재가 존재하지 않아, 프로브의 회전 동작은 로자-파이브의 회전구동에 의존하여야만 하였으며, 상대적으로 협소한 원자로 내부에서 로자-파이브를 통해 검사장치 전체가 회전될 경우, 원자로 내부에 검사장치가 충돌될 가능성이 있었다.

또한, 프로브의 회전을 위해 로자-파이브를 정밀하게 제어하기 어려운 문제점이 있었다.

한국등록실용신안공보 제20-0438808호(출원번호:20-2006-0031730)

본 발명의 목적은 로자-파이브에 독립적으로 프로브를 회전구동할 수 있는 원자로 용기의 관통관 검사장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원자로 용기의 관통관 검사장치는 원자로 용기의 관통관을 비파괴 검사하기 위해 상기 관통관의 내부로 삽입되는 프로브; 상기 프로브를 상하 선형 구동하기 위한 수직구동부재; 및 상기 수직구동부재와 독립적으로 상기 프로브를 회전시키기 위한 회전구동부재를 포함하되, 상기 수직구동부재 회전구동력을 생성하는 제1모터; 상기 제1모터의 회전구동력을 전달하는 제1,2타이밍풀리와 제1타이밍벨트; 상기 제2타이밍풀리와 고정결합되어 회전하는 회전스크류 및 상기 회전스크류의 회전운동을 상기 프로브의 선형운동으로 전환하여 상기 프로브가 설치된 브라켓을 선형구동하는 볼너트로 구성되며, 상기 회전구동부재는 상기 제1모터에 독립적으로 회전구동력을 생성하는 제2모터; 상기 제2모터의 회전구동력을 전달하는 제3,4타이밍풀리와 제2타이밍벨트; 상기 제4타이밍풀리와 고정결합되어 회전하는 스플라인축 및 상기 스플라인축과 함께 회전되어 상기 프로브를 회전구동하는 볼부시로 구성될 수 있다.

여기서, 상기 검사장치는 상기 프로브와 관통관을 동일 축선 상에 배치하기 위한 가이드부재를 더 포함하며, 상기 가이드부재는 상기 관통관의 말단부를 수용하는 투명 재질의 가이드 컵; 및 상기 검사장치에 상기 가이드 컵을 연결하며 상기 관통관과의 결합시 충격을 흡수하기 위한 스프링;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 스플라인축은 길이방향으로 외주면에 형성된 두 개 이상의 레일을 구비하고, 상기 볼부시는 상기 레인이 수용되는 레일홈이 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 프로브의 인덱스 검사를 위해 로자-파이브에 독립적으로 프로브를 회전시킬 수 있는 회전구동장치를 구비한 원자로 용기의 관통관 검사장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 검사장치에 따르면, 투명 재질로 제작된 가이드 컵을 통해 관통관과 프로브의 정합 여부를 검사를 수행하는 작업자가 육안으로 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관통관 검사장치의 개략적인 사시도;
도 2는 도 1의 검사장치의 저면 사시도;
도 3은 도 1의 검사장치의 부분 확대 사시도;
도 4는 도 1의 검사장치의 부분 사시도;
도 5는 종래 기술의 관통관 검사장치의 개략도;
도 6은 종래 기술의 관통관 검사장치가 설치된 로자-파이브의 개략도; 및
도 7은 종래 기술의 관통관 검사장치의 개략적인 사시도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원자로 용기의 관통관 검사장치(100)는 프로브(110), 수직구동부재(120), 회전구동부재(130), 가이드부재(140)를 포함할 수 있다.

프로브(110)는 원자로 용기의 관통관 내부로 삽입되어 원자로 내부의 미세 크랙을 검사하기 위한 것으로, 검사장치(100)의 프레임(101)에 상하 수직운동 가능하게 설치된 브라켓(102)에 회전가능하게 설치된다.

즉, 프로브(110)는 브라켓(102)의 상하 수직운동에 의해 관통관의 내부로 삽입될 수 있으며, 프로브(110)의 일측 말단에는 회전구동부재(130)의 볼부시(136)와 치합되는 회전기어(111)가 고정되게 설치될 수 있다. 즉, 프로브(110)는 볼부시(136)로부터 회전기어(111)에 전달되는 회전구동력에 의해 시계 또는 반시계 방향으로 회전될 수 있다.

수직구동부재(120)는 프로브(110)를 상하 수직 구동하기 위한 것으로, 제1모터(121), 제1 및 제2타이밍풀리(122,123), 제1타이밍벨트(124), 회전스크류(125) 및 볼너트(126)를 포함한다.

제1모터(121)는 외부로부터 전달된 구동전원에 의해 시계 또는 반시계 방향의 회전구동력을 생성하여 제1타이밍풀리(122)를 회전시키며, 본 실시예의 제1모터(121)는 회전구동부재(130)의 제2모터(131)와 독립적으로 제어되는 것이 바람직하다.

제1타이밍풀리(122)는 제1모터(121)의 회전축에 고정설치되어 제1모터(121)의 회전구동력에 의해 시계 또는 반시계 방향으로 회전되며, 제1타이밍벨트(124)를 통해 제2타이밍풀리(123)로 회전구동력을 전달한다.

