KR102195138B1 - 대형 배관용 열피로 균열 발생장치 - Google Patents

대형 배관용 열피로 균열 발생장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대형 배관용 열피로 균열발생장치를 개시한다.
본 발명에 따른 대형 배관용 열피로 균열발생장치는, 지름 250mm~610mm의 원통형의 배관을 길이 방향으로 절단한 반원호 형상의 단면을 갖는 배관 시편을 고정 지지하는 프레임 유닛; 상기 배관 시편의 아래측 외면에 수직하게 배치되어 국부 가열하는 가열유닛; 상기 배관 시편의 내부로 냉각수를 강제 공급하는 냉각수펌프를 구비한 냉각유닛; 상기 배관 시편의 일측에 구비되어 그 내부의 냉각수를 외부로 배출시키는 배출유닛; 상기 가열유닛과 냉각유닛에 제어신호를 인가하여 배관 시편에 대한 가열과 냉각을 반복하여 열피로 사이클에 의해 형성되는 열응력을 발생시키는 것으로, 상기 가열유닛의 가열동작 유무를 감지하여 가열 동작 전 상기 배출유닛에 제어신호를 인가하여 배관 시편 내부의 냉각수를 배출시킨 후 가열유닛의 가열동작이 이루어지도록 제어하는 냉각수 토출 제어유닛으로 구성된다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 대형 배관용 열피로 균열 발생장치는 250~610mm의 지름 크기를 갖는 대형 시편 배관에 대한 가열과 냉각 조건을 정밀하게 관리 제어할 수 있도록 함으로써 열피로 사이클의 정확도와 재현성에 대한 신뢰성을 크게 높일 수 있음에 따라 비파괴 검사의 기량검증에 대한 신뢰성과 실효성을 보장할 수 있는 유용한 이점이 기대된다.
또한, 본 발명은 대형 배관 시편에 가열 작용시 발생하는 열팽창 또는 수축현상에 대한 신축율을 보상할 수 있도록 하여 실제 배관이 설치된 환경을 그대로 재현하여 시험조건에 따른 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 기대된다.
또한, 본 발명은 고정 플랜지에 대하여 가동 플랜지가 액츄에이터에 의해 전,후 이동되는 구조이어서 반원호 형상의 단면을 가진 배관 시편의 개방된 양측에 대한 견고하고 안정된 밀착 상태를 유지시킬 수 있음에 따라 냉각수 누수 등의 폐단을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 시험작업 준비에 따른 작업성 및 작업시간을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.
특히, 다양한 크기의 대형 배관 시편에 대한 검사가 가능함에 따라 장치의 효율인 운용을 통한 경제성과 유지관리의 편의성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

대형 배관용 열피로 균열 발생장치{Thermal fatigue crack generator for large pipe}
본 발명은 실제 환경과 동일한 조건에서 대형배관에 대한 열피로 균열을 형성시킬 수 있는 대형 배관용 열피로 균열발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원자력 발전소 구조물에 사용되는 다양한 크기의 대형 배관에 대한 검사를 가능하게 함으로써 활용성을 높이고 특히 가열과 냉각을 반복하는 열피로 사이클을 정밀하게 관리 제어할 수 있도록 하여 검사의 신뢰성을 보장함과 아울러 실제 원자력 발전소 설비에 대한 위험도를 정확하게 예측 진단할 수 있는 대형 배관용 열피로 균열발생장치에 관한 것이다.
국제원자력기구 IAEA는 현재 전 세계에서 가동 중인 원자력 발전소를 435개이며, 이중 80% 이상이 가동한 지 20여년이 넘어 노후화에 따른 안전성이 우려된다는 진단을 내린 바 있으며, 대한민국의 경우 1978년 고리 원자력 1호기가 상업운전을 시작한 이후 지속적으로 국내 전력의 상당부분을 담당해온 원자력 발전소 역시 아래의 표 1에서 보는 바와 같이 설계 수명 한도가 다 되어간다.
