KR101512419B1 - 원자로 노즐 내면 가공 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원자로 노즐 내면 가공 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원전의 대구경 배관 내벽에 존재하는 결함을 안전하고 효율적으로 제거할 수 있는 원자로 노즐 내면 가공 장치에 관한 것이며, 이를 위하여 본 발명은 배관의 내벽에 고정될 수 있도록 한 고정수단; 고정수단의 일측에서 서로 이격되어 구비되는 한 쌍의 이물질 방지막; 한 쌍의 이물질 방지막 사이에 좌/우 이동가능하게 구비되는 이동부; 및 이동부의 상부에 구비되어 배관의 내벽을 가공하는 구동부;를 포함하는 원자로 노즐 내면 가공 장치를 제공한다.

Description

원자로 노즐 내면 가공 장치{MACHINING APPARATUS FOR REACTOR VESSEL NOZZLES}
본 발명은 원자로 노즐 내면 가공 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원전의 대구경 배관 내부에 존재하는 결함을 안전하고 효율적으로 제거할 수 있는 원자로 노즐 내면 가공 장치에 관한 것이다.
원자력 발전소 주기기 내의 각종 장비들을 서로 결합시키는 용접부는 원자력 발전소의 운전 년수가 증가함에 따라 응력부식균열(Primary Water Stress Corrosion Cracking, PWSCC)에 의해 결함이 발생하게 되며, 결함이 발생하면 정비를 해주어야 한다.
원자력 발전소 1차 계통은 대부분이 고 방사선 구역이기 때문에 자동정비장치를 이용하여 정비를 수행하며, 각 형상 및 주변 공간 제약으로 인해 특화된 장비를 개발하여 정비 및 용접 보수를 수행하게 된다.
원자력 발전소의 대표적인 주기기(Main apparatus)로는 원자로 용기, 원자로 헤드 및 증기 발생기 등이 있다. 특히 이들 주기기에는 저 합금(Low Alloy)와 스테인리스 강을 용접하기 위해 Alloy 600 재질을 사용하여 용접이 이루어진다.
원자력 가동중 원자로의 노즐 배관 내면에 결함이 발생하게 되면, ASME Code Sec XI에 준하여 허용가능 여부를 판단하고, 허용가능한 크기보다 결함이 클 경우 허용 가능한 크기로 줄이거나 수리를 해야한다.
덧붙여, 수리를 할 경우 노즐 배관 내부 표면이 비파괴 검사가 가능하도록 250rms 이상의 표면 조도를 가져야 한다.
배관 내부 표면의 결함을 제거하고 마무리 가공을 위해서는 사람이 직접 이물질 유입 장지 장치를 설치하고 그라인더 작업을 하거나 배관 내부에 고정 지그를 제작하고 가공 장비를 회전시켜 수동으로 가공을 하며, 가공으로 발생하는 이물질을 사람이 직접 제거하였다.
따라서, 작업자가 원자로 내부로 접근하여 가공 장치를 설치하고 수동으로 작업 해야하므로 작업 시간이 길고 방사능에 작업자가 노출되는 문제점이 있었다.
또한, 원자로 입출구 노즐부와 같이 항상 물로 충수되어 있는 경우에는 결함 제거를 위해 일차 냉각수를 노즐 하부까지 배수한 후, 작업자가 접근하기 위한 원통구조물을 설치해야 한다는 문제점이 있었다.
