KR101522188B1

KR101522188B1 - 4개 이상의 래치를 갖는 제어봉 구동장치 모터 집합체

Info

Publication number: KR101522188B1
Application number: KR1020130079874A
Authority: KR
Inventors: 이창현; 전일정; 안중섭; 김용규; 이재업
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2015-05-21
Also published as: KR20150006275A

Abstract

본 발명의 제어봉구동장치 모터 집합체는 적어도 4개 이상의 상기 래치를 한 쌍으로 포함하는 래치 집합체를 상방향 일단과 하방향 일단에 포함함에 따라, 구동 샤프트를 이동시키기 위하여 하나의 래치에 인가되는 힘이 분할 될 수 있도록 하여 래치 또는 핀 부위에서 마모를 경감시킬 수 있다. 또한 복수의 래치가 구동 샤프트의 외주면에 추가 배치함에 따라 모터집합체 구동시 대칭적으로 체결되거나 다수의 래치가 구동 샤프트를 안내하여 모터집합체 중심에 위치하도록 하여 구동 안정화에 도움을 주고, 래치집합체 개수가 증가함에 따라 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 4개 이상의 래치를 형성함으로 인하여 상기 래치와 구동 샤프트의 접촉면적을 최대화 하면서, 상기 구동 샤프트의 외주면을 따라 등간격으로 배치되고 래치의 폭과 크기를 최소화 할 수 있다.

Description

4개 이상의 래치를 갖는 제어봉 구동장치 모터 집합체{CONTROL ELEMENT DRIVE MECHANISM MOTOR ASSEMBLY HAVING FOUR(4) OR MORE LATCHES}

본 발명은 구동 안정화 및 내구성능 향상을 위한 제어봉 구동장치 모터 집합체에 관한 발명이다.

일반적으로 원자로(nuclear reactor)는 핵연료의 연쇄핵분열반응의 결과, 순간적으로 방출되는 다량의 질량결손 에너지가 방출되는 연쇄반응을 제어하여 핵분열에서 발생하는 열에너지를 동력으로 사용하도록 하는 장치이다.

제어봉 구동장치(Control Element Drive Mechanism, CEDM)는 원자로가 정상운전 중, 제어봉의 삽입량을 조절하여 노심 반응속도를 제어한다. 또한, 상기 CEDM은 원자로 계통에 사고가 발생하여 긴급한 출력정지가 요구되는 경우, 제어봉을 신속하고 정확하게 노심 내부로 삽입하여 운전을 정지시키는 기능을 수행한다.

이와 같은 제어봉 구동장치의 구동기기는 자석 잭형(Magnetic Jack Type)의 모터집합체를 이용하여 원자로의 안전 정지기능을 수행하므로 안전등급기기로 분류된다.

모터집합체 중 핵심 구동부품인 래치 집합체는 구동축(drive shaft)과 순차적으로 체결 및 분리됨에 따라, 기기수명 동안 지속적으로 마찰마모(abrasion wear) 및 충돌마모(impact wear)가 발생하게 된다.

일반적으로 래치 집합체는 래치(latch), 링크(link) 및 핀(pin)으로 구성된다. 래치 집합체는 통상 3개의 래치를 이용할 수 있으며, 제어봉 구동장치의 구동속도, 전자석 간의 이격거리, 구동코일의 인가전류값 등을 감안하여 래치 끝단 형상의 치수가 결정됨에 따라 구동 샤프트와의 접촉면적이 제한적이고 제어봉 구동장치 모터집합체 작동시 래치 또는 구동 샤프트에 손상을 줄 만큼의 높은 면압이 작용한다. 또한, 제어봉 구동장치 작동시 모터집합체 상부와 하부에 각각 있는 3개의 래치가 좌우방향으로 비대칭적으로 구동 샤프트와 체결됨에 따라 구동 샤프트의 치우침이 발생되고 2차적으로 상부 또는 하부의 래치가 구동 샤프트와 체결할 때 래치 및 구동 샤프트 체결부 간의 충돌이 발생되어 래치 또는 구동 시프트가 받는 마모횟수 및 손상이 상대적으로 증가하는 문제가 있다.
선행기술 문헌: 등록특허공보 제10-1098664호

