KR101734837B1 - Visible device for tracking loose part in a nuclear power plant and method there of - Google Patents

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한순우
박진호
윤두병
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한국원자력연구원
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Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for visualizing an impact phenomenon by a metal foreign material, and more particularly, to an apparatus for visualizing an impact phenomenon by a metal foreign material, which can compare a result measured by a photographed image and an acceleration sensor so as to find in what trajectory a metal foreign material flowed in from a hot leg in an inlet of a steam generator moves in a pressure vessel, and a method thereof. The apparatus comprises: a photographing means; a sensor means; and an analysis means.

Description

금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치 및 그 방법{Visible device for tracking loose part in a nuclear power plant and method there of} FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to an apparatus for visualizing a shock caused by a metal foreign object,

본 발명은 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 증기발생기의 입구 측 핫 레그(hot leg)에서 유입된 금속 이물질이 압력용기 내에서 어떠한 궤적으로 움직이는지 파악하기 위해, 촬영 영상 및 가속도 센서에 의해 측정된 결과를 비교할 수 있도록 구성된 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for visualizing a shock phenomenon caused by a metal foreign substance and a method thereof, and more particularly, to an apparatus for visualizing a trajectory of a metallic foreign substance flowing in an inlet hot leg of a steam generator, And a method for visualizing a shock phenomenon caused by a metallic foreign substance configured to compare a measurement result and an image measured by an acceleration sensor.

원자력발전소는 보통 100개 이상의 개별적 기능을 가진 계통으로 구성된다. 이들은 크게 원자로를 중심으로 한 핵 증기 공급계(NSSS:Nuclear Steam Supply System)와 증기를 공급 받아 발전기를 돌리는 터빈ㅇ발전기계통 그리고 기타 부수설비로 구분된다. 현재 한국 원자력발전소의 주종을 이루고 있는 가압 경수로형 발전소를 살펴보면 원자로를 중심으로 한 1차 계통, 증기발생기, 터빈, 발전기 및 복수기를 포함한 2차 계통, 사고에 대비한 공학적 안전설비계통, 송배전계통, 계측제어계통, 기타 보조계통들로 구성되어 있다.Nuclear power plants usually consist of systems with more than 100 individual functions. They are divided into Nuclear Steam Supply System (NSSS), which is mainly composed of nuclear reactors, turbine generator system, which supplies steam, and other auxiliary facilities. The pressurized light water reactor type power plant, which is the main type of nuclear power plant in Korea, can be classified as a primary system including a reactor, a steam generator, a turbine, a secondary system including a generator and a condenser, Measurement control system, and other auxiliary systems.

도 1은 원자력 발전소의 1차 계통 및 2차 계통의 주요 기기의 구성을 도시한 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of main equipment of a primary system and a secondary system of a nuclear power plant.

원자력 발전소의 1차 계통은 크게 원자로(13), 가압기(14), 냉각재 펌프(150), 증기 발생기(16)를 포함하여 구성될 수 있다.The primary system of the nuclear power plant can be largely composed of the reactor 13, the pressurizer 14, the coolant pump 150, and the steam generator 16.

그 동작을 간단히 살펴보면, 원자로(13)는 핵연료(12)가 핵 분열함으로써 약 섭씨 1000도의 열을 발생하며 냉각재의 온도를 약 300℃로 높여 주는 역할을 하고, 가압기(14)에서는 냉각재인 물이 100℃ 이상에서도 끓지 않도록 냉각재를 160kg/cm2(경수로) 또는 110kg/cm2(중수로)로 압력을 가해 준다.The operation of the reactor 13 will be briefly described as follows. The nuclear fuel 12 generates heat of about 1000 degrees Celsius by breaking the nuclear fuel, thereby increasing the temperature of the coolant to about 300 degrees Celsius. In the pressurizer 14, Apply the coolant to 160kg / cm2 (light water reactor) or 110kg / cm2 (heavy water reactor) to prevent boiling above 100 ℃.

증기 발생기(160)는 화력 발전소의 보일러 기능을 수행하는 것으로, 뜨거워진 1차 계통의 냉각재로부터 2차 계통의 급수에 열을 전달시켜 급수를 증기로 변환시켜 준다.The steam generator 160 performs the boiler function of the thermal power plant, and transfers heat from the hot first-order coolant to the second system water to convert the water to steam.

냉각재 펌프(15)는 원자로(13)로부터 증기 발생기(16)를 거쳐 나온 1차 계통의 냉각재를 원자로(13)속으로 다시 순환시키는 기능을 수행한다.The coolant pump 15 functions to circulate the coolant of the primary system from the reactor 13 through the steam generator 16 back into the reactor 13.

또한, 원자력 발전소의 2차 계통은 크게 터빈(17), 발전기(18), 복수기(19), 급수 펌프(20)을 포함하여 구성된다.The secondary system of the nuclear power plant includes the turbine 17, the generator 18, the condenser 19, and the feed pump 20.