공개특허공보 제10-2008-0106965호(2008.12.09.) 등록특허공보 제10-0809535호(2008.03.04.) 일본 공개특허공보 특개평09-178044호(1997.07.11.)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 원자로 배관 내부 결함을 작업자가 직접 가공하지 않고, 작업자의 안전을 보장할 수 있는 동시에 원격으로 가공을 수행할 수 있는 원자로 노즐 내면 가공 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 배관의 내벽에 고정될 수 있도록 한 고정수단; 고정수단의 일측에서 서로 이격되어 구비되는 한 쌍의 이물질 방지막; 한 쌍의 이물질 방지막 사이에 좌/우 이동가능하게 구비되는 이동부; 및 이동부의 상부에 구비되어 배관의 내벽을 가공하는 구동부;를 포함하는 원자로 노즐 내면 가공 장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 구동부는: 디스크 형상으로 회전가능하게 구비되어, 배관의 내벽을 가공하기 위한 적어도 3개 이상의 가공툴이 등간격으로 구비되는 가공헤드; 가공헤드의 일측에 구비되되, 가공헤드를 회전시켜 상기 배관의 내벽 가공위치에 대응하여 가공툴의 위치를 변경시키는 툴교환기; 및 가공헤드의 가공시 발생하는 이물질을 수거하기 위한 이물질수거함;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 가공툴은: 배관의 내벽을 절삭하는 밀링툴; 절삭된 배관의 내벽을 연마하는 버핑툴; 및 배관의 내벽을 정밀하게 절삭하는 그라인더툴;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 이동부는: 상부에 구동부가 장착되는 플레이트; 및 플레이트를 지지하도록 한 쌍의 이물질 방지막을 연결하여 설치되는 복수개의 지지대;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 일단이 고정수단에 설치되고, 타단이 한 쌍의 이물질 방지막 중 하나의 이물질 방지막을 관통하여 플레이트에 설치되어 플레이트를 좌/우로 이동시키는 실린더가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 이물질 방지막에는 이동부를 360°로 회전시키는 회전부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 플레이트의 일측에 구비되어 배관의 내벽 표면 조도를 측정하는 조도측정부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 고정수단은: 실린더 외주면에서 방사상으로 설치되되, 배관의 내벽에 고정될 수 있도록 신장 및 축소 가능한 복수개의 척이 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 원자로 노즐 내면 가공 장치에 따르면, 가공에 필요한 가공툴을 하나의 가공헤드에 구비시키고, 툴교환기를 사용하여 가공헤드의 가공툴을 결함이 있는 노즐 배관 내벽에서 회전하여 위치시킨 다음 가공시킴으로써, 원자로 배관 내벽 결함을 작업자가 직접 가공하지 않고, 작업자의 안전을 보장할 수 있는 동시에 원격으로 가공을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 노즐 내면 가공 장치를 도시한 사시도;
도 2는 도 1의 구동부를 확대한 확대 사시도; 및
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 노즐 내면 가공 장치의 원자로 내에서 작동 상태를 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면들 및 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성 요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 원자로 노즐 내면 가공 장치를 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1의 구동부를 확대한 확대 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 노즐 내면 가공 장치(200)는 노즐 배관 내벽 고정될 수 있도록 한 고정수단(210), 고정수단(210)의 일측에서 서로 이격되어 구비되는 한 쌍의 이물질 방지막(220), 한 쌍의 이물질 방지막(220) 사이에 좌/우 이동가능하게 구비되는 이동부(230), 및 이동부(230)의 상부에 구비되어 노즐 배관의 내벽을 가공하는 구동부(240)를 포함한다.
고정수단(210)은 노즐 배관 내부로 삽입된 노즐 내면 가공 장치(200)를 노즐 배관 내벽에 고정시키기 위한 것으로서, 복수개의 척(212)이 구비된다.
복수개의 척(212)은 고정수단(210)에 설치되는 실린더(250)의 외주면에서 방사상으로 설치되며, 실린더(250)의 전/후방에 서로 대응하는 위치에 구비된다.
여기서, 실린더(250)는 후술되는 이동부(230)의 플레이트(232)를 좌/우로 이동시키는 것으로, 그 일단이 고정수단(210)에 설치되고, 타단이 한 쌍의 이물질 방지막(220) 중 하나의 이물질 방지막(220)의 홀(224)을 관통하여 플레이트(232)의 일측에 설치된다.
또한, 복수개의 척(212)은 수축된 상태로 노즐 배관 내부로 삽입되고, 가공 위치에 노즐 내면 가공 장치(200)가 위치되면 신장되어 노즐 배관 내벽에 고정된다.
한 쌍의 이물질 방지막(220)은 고정수단(210)의 일측에 서로 이격되어 구비되며, 디스크 형상으로 수축된 상태에서 노즐 배관 내부로 삽입된다.
가공되는 노즐 배관 내부에 노즐 내면 가공 장치(200)가 고정되면, 이물질 방지막(220)은 노즐 배관 내벽으로 밀착되도록 팽창되어 정비공간과 정비 외 공간으로 분리시키는 동시에, 가공시 발생하는 이물질이 정비 구역 외부로 유출되는 것을 방지한다.
또한, 한 쌍의 이물질 방지막(220)의 서로 마주하는 면에는 한 쌍의 회전부(222)가 구비되며, 회전부(222)는 이동부를 360°로 회전시킨다.
또한, 한 쌍의 이물질 방지막(220) 중 고정수단(210) 측에 설치되는 이물질 방지막(220) 중심에는 실린더(250)가 관통설치되는 홀(224)이 형성된다.
