KR101264660B1 - 원자력발전소의 증기계통 밸브성능 시험장치용 제어밸브 - Google Patents

원자력발전소의 증기계통 밸브성능 시험장치용 제어밸브 Download PDF

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KR101264660B1
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김병덕
손상호
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한국기계연구원
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    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치에 대용량의 유체를 고속으로 공급하도록 하는 대형표준제어밸브와 소용량정밀제어밸브를 포함하여 형성되는 제어밸브에 있어서, 상기 대형표준제어밸브와 소용량정밀제어밸브를 포함하도록 형성되는 상부배관과 하부배관으로 구성되는 배관; 및 상기 배관에 유입되는 유체의 흐름을 대형표준제어밸브가 설치되는 제1 유로와 소용량정밀제어밸브가 설치되는 제2 유로로 분리하도록 상기 배관 내에 마련되는 유로분리격벽을 포함하는 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 제어밸브가 제공된다.

Description

원자력발전소의 증기계통 밸브성능 시험장치용 제어밸브{Modulating valve for testing steam touched valve of nuclear power plant}
본 발명은 원자력발전소에 사용되는 밸브를 시험하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원자력발전소에 사용되는 증기계통 밸브의 성능을 시험하기 위해 사용되는 제어밸브에 관한 것이다.
일반적으로, 원자력발전소는 원자로를 중심으로 한 핵증기 공급계통, 증기를 공급받아 발전기를 구동시키는 터빈, 발전기계통, 그리고 급수계통을 포함하여 구성되며, 터빈에 공급되는 증기의 공급량을 조절하는 증기밸브의 작동에 의해 발전량을 조절하도록 하고 있다. 여기서, 상기 증기밸브는 밸브시스템에 의해 구동되어 터빈에 증기를 공급하는 기능을 가지는 것과 동시에 터빈의 트립시에 증기를 차단하는 기능을 수행한다. 이러한 밸브시스템은 일반적으로 릴리프 밸브, 언로딩 밸브, 서보 밸브 및 하나 이상의 솔레노이드 밸브로 구성될 수 있다.
한편, 원자력발전소를 구성하는 발전시스템은 여러 가지 원인에 의해 고장이 발생하는데, 이 중 발전계통의 고장 원인 중에 상술한 밸브시스템 계통의 고장이 약 40% 이상을 차지하고 있다. 따라서, 상기 원자력발전소에 사용되는 증기계통 밸브의 성능을 시험을 하기 위한 장치가 요구되며, 실제 원자력발전소 환경과 동일한 환경하에서 실험을 수행할 필요가 있다.
한편, 상술한 바와 같은 실험을 수행하기 위해서는 고온, 고압의 증기를 상기 밸브 성능을 실험하기 위한 장치에 대용량으로 공급하도록 할 필요가 있으며, 이때, 상기 고온, 고압의 증기를 보다 정밀하게 대용량으로 고속으로 공급하도록 할 필요가 있다. 따라서, 현재는 상술한 바와 같이, 대용량의 고온, 고압의 증기를 보다 정밀하게 공급하도록 하기 위해, 대용량제어밸브시스템을 사용하고 있다. 기존의 대용량제어밸브시스템과 관련된 도면이 도 1에 도시되어 있는 바, 도면을 참조하면, 기존의 대용량제어밸브시스템(1)은 유체공급라인(20)에 대용량정밀제어밸브(10)를 설치하여 상기 밸브성능을 시험하기 위한 장치에 대용량의 유체를 공급할 수 있도록 하고 있다. 한편, 상기 대용량정밀제어밸브(10)는 유체공급라인(20) 상에 설치되는 센서(30)와 제어부(40)를 통해 제어되도록 구성될 수 있다.