대한민국 원자력 발전소의 잔존 수명
발전소명 상업운전 개시(년) 설계수명 만료(년) 설계 수명(년) 잔존 수명(년)
고리 2호기 1983 2023 40 7
고리 3호기 1985 2024 40 8
고리 4호기 1986 2025 40 9
영광 1호기 1986 2025 40 9
영광 2호기 1987 2026 40 10
울진 1호기 1988 2027 40 11
울진 2호기 1989 2028 40 12
월성 2호기 1997 2026 30 10
월성 3호기 1998 2027 30 11
월성 4호기 1999 2029 30 13
원자력 발전소의 노후화에 따라 국내외 원자력 발전소에서는 가동 중인 원자력 발전소의 안전성에 문제를 일으킬 수 있는 열피로 균열(Thermal Fatigue Crack)과 응력부식균열(Stress Corrosion crack, SCC) 등의 손상 및 내부균열 발생사례가 계속적으로 보고되고 있다.
특히, 원전 구조물에서 주된 손상을 일으키는 열피로 균열과 응력부식균열은 주로 원전 가동 조건에 의해 주로 발생하고 있으며, 열피로 균열은 Pressurizer Surge Line, RCS Safety Relief Line 및 비상 노심 냉각 계통에서 열성층(Thermal Stratification)에 의한 열응력 구배가 원인으로 알려져 있다.
즉, 원전 구조물에서 발생하는 균열 현상은 고온고압과 부식환경 및 잔류응력 등이 발생 원인으로 증기발생기, 원자로 압력용기, 노즐 및 가압기 등에서 발생함에 따라 방사능 유출의 위험성이 있으므로, 원전 구조물의 노후화에 따라 지속적으로 발생하는 손상과 균열 등을 확인할 필요가 있으며, 이를 위해 주기적으로 가동중 검사(In-Service Inspection, ISI)를 실시하고 있다. 이러한 가동중 검사는 대부분 비파괴검사 방법(이하 NDT)을 통해 발생할 수 있는 안전사고에 대한 예방 정비를 진행하고 있다.
따라서, 원자력 발전소의 안전성 및 NDT기술의 신뢰성을 확보하기 위해서는 가동 중인 원전에서 발생하는 실제 결함과 유사한 자연 균열을 제작할 수 있는 기술 확보가 매우 중요한 실정이다.
이를 위해서는 실제 원전 구조물에서 열피로 균열 발생조건을 모사할 수 있는 실험장치를 구성하기 위한 본 발명은 원전의 신뢰성 및 안전성을 향상시키고, 가동 중 결함을 진단할 수 있는 정밀 진단기술을 고도화 할 수 있다. 즉, 원자력 발전소에서 실제 사용하는 배관재에 열피로 실제 모의 균열 제작 및 정밀진단의 원천기술을 확보하게 되면 이를 통하여 가동 중 검사기술을 발전시킴과 동시에 원자력 구조물 안전 규제 및 보수 기준의 자료로 활용할 수 있을 것이다.
국내의 경우 정밀탐지능력과 신뢰성에 대한 한계지점을 극복하기 위해 2000년부터 비파괴검사요원들의 기량검증을 실시하고 있는 미국의 기량검증제도를 도입하여 2005년부터 적용하고 있으나, PDI 시험편(실제 균열 시험편)은 원전 구조물 정밀진단을 위해 장비의 교정에는 직접적으로 사용하지 않고 비파괴 검사자들의 기량 검증에만 사용되고 있으며, 국내에서 사용하고 있는 대부분의 PDI 시험편 실제 균열 제작 기술에 대한 부족으로 인해 전량 외국에서 수입되고 있는 실정이다.
또한 이러한 시험편들은 자연균열과 유사한 환경에서 배관에 직접 제작되지 못하고, 전기적인 방전을 이용한 와이어 컷팅 및 CT 시험편 등을 통해 열에 의한 열피로균열이 아닌 일반 피로시험을 통해 제작된 후 일반 배관재 또는 용접부에 심어진 경우가 대부분으로, 종래의 일반 피로 균열 형성방식에 의해 제작된 시편은 실제 가동중인 원전 또는 장치산업의 설비에서 발생하는 배관재에 발생하는 것이 아닌 모의 시험편으로 제작하는 것이기 때문에 실제 균열과 많은 부분에서 차이가 발생함에 따라, 비파괴 검사의 기량검증에 대한 실효성을 확실하게 보장할 수 없는 단점이 있었다.