이에 본 발명의 기술적 과제는 내구성 및 안전성이 향상된 제어봉 구동장치의 모터집합체를 제공하는 것이다.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 다른 제어봉 구동장치의 모터 집합체는 제어봉을 인출 또는 삽입하기 위하여 구동 샤프트가 왕복이송 되도록 형성되는 내부공간을 구비하는 안내관, 상기 안내관의 외주면에 장착되어 상방향 또는 하방향으로 이동하는 내부 하우징 및 상기 구동 샤프트의 외주면에 서로 반대되는 방향으로 힘을 가하도록, 서로 마주보게 배치되는 적어도 4개 이상의 래치 집합체를 한 쌍으로 포함하는 래치 유닛을 포함하고, 상기 래치 집합체는 상기 구동 샤프트의 상방향 일단과 하방향 일단에 각각 형성된다.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 래치 집합체는 상기 구동 샤프트의 외주면을 따라 등간격으로 배치되고, 상기 구동 샤프트를 향하여 체결 또는 분리되도록 배치된다.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 내부 하우징은 상기 내부공간으로부터 확장되어 상기 안내관 내면으로부터 리세스되어 상기 4개 이상의 래치가 각각 수납되도록 형성되는 래치 장착부를 더 구비하고, 상기 4개 이상의 래치는 각각 상기 구동 샤프트와 분리되거나 상기 안내관 내면 안쪽으로 삽입되어 상기 구동 샤프트와 연결가능하도록 형성된다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 래치 결합체가 4개 이상의 래치를 포함함에 따라, 구동 샤프트를 이동시키기 위하여 하나의 래치에 인가되는 힘이 분산 될 수 있도록 하여 래치 또는 핀 부위에서 마모를 경감시킬 수 있다. 또한 복수의 래치가 구동 샤프트의 외주면에 추가 배치함에 따라 모터집합체 구동시 대칭적으로 체결되거나 다수의 래치가 구동 샤프트를 안내하여 모터집합체 중심에 위치하도록 하여 구동 안정화에 도움을 주고, 래치집합체 개수가 증가함에 따라 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어봉 구동장치를 설명하기 위한 단면도.
도 2는 상기 구동 샤프트를 이동시키는 복수의 래치를 설명하기 위한 개념도.
도 3은 내부 하우징의 내부구조를 설명하기 위해 절단한 구조도.
도 4a는 도 1의 압력하우징 집합체를 A-A를 따라 절단한 단면.
도 4b는 도 1의 압력하우징 집합체를 B-B를 따라 절단한 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 래치의 구체적인 구조를 설명하기 위한 개념도.

이하, 본 발명과 관련된 제어봉 구동장치의 모터 집합체에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어봉 구동장치를 설명하기 위한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 제어봉 구동장치(1000)은 모터 집합체(100), 상부 슈라우드 집합체(200), 상부 압력하우징 집합체(300), 코일 스택 집합체(400), 연장봉 집합체(500), 모터 하우징/노즐 집합체(600) 및 냉각 슈라우드 집합체(700)를 포함한다.

상기 모터 집합체(100)는 상부 압력하우징 집합체(300)를 수납하기 위하여 일 방향으로 연장되도록 형성되어 내부 공간을 구비하는 상기 모터 하우징/노즐 집합체(600)을 구비한다. 상기 연장봉 집합체(500)는 상기 모터 집합체(100)에 의하여 이동 가능하도록 하는 이동거리 이상의 길이를 가지고 상기 상부 압력하우징 집합체(300), 상기 모터 집합체(100) 및 상기 모터 하우징/노즐 집합체(600) 내경부에 위치하도록 배치되는 구동 샤프트(S)를 포함한다.