그러나, 상술한 기존의 대용량제어밸브시스템(1)은 대용량정밀제어밸브(10) 자체의 크기가 매우 커 상당한 공간을 차지한다는 문제가 있으며, 비용이 상당히 비싸다는 문제가 있다. 또한, 원자력발전소에 사용되는 증기계통 밸브의 성능을 시험하기 위한 장치에 공급되는 고온, 고압의 증기는 대용량을 정밀하게 제어하면서 고속으로, 즉 상당히 빠른 시간 내에 공급하도록 할 필요가 있다. 그러나, 현재 사용되는 대용량제어밸브시스템(1)은 상기 밸브 성능을 실험하기 위한 장치에 고온, 고압의 증기를 대용량으로 공급하는 것은 가능하나, 고속으로 정밀하게 제어하면서 공급하는 것은 어렵다는 문제가 있다.
보다 구체적으로, 상기 밸브 성능을 실험하기 위한 장치에는 고온, 고압의 증기를 정밀하게 제어하여 공급할 필요가 있다. 그러나, 현재의 대용량정밀제어밸브(10)는 제어입력이 클 경우 오차가 크게 발생하여 정밀한 제어가 어렵다는 문제가 있다. 또한, 상기 밸브 성능을 실험하기 위한 장치에는 고온, 고압의 증기를 고속으로 제어하여 공급할 필요가 있다. 그러나, 현재의 대용량정밀제어밸브(10)는 반응속도가 상당히 느려, 고속으로 상기 고온, 고압의 증기를 상기 밸브 성능을 실험하기 위한 장치에 원활하게 공급하기 어렵다는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명의 출원인은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 대용량의 유체를 정밀하면서도 고속으로 공급할 수 있는 제어밸브를 발명하게 되었다.
한국등록특허 제10-0821655호 한국등록특허 제10-0595018호
본 발명의 실시예들은 상술한 바와 같은 문제를 해소하기 위해, 고온, 고압의 대용량의 증기를 정밀하면서도 고속으로 공급할 수 있는 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 제어밸브를 제공하도록 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치에 대용량의 유체를 고속으로 공급하도록 하는 대형표준제어밸브와 소용량정밀제어밸브를 포함하여 형성되는 제어밸브에 있어서, 상기 대형표준제어밸브와 소용량정밀제어밸브를 포함하도록 형성되는 상부배관과 하부배관으로 구성되는 배관; 및 상기 배관에 유입되는 유체의 흐름을 대형표준제어밸브가 설치되는 제1 유로와 소용량정밀제어밸브가 설치되는 제2 유로로 분리하도록 상기 배관 내에 마련되는 유로분리격벽을 포함하는 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 제어밸브가 제공될 수 있다.
또한, 상기 대형표준제어밸브는 제어목표값을 설정하도록 하고, 소형정밀제어밸브가 유체의 부하변동을 신속하고 정밀하게 제어하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 유로분리격벽의 격벽전단부는 상기 배관 내로 유체가 유입되는 유입구의 하단부보다 높게 배관의 길이방향의 축선방향으로 돌출되도록 형성되되, 상기 격벽전단부의 끝단부는 상기 유입되는 유체의 흐름과 수평하게 형성되고, 상기 유로분리격벽의 격벽후단부는 상기 배관 외부로 유체가 나가는 유출구의 하단부보다 높게 배관의 길이방향의 축선방향으로 돌출되도록 형성되되, 상기 격벽후단부의 끝단부는 상기 유입되는 유체의 흐름과 수평하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 격벽전단부와 상기 격벽후단부의 각각의 끝단부는 상기 유입구와 유출구의 하단부와 상기 배관의 길이방향의 축선 사이에 형성될 수 있다.
또한, 상기 대용량정밀제어밸브는 상기 상부배관의 상부밸브형성부와 상기 유로분리격벽의 제2요홈부에 의해 형성되는 밸브설치공간부에 설치되고, 상기 소용량정밀제어밸브는 상기 하부배관의 하부밸브형성부와 상기 유로분리격벽의 제1요홈부에 의해 형성되는 밸브설치공간부에 설치될 수 있다.