상기와 같은 원자력발전소 1차 계통(원자로 냉각 계통)은 고압 구조물의 폐회로 형식으로 되어 있다. 고압 구조물 내에서 금속성 이물질인 금속파편이 존재하는 경우 구조물과 충돌하여 심한 손상을 입힐 수 있기 때문에 금속파편의 충격신호를 고압 구조물 외부에 부착된 가속도 센서를 이용하여 취득하여 금속파편의 존재 유무 및 특성을 파악하기 위하여 원자력발전소에는 금속 파편 감시 장치인 LPMS(Loose Part Monitoring System) 시스템이 설치되어 있다.The primary system (reactor cooling system) of the nuclear power plant as described above is in the form of a closed circuit of a high-pressure structure. In the presence of metal debris, which is a metallic foreign substance in a high-pressure structure, the impact signal of the metal debris can be acquired by using an acceleration sensor attached to the outside of the high-pressure structure, The LPMS (Loose Part Monitoring System) system is installed in the nuclear power plant.

금속이물질 발생위치 추청 기술은 LPMS (Loose Part Monitoring System)에서 핵심적인 기술로 정확한 금속이물질 발생위치와 질량 추정은 원자력발전소 건전성 진단에 매우 중요한 화두이다.It is a key technology in LPMS (Loose Part Monitoring System). Precise location and mass estimation of metal foreign matter is very important issue for the diagnosis of nuclear power plant health.

이러한 문제를 해결하기 위해 종래에 원교차법, 삼각법, 상호-상관함수법, 시간-주파수 분석 기법 (STFT, CWT, WVD),을 이용하여 금속이물질의 위치를 추정하였다. 또한, Hertz 접촉이론을 이용하여 해석적으로 질량을 추정하는 방법과 충격가속도 신호의 저주파수 대역과 고주파수 대역의 파워 스펙트라 비를 계산하여 질량을 추정하는 FR 기법을 개발하여 적용하고 있다.In order to solve this problem, the position of metal foreign object was estimated by using circular intersection method, trigonometry method, cross-correlation function method, and time-frequency analysis method (STFT, CWT, WVD). In addition, the method of estimating the mass analytically using the Hertz contact theory and the FR method of estimating the mass by calculating the power spectrum ratio of the low frequency band and the high frequency band of the shock acceleration signal have been developed and applied.

그러나, 증기발생기는 튜브시트, 증기발생기 튜브, 분리판 (Divide plate) 등 복잡한 구조물로 이루어져 있으며, 금속파편에 의한 충격신호는 증기발생기 외부에 부착된 가속도 센서로 검출이 되지만, 타격 후 금속이물질의 궤적을 파악하기는 매우 어렵다.However, the steam generator is composed of a complicated structure such as a tube sheet, a steam generator tube, and a divide plate. The impact signal generated by the metal debris is detected by an acceleration sensor attached to the outside of the steam generator. However, It is very difficult to grasp the trajectory.

금속이물질의 충격 후, 금속이물질 궤적 파악은 실제 발전소 현장에서 경보신호가 발생했을 때, 금속이물질의 추정경로를 파악함으로써 추가적 위험요소가 발생이 가능한지 판단하는데 근거가 된다.After the impact of metal foreign matter, the tracing of metal foreign object is based on the judgment of additional risk factors by detecting the estimated path of metal foreign substance when alarm signal is generated at the actual power plant site.

이에 따라, 압력용기 내부 유동속도에 따른 금속이물질 이동 궤적 파악 기술이 필요하다.Accordingly, there is a need for a technology for grasping the movement trace of the metal foreign object according to the flow velocity inside the pressure vessel.

국내공개특허 제2000-0030148호(공개일 2000.06.05, 명칭: 공정설비 내 이물질의 충격위치 탐지방법Korean Patent Publication No. 2000-0030148 (Publication date: 2000.06.05, entitled: Detection of Impact Position of Foreign Material in Process Equipment)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 증기발생기의 입구 측 핫 레그(hot leg)에서 유입된 금속 이물질이 압력용기 내에서 어떠한 궤적으로 움직이는지 파악하기 위해, 촬영 영상 및 가속도 센서에 의해 측정된 결과를 비교할 수 있도록 구성된 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a steam generator which is capable of detecting a trajectory of a metallic foreign substance flowing in a hot leg, An image pickup device, and a method for visualizing a shock phenomenon by a metallic foreign substance configured to be able to compare results measured by an acceleration sensor and a method therefor.

즉, 본 발명의 목적은 금속 이물질에 의한 첫 번째 충격 위치를 파악하는 것 뿐만 아니라, 충격이 발생한 후, 2차, 3차 충격에 의한 경로 파악이 가능하도록 하고, 표면이 아닌 내부 구조물에 가해지는 충격 위치를 정확히 파악함으로써, 압력용기의 건전성을 향상시킬 수 있는 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.That is, it is an object of the present invention to not only grasp the position of the first impact by the metal foreign matter but also to grasp the path by the secondary and tertiary impacts after the impact, The present invention provides an apparatus for visualizing an impact phenomenon caused by a metallic foreign substance which can improve the soundness of a pressure vessel by correctly grasping an impact position and a method thereof.

