KR101312941B1 - 전열관 인출을 위한 방전가공 전열관 내경 절단 장치 - Google Patents

전열관 인출을 위한 방전가공 전열관 내경 절단 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전열관 내경 절단 장치를 개시한다. 본 발명은, 전열관에 삽입되도록 형성되고, 상기 전열관 내부에서 이동하거나 회전 가능한 바디부와, 상기 바디부에 설치되어 방전가공을 수행하는 전극부와, 상기 전극부로부터 이격되어 상기 바디부에 설치되어 상기 전열관 내부로 방전액을 공급하는 방전액공급부와, 상기 바디부에 설치되어 상기 전극부로 전류를 공급하는 슬립링(Slip ring)을 포함한다.

Description

전열관 인출을 위한 방전가공 전열관 내경 절단 장치{Electric discharge machining tube ID cutting device for tube pulling}
본 발명은 전열관 내경 절단 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발전소 열교환기 및 증기발생기 전열관 인출을 위한 방전가공 전열관 내경 절단 장치에 관한 것이다.
열교환기는 양 유체 간에 전도와 대류의 열전달을 통하여 유효하게 열에너지를 이동시키는 기기로써, 발전소, 석유화학공업, 일반화학공업 및 식품설비 등에서 많이 사용되는 설비이다. 열교환기의 사용 목적상 고온 물질의 열을 재이용하기 위하여 회수하는 목적과 반응을 제어하기 위한 온도 조건을 유지하는 역할을 한다.
발전소의 복수기, Heater 등의 열교환기는 필요 없는 잔열의 제거 및 재가열 기능을 수행하는 발전계통을 유지하는 필수 설비이며, 특히 증기발생기는 원자로에서 생성된 열에너지를 열 교환을 통하여 터빈/발전기를 구동하는 증기를 생산하는 기능과 외부로의 방사능 누출을 막아주는 압력경계 역할을 수행하는 원자력 발전소 주요 설비이다.
발전소내의 열교환기 및 증기발생기는 그 목적에 따른 전열관의 치수, 규모, 설치 대수 등에서 아주 다양하며 0.7mm~2.0mm의 두께를 가지는 티타늄, 구리합금, 스테인리스 스틸, 인코넬 등의 재질로 전열관을 제작한다. 직관 및 곡관구조의 번들 구조를 가지며 대당 전열관 수량은 1,000개 ~ 13,000개로 목적에 따라 다양하게 제작된다.
사양과 목적이 다양한 만큼 가동중의 화학적, 물리적 변화에 따른 운전환경으로 인하여 전열관 내,외면에 응력부식균열, 시닝, 입계부식균열, 일차측 응력부식균열, 임핀지먼트, 피로, 마모 등 다양한 결함들이 발생하여 건전성을 위협하게 되며, 전열관에 발생된 열화기구 탐지를 위해 주기적인 와전류 비파괴검사를 수행한다. 하지만 비파괴검사의 표준비교 해석만으로는 결함 분석에 한계가 발생하고 있다.
가장 정확하고 신뢰성 있는 파괴시험법을 하기 위해서는 전열관 자연결함 부위를 인출하여 현미경 조직검사, 부식시험, 인장시험, 사이징 등을 수행하는 연구가 필요하다. 인출된 전열관의 다양한 방법에 의한 검사 및 파괴시험 결과는 다시 와전류 비파괴검사로 피드백되어 보다 정확한 결함 검출 및 사이징 기술이 접목됨으로서 상태진단 기술신뢰도 향상이 이루어진다.
전열관에 발생하는 결함 종류의 다양성만큼 발생하는 위치도 다양하며, 증기발생기 및 열교환기 공통적으로 가장 많이 발생되는 부위는 Inlet 튜브시트 상단으로 열영향이 가장 많이 발생되는 부위다. 그 외 구조물 및 Free Span 지역에서도 결함이 존재하는데, 파괴시험을 위한 결함 시편인출의 핵심 요소는 열화부위가 온전해야하고 인출시 인접 튜브에 물리적, 화학적 영향을 미치지 않아야 한다. 번들 사이의 전열관을 인출해야 하는 경우 결함이 존재하는 위치 마킹이 정확해야 하며, 한 번에 전열관을 절단하여 전체를 인출하기 보다는 주변 환경에 맞게 적절한 길이로 여러 번 절단하며 열화부위가 손상되지 않게 하는 시편인출이 최대의 핵심사항이다.
산업계에서 사용되는 대표적인 전열관의 절단 방법으로는 기계식 외경 및 내경 커터를 사용하고 있다. 고강도 금속 칼날을 이용 절단하는 방법으로 열교환기에서는 다수의 전열관으로 구성된 번들내부의 절단은 내경 커터를 사용한다. 전열관 내경 삽입후 커터를 모터를 이용 회전시켜 모터의 회전력으로 커터를 내면으로부터 마찰시켜 절단하는 방식으로 다양한 구경에 적합한 툴의 개발 및 제작이 간단하고 경제적이다.
기존의 모터회전식 내경용 커터를 사용함으로써 발생되는 전열관 내에서 툴의 편심회전, 커터의 마모에 의한 부분절단이 발생하며 회전부로부터의 커터의 거리가 길어지는 경우 회전토크의 감소로 인한 부분절단, 절단 칩의 1,2차측 비산 및 커터에 끼임으로 인한 회전토크 감소 등의 문제가 발생되었다. 일단 절단이 시작된 후에는 축방향으로 고정되어 처음 시도된 위치에서의 전열관 절단이 성공되어야 하나, 위에 제시한 원인에 의해 부분절단 등의 전열관 절단 장비의 문제점이 발생하고 있다.