또한, 상기 제어밸브의 대용량정밀제어밸브와 소용량정밀제어밸브는 유체공급라인 상에 설치되는 센서와 제어부를 통해 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치에 사용되는 제어밸브를 하나의 배관에 복수의 유로를 형성하도록 하고, 상기 각각의 유로에 대형표준제어밸브와 소용량정밀제어밸브를 설치하도록 하는 것에 의해, 보다 크기가 작게 설계된 제어밸브를 형성할 수 있어, 설치 공간을 줄일 수 있으며, 비용을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제어밸브는 고온, 고압의 대용량의 증기를 보다 정밀하게 고속으로 공급할 수 있다는 기술적 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 대형정밀제어밸브시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 제어밸브를 도시한다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 제어밸브의 단면도를 도시한다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 제어밸브를 설명한다.
증기계통 밸브성능 시험장치는 상술한 바와 같이, 원자력발전소에 사용되는 증기계통 밸브의 성능을 시험하기 위한 장치로, 이와 같은 시험을 수행하기 위해서는 대용량의 과열 증기 및 포화 증기를 이용하여 단시간(고속)에 증기밸브 시험장치 내로 정밀하게 공급하도록 하는 것이 무엇보다 중요하다. 따라서, 상술한 대용량의 과열 증기 및 포화 증기의 공급을 행할 수 있도록 종래에는 이미 서술한 바와 같은 대용량정밀제어밸브시스템을 사용하고 있다.
그러나, 이미 배경기술에서 설명한 바와 같이 일반적으로, 기존의 대용량정밀제어밸브시스템은 그 자체의 크기가 너무 커 상당한 설치 공간을 요한다는 문제 및 비용이 상당히 비싸다는 문제가 있다. 또한, 기존의 대용량정밀제어밸브시스템은 대용량의 유체를 공급하는 것은 가능하나, 고속으로 정밀하게 공급하는 것은 어렵다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 출원인은 도 2 및 도 3에 도시되어 있는 바와 같은 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 제어밸브(100)를 발명하게 되었는 바, 도면을 참고하여 이를 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 제어밸브(100)는 유체공급라인(300) 상에 설치되는 대형표준제어밸브(500)와 소용량정밀제어밸브(600)를 포함하도록 형성되는 배관(200); 및 상기 배관(200)에 유입되는 유체의 흐름을 대형표준제어밸브(500)가 설치되는 제1 유로(810)와 소용량정밀제어밸브(600)가 설치되는 제2 유로(820)로 분리하도록 상기 배관(200) 내에 마련되는 유로분리격벽(700)을 포함하여 형성되는 것을 그 특징으로 한다. 즉, 본 발명에 따른 제어밸브(100)는 단일의 배관(200) 내에 대형표준제어밸브(500)와 소용량정밀제어밸브(600)를 포함하도록 구성한 것을 기술적 특징으로 한다. 한편, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 배관(200) 내의 대형표준제어밸브(500)와 소용량정밀제어밸브(600)는 유체공급라인(300) 상에 설치되는 센서(400)와 제어부(410)에 의해 제어되도록 구성될 수 있는 바, 이는 일반적으로 사용되는 구성이라는 점에서, 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 제어밸브(100)는 단일의 배관(200) 내에 대형표준제어밸브(500)와 소용량정밀제어밸브(600)를 설치하도록 한 것을 특징으로 한다. 여기서 사용되는 대형표준제어밸브(500)는 대용량의 유체의 흐름을 제어하는 기능을 수행하되, 주로 제어목표값을 설정하는 기능을 갖는 바, 일반적으로 사용되는 리니어 모델(linear model)을 사용할 수 있다. 따라서, 기존에 사용되던 대용량정밀제어밸브에 비하여 밸브의 높이 및 중량을 줄일 수 있으며, 또한 비용이 싸다는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 사용되는 소용량정밀제어밸브(600)는 부하변동을 신속하고 정확하게 제어할 수 있는 밸브이다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 제어밸브(100)는 고온, 고압의 대용량의 유체를 제어하는 경우, 상기 대형표준제어밸브(500)는 제어목표값을 설정(setting)하는 기능을 수행하고, 정밀한 제어는 소용량정밀제어밸브(600)에서 수행하기 때문에, 기존의 대용량정밀제어밸브를 통해 대용량의 유체를 제어하는 경우보다, 보다 빠르고(고속으로), 보다 정밀하게 제어할 수 있다는 기술적 장점이 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 설치공간을 줄이면서도 비용을 감소시킬 수 있다는 효과도 가져올 수 있다.