본 발명은 원자력 발전소의 증기발생기에서 압력용기에 유입된 금속 이물질에 의한 충격현상을 가시화 하는 장치로서, 상기 증기발생기의 압력용기로 1차 계통의 냉각재가 유입되는 측의 핫 레그 외측에 장착되는 촬영수단; 상기 핫 레그 내측 또는 외측에 장착되어, 설치된 지점에서의 진동파 신호를 측정하는 센서수단; 및 상기 센서수단에서 감지된 금속 이물질의 진동파를 분석하여 금속 이물질의 질량 및 충격위치를 상기 촬영수단에서 촬영된 영상과 비교하고, 금속 이물질의 궤적을 추정하는 분석수단; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an apparatus for visualizing an impact phenomenon caused by a metallic foreign matter introduced into a pressure vessel in a steam generator of a nuclear power plant, Way; Sensor means mounted on the inside or outside of the hot leg for measuring vibration wave signals at installed points; And analyzing means for analyzing a vibration wave of the metallic foreign substance sensed by the sensor means to compare the mass and impact position of the metallic foreign substance with the image photographed by the photographing means and estimating the trajectory of the metallic foreign substance; And a control unit.

또한, 본 발명은 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치를 이용한 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 방법으로서, 상기 분석수단이 상기 촬영수단으로부터의 촬영 영상과, 상기 센서수단으로부터 진동파 신호를 수집하는 데이터 수집 단계; 상기 분석수단이 상기 촬영수단으로부터 촬영된 촬영 영상을 통해 금속 이물질의 형태와 충격 위치를 파악하고, 상기 센서수단으로부터 수집된 진동파 신호를 통해 금속 이물질의 질량과 충격위치를 추정하는 데이터 분석 단계; 및 상기 촬영수단으로부터 얻어진 데이터와, 상기 센서수단으로부터 얻어진 데이터를 비교 분석하여, 금속 이물질의 충격위치 및 궤적을 추정하는 추정 단계; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for visualizing a shock phenomenon by a metallic foreign substance using a device for visualizing a shock phenomenon by a metallic foreign substance, the analyzing means comprising a photographed image from the photographing means, step; A data analyzing step of analyzing the shape and impact position of the metal foreign object through the photographed image photographed from the photographing means and estimating the mass and impact position of the metallic foreign substance through the vibration wave signal collected from the sensor means; An estimating step of comparing the data obtained from the photographing means with the data obtained from the sensor means and estimating the impact position and the locus of the metal foreign substance; And a control unit.

본 발명에 따른 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치 및 그 방법은 증기발생기의 입구 측 핫 레그(hot leg)에서 유입된 금속 이물질이 압력용기 내에서 어떠한 궤적으로 움직이는지 파악함으로써, 압력용기의 건전성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.The apparatus for visualizing the impact phenomenon by the metallic foreign substance according to the present invention and the method of the present invention grasp the trajectory of the metallic foreign substances flowing in the hot leg at the inlet side of the steam generator, It has the advantage of being able to improve.

다시 설명하면, 본 발명은 원자력 발전소 현장에서 발생하는 금속 이물질 충격 현상을 육안으로 관찰함과 동시에, 가속도 센서를 이용하여 위치를 추정하기 때문에, 육안에 의해 발생한 충격 위치와 충격에 의한 가속도 신호를 이용한 충격 위치 비교가 가능하여, 충격 위치 추정 정확도가 높아져 원전기기의 안전성을 향상시킬 수 있다.In other words, according to the present invention, since the position of the metal impurity impact phenomenon occurring at the nuclear power plant site is visually observed and the position is estimated using the acceleration sensor, the impact position caused by the naked eye and the acceleration signal It is possible to compare the impact position, and the accuracy of the impact position estimation can be improved, thereby improving the safety of the nuclear equipment.

아울러, 본 발명은 핫 레그(hot leg)에서 입구 유동 형성이 어떻게 되는지 파악할 수 있어, 유속에 따른 입구 유동장 파악이 가능하며, 금속 이물질 충격 현상을 실제로 모사 가능하기 때문에 경보신호에 의한 금속 이물질의 궤적 추정이 가능하여, 현재 상태에서 금속 이물질의 궤도 추정이 가능하다는 장점이 있다. In addition, the present invention can grasp how an inlet flow is formed in a hot leg, and an inlet flow field can be grasped according to a flow velocity, and a metal foreign matter impact phenomenon can be actually simulated. Therefore, It is possible to estimate the trajectory of the metal foreign substance in the current state.

도 1은 원자력 발전소의 1차 계통 및 2차 계통의 주요 기기의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치가 설치된 증기발생기의 외부를 나타낸 사시도.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치가 설치된 증기발생기의 내부를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치에서 조명수단의 측단면도 및 정면도.
도 7은 질량은 동일하되, 형상이 서로 다른 금속 이물질의 예를 도시한 도면.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing the configuration of main apparatuses of a primary system and a secondary system of a nuclear power plant; FIG.
BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0001] The present invention relates to a steam generator,
3 to 5 are perspective views showing the inside of a steam generator equipped with an apparatus for visualizing a shock phenomenon by a metallic foreign object according to the present invention.
6 is a side sectional view and a front view of a lighting means in an apparatus for visualizing a shock phenomenon by a metallic foreign substance according to the present invention.
7 is a view showing an example of a metal foreign substance having the same mass but different shape.