상기 모터 집합체(100)는 제어봉을 인출 또는 삽입하기 위하여 상기 코일 스택 집합체(400)의 구동코일로부터 구동 샤프트(S)의 인출, 삽입 및 유지에 필요한 전자기력을 공급 받는다. 상기 구동 코일은 2개의 인양코일 및 2개의 걸쇠코일을 포함하거나 1개의 인양코일 및 2개의 걸쇠코일을 포함하게 할 수 있다.

상기 코일 스택 집합체(400)의 구동 코일은 각각 구동 샤프트(S)와 체결되는 상부 래치 집합체(810) 및 하부 래치 집합체(820)를 구비하는 래치 집합체(800)를 각각 구동시키고 상부 및 하부 래치 코일을 포함할 수 있다.

상기 상부 및 하부 래치 집합체(810, 820)는 서로 이격 되도록 배치되고, 상기 상부 및 하부 래치 코일에 작동전압이 인가되면 상기 구동 샤프트의 체결홈까지 삽입되면서 구동 사프트와 기계적으로 결합되고, 상기 상부 및 하부 래치 코일에 인가전압이 차단되면 상기 구동 샤프트의 체결홈으로부터 후퇴되면서 기계적인 결합이 해제된다.

상기 상부 압력하우징 집합체(300)는 고온고압유지장치(미도시)와 연결되어, 상부 압력 하우징 집합체(300) 내의 기설정된 온도와 압력을 유지할 수 있다. 상기 상부 압력하우징 집합체(300)는 원자로 내부와 실질적으로 동일한 압력 및 온도조건을 부여한다.

상기 상부 압력하우징 집합체(300)는 상기 구동 샤프트(S)가 삽입되도록 형성되는 내부 공간을 구비한다.

본 발명에 따른 래치 유닛(800)의 상기 상부 및 하부 래치 유닛(810, 820)은 구동 샤프트 외주면에 4개 이상의 다수 래치가 한 쌍으로 구성되며, 래치를 다른 부품과 연결하게 하는 링크와 핀을 포함한다. 실시예로 도 2를 들어, 상기 상부 래치 집합체(810)는 2쌍으로 형성되는 제1 내지 제4 래치 집합체(811, 812, 813, 814, 도 2 참조)를 포함할 수 있다.

다만, 본 발명에 따른 상부(또는 하부) 래치 유닛(800)에 포함되는 래치 집합체의 개수는 4개에 한정되지 아니하고, 4개 이상의 래치 집합체로 형성될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 상기 상부 래치 유닛(810)에 포함되는 복수의 래치 및 상기 래치가 장착되는 내부 하우징(900)의 구성을 설명한다.

도 2는 상기 구동 샤프트를 이동시키는 복수의 상기 래치집합체를 설명하기 위한 개념도이고, 도 3은 내부 하우징의 내부구조를 설명하기 위해 절단한 구조도이며, 도 4a는 도 1의 제어봉 구동장치를 A-A를 따라 절단한 모터집합체의 내부 단면도, 도 4b는 도 1의 제어봉 구동장치를 B-B를 따라 절단한 모터집합체의 내부 단면도이다.

4개의 래치를 가지는 모터집합체의 실시예로 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 제1 및 제3 래치 집합체(811, 813)는 상기 구동 샤프트(S)를 기준으로 서로 마주 보도록 배치되고, 상기 제2 및 제4 래치(812,814)는 상기 구동 샤프트(S)를 기준으로 서로 마주 보도록 배치된다.

상기 제1 및 제3 래치 집합체(811, 813)는 상기 구동 샤프트(S)를 이동시키는 과정에서 상기 제1 및 제3 래치 집합체(811, 813) 사이에 상기 구동 샤프트(S)를 대칭되는 위치에서 지지하는 기능을 제공할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 및 제3 래치 집합체(811, 813)의 끝단부의 경사각에 의하여 상기 구동 샤프트(S)를 모터집합체 중심 방향에 위치하도록 한다.