또한, 필요한 시기에 즉각적인 활용이 어려울 때가 많으며, NDT 업계의 기량 검증 및 훈련을 위해 다수의 시편이 필요할 때에 수요를 맞추기 어려운 폐단이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 종래기술로는 대한민국 등록특허 제10-0801404호를 통해 ‘열피로균열 형성장치’가 제안된 바 있으며, 그 청구항 1에는 ‘관형 시편(test piece made of pipe)의 일측 외주면에 원주방향으로 부착된 전도부재, 및 상기 전도부재에 인접하여 배치된 유도가열코일을 구비한 가열유닛; 냉각수 저장원으로부터 관형 시편의 내경면에 냉각수를 강제로 주입하는 냉각수펌프 및 냉각수 호스를 구비한 냉각유닛; 및 상기 가열유닛 및 냉각유닛의 작동을 제어하는 제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 열피로균열형성장치.’가 개시되어 있다.
또 다른 종래기술로는 이건 출원의 발명자은 대한민국 등록특허 제 10-0920102호(2009.09.25.), ‘길이 방향 열피로 균열 형성장치’를 제안한 바 있으며, 그 청구항 1에는 ‘내면에 노치가 형성된 관형 시편(test piece made of pipe)의 일측 외주면에 원주방향으로 관형 시편에 인접하여 배치된 유도가열 코일을 구비한 가열 유닛과, 냉각수 저장원으로부터 관형 시편의 내경면에 냉각수를 강제로 주입하는 냉각수펌프 및 냉각수 호스를 구비한 냉각 유닛과, 상기 가열 유닛 및 냉각 유닛의 작동을 제어하는 제어 유닛을 포함하는 열피로 균열 형성장치에 있어서, 상기 관형 시편의 일측 외주면에 밀착 접촉되어 감싸도록 구비되어 원주 방향의 응력 크기를 제어하는 관형부재로서, 길이 방향으로 균열 위치 조정용 슬릿이 형성되고, 내부에는 냉각 온도 제어기에 의해 제어되는 냉각기에 배관 연결되어 냉각수 또는 냉각가스로 이루어진 냉각원이 주입되어 순환되는 냉각수 라인이 형성되며, 선택적으로 냉각원을 공급받아 상기 가열 유닛에 의해 가열된 관형 시편을 반복 냉각시켜 온도구배를 조절하는 냉각 블록을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 길이 방향 열피로 균열 형성장치.’를 제안한 바 있다.
또 다른 종래기술로는 이건 출원의 발명자가 제안한 대한민국 등록특허 제10-0909118호, ‘응력 부식균열 형성장치’가 있으며, 그 청구항 1에는 ‘관형 시편의 일측 외주면에 원주 방향으로 구비되는 전도부재 및 이 전도부재에 인접하여 배치된 가열 코일을 구비하여 관 내부에 증기압을 발생시키는 가열 유닛과; 상기 관형 시편 내부에 발생하는 증기압이 누설되지 않도록 개방된 양측을 밀폐시키는 양단 구속 유닛과; 상기 가열 유닛 및 양단 구속 유닛을 제어하는 제어 유닛을 포함하며, 상기 양단 구속 유닛은 상기 관형 시편의 양단을 차폐시키는 어퍼 플레이트 및 로어 플레이트와, 상기 어퍼 플레이트 및 로어 플레이트간의 간격을 조절하는 것으로 유공압을 작동압으로 하는 유공압 실린더 또는 전원 공급에 의해 로드를 출몰시키는 액츄에이터로 제공되는 텐션바를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 응력 부식균열 형성장치.’가 개시되어 있다.
그러나 종래 기술에 따른 대형 배관용 열피로 균열발생장치는 관형 시편의 국부에 가열과 냉각을 반복하여 열피로를 발생시키고 있으나, 이러한 열피로 사이클을 정밀하고 균일하게 제어할 수 없는 구조이어서 검사의 신뢰성을 높이는데 한계가 있어 결과적으로 실제 원자력 발전소 설비에 대한 위험도를 정확하게 예측 진단할 수 없는 심각한 문제점이 있었다.