이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치(1) 및 그 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a shock phenomenon visualization apparatus 1 and method according to the present invention having the above-described features will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 원자력 발전소의 증기발생기(100)에서 압력용기에 유입된 금속 이물질에 의한 충격현상을 가시화 하는 장치에 관한 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 크게 촬영수단(200), 센서수단(300) 및 분석수단(400)을 포함하여 형성된다.The present invention relates to an apparatus for visualizing an impact phenomenon caused by a metallic foreign substance introduced into a pressure vessel in a steam generator 100 of a nuclear power plant. The apparatus includes a photographing unit 200, a sensor unit 300 And an analyzing means 400. [0033]

먼저, 상기 증기발생기(100)의 구조를 살펴보면, 상기 증기발생기(100)의 내부에는 전열관(미도시)이 조밀하게 배치되어 있으며, 상기 전열관의 내부에는 원자로에서 발생하는 열에너지를 전달받은 1차 냉각재가 흐르고, 전열관의 외부에는 2차 순환수가 흐른다.First, a structure of the steam generator 100 will be described. In the steam generator 100, a heat transfer tube (not shown) is densely arranged. The heat transfer tube is provided with a primary coolant And the secondary circulating water flows outside the heat transfer pipe.

상기 1차 냉각재 및 상기 2차 순환수는 증기발생기(100)에서 열교환하여 상기 2차 순환수가 고온 고압의 증기로 변환되고, 이와 같은 증기에 의하여 터빈이 회전하게 된다. 상기 증기발생기(100)는 유입구(111)를 통해 고온, 고압의 물이 들어와 전열관을 통해 유출구(112)로 나가며, 상기 증기발생기(100)의 내부에는 열전달 효율을 높이기 위하여 분리판(130), 고정원통(140) 등이 설치되기도 한다.The primary coolant and the secondary circulating water are heat-exchanged in the steam generator 100, and the secondary circulating water is converted into steam of high temperature and high pressure, and the turbine is rotated by the steam. The steam generator 100 is connected to the steam generator 100 through the heat exchanger 130 and the steam generator 100. The steam generator 100 is connected to the steam generator 100 through the inlet 111, A fixed cylinder 140 or the like may be provided.

상기 촬영수단(200)은 상기 증기발생기(100)의 압력용기로 1차 계통의 냉각재가 유입되는 측의 핫 레그(hot leg) 외측에 장착된다.The photographing means 200 is mounted outside the hot leg on the side where the coolant of the primary system flows into the pressure vessel of the steam generator 100.

상기 촬영수단(200)은 상기 핫 레그에서 1차 계통의 냉각재가 유입되도록 형성된 유입구(111)의 주변에 원주 방향으로 일정간격 이격되어 다수 개 장착되는데, 도 2와 같이 상기 유입구(111)의 상측, 하측, 좌측 및 우측에 4개 장착될 수도 있으며, 그 이상 또는 그 이하의 개수가 장착될 수도 있다.The photographing means 200 is mounted on the hot legs at a predetermined interval in the circumferential direction around the inlet 111 formed to allow the coolant of the primary system to flow in the hot legs. , Four on the lower side, the left side, and the right side, or more or less of them may be mounted.

이때, 상기 촬영수단(200)은 초당 300~500 프레임 촬영이 가능한 고속 카메라일 수 있으며, 이 외에도 여러 종류의 촬영 수단으로 얼마든지 변경실시가 가능하다.At this time, the photographing means 200 may be a high-speed camera capable of photographing 300 to 500 frames per second, and various kinds of photographing means can be changed at any time.

상기 촬영수단(200)은 상기 핫 레그의 유입구(111)로 유입되는 금속이물질의 충격 위치를 촬영할 수도 있고, 금속 이물질의 형상을 육안 관찰할 수 있다.The photographing means 200 can photograph the impact position of the metallic foreign matter flowing into the inlet 111 of the hot leg, and can observe the shape of the metallic foreign substance visually.

본 발명의 충격현상 가시화 장치(1)는 상기 촬영수단(200) 주변에 적어도 하나 이상의 조명수단(500)이 장착될 수 있다.In the shock visualization apparatus 1 according to the present invention, at least one illumination means 500 may be mounted around the photographing means 200.

도 6에 도시된 것처럼, 상기 조명수단(500)은 빛을 조사하는 발광부(510)와, 상기 발광부(510)를 보호하도록 상기 발광부(510) 주변을 감싸며 형성되는 내압강화부(520)를 포함하여 형성될 수 있으며, 내부 유체압력 5~15bar을 견딜 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.6, the illumination unit 500 includes a light emitting unit 510 for emitting light, and an internal pressure enhancing unit 520 for surrounding the light emitting unit 510 to protect the light emitting unit 510 ), And is preferably formed to withstand an internal fluid pressure of 5 to 15 bar.