본 발명의 실시예들은 방전가공을 활용하여 전열관을 용이하고 신속하게 절단 가능한 전열관 내경 절단 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 전열관에 삽입되도록 형성되고, 상기 전열관 내부에서 이동하거나 회전 가능한 바디부와, 상기 바디부에 설치되어 방전가공을 수행하는 전극부와, 상기 전극부로부터 이격되어 상기 바디부에 설치되어 상기 전열관 내부로 방전액을 공급하는 방전액공급부와, 상기 바디부에 설치되어 상기 전극부로 전류를 공급하는 슬립링(Slip ring)을 포함하는 전열관 내경 절단 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 바디부의 일단에 형성되어 상기 전열관의 내면과 접촉하는 가이드헤드를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 바디부가 회전하도록 상기 바디부의 외면에 설치되어 상기 바디부를 이동시키거나 회전시키는 회전력공급부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 회전력공급부는, 원자로의 열교환기 또는 원자로의 증기발생기 내부의 수실로봇에 설치되는 케이스와, 상기 케이스 내부에 배치되고, 상기 바디부 외면과 접촉하여 상기 바디부를 이동시키거나 회전시키는 롤러부와, 상기 케이스 내부에 배치되어 상기 롤러부를 구동시키는 구동부를 구비할 수 있다.
또한, 원자로의 열교환기 또는 원자로의 증기발생기 외부에 설치되어 상기 회전력공급부를 제어하거나 상기 슬립링에 전류를 공급 또는 상기 방전액공급부로 상기 방전액을 공급하는 외부장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 전열관 내부에 전열관 내경 연결 장치를 삽입하여 전열관을 절단함으로써 정밀하고 용이하게 전열관을 절단하여 내부로 인출할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예들은 원자로와 같이 위험한 작업환경에서도 외부에서 제어가 가능하므로 작업자의 안전을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전열관 내경 절단 장치를 보여주는 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전열관 내경 절단 장치의 작동을 보여주는 작동상태도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전열관 내경 절단 장치(100)를 보여주는 개념도이다.
도 1을 참고하면, 전열관 내경 절단 장치(100)는 전열관(T)에 삽입되도록 형성되고, 전열관(T) 내부에서 회전 가능한 바디부(110)를 포함한다. 이때, 바디부(110)는 원기둥 형태로 형성되어 전열관(T)의 내부에 삽입될 수 있다. 또한, 바디부(110)는 일단 부분의 단면적이 다른 부분의 단면적과 상이하게 형성될 수 있다. 구체적으로 바디부(110) 일단 부분의 단면적은 다른 부분의 단면적보다 작게 형성될 수 있다. 따라서 바디부(110)의 일단 부분과 다른 부분은 서로 다단지게 형성될 수 있다.
바디부(110)는 쉽게 굴곡지게 형성될 수 있다. 구체적으로 바디부(110)는 유연한 금속재질로 형성되어 쉽게 변형될 수 있다. 또한, 바디부(110)는 여러 개의 관절 형태로 형성되어 쉽게 변형될 수 있다.
한편, 전열관 내경 절단 장치(100)는 바디부(110)의 일단에 형성되는 가이드헤드(140)를 포함할 수 있다. 가이드헤드(140)는 전열관(T)의 내면과 접촉하여 바디부(110)가 전열관을 이동할 때, 바디부(110)가 전열관(T) 내부에서 편심되는 것을 방지하고 바디부(110)가 전열관(T) 내면과 일정 간격을 유지시킨다.
또한, 전열관 내경 절단 장치(100)는 바디부(110)에 설치되어 방전가공을 수행하는 전극부(120)를 포함한다. 전극부(120)는 내구성 향상을 위하여 텅스텐 전극이 사용될 수 있고, 음극이 인가될 수 있다.
전열관 내경 절단 장치(100)는 바디부(110)에 설치되어 전열관(T) 내부로 방전액을 공급하는 방전액공급부(130)를 포함한다. 방전액공급부(130)는 충분한 방전 효과를 얻기 위해서 방전액의 손실보다 공급량이 많도록 방전액을 전열관(T) 내부로 공급할 수 있다.
한편, 상기와 같은 전극부(120)와 방전액공급부(130)는 바디부(110)에 설치될 수 있다. 이때, 전극부(120)와 방전액공급부(130)는 바디부(110)의 일단에 설치될 수 있다. 구체적으로 전극부(120)와 방전액공급부(130)는 바디부(110)의 다단진 부분에 형성되며, 가이드헤드(140)의 주변에 설치될 수 있다.
전열관 내경 절단 장치(100)는 바디부(110)에 설치되너 전극부(120)로 전류를 공급하는 슬립링(150,Slip ring)을 포함한다. 슬립링(150)은 바디부(110)가 회전할 때 바디부(110)와 함께 회전하면서 전류 및 방전액을 공급할 수 있다.