또한, 다양한 크기의 배관 시편에 대한 검사가 불가능하여, 배관 시편의 크기에 따라 전용 장치를 제작하여야 하므로 경제성이 떨어질 뿐만 아니라 배관 시편의 크기에 따라 여러 대의 장치를 운용해야 하므로 장치를 설치 운용하기 위한 공간과 유지 관리면에서 비효율적인 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하고자 본 출원인은 대한민국 등록특허 제10-2038781호 '유량제어형 열피로 균열 발생장치'를 제안한바 있으며, 그 청구항 1에는 '관통된 배관 시편의 양측면에 밀착 접촉되어 외부로부터 냉각수를 공급받아 배관 시편의 내부로 안내하는 프레임 유닛; 상기 배관 시편의 일측 외면에 인접하게 배치되어 국부 가열하는 가열유닛; 상기 배관 시편의 내부로 냉각수를 강제 공급하여 냉각시키는 냉각수펌프 및 배관 시편의 내부 유량을 검출하는 유량검출기 및 냉각수펌프와 배관 시편을 연결하는 냉각수 라인 상에 설치되어 유량을 조절하는 유량조절밸브를 구비한 냉각유닛; 상기 가열유닛의 가열 온도와 가열시간을 검출하여 이를 기초로 상기 배관 시편의 내부를 통과하는 냉각수의 유량과 통수 시간을 계산 처리하여 상기 가열유닛과 냉각유닛에 제어신호를 인가하는 것으로, 상기 가열유닛의 발열온도 및 온/오프의 동작을 제어하는 가열제어모듈 및 상기 국부 가열된 배관 시편의 발열점의 위치를 검출하는 발열위치 검출모듈을 구비한 열피로 사이클 제어부 및 상기 발열위치 검출모듈로부터 배관 시편의 발열점 위치 정보를 제공받아 이를 기준으로 열응력 발생구간 설정을 위한 냉각점의 위치를 계산 처리하고, 계산된 냉각점의 위치에 냉각수의 수위가 유지될 수 있게 상기 유량조절밸브에 제어신호를 인가하는 열응력 제어부를 구비한 제어유닛;으로 구성된 것을 특징으로 하는 유량제어형 열피로 균열 발생장치'가 개시되어 있다
그러나, 상기 본 출원인이 제안한 유량제어형 열피로 균열 발생장치는 비교적 지름이 작은 250mm 미만의 소형 배관 시편에 대한 가열과 냉각이 용이하여 가열과 냉각을 반복하는 열피로 사이클을 정밀하게 관리할 수 있으나, 지름이 250mm~610mm의 크기를 갖는 대형 배관 시편의 경우 가열 및 냉각에 소요되는 시간이 오래걸림에 따라 열피로 사이클에 대한 정밀관리가 곤란하여 결과적으로 제작하는 열피로균열에 대한 크기 제어가 힘들게 되어 비파괴 검사원들의 검사 신뢰성을 높이는데 한계가 있을 뿐만 아니라 실제 원자력 발전소 설비에 대한 안전성 평가를 정확하게 예측 진단할 수 없는 문제점이 있었다.
등록특허 제10-08014040000 (2008.01.29.),'열피로균열 형성장치' 등록특허 제10-0920102호(2009.09.25.), ‘길이 방향 열피로 균열 형성장치’ 등록특허 제10-0909118호(2009.7.16.),‘응력 부식균열 형성장치’ 등록특허 제10-2038781호(2019.10.24.),‘유량제어형 열피로 균열 발생장치’
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 원자력 발전소 구조물에 사용되는 250mm~610mm의 지름 크기를 갖는 다양한 대형 시험배관에 대한 검사를 가능하게 함으로써 장비의 표준화에 대한 운용 효율성을 높이고, 특히 가열과 냉각을 반복하는 열피로 사이클을 일정하고 정밀하게 제어할 수 있도록 함으로써 검사의 신뢰성을 높일 수 있는 대형 배관용 열피로 균열발생장치를 제공하는데 있다.
특히, 가열유닛을 배관 시편의 아래쪽에 위치시킴으로써 설정 온도에 따른 가열 온도와 배관 시편 자체에 구성하고 있는 냉각수 토출 제어유닛에 의한 냉각시 배관 시편 내부 표면 온도와의 차이를 가장 크고 정밀하게 제어 관리할 수 있으므로 가열과 냉각을 반복하는 열피로 사이클에 의해 형성되는 열응력 재현성에 대한 신뢰성을 크게 높일 수 있음에 250mm 이상의 지름을 갖는 대형 배관에 비파괴 검사의 기량검증을 위한 실제 균열 대비시험편의 신뢰성과 실효성을 보장할 수 있는 유용한 이점이 기대된다.