또한, 상기 조명수단(500)은 내부 촬영이 가능하도록 최소 조도 0.002 LUX 이상인 조명장치인 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the illuminating device 500 is a lighting device having a minimum illuminance of 0.002 LUX or more so that the inside can be photographed.

도 2에 도시된 충격현상 가시화 장치(1)에서는 상기 촬영수단(200)의 양 옆에 상기 조명수단(500)이 각각 배치되도록 형성되었으며, 필요에 따라 그 개수 및 위치는 다양하게 변경실시가 가능하다.In the impact visualization apparatus 1 shown in FIG. 2, the illumination means 500 is formed on both sides of the photographing means 200, and the number and position of the illumination means 500 can be variously changed Do.

다음으로, 상기 센서수단(300)은 설치된 지점에서의 가속도를 측정하는 가속도 센서일 수 있다. 이때, 상기 센서수단(300)은 복수 개로 이루어지며, 각각에서 얻어진 진동파 신호 중 신호대 잡음비(signal to noise ratio)가 높은 진동파 신호에 기초하여 이물질 질량을 추정하는 것이 바람직하다.Next, the sensor means 300 may be an acceleration sensor for measuring the acceleration at the installed point. At this time, it is preferable that the sensor means 300 comprises a plurality of sensors, and the mass of the foreign substance is estimated based on the vibration wave signal having a high signal-to-noise ratio among the vibration wave signals obtained from each of the sensor means 300.

상기 센서수단(300)은 도 3에 도시된 것처럼 상기 튜브시트(120)에 다수 개가 일정간격으로 장착될 수도 있고, 도 4에 도시된 것처럼 상기 분리판(130)에 다수 개가 일정 간격으로 장착될 수도 있으며, 도 5에 도시된 것처럼 상기 고정원통(140)에 다수 개가 일정 간격으로 장착될 수 있다.3, a plurality of sensor units 300 may be mounted on the tube sheet 120 at predetermined intervals, and a plurality of sensor units 300 may be mounted on the separation plate 130 at regular intervals as shown in FIG. And as shown in FIG. 5, a plurality of the fixed cylinders 140 may be mounted at regular intervals.

다음으로 상기 분석수단(400)은 상기 센서수단(300)에서 감지된 금속 이물질의 진동파를 분석하여 금속 이물질의 질량 및 충격위치를 상기 촬영수단(200)에서 촬영된 영상과 비교하고, 금속 이물질의 궤적을 추정하게 된다.Next, the analyzing means 400 analyzes the vibration wave of the metallic foreign substance sensed by the sensor means 300, compares the mass and impact position of the metallic foreign substance with the image photographed by the photographing means 200, As shown in FIG.

상기 분석수단(400)은 센서와 연결되어 신호를 입력 받고, 상기 금속 파편 충격 신호를 디지털 신호로 변환하여 파편 충격 신호를 생성하며, 특정 대역의 신호로 이를 필터링하거나, 이를 연산하여 처리하는 등의 기능을 할 수 있다.The analyzing means 400 is connected to the sensor to receive a signal, converts the metal shatter impact signal to a digital signal to generate a shatter impact signal, filters the signal to a specific band signal, Function.

이를 통해, 본 발명에 따른 충격현상 가시화 장치(1)는 증기 발생기 내부에 다수개의 센서수단(300)을 설치하여, 금속 이물질이 내부 어느 위치에 충격을 가하더라도 위치 추정이 가능하도록 하였으며, 설치된 상기 센서수단(300)은 상기 유입구(111)에서 유입된 금속 이물질의 충격을 상기 촬영수단(200)을 통해 육안으로 관찰하는 동시에, 가속도 센서의 응답신호를 측정하여 비교가 가능하도록 하였다.Accordingly, the shock visualization apparatus 1 according to the present invention is provided with a plurality of sensor means 300 inside the steam generator, so that the position of the metal impurity can be estimated regardless of the impact of the foreign matter. The sensor means 300 visually observes the impact of the metallic foreign matter introduced from the inlet 111 through the photographing means 200 and measures the response signal of the acceleration sensor so as to be comparable.

상술한 바와 같이, 본 발명의 충격현상 가시화 장치(1)는 육안 관찰과 가속도 센서를 통한 질량 추정의 비교를 가장 큰 특징으로 하는데, 이의 중요성은 아래와 같은 예를 통해 설명될 수 있다.As described above, the impact phenomenon visualization apparatus 1 of the present invention is characterized by comparison of mass estimation through visual observation and acceleration sensor, and its importance can be explained by the following examples.