한편, 절연관 내경 절단 장치(100)는 바디부(110)가 회전하도록 바디부(110)의 외면에 설치되어 바디부(110)를 회전시키는 회전력공급부(160)를 포함할 수 있다. 이때, 회전력공급부(160)는 바디부(110)를 이동시키거나 360˚ 회전시킬 수 있다.
회전력공급부(160)는 바디부(110)의 외면을 감싸도록 바디부(110)에 설치되는 케이스(161)를 포함할 수 있다. 또한, 회전력공급부(160)는 케이스(161)의 내부에 배치되어 바디부(110)를 이동시커가나 360˚ 회전시키는 롤러부(162)를 포함할 수 있다. 회전력공급부(160)는 케이스(161) 및 롤러부(162) 이외에도 케이스(161) 내부에 배치되어 롤러부(162)를 구동시키는 구동부(미도시)를 포함할 수 있다.
이때, 롤러부(162)는 회동 가능하도록 설계되어 바디부(110)를 이동시키거나 회전시킬 수 있다. 또한, 상기 구동부는 일반적인 모터(미도시) 등이 사용될 수 있다.
한편, 이하에서는 전열관 내경 절단 장치(100)의 작동에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 전열관 내경 절단 장치(100)의 작동을 보여주는 작동상태도이다.
도 2를 참고하면, 사용자는 원자로의 열교환기 또는 원자로의 증기발생기의 전열관(T)을 절단하기 위하여 전열관(T)의 일부를 절단하거나 개구된 전열관(T)의 입구측으로 전열관 내경 절단 장치(100)를 삽입할 수 있다. 이때, 전열관(T)이 원자로 열교환기 또는 원자로의 증기발생기에 설치된 경우 작업이 유사하게 수행될 수 있으므로 이하에서는 설명의 편의를 위하여 원자로의 증기발생기에서 작업하는 경우를 중심으로 설명하기로 한다.
이때, 상기에서 설명한 바와 같이 수실로봇(R)에 설치된 전열관 내경 절단 장치(100)는 외부에서 원격으로 제어하여 전열관(T)의 개구된 부분으로 삽입될 수 있다.
구체적으로 작업자는 외부장치(170)를 통하여 수실로봇(R)을 제어할 수 있다. 수실로봇(R)을 통하여 작업자가 원하는 위치에 바디부(110)를 위치시킬 수 있다. 이때, 바디부(110)는 상기에서 설명한 바와 같이 전열관(T)의 내경보다 작게 형성될 수 있다.
바디부(110)가 절단될 전열관(T)에 배치되면, 외부장치(170)는 상기 구동부를 작동시켜 롤러부(162)를 회전시킬 수 있다. 이때, 롤러부(162)는 복수개로 형성되어 바디부(110)를 이동시킬 수 있다. 롤러부(162)는 회전하면서 바디부(110)의 외면과 접촉하고 마찰력을 통하여 바디부(110)를 전열관(T)의 내부로 삽입할 수 있다.
한편, 바디부(110)가 전열관(T)의 내부로 삽입되는 경우, 외부장치(170)는 작업자가 원하는 위치에 전극부(120)와 방전액공급부(130)를 위치시킬 수 있다. 상기의 과정이 완료되면, 외부장치(170)는 전극부(120)에 전원을 인가하고 방전액공급부(130)를 통하여 방전액을 전열관(T)의 내부로 유출시킬 수 있다.
방전액은 전열관(T)의 내부로 유출되어 전극부(120)와 전열관(T)의 내면과 막을 형성할 수 있다. 이때, 전극부(120)는 전류가 인가되어 전열관(T)을 방전가공하여 절단할 수 있다.
한편, 상기와 같은 작업이 수행되는 동안, 롤러부(162)는 외부장치(170)의 제어에 따라 회전할 수 있다. 롤러부(162)는 초기위치와 수직한 방향으로 회전하여 상기 구동부에 의하여 회전할 수 있다. 롤러부(162)의 회전에 따라 바디부(110)는 움직이지 않고 내경의 중심축을 기준으로 360˚ 회전할 수 있다.
또한, 전극부(120)와 방전액공급부(130)는 바디부(110)가 회전하는 동안, 계속해서 상기와 같은 작업을 수행할 수 있다. 이때, 바디부(110)의 회전에 따라 전극부(120)는 전열관(T)의 내면의 원주를 절단할 수 있다.
한편, 상기와 같이 바디부(110)를 회전시키는 방법은 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 복수개의 롤러부(162)가 한쌍씩 배치되어 서로 직교하도록 배치될 수 있다. 이때, 한쌍의 롤러부(162)는 바디부(110)를 이동시키고, 다른 한쌍의 롤러부(162)는 바디부(110)를 회전시킬 수 있다. 상기와 같은 작업이 완료되면, 가이드헤드(140)는 절단된 전열관(T)의 내측에 접촉하여 전열관(T)을 이동시킬 수 있다.
따라서 전열관 내경 절단 장치(100)는 전열관(T) 내부에 바디부(110)가 삽입되어 방전가공을 통하여 용이하고 신속하게 절단할 수 있다. 특히, 전열관 내경 절단 장치(100)는 원자로와 같이 위험한 작업환경에서도 외부에서 제어가 가능하므로 작업자의 안전을 도모할 수 있다.
이상, 본 발명의 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 : 전열관 내경 절단 장치
110 : 바디부
120 : 전극부
130 : 방전액공급부
140 : 가이드헤드
150 : 슬립링
160 : 회전력공급부
170 : 외부장치