회전스크류(125)는 프레임(101)의 길이방향으로 설치되되, 프레임(101)에 회전가능하게 설치되며, 일측 말단에 제2타이밍풀리(123)가 고정되게 설치된다. 즉, 회전스크류(125)는 제1 및 제2타이밍풀리(122,123), 제1타이밍벨트(124)를 통해 전달되는 제1모터(121)의 회전구동력에 의해 시계 또는 반시계 방향으로 회전된다.

또한, 회전스크류(125)는 외주면측에 볼너트(126)의 나사산과 치합되는 나사산이 형성될 수 있어, 회전스크류(125)의 회전에 의해 볼너트(126)가 상하구동된다.

볼너트(126)는 회전스크류(125)와 치합되어 회전스크류(125)의 시계 또는 반시계 방향의 회전운동을 상하 선형 운동으로 전환하기 위한 것으로, 프레임(101)에 대해 선형운동가능하게 설치된 브라켓(102)의 내부에 고정설치된다. 또한 볼너트(126)는 그 내부에 회전스크류(125)의 나사산과 치합되는 나사산이 형성된다. 즉, 볼너트(126)는 회전스크류(125)의 시계 또는 반시계 방향의 회전운동을 통해 상측 또는 하측 방향으로 선형 수직 구동될 수 있으며, 이로 인해 브라켓(102) 및 프로브(110)가 상하 구동될 수 있다.

회전구동부재(130)는 프로브(110)를 회전 구동하기 위한 것으로, 제2모터(131), 제3 및 제4타이밍풀리(132,133), 제2타이밍벨트(134), 스플라인축(135) 및 볼부시(136)를 포함한다.

제2모터(131)는 외부로부터 전달된 구동전원에 의해 시계 또는 반시계 방향의 회전구동력을 생성하여 제3타이밍풀리(132)를 회전시키며, 본 실시예의 제2모터(131)는 수직구동부재(120)의 제1모터(121)와 독립적으로 제어되는 것이 바람직하다.

제3타이밍풀리(132)는 제2모터(131)의 회전축에 고정설치되어 제2모터(131)의 회전구동력에 의해 시계 또는 반시계 방향으로 회전되며, 제2타이밍벨트(134)를 통해 제4타이밍풀리(133)로 회전구동력을 전달한다.

스플라인축(135)은 프레임(101)의 길이방향으로 설치되되, 프레임(101)에 회전가능하게 설치되며, 일측 말단에 제4타이밍풀리(133)가 고정되게 설치된다. 즉, 스플라인축(135)은 제3 및 제4타이밍풀리(132,133), 제2타이밍벨트(134)를 통해 전달되는 제2모터(131)의 회전구동력에 의해 시계 또는 반시계 방향으로 회전된다.

또한, 스플라인축(135)은 외주면측에 축방향을 따라 형성된 두 개 이상의 레일(135a)을 구비할 수 있으며, 이 레일(135a)은 볼부시(136)의 내부에 형성된 레일홈(미도시)에 삽입될 수 있다. 즉, 스플라인축(135)의 레일(135a)은 스플라인축(135)의 비회전시 볼부시(136)의 상하 선형 운동을 안내하되, 스플라인축(135)의 회전시 볼부시(136)의 레일홈을 압박하여 볼부시(136)의 회전운동을 안내할 수 있다.

볼부시(136)는 스플라인축(135)에 상하 선형 운동 가능하게 결합되되 스플라인축(135)의 시계 또는 반시계 방향의 회전운동을 회전기어(111)에 전달하기 위한 것으로, 프레임(101)에 대해 선형운동가능하게 설치된 브라켓(102)의 내부에 설치된다. 또한 볼부시(136)는 그 내부에 스플라인축(135)의 레일(135a)과 결합되는 레일홈(미도시)이 형성될 수 있으며, 외주면에 회전기어(111)의 나사산과 치합되는 나사산이 형성될 수 있다.

즉, 볼부시(136)는 스플라인축(135)의 비회전시 스플라인축(135)을 따라 상측 또는 하측 방향으로 선형 수직 구동될 수 있으며, 스플라인축(135)의 회전시 스플라인축(135)과 함께 회전되어 프로브(110)의 말단에 설치된 회전기어(111)를 회전시킬 수 있다.

가이드부재(140)는 관통관으로 삽입되는 프로브(110)를 안내하고 관통관과 프로브(110)의 충돌을 방지하기 위한 것으로, 가이드 컵(141) 및 스프링(142)을 포함한다.

가이드 컵(141)은 관통관으로 삽입되는 프로브(110)를 안내하도록 상하측이 개방된 원통형상을 가지며 프로브(110)의 삽입 전 관통관과 프로브(110)를 동일 축선상에 배치하도록 관통관의 말단부를 수용할 수 있다. 즉, 로자-파이브에 의해 검사장치가 상향 이동되어 가이드 컵(141)의 내부로 프로브(110)의 말단부가 삽입된 이후, 프로브(110)가 관통관의 내부로 삽입될 수 있다.