일례로, 도 7(a) 도시된 이론적 금속 이물질과, 도 7(b)에 도시된 이론적 금속 이물질의 형상이 다른 경우, 두 물체가 같은 질량임에도 불구하고, 후술되는 센서수단(300)인 가속도 센서의 측정신호에서 실제 금속 이물질의 중심주파수가, 이론적 금속 이물질의 중심주파수보다 낮게 측정됨에 따라, 실제 금속 이물질의 질량이 더 큰 것으로 오인될 수 있다.For example, when the theoretical metallic foreign object shown in FIG. 7 (a) is different from the shape of the theoretical metallic foreign object shown in FIG. 7 (b), although the two objects have the same mass, As the center frequency of the actual metallic foreign substance in the measured signal of the sensor is measured to be lower than the center frequency of the theoretical metallic foreign substance, the mass of the actual metallic foreign substance may be mistaken as being larger.

이러한 경우에는 육안관찰을 제외하고, 가속도 센서에 의해 측정된 결과만으로 실제 질량을 판단하는 것이 어렵고 정확도가 떨어지므로, 기존의 가속도 센서만을 이용한 질량추정 판단법보다는 육안관찰을 병행하는 것이 정확한 질량 추정에 유리하다.In this case, it is difficult to judge the actual mass only by the result measured by the acceleration sensor except for the visual observation, and the accuracy is lowered. Therefore, it is more advantageous to concurrently perform the visual observation than the mass estimation method using the conventional acceleration sensor Do.

다음으로, 상술한 바와 같은 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치(1)를 이용한 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 방법은 크게, 데이터 수집 단계, 데이터 분석 단계 및 금속 이물질의 충격위치 및 궤적을 추정하는 추정 단계를 포함한다.Next, the method of visualizing the impact phenomenon by the metal foreign object using the apparatus 1 for visualizing the impact phenomenon by the metal foreign substance as described above includes a data collecting step, a data analyzing step, and an estimation .

먼저, 상기 데이터 수집 단계는 상기 분석수단(400)이 상기 촬영수단(200)으로부터의 촬영 영상과, 상기 센서수단(300)으로부터 진동파 신호를 수집하게 된다.First, in the data collecting step, the analysis unit 400 collects a photographed image from the photographing unit 200 and a vibration wave signal from the sensor unit 300.

다음으로, 상기 데이터 분석 단계에서는 상기 분석수단(400)이 상기 촬영수단(200)으로부터 촬영된 촬영 영상을 통해 금속 이물질의 형태와 충격 위치를 파악하고, 상기 센서수단(300)으로부터 수집된 진동파 신호를 통해 금속 이물질의 질량과 1차 충격위치를 추정하게 된다.Next, in the data analysis step, the analyzing means 400 grasps the shape and impact position of the metal foreign object through the photographed image photographed from the photographing means 200, The mass of the metal foreign object and the primary impact position are estimated through the signal.

특히, 상기 데이터 분석 단계에서는 상기 분석수단(400)이 상기 센서수단(300)으로부터 상기 진동파 신호를 인가 받아 위그너-빌(Wigner-Ville) 분포가 사용되는 시간-주파수 해석 기법에 의해 상기 진동파 신호 중 금속 이물질에 의해 발생한 충격 진동파의 주파수 데이터를 추출하는 것이 바람직하다.Particularly, in the data analysis step, the analyzing means 400 receives the vibration wave signal from the sensor means 300 and uses the time-frequency analysis technique in which a Wigner-Ville distribution is used, It is preferable to extract the frequency data of the shock vibration wave generated by the metal foreign substance in the wave signal.

충격 진동파의 주파수 데이터를 추출하는 하는 것은, 상기 시간-주파수 해석 기법에 의해 얻어진 시간-주파수 영역에서의 진동파 신호에서 측정 유닛의 설치로 인한 공진 성분을 제거하는 단계와, 상기 시간-주파수 해석 기법에 의해 얻어진 시간-주파수 영역에서의 진동파 신호에 대한 앰비규어티(ambiguity) 영역에서의 스므딩(smoothing)을 통하여 배경잡음 성분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.The extraction of the frequency data of the shock vibration wave includes the steps of removing the resonance component due to installation of the measurement unit in the vibration wave signal in the time-frequency domain obtained by the time-frequency analysis technique, And removing background noise components through smoothing in an ambiguity region with respect to the vibration wave signal in the time-frequency domain obtained by the method of the present invention.

또한, 상기 이물질의 질량을 추정하는 것은, 충격 진동파의 주파수 스펙트럼에서 특정 두 구간에서의 적분 값의 비로 표현되는 주파수비(FR)와 이물질 질량과의 상관관계를 이용할 수 있다. 이와 달리, 충격 진동파의 중심주파수에 기초한 충격시간을 구하여, 헤르츠 충격이론을 사용하여 이물질 질량을 추정하는 것도 또한 가능하다.In order to estimate the mass of the foreign matter, a correlation between a frequency ratio (FR) expressed by a ratio of an integral value in two specific intervals in a frequency spectrum of an impact vibration wave and a foreign matter mass can be used. Alternatively, it is also possible to obtain the impact time based on the center frequency of the shock vibration wave, and to estimate the foreign matter mass using the Hertz impact theory.