또한, 회전부(222)의 상/하에는 노즐 배관 내부를 감시할 수 있는 영상부(226)가 설치되며, 영상부(226)는 후술되는 제어부(262)에 의해 제어되어 노즐 배관 내부의 촬영 영상을 작업자의 컴퓨터로 전달한다.
이동부(230)는 상부에 구동부(240)가 장착되는 플레이트(232), 및 플레이트(232)를 지지하도록 한 쌍의 이물질 방지막(220)을 연결하여 설치되는 복수개의 지지대(234)로 구성된다.
플레이트(232)는 일측에 설치되는 실린더(250)에 의해 지지대(234)를 따라 좌/우로 이동이 가능하다.
복수개의 지지대(234)의 양단은 한 쌍의 회전부(222)에 각각 설치되며, 회전부(222)의 회전에 의해 360°로 회전이 가능하다.
더욱 상세하게는, 회전부(222)의 회전에 의해 복수개의 지지대(234)가 회전가능하므로, 지지대(234)에 지지되도록 설치되는 플레이트(232) 및 구동부(240)가 회전가능하다.
따라서, 구동부(230)는 노즐 배관 내벽을 따라 이동하면서 원하는 위치에서 가공을 실행할 수 있다.
구동부(230)는 도 2에 도시된 바와 같이, 디스크 형상으로 회전가능하게 구비되어, 배관의 내벽을 가공하기 위한 적어도 3개 이상의 가공툴(242a)이 등간격으로 구비되는 가공헤드(242), 가공헤드(242)의 일측에 구비되되, 가공헤드(242)를 회전시켜 배관의 내벽 가공위치에 대응하여 가공툴(242a)의 위치를 변경시키는 툴교환기(244), 및 가공헤드(242)의 가공시 발생하는 이물질을 수거하기 위한 이물질수거함(246)을 포함한다.
가공헤드(242)의 외주면에는 등간격으로 복수개의 가공톨(242a)가 구비되며, 복수개의 가공툴(242a)은 노즐 배관 내벽을 절삭하는 밀링툴(242b), 절삭된 노즐 배관 내벽을 연마하는 버핑툴(242c), 및 노즐 배관 내벽을 정밀하게 절삭하는 그라인더툴(242d)로 구성된다.
또한, 구동부(230)의 일측 즉, 가공헤드(42)에 근접한 위치에 노즐 배관 내벽의 표면 조도를 측정하는 조도측정부(248)가 구비되며, 조도측정부(248)로는 레이저 센서가 사용될 수 있다.
툴교환기(244)는 모터와 제1기어가 내장되는 툴박스(244a), 제1기어와 맞물려 회전하는 제2기어(244b)가 구비되는 회전통(244c), 및 툴박스(244a)의 일측면에 구비되어 가공헤드(242)을 회전시키거나 또는 회전을 제한하는 핀(244d)이 구비된다.
이물질수거함(246)은 가공시 발생하는 부산물을 진공흡입하는 것으로, 가공툴(242a)에 대응하여 가공헤드(242)와 수직하게 설치된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 노즐 내면 가공 장치(200)의 양단측에는 한 쌍의 캡(260)이 구비되며, 한 쌍의 캡(260) 중 고정수단(210)에 설치되는 캡(260) 내부에는 고정수단(210), 이동부(220) 및 구동부(230)를 구동시키기 위하여 외부에서 송신된 신호를 전달하는 제어부(262)가 설치된다.
또한, 하나의 이물질 방지막(220) 측에 설치되는 캡(260) 내벽에는 회전부(222)를 회전시키기 위한 회전 구동부(264)가 설치된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 노즐 내면 가공 장치의 원자로 내에서 작동 상태를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 원자로 노즐 내부(10)로 노즐 내면 가공 장치(200)가 삽입되며, 노즐 배관 내벽(12)에 발생한 결함 부분에 노즐 내면 가공 장치(200)가 위치된다.
이후, 고정수단(210)에 구비되는 복수개의 척(212)은 신장되어 노즐 배관 내벽(12)에 부착되어 견고하게 지지하며, 이물질 방지막(220)을 팽창시켜 노즐 배관 내벽(12)에 밀착시킴으로써 정비 공간을 정비 외 공간으로부터 격리시킨다.
이물질 방지막(220)을 팽창시켜 정비 구역을 격리시킴으로써, 정비 공간 내벽의 물 흡입 및 배수시키는 동시에 외부에서 압축 공기를 정비 공간 내벽로 공급하여 정비 공간을 완전한 건조 상태로 유지시킨다.