즉, 본 발명은 종전기술에서 시편배관의 내부를 통수하는 냉각수의 유량과 배출을 신속하고 정밀하게 관리제어할 수 있도록 함으로써 열응력에 대한 규칙적인 재현성을 보장하고 신뢰성 높은 예측 진단을 가능하게 하는 대형 배관용 열피로 균열발생장치를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 대형 배관용 열피로 균열발생장치는, 지름 250mm~610mm의 원통형의 배관을 길이 방향으로 절단한 반원호 형상의 단면을 갖는 배관 시편을 고정 지지하는 프레임 유닛; 상기 배관 시편의 아래측 외면에 수직하게 배치되어 국부 가열하는 가열유닛; 상기 배관 시편의 내부로 냉각수를 강제 공급하는 냉각수펌프를 구비한 냉각유닛; 상기 배관 시편의 일측에 구비되어 그 내부의 냉각수를 외부로 배출시키는 배출유닛; 상기 가열유닛과 냉각유닛에 제어신호를 인가하여 배관 시편에 대한 가열과 냉각을 반복하여 열피로 사이클에 의해 형성되는 열응력을 발생시키는 것으로, 상기 가열유닛의 가열동작 유무를 감지하여 가열 동작 전 상기 배출유닛에 제어신호를 인가하여 배관 시편 내부의 냉각수를 배출시킨 후 가열유닛의 가열동작이 이루어지도록 제어하는 냉각수 토출 제어유닛으로 구성되는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 프레임 유닛은, 상기 배관 시편의 길이 방향의 양측면 중 어느 한 쪽면이 밀착 접촉되어 차폐되는 고정 플랜지와; 상기 고정 플랜지와 복수의 가이드 포스트로 연결되어 전,후 슬라이드 이동되게 구비되되 상기 배관 시편의 다른 한쪽 면이 밀착 접촉되어 차폐되는 것으로 일측에는 외부로부터 냉각수를 공급받는 냉각수 공급라인이 연결된 가동 플랜지와; 상기 고정 플랜지와 가동 플랜지 사이에 고정 지지된 배관 시편에 작용하는 가열 및 냉각작용에 의한 신축율을 신축율을 감지하는 신축 감지부 및 이 신축 감지부로부터 감지신호를 인가받아 상기 고정 플랜지와 가동 플랜지를 길이 방향으로 변위시키는 열팽창 보상부로 구성되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 가열유닛은 고주파 전류를 인가 받아 자장을 형성시켜 발열을 유도하는 유도가열 코일 또는 전원을 공급받아 발열하는 발열선을 구비한 직접가열 코일 중 어느 하나로 이루어진 히터와; 상기 히터의 가열온도를 측정하는 가열온도 센서와; 상기 히터의 가열시간을 측정하는 가열 타이머;로 구성되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 냉각유닛은, 상기 배관 시편 내의 냉각수 유량을 검출하는 유량검출기와; 상기 냉각수펌프와 상기 배관 시편의 내부로 냉각수를 공급하는 냉각수 라인 상에 설치되어 유량을 조절하는 유량조절밸브와; 상기 배관 시편에 공급되는 냉각수의 온도를 측정하는 수온센서로 구성되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 배출유닛은, 상기 배관 시편의 하측을 통해 그 내부와 연결되는 배출관로와; 상기 배출관로 상에 설치되어 선택적으로 관로를 개폐하여 상기 배관 시편 내의 냉각수를 외부로 배출시키는 배출밸브로 구성되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 냉각수 토출 제어유닛은, 상기 배관 시편의 내부에 냉각수가 공급된 상태에서 가열유닛의 가열 동작이 시작되기 전 상기 배관 시편의 냉각수 전부를 외부로 토출시키도록 상기 배출유닛에 배출 동작을 위한 제어신호를 인가하는 배출제어부와; 상기 배출제어부로부터 냉각수 배출 완료신호를 인가받아 상기 가열유닛의 가열온도 및 온오프 동작을 제어하는 가열제어부와; 상기 가열유닛에 의해 국부 가열된 배관 시편의 발열점의 위치를 검출하는 발열위치 검출부로 구성되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 신축 