상술한 바와 같이, 가속도계 센서를 통해 이물질의 질량을 추정하는 방법은, 본 발명과 동일 출원인에 의해 국내등록특허 제0798007호(등록일 2008.01.18, 명칭: 원전기기의 이물질 질량 추정방법 및 이를 이용한 추정장치)를 통해 이미 공개된 기술이므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다. As described above, the method of estimating the mass of a foreign object through the accelerometer sensor is disclosed in Korean Patent No. 0798007 (filed on Jan. 18, 2008, entitled " Method for Estimating the Mass of a Nuclear Device " Device), so a detailed description will be omitted.

다음으로, 상기 추정 단계에서는 상기 촬영수단(200)으로부터 얻어진 데이터와, 상기 센서수단(300)으로부터 얻어진 데이터를 비교 분석하여, 금속 이물질의 충격위치 및 궤적을 추정하게 된다.Next, in the estimating step, the data obtained from the photographing means 200 and the data obtained from the sensor means 300 are compared and analyzed to estimate the impact position and the locus of the metal foreign substance.

이때, 상기 추정 단계에서는 상기 촬영수단(200)으로부터 촬영된 촬영 영상을 통해 파악된 유입구(111)에서의 금속 이물질 유속과, 상기 센서수단(300)으로부터 수집된 진동파 신호를 비교하여 상기 핫 레그 내측에서 금속 이물질의 충격위치 및 궤적을 추정하여, 2차, 3차 충격에 의한 위험을 예상 및 방지함으로써 원전기기의 안전성을 향상시키는데 기여할 수 있도록 한다.At this time, in the estimation step, the metal foreign matter flow rate at the inlet 111, which is grasped through the photographed image photographed from the photographing means 200, is compared with the vibration wave signal collected from the sensor means 300, It is possible to predict the impact position and the trajectory of the metal foreign substance from the inside and anticipate and prevent the danger caused by the secondary and tertiary impacts, thereby contributing to improvement of the safety of the nuclear equipment.

간략히 정리하면, 본 발명에 따른 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치(1) 및 그 방법은 촬영 영상 및 가속도 센서에 의해 측정된 결과를 비교할 수 있도록 구성됨으로써, 증기발생기(100)의 입구 측 핫 레그(hot leg)에서 유입된 금속 이물질이 압력용기 내에서 어떠한 궤적으로 움직이는지 파악할 수 있다.In summary, the apparatus for visualizing impact phenomenon 1 and method thereof according to the present invention is configured to be able to compare the results measured by the photographed image and the acceleration sensor, so that the hot legs of the inlet side of the steam generator 100 it is possible to grasp the trajectory of the metallic foreign matter flowing from the hot leg in the pressure vessel.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

1: 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치
100: 증기발생기
111: 유입구 112: 유출구
120: 튜브시트
130: 분리판
140: 고정원통
200: 촬영수단
300: 센서수단
400: 분석수단
500: 조명수단
510: 발광부 520: 내압강화부1: Shock phenomenon by metallic foreign substance
100: steam generator
111: inlet 112: outlet
120: tube sheet
130: separation plate
140: Fixed cylinder
200: photographing means
300: sensor means
400: means of analysis
500: Lighting means
510: light emitting portion 520: internal pressure strengthening portion

Claims (10)