다음, 작업자는 조도측정부(236)를 사용하여 작업 전 배관 내벽 형상에 대한 정보를 획득하며, 획득된 정보를 바탕으로 컴퓨터에 가공을 원하는 형상에 대한 정보를 입력한다.
다음, 제어부(262)에서는 정보에 대한 신호를 입력받아 가공헤드(242)을 사용하여 배관 내벽 결함 부분을 가공한다.
이때, 작업자는 툴교환기(244)를 사용하여 밀링툴, 버핑툴, 그라인더툴 중 가공시 필요한 툴로 적절하게 교환할 수 있다.
배관 내벽 결함 부분의 가공이 완료되면, 조도측정부(236)는 가공된 배관 내벽의 형상에 대한 정보를 작업자에게 송신하고, 작업자는 조도측정부(236)에서 수신한 정보를 사용하여 비파괴 검사에서 요구하는 표면 조건을 만족하는지 정량적인 판단을 하면 완료된다.
이때, 바람직한 표면 조도는 250rms 이상을 가지는 것이 바람직할 것이다.
따라서, 가공에 필요한 가공툴을 하나의 가공헤드에 구비시키고, 툴교환기를 사용하여 가공헤드의 가공툴을 결함이 있는 노즐 배관 내벽에서 회전하여 위치시킨 다음 가공시킴으로써, 원자로 배관 내벽 결함을 작업자가 직접 가공하지 않고, 작업자의 안전을 보장할 수 있는 동시에 원격으로 가공을 수행할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 중심으로 본 발명의 원자로 노즐 내면 가공 장치에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경 및 다양한 변형 실시예가 가능함은 당업자에게 명백하다.
210 : 고정수단 212 : 척
220 : 이물질 방지막 222 : 회전부
230 : 이동부 232 : 플레이트
234 : 지지대 240 : 구동부
242 : 가공헤드 244 : 툴교환기
246 : 이물질 수거함 248 : 조도 측정부
250 : 실린더

Claims (8)

  1. 배관의 내벽에 고정될 수 있도록 한 고정수단(210);
    상기 고정수단(210)의 일측에서 서로 이격되어 구비되는 한 쌍의 이물질 방지막(220);
    상기 한 쌍의 이물질 방지막(220) 사이에 좌/우 이동가능하게 구비되는 이동부(230); 및
    상기 이동부(230)의 상부에 구비되어 상기 배관의 내벽을 가공하는 구동부(240);를 포함하며,
    상기 이동부(230)는,
    상부에 상기 구동부가 장착되는 플레이트(232); 및
    상기 플레이트를 지지하도록 상기 한 쌍의 이물질 방지막을 연결하여 설치되는 복수개의 지지대(234);를 포함하며,
    상기 고정수단(210)은,
    일단이 상기 고정수단(210)에 설치되고, 타단이 상기 한 쌍의 이물질 방지막(220) 중 하나의 이물질 방지막(220)을 관통하여 상기 플레이트(232)에 설치되어 상기 플레이트(232)를 좌/우로 이동시키는 실린더(250)의 외주면에서 방사상으로 설치되되, 상기 배관의 내벽에 고정될 수 있도록 신장 및 축소 가능하며, 상기 실린더(250)의 전/후방에 서로 대응하는 위치에 구비되는 복수개의 척(212);이 구비되는 원자로 노즐 내면 가공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는:
    디스크 형상으로 회전가능하게 구비되어, 상기 배관의 내벽을 가공하기 위한 적어도 3개 이상의 가공툴이 등간격으로 구비되는 가공헤드;
    상기 가공헤드의 일측에 구비되되, 상기 가공헤드를 회전시켜 상기 배관의 내벽 가공위치에 대응하여 상기 가공툴의 위치를 변경시키는 툴교환기; 및
    상기 가공헤드의 가공시 발생하는 이물질을 수거하기 위한 이물질수거함;을 포함하는 원자로 노즐 내면 가공 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가공툴은:
    상기 배관의 내벽을 절삭하는 밀링툴;
    상기 절삭된 상기 배관의 내벽을 연마하는 버핑툴; 및
    상기 배관의 내벽을 정밀하게 절삭하는 그라인더툴;로 구성되는 원자로 노즐 내면 가공 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이물질 방지막에는 상기 이동부를 360°로 회전시키는 회전부가 구비되는 원자로 노즐 내면 가공 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트의 일측에 구비되어 상기 배관의 내벽 표면 조도를 측정하는 조도측정부가 구비되는 원자로 노즐 내면 가공 장치.

  8. 삭제
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