여기서 가이드 컵(141)은 비파괴 검사를 수행하는 작업자가 가이드 컵(141)과 관통관이 정합되었는지 여부를 육안으로 확인할 수 있도록 투명한 재질로 제작되는 것이 바람직하다.

스프링(142)은 가이드 컵(141)과 관통관의 결합시 충격을 흡수하기 위한 것으로, 일측 말단은 프레임(101)의 상측에 고정 결합되고 타측 말단은 가이드 컵(141)과 고정 결합될 수 있다.

상술한 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원자로 용기의 관통관 검사장치(100)를 사용하여 관통관의 비파괴 검사를 수행하는 과정 및 관통관 검사장치(100)의 작동상태는 다음과 같다.

우선, 본 실시예의 관통관 검사장치(100)가 설치된 로자-파이브를 구동하여 검사하고자 하는 관통관에 검사장치(100)를 배치한다.

로자-파이브를 구동하여 검사장치(100)의 가이드 컵(141)과 관통관의 말단부를 결합하여, 프로브(110)와 관통관을 동일 축선상에 배치한다. 이때, 로자-파이브를 구동하여 비파괴 검사를 수행하는 작업자는 투명 재질인 가이드 컵(141)을 통해 관통관과 가이드 컵(141)의 정합 여부를 육안으로 확인할 수 있다.

이후, 제1모터(121)를 구동하여 회전스크류(125)를 회전시키며, 회전스크류(125)의 회전 운동을 선형 운동으로 전환하는 볼너트(126)가 상향 운동하여 프로브(110)가 설치된 브라켓(102)을 상향 구동시킨다. 이때, 스플라인축(135)에 설치된 볼부시(136)는 레일을 따라 상향 선형운동된다. 이를 통해 프로브(110)는 관통관의 내부로 삽입되면서 스캔 검사를 수행할 수 있다.

또한, 스캔 검사와 동시에 또는 스캔 검사와 독립적으로, 제2모터(131)를 구동하여 프로브(110)를 회전시키면서 인덱스 검사가 수행될 수 있다. 제2모터(131)를 구동하여 스플라인축(135)을 회전시키며, 스플라인축(135)의 레일에 의해 압박되는 볼부시(136)가 회전 운동하고, 볼부시(136)와 치합된 회전기어(111)가 회전됨에 따라, 프로브(110)가 회전운동될 수 있다. 이를 통해 프로브(110)는 관통관의 내부로 삽입되면서 인덱스 검사를 수행할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원자로 용기의 관통관 검사장치에 에 대하여, 첨부 도면 및 바람직한 실시예를 참고하여 서술하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 관통관 검사장치 101: 프레임
102 : 브라켓 110: 프로브
111: 회전기어 120: 수직구동부재
121: 제1모터 122: 제1타이밍풀리
123: 제2타이밍풀리 124: 제1타이밍벨트
125: 회전스크류 126: 볼너트
130: 회전구동부재 131: 제2모터
132: 제3타이밍풀리 133: 제4타이밍풀리
134: 제2타이밍벨트 135: 스플라인축
135a: 레일 136: 볼부시
140: 가이드부재 141: 가이드 컵
142: 스프링

Claims (3)

1. 원자로 용기의 관통관을 비파괴 검사하기 위해 상기 관통관의 내부로 삽입되는 프로브; 상기 프로브를 상하 선형 구동하기 위한 수직구동부재; 및 상기 수직구동부재와 독립적으로 상기 프로브를 회전시키기 위한 회전구동부재를 포함하는 원자로 용기의 관통관 검사장치에 있어서,
   상기 수직구동부재 회전구동력을 생성하는 제1모터; 상기 제1모터의 회전구동력을 전달하는 제1,2타이밍풀리와 제1타이밍벨트; 상기 제2타이밍풀리와 고정결합되어 회전하는 회전스크류 및 상기 회전스크류의 회전운동을 상기 프로브의 선형운동으로 전환하여 상기 프로브가 설치된 브라켓을 선형구동하는 볼너트로 구성되며,
   상기 회전구동부재는 상기 제1모터에 독립적으로 회전구동력을 생성하는 제2모터; 상기 제2모터의 회전구동력을 전달하는 제3,4타이밍풀리와 제2타이밍벨트; 상기 제4타이밍풀리와 고정결합되어 회전하는 스플라인축 및 상기 스플라인축과 함께 회전되어 상기 프로브를 회전구동하는 볼부시로 구성되는 것을 특징으로 하는 원자로 용기의 관통관 검사장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 검사장치는 상기 프로브와 관통관을 동일 축선 상에 배치하기 위한 가이드부재를 더 포함하며,
   상기 가이드부재는 상기 관통관의 말단부를 수용하는 투명 재질의 가이드 컵; 및 상기 검사장치에 상기 가이드 컵을 연결하며 상기 관통관과의 결합시 충격을 흡수하기 위한 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 용기의 관통관 검사장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 스플라인축은 길이방향으로 외주면에 형성된 두 개 이상의 레일을 구비하고, 상기 볼부시는 상기 두 개 이상의 레일이 각각 수용되는 레일홈이 형성된 것을 특징으로 하는 원자로 용기의 관통관 검사장치.
   

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