마찬가지로, 상기 제2 및 제4 래치 집합체(812, 814)는 상기 제1 및 제3 래치 집합체(811, 813)와 90도 방향 만큼 회전된 위치에 위치하면서 상기 제1 및 제3 래치 집합체(811, 813)와 동일하게 대칭되는 위치에서 지지하는 기능을 제공할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제2 및 제4 래치 집합체(812, 814)의 끝단부의 경사각에 의하여 상기 제1 및 제3 래치 집합체(811, 813)와 90도 방향 만큼 회전된 위치에서 동일하게 상기 구동 샤프트(S)를 모터집합체 중심 방향에 위치하도록 한다.

따라서, 상기 제1 내지 제4 래치 집합체(811, 812, 813, 814)에 의하여 상기 구동 샤프트(S)는 모터집합체 중심 방향으로 이동하도록 하는 4방향으로의 힘을 제공받을 수 있다. 상기 구동 샤프트(S)의 표면에는 상기 래치의 일 영역이 걸리도록 돌출되는 복수의 돌출부가 형성되므로, 상기 4방향으로 제공되는 힘에 의하여 4개의 상기 래치에 의하여 상기 구동 샤프트(S)를 지지하는 힘을 가할 수 있다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 상부 또는 하부 래치집합체(800)를 수용할 수 있도록 하는 상기 내부 하우징(900)이 형성될 수 있다. 상기 내부 하우징(900)은 상기 구동 샤프트(S) 및 상기 안내관(120)이 관통하도록 형성되는 내부 공간(900')을 구비한다.

또한, 상기 내부 하우징(900)은 상기 내부 하우징(900)의 내주면으로부터 리세스되어 형성되는 제1 내지 제4 래치 장착부(911, 912, 913, 914)를 포함한다.

4개의 래치를 가지는 모터집합체의 실시예로 상기 제1 내지 제4 래치 장착부(911, 912, 913, 914)는 상기 내부공간(900')를 기준으로 약 90도 간격으로 형성될 수 있다.

다만, 상기 래치 집합체가 상기 내부 하우징(900)에 형성되는 구조는 래치의 개수에 따라 상기 래치 장칙부의 구조는 래치의 개수에 대응되도록 형성될 수 있다.

상기 래치 결합체가 4개 이상의 래치를 포함함에 따라, 구동 샤프트를 이동시키기 위하여 하나의 래치에 인가되는 힘이 분할될 수 있도록 하여 상기 래치(811a) 또는 상기 핀(811c, 811d, 811e) 부위에서 마모를 경감시킬 수 있다. 또한 복수의 래치가 구동 샤프트의 외주면에 추가 배치함에 따라 모터집합체 구동시 대칭적으로 체결되거나 다수의 래치가 구동 샤프트를 안내하여 모터집합체 중심에 위치하도록 하여 구동 안정화에 도움을 주고, 래치집합체 개수가 증가함에 따라 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 복수의 래치에 의하여 인가되는 힘을 이용하여 구동 샤프트를 이동시킬 수 있으므로 각각의 래치를 보다 소형으로 제작할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 래치의 구조를 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 래치의 구체적인 구조를 설명하기 위한 개념도이다. 도 5를 참조하면, 상기 래치 집합체(811)는 래치(811a), 링크부(811b) 및 핀부(811c, 811d, 811e)를 구비한다.

상기 래치(811a)의 일단에는 상기 구동 샤프트(S)의 돌출부와 걸리도록 형성되는 걸림영역(811a')이 형성된다. 상기 걸림영역(811a')과 상기 돌출부가 접하고, 일 방향으로 힘이 가해지면, 상기 구동 샤프트(S)가 상기 일 방향으로 이동하게 된다.