감지부는 상기 고정 플랜지와 가동 플랜지를 연결하는 것으로 상기 배관 시편의 신축에 따른 탄성 변위를 측정하는 탄성 변위센서 또는 상기 고정 플랜지와 가동 플랜지 중 어느 하나 또는 둘 모두에 설치되되 상기 배관 시편과 접촉되는 부분에 설치되어 가압력을 측정하는 가압센서 중 어느 하나로 구비되고;, 상기 열팽창 보상부는 상기 신축 감지부로부터 감지정보를 인가받아 상기 배관 시편의 신축율을 계산 처리하고 이를 기초로 상기 가동 플랜지를 상기 고정 플랜지에 대하여 전,후 방향으로 위치 이동시켜 상기 배관 시편에 대한 밀착 정도를 조절하도록 제어신호를 출력하는 가압 제어부 및 상기 가압 제어부로부터 제어신호를 인가받아 상기 가동 플랜지와 고정 플랜지 중 어느 하나에 연결 설치되는 것으로 구동원에 의해 직선 방향으로의 위치 변위를 발생시키는 액츄에이터로 구성되는 것에 있다.
본 발명에 따른 대형 배관용 열피로 균열발생장치는, 250~610mm의 지름 크기를 갖는 대형 시편 배관에 대한 가열과 냉각 조건을 정밀하게 관리 제어할 수 있도록 함으로써 열피로 사이클의 정확도와 재현성에 대한 신뢰성을 크게 높일 수 있음에 따라 비파괴 검사의 기량검증에 대한 신뢰성과 실효성을 보장할 수 있는 유용한 이점이 기대된다.
또한, 본 발명은 대형 배관 시편에 가열 작용시 발생하는 열팽창과 수축현상에 대한 신축율을 보상할 수 있도록 하여 실제 배관이 설치된 환경을 그대로 재현하여 시험조건에 따른 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 기대된다.
또한, 본 발명은 고정 플랜지에 대하여 가동 플랜지가 액츄에이터에 의해 전,후 이동되는 구조이어서 반원호 형상의 단면을 가진 배관 시편의 개방된 양측에 대한 견고하고 안정된 밀착 상태를 유지시킬 수 있음에 따라 냉각수 누수 등의 폐단을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 시험작업 준비에 따른 작업성 및 작업시간을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.
특히, 다양한 크기의 대형 배관 시편에 대한 검사가 가능함에 따라 장치의 효율인 운용을 통한 경제성과 유지관리의 편의성을 높일 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명에 따른 대형 배관용 열피로 균열 발생장치에서 배관 시편이 설치된 상태를 나타낸 사시도,
도 2는 도 1에 나타낸 대형 배관용 열피로 균열 발생장치를 후면에서 바라본 사시도,
도 3은 도 2에 나타낸 대형 배관용 열피로 균열 발생장치를 아래측에서 바라본 사시도,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 대형 배관용 열피로 균열 발생장치의 구성을 설명하기 위한 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 대형 배관용 열피로 균열 발생장치에서 신축 감지부와 열팽창 보상부의 구성을 설명하기 위한 모식도,
도 7은 본 발명에 따른 대형 배관용 열피로 균열 발생장치에서 냉각유닛의 구성을 설명하기 위한 모식도,
도 8은 본 발명에 따른 대형 배관용 열피로 균열 발생장치에서 냉각수 토출 제어유닛의 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 9는 본 발명에 따른 대형 배관용 열피로 균열 발생장치에서 가이드유닛의 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 10은 본 발명에 따른 대형 배관용 열피로 균열 발생장치에서 냉각유닛의 구성을 설명하기 위한 블록도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1 내지 도 3은 배관 시편이 설치된 본 발명의 대형 배관용 열피로 균열 발생장치를 여러 방향에서 바라본 사시도이다.