Claims (5)

  1. 원자로의 열교환기 또는 증기발생기 내부의 전열관에 삽입되도록 형성되고, 상기 전열관 내부에서 이동하거나 회전 가능한 바디부와,
    상기 바디부에 설치되어 방전가공을 수행하는 전극부와,
    상기 전극부로부터 이격되어 상기 바디부에 설치되어 상기 전열관 내부로 방전액을 공급하는 방전액공급부와,
    상기 바디부에 설치되어 상기 바디부와 함께 회전하면서 상기 전극부로 전류를 공급하고 상기 방전액공급부로 방전액을 공급하는 슬립링(Slip ring)을 포함하는 전열관 내경 절단 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 바디부의 일단에 형성되어 상기 전열관의 내면과 접촉하는 가이드헤드를 더 포함하는 전열관 내경 절단 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 바디부가 회전하도록 상기 바디부의 외면에 설치되어 상기 바디부를 이동시키거나 회전시키는 회전력공급부를 더 포함하는 전열관 내경 절단 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 회전력공급부는,
    원자로의 열교환기 또는 원자로의 증기발생기 내부의 수실로봇에 설치되는 케이스와,
    상기 케이스 내부에 배치되고, 상기 바디부 외면과 접촉하여 상기 바디부를 이동시키거나 회전시키는 롤러부와,
    상기 케이스 내부에 배치되어 상기 롤러부를 구동시키는 구동부를 구비하는 전열관 내경 절단 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    원자로의 열교환기 또는 원자로의 증기발생기 외부에 설치되어 상기 회전력공급부를 제어하거나 상기 슬립링에 전류를 공급 또는 상기 방전액공급부로 상기 방전액을 공급하는 외부장치를 더 포함하는 전열관 내경 절단 장치.

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KR102158763B1 (ko) 2020-01-17 2020-09-22 김형석 배관 내경 컷팅장치와 그 방법

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