상기 링크부(811b)의 일단은 상기 래치(811a)와 연결되고, 타단은 상기 핀부(811e)를 이용하여 상기 내부 하우징(900)에 장착된다. 상기 링크부(811b)와 상기 래치(811a)가 연결되는 지점을 제1 연결점(811d)으로 정의한다.

타부재에 장착된 상기 링크부(811b)에 상기 모터집합체(100)의 상방향으로 힘이 인가되어 상기 핀부(811c)의 위치가 상방향으로 이동하면서 상기 핀부(811c)를 중심으로 회전하면서 상기 핀부(811e)를 중심으로 상기 링크부(811b)가 회전하며 상기 래치(811a) 끝단부가 상기 걸림영역(811a')으로 이동하여 상기 돌출부와 접촉하게 되고 반대로 상기 링크부(811b)에 상기 모터집합체(100)의 상방향으로 인가되던 힘이 없어지면 상기 핀부(811c)의 위치가 하방향으로 이동하면서 접촉이 해지될 수 있다.

상기와 같이 설명된 제어봉 구동장치 모터 집합체는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims

제어봉을 인출 또는 삽입하기 위하여 구동 샤프트가 왕복이송 되도록 형성되는 내부공간을 구비하는 안내관;
상기 안내관의 외주면에 장착되어 상방향 또는 하방향으로 이동하는 내부 하우징; 및
상기 구동 샤프트의 일 영역을 둘러싸면서 기 설정된 간격을 이루도록 상기 내부 하우징에 장착되는 제1 내지 제4 래치 집합체를 포함하는 래치 유닛을 포함하고,
상기 제1 및 제3 래치 집합체는 상기 구동 샤프트를 기준으로 서로 마주보도록 배치되어 상기 구동 샤프트가 상기 내부공간의 중심에 위치하도록 상기 구동 샤프트에 반대되는 방향으로의 힘을 인가하고,
상기 제2 및 제4 래치 집합체는 상기 구동 샤프트를 기준으로 서로 마주보도록 배치되어 상기 구동 샤프트가 상기 내부공간의 중심에 위치하도록 상기 구동샤프트에 반대되는 방향으로의 힘을 인가하며,
상기 제1 내지 제4 래치 집합체의 각 단부에 의하여 지지되는 상기 구동샤프트는 상기 제1 내지 제4 래치 집합체가 형성하는 공간의 중앙에 배치되며,
상기 제1 내지 제4 래치 집합체는 동시에 구동되고,
상기 래치 집합체는 상기 구동 샤프트의 상방향 일단과 하방향 일단에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 제어봉 구동장치의 모터 집합체.
제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제4 래치 집합체 각각은 상기 구동 샤프트를 향하여 체결 또는 분리되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 제어봉 구동장치 모터 집합체.
제2항에 있어서,
상기 제1 내지 제4 래치 집합체 각각은 래치, 상기 래치의 일단에 회전가능하도록 형성되는 핀부를 더 포함하며,
상기 제1 및 제3 래치 집합체에 포함되는 각 핀부는 서로 같은 방향의 힘을 인가받고, 상기 제2 및 제4 래치 집합체에 포함되는 각 핀부는 서로 같은 방향의 힘을 인가받도록 형성되는 것을 특징으로 하는 제어봉 구동장치 모터 집합체.
제3항에 있어서,
각 래치로부터 서로 돌출되는 방향으로 형성되는 걸림영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어봉 구동장치 모터 집합체.
제1항에 있어서,
상기 내부 하우징은 상기 내부공간으로부터 확장되어 상기 안내관 내면으로부터 리세스되어 상기 제1 내지 제4 래치 집합체에 포함되는 각 래치가 각각 수납되도록 형성되는 제1 내지 4 래치 장착부를 더 구비하고,
상기 제1 내지 제4 래치 집합체에 포함되는 각 래치는 상기 구동 샤프트와 분리되거나 상기 안내관 내면 안쪽으로 삽입되어 상기 구동 샤프트와 연결가능 하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 제어봉 구동장치 모터 집합체.