도면에는, 골조를 형성하는 것으로 원통형의 배관을 길이 방향으로 절단하여 반원호 형상의 단면을 갖는 배관 시편(100)의 양측과 상부면을 지지하기 위한 구속요소인 프레임 유닛(10)과, 상기 배관 시편(100)의 아래측 외면에 수직하게 설치되어 배관 시편(100)에 대한 국부 가열을 행하는 가이드유닛(20)과, 상기 가이드유닛(20)의 일측으로 위치 간섭되지 않는 위치에 상기 배관 시편(100)의 하부를 관통하여 그 내부로 연결되게 구비되어 상기 배관 시편(100) 내의 냉각수를 외부로 배출시키는 배기유닛(40)과, 상기 프레임 유닛(10)을 구성하는 가동 플랜지(13)의 일측에 연결되어 외부로부터 공급받은 냉각수를 상기 배관 시편(100)의 내부로 주입하는 냉각유닛(30)과, 상기 가이드유닛(20)과 냉각유닛(30)의 동작을 반복 제어하여 열피로 사이클을 조성하여 열응력이 발생되게 하는 냉각수 토출 제어유닛으로 이루어진 대형 배관용 열피로 균열 발생장치(1)이 도시되어 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 대형 배관용 열피로 균열 발생장치의 구성을 설명하기 위한 것으로 배관 시편(100)이 장착되지 않은 상태를 나타낸 사시도이다.
도면에는 골조를 형성하는 것으로 반원호 형상을 갖는 배관 시편(100)의 양단에 밀착 접촉되어 차폐시키도록 서로 대향 배치되는 고정 플랜지(11) 및 가동 플랜지(13)와 그리고 이들 고정 플랜지(11)와 가동 플랜지(13)를 서로 연결하는 복수의 가이드 포스트(12) 및 상기 배관 시편(100)의 상단 테두리를 가압 지지하여 구속시키는 신축 감지부(15)로 이루어진 프레임 유닛(10)과, 상기 가동 플랜지(13)의 일측에 연결되어 외부로부터 냉각수를 공급받아 상기 배관 시편(100)의 내부로 주입하기 위한 냉각수라인(32)과 유량조절밸브(33)로 이루어진 냉각유닛(30) 그리고 상기 배관 시편(100)의 하부 일측에 국부 가열을 행하는 가열유닛(20)으로 이루어진 대형 배관용 열피로 균열 발생장치(1)이 도시되어 있다.
도 6은 본 발명에 따른 대형 배관용 열피로 균열 발생장치에서 신축 감지부와 열팽창 보상부의 구성을 설명하기 위한 모식도로서 도 1의 대형 배관용 열피로 균열 발생장치를 위에서 바라본 도면이다.
도면에는 프레임 유닛(10)에 의해 양단과 상단부가 구속된 상태의 배관 시편(100)이 도시되어있으며, 이때의 상기 배관 시편(100)은 하면 일측에 후술할 배출유닛(40)을 구성하는 배출관로(41)에 연결되어 냉각수를 배출하도록 냉각수 배출홀(100h)이 관통 형성된다. 또한, 상기 프레임 유닛(10)을 구성하는 가동 플랜지(13)는 일측에 냉각유닛(30)을 구성하는 냉각수라인(32) 및 유량조절밸브(33)가 연결되는 구성이 도시되어 있다. 또한, 상기 신축 감지부(15)는 상기 배관 시편(100)의 상부 테두리에 밀착접촉되어 구속시키는 역할을 수행할 뿐만 아니라 상기 고정 플랜지(11)와 가동 플랜지(13) 사이에 구속된 배관 시편(100)이 반복되는 가열과 냉각작용에 의해 길이 방향으로의 신축 현상이 발생하는 경우 이를 감지하기 위한 기능을 수행하고, 상기 신축 감지부(15)를 통해 감지된 정보는 상기 열팽창 보상부를 구성하는 가압 제어부(17a)와 액츄에이터(17b)를 통해 상기 고정 플랜지(11)와 가동 플랜지(13)간의 간격이 조절될 수 있도록 된 대형 배관용 열피로 균열 발생장치(1)이 도시되어 있다.
도 7은 본 발명에 따른 대형 배관용 열피로 균열 발생장치에서 냉각유닛의 구성을 설명하기 위한 모식도이다.