원자력 발전소의 증기발생기(100)에서 압력용기에 유입된 금속 이물질에 의한 충격현상을 가시화 하는 장치에 있어서,
상기 증기발생기(100)의 압력용기로 1차 계통의 냉각재가 유입되는 측의 핫 레그 외측에 장착되는 촬영수단(200);
상기 핫 레그 내측 또는 외측에 장착되어, 설치된 지점에서의 진동파 신호를 측정하는 센서수단(300); 및
상기 센서수단(300)에서 감지된 금속 이물질의 진동파를 분석하여 금속 이물질의 질량 및 충격위치를 상기 촬영수단(200)에서 촬영된 영상과 비교하고, 상기 촬영수단(200)을 통해 유속에 따른 핫 레그 입구의 유동장 파악과, 핫 레그 내측에 장착된 센서수단(300)의 경보 신호를 통해 압력용기 내부에서 금속 이물질의 궤적을 추정하는 분석수단(400); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치.
An apparatus for visualizing an impact phenomenon caused by a metallic foreign matter introduced into a pressure vessel in a steam generator (100) of a nuclear power plant,
A photographing means 200 mounted on the outside of the hot leg on the side where the coolant of the primary system flows into the pressure vessel of the steam generator 100;
Sensor means (300) mounted on the inside or outside of the hot leg for measuring vibration wave signals at installed points; And
The vibration wave of the metallic foreign matter sensed by the sensor means 300 is analyzed to compare the mass and impact position of the metallic foreign substance with the image photographed by the photographing means 200, Analyzing means (400) for estimating a trajectory of a metal foreign substance in the pressure vessel through an identification of a flow field of the hot leg inlet and an alarm signal of the sensor means (300) mounted inside the hot leg ; And a display unit for displaying an image of the impact caused by the metallic foreign substance.
제 1항에 있어서,
상기 촬영수단(200)은
상기 핫 레그에서 1차 계통의 냉각재가 유입되도록 형성된 유입구(111)의 주변에 원주 방향으로 일정간격 이격되어 다수개 장착되는 것을 특징으로 하는 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치.
The method according to claim 1,
The photographing means (200)
Wherein the plurality of hot legs are mounted at a predetermined distance in the circumferential direction around the inlet port (111) formed to allow the coolant of the primary system to flow in the hot leg.
제 2항에 있어서,
상기 촬영수단(200)은
초당 300~500 프레임 촬영이 가능한 고속 카메라인 것을 특징으로 하는 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치.
3. The method of claim 2,
The photographing means (200)
Wherein the high-speed camera is capable of shooting 300 to 500 frames per second.
제 2항에 있어서,
상기 충격현상 가시화 장치(1)는
상기 촬영수단(200) 주변에 적어도 하나 이상의 조명수단(500)이 장착되는 것을 특징으로 하는 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치.
3. The method of claim 2,
The impact phenomenon visualization apparatus (1)
Wherein at least one illumination means (500) is mounted around the photographing means (200).
제 4항에 있어서,
상기 조명수단(500)은
빛을 조사하는 발광부(510)와, 상기 발광부(510)를 보호하도록 상기 발광부(510) 주변을 감싸며 형성되는 내압강화부(520)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치.
5. The method of claim 4,
The illumination means (500)
A light emitting unit 510 for emitting light and a pressure strengthening unit 520 surrounding the light emitting unit 510 to protect the light emitting unit 510. [ Visualization device.
제 1항에 있어서,
상기 센서수단(300)은
설치된 지점에서의 가속도를 측정하는 가속도 센서인 것을 특징으로 하는 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치.
The method according to claim 1,
The sensor means (300)
Wherein the acceleration sensor is an acceleration sensor for measuring the acceleration at the installed point.
제 6항에 있어서,
상기 센서수단(300)은
상기 증기발생기(100) 내 튜브시트(120), 분리판(130) 및 고정원통(140) 중 어느 한 곳 이상에 다수개 장착되는 것을 특징으로 하는 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치.
The method according to claim 6,
The sensor means (300)
Wherein at least one of the tube sheet (120), the separation plate (130), and the fixed cylinder (140) is installed in the steam generator (100).
제1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 의한 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 장치(1)를 이용한 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 방법은
상기 분석수단(400)이 상기 촬영수단(200)으로부터의 촬영 영상과, 상기 센서수단(300)으로부터 진동파 신호를 수집하는 데이터 수집 단계;
상기 분석수단(400)이 상기 촬영수단(200)으로부터 촬영된 촬영 영상을 통해 금속 이물질의 형태와 충격 위치를 파악하고, 상기 센서수단(300)으로부터 수집된 진동파 신호를 통해 금속 이물질의 질량과 충격위치를 추정하는 데이터 분석 단계; 및
상기 촬영수단(200)으로부터 얻어진 데이터와, 상기 센서수단(300)으로부터 얻어진 데이터를 비교 분석하고, 상기 촬영수단(200)을 통해 유속에 따른 핫 레그 입구의 유동장 파악과, 핫 레그 내측에 장착된 센서수단(300)의 경보 신호를 통해 압력용기 내부에서 금속 이물질의 충격위치 및 궤적을 추정하는 추정 단계; 을 포함하는 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 방법.
A method for visualizing an impact phenomenon by a metal foreign object using the apparatus for visualizing a shock phenomenon by a metallic foreign substance according to any one of claims 1 to 7,
A data collecting step of the analyzing means (400) collecting a photographed image from the photographing means (200) and a vibration wave signal from the sensor means (300);
The analyzing means (400) grasps the shape and impact position of the metal foreign object through the photographed image photographed from the photographing means (200), and calculates the mass of the metallic foreign substance through the vibration wave signal collected from the sensor means A data analysis step of estimating an impact position; And
The data obtained from the photographing means 200 and the data obtained from the sensor means 300 are compared and analyzed to determine the flow field at the inlet of the hot leg according to the flow velocity through the photographing means 200, An estimation step of estimating an impact position and a trajectory of a metal foreign substance in the pressure vessel through an alarm signal of the sensor means 300 ; The method comprising the steps of:
제 8항에 있어서,
상기 데이터 분석 단계에서는
상기 분석수단(400)이 상기 센서수단(300)으로부터 상기 진동파 신호를 인가 받아 위그너-빌(Wigner-Ville) 분포가 사용되는 시간-주파수 해석 기법에 의해 상기 진동파 신호 중 금속 이물질에 의해 발생한 충격 진동파의 주파수 데이터를 추출하는 것을 특징으로 하는 금속 이물질에 의한 충격현상 가시화 방법.9. The method of claim 8,
In the data analysis step
The analyzing means 400 receives the vibration wave signal from the sensor means 300 and performs a time-frequency analysis using a Wigner-Ville distribution, And frequency data of the generated impact vibration wave is extracted. 삭제delete
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