한편, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 유체공급라인(300) 상에 설치되는 배관(200)은 하부배관(210)과 상부배관(220)으로 그 구성부를 나눌 수 있으며, 그 내부에 상기 배관(200)의 유입구(310)를 통해 유입되는 유체의 흐름을 상,하부 공간으로 분리할 수 있도록 하는 유로분리격벽(700)을 설치할 수 있다.
상기 유로분리격벽(700)은 상기 유입구(310)를 통해 유입되는 유체를 상부 공간에 형성되는 유로인 제1 유로(810)와 하부 공간에 형성되는 제2 유로(820)로 자연스럽게 흘러갈 수 있도록 상기 배관(200) 내부에 마련될 수 있다. 이를 위해, 상기 유로분리격벽(700)의 격벽전단부(710)는 상기 배관(200) 내로 유체가 유입되는 유입구(310)의 하단부보다는 높게 형성하며, 보다 상세하게는 배관(200)의 길이방향의 축선방향으로 돌출되도록 형성하되, 상기 격벽전단부(710)의 끝단부는 상기 유입되는 유체의 흐름과 수평하게 형성하도록 한다. 즉, 이와 같은 구성을 통해, 상기 유입구(310)를 통해 유입되는 유체가 자연스럽게 상기 유로분리격벽(700)을 통해 제1 유로(810)와 제2 유로(820)로 흐를 수 있도록 한다.
한편, 상기 유로분리격벽(700)의 격벽후단부(720)는 상기 배관(200)의 외부로 유체가 나가는 유출구(320)의 하단부보다 높게 형성하며, 보다 상세하게는 상기 배관(200)의 길이방향의 축선방향으로 돌출되도록 형성하되, 상기 격벽후단부(720)의 끝단부는 상기 유입되는 유체의 흐름과 수평하게 형성할 수 있도록 한다. 즉, 상술한 바와 같이 구성되는 유로분리격벽(700)을 배관(200) 내에 형성하도록 하는 것에 의해, 상기 배관(200) 내로 유입되는 유체가 상기 제1 유로(810)와 제2 유로(820)를 통과하여, 외부로 원활하게 유출될 수 있도록 구성할 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 유로분리격벽(700)은 제1 유로(810) 상에 대형표준제어밸브(500)가 설치되고, 상기 제2 유로(820) 상에 소용량정밀제어밸브(600)가 설치된다는 점에서, 상기 제1 유로(810)를 통해 흐르는 유체의 흐름을 대용량으로 할 필요가 있다. 따라서, 상기 유로분리격벽(700)의 각각의 끝단부(710, 720)는 상기 배관(200)의 길이방향의 축선보다는 낮은 위치에 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제어밸브(100)는 그 내부에 대형표준제어밸브(500)와 소용량정밀제어밸브(600)를 보다 효과적으로 설치할 수 있도록 한다. 따라서, 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어밸브(100)는 상기 배관(200)을 이루는 상부배관(220)과 하부배관(210) 및 유로분리격벽(700)의 형상을 한정하도록 하는 것에 의해, 보다 단순하면서도 효율적으로 상기 제어밸브(100)를 형성하는 것을 가능하게 한다. 보다 구체적으로, 상기 대형표준제어밸브(500)는 상기 상부배관(220)의 상부밸브형성부(222)와 상기 유로분리격벽(700)의 제2요홈부(740)에 의해 형성되는 밸브설치공간부에 설치할 수 있으며, 상기 소용량정밀제어밸브(600)는 상기 하부배관(210)의 하부밸브형성부(211)와 상기 유로분리격벽(700)의 제1요홈부(730)에 의해 형성되는 밸브설치공간부에 설치하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명에 따른 제어밸브(100)는 상기 배관(200)과 유로분리격벽(700)의 형상을 특정하도록 하는 것에 의해, 보다 단순하면서도 크기를 작게하는 제어밸브(100)를 형성하는 것이 가능하다. 한편, 상기 대형표준제어밸브(500)와 소용량정밀제어밸브(600)는 특정한 밸브로 한정하지 않으며, 업계에서 일반적으로 사용하고 있는 밸브를 사용하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 제어밸브(100)는 상술한 바와 같이 보다 크기를 작게 하면서도 단순한 구성으로 형성할 수 있으며, 또한 대용량의 유체의 흐름을 정밀하게 고속으로 제어하도록 하는 것이 가능하다는 점에서, 기술적 장점이 있다. 또한, 본원발명의 일 실시예에 따른 제어밸브(100)를 사용하도록 하는 것에 의해, 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치에 증기를 공급하는 시스템 자체의 설치 공간 및 크기를 줄일 수 있다는 기술적 효과를 가져온다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100 : 제어밸브 200 : 배관
300 : 유체공급라인 400 : 센서
500 : 대형표준제어밸브 600 : 소용량정밀제어밸브
700 : 유로분리격벽 800 : 유로

Claims (7)

  1. 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치에 대용량의 유체를 고속으로 공급하도록 하는 대형표준제어밸브(500)와 소용량정밀제어밸브(600)를 포함하여 형성되는 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 제어밸브(100)에 있어서,
    상기 대형표준제어밸브(500)와 소용량정밀제어밸브(600)를 포함하도록 형성되는 상부배관(220)과 하부배관(210)으로 구성되는 배관(200); 및
    상기 배관(200)에 유입되는 유체의 흐름을 대형표준제어밸브(500)가 설치되는 제1 유로(810)와 소용량정밀제어밸브(600)가 설치되는 제2 유로(820)로 분리하도록 상기 배관(200) 내에 마련되는 유로분리격벽(700);을 포함하며,
    상기 대형표준제어밸브(500)는 제어목표값을 설정하도록 하고, 소형정밀제어밸브(600)가 유체의 부하변동을 신속하고 정밀하게 제어하도록 하며,
    상기 유로분리격벽(700)의 격벽전단부(710)는 상기 배관(200) 내로 유체가 유입되는 유입구(310)의 하단부보다 높게 배관(200)의 길이방향의 축선방향으로 돌출되도록 형성되되, 상기 격벽전단부(710)의 끝단부는 상기 유입되는 유체의 흐름과 수평하게 형성되는 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 제어밸브.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유로분리격벽(700)의 격벽후단부(720)는 상기 배관(200) 외부로 유체가 나가는 유출구(320)의 하단부보다 높게 배관(200)의 길이방향의 축선방향으로 돌출되도록 형성되되, 상기 격벽후단부(720)의 끝단부는 상기 유입되는 유체의 흐름과 수평하게 형성되는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 제어밸브.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 대형표준제어밸브(500)는 상기 상부배관(220)의 상부밸브형성부(222)와 상기 유로분리격벽(700)의 제2요홈부(740)에 의해 형성되는 밸브설치공간부에 설치되는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 제어밸브.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 소용량정밀제어밸브(600)는 상기 하부배관(210)의 하부밸브형성부(211)와 상기 유로분리격벽(700)의 제1요홈부(730)에 의해 형성되는 밸브설치공간부에 설치되는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 제어밸브.
  7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    청구항 1에 있어서,
    상기 제어밸브(100)의 대형표준제어밸브(500)와 소용량정밀제어밸브(600)는 유체공급라인(300) 상에 설치되는 센서(400)와 제어부(410)를 통해 제어되는 것을 특징으로 하는 원자력발전소 증기계통 밸브성능 시험장치용 제어밸브.
KR1020120148383A 2012-12-18 2012-12-18 원자력발전소의 증기계통 밸브성능 시험장치용 제어밸브 KR101264660B1 (ko)

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