도면에는 반원호 형상의 단면을 갖는 배관 시편(100)은 골조를 형성하는 프레임 유닛(10)에 의해 구속된 상태를 나타내고 있으며, 상기 프레임 유닛(10)의 하부 일측에는 가열유닛(20)과 배출유닛(40)이 각각 위치 간섭되지 않게 배치되어 있다. 또한, 상기 프레임 유닛(10)을 구성하는 요소 중 가동 플랜지(13)의 일측에는 냉각유닛(30)을 구성하는 냉각수라인(32)이 연결되어 있으며, 이 냉각수라인(32)을 통해 공급되는 냉각수는 상기 가동 플랜지(13)에 형성된 관통구멍을 통해 배관 시편(100)의 내부로 유입되게 구성되어 있다. 한편, 상기 냉각유닛(30)은 냉각수를 저장하는 냉각수탱크(36)와, 상기 냉각수탱크(36)와 가동 플랜지(13)를 연결하는 냉각수라인(32) 상에 설치되어 상기 배관 시편(100)으로 공급되는 냉각수의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(33) 그리고 상기 냉각수탱크(36)에 저장된 냉각수를 상기 배관 시편(100)의 내부로 공급하기 위한 냉각수펌프(34)로 이루어진 냉각유닛(30)이 도시되어 있다.
도 8은 본 발명에 따른 대형 배관용 열피로 균열 발생장치에서 냉각수 토출 제어유닛의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도면에는 가열유닛(20)과 냉각유닛(30)을 제어하여 배관 시편(100)에 대한 가열과 냉각이 규칙적으로 일어날 수 있도록 함으로써 열피로 사이클을 재현할 수 있도록 하기 위한 요소인 냉각수 토출 제어유닛(50)이 도시되어 있으며, 이러한 냉각수 토출 제어유닛(50)은 냉각수를 배출하기 위한 배출유닛(40)에 대한 배출동작을 제어하는 배출제어부(51)와, 가열유닛(20)의 가열온도와 온오프 동작을 제어하는 가열제어부(53) 그리고 상기 가열유닛(20)에 의해 국부 가열된 배관 시편(100)의 발열점의 위치를 검출하는 발열위치 검출부(55)로 이루어지는 구성이 도시되어 있다.
도 9는 본 발명에 따른 대형 배관용 열피로 균열 발생장치에서 가이드유닛의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도면에는, 외부로부터 전원을 공급받아 가열하는 요소로 유도가열 코일 또는 직접가열 코일 중 어느 하나로 된 히터(21)와, 상기 히터(21)의 가열온도를 측정하는 가열온도센서(23)와, 상기 히터(21)의 가열시간을 측정하는 가열타이머(25)로 이루어진 가열유닛(20)의 구성이 도시되어 있다.
도 10은 본 발명에 따른 대형 배관용 열피로 균열 발생장치에서 냉각유닛의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도면에는 상기 배관 시편(100) 내의 냉각수 유량을 검출하는 유량검출기(31)와, 냉각수를 저장하는 냉각수탱크(36)와, 상기 배관 시편(100)에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수라인(32) 및 이 냉각수라인(32) 상에 설치되어 상기 냉각수탱크(36)에 저장된 냉각수를 펌핑하여 강제 압송하기 위한 냉각수펌프(34) 그리고 상기 배관 시편(100)에 공급되는 냉각수의 유량을 조절하는 유량조절밸브(33) 및 상기 배관 시편(100)에 공급되는 냉각수의 온도를 측정하는 수온센서(39)로 이루어진 냉각유닛(30)이 도시되어 있다.
이상의 도면을 참조하여 본 발명에 따른 대형 배관용 열피로 균열발생장치의 구성을 살펴보기로 한다.
본 발명에 따른 대형 배관용 열피로 균열발생장치는, 배관 시편(100)의 내부로 공급되는 냉각수의 유량을 제어하지 않고, 상기 배관 시편(100)의 하부 일측에 설치되어 국부 가열을 실시하는 가열유닛(20)의 가열 동작 전에 상기 배관 시편(100) 내부에 채워져 있는 냉각수를 배출유닛(40)을 통해 외부로 완전히 배출시킨 다음 상기 가열유닛(20)을 동작시켜 상기 배관 시편(100)에 대한 국부 가열이 이루어지도록 제어함으로써 결과적으로 상기 배관 시편(100)의 외부 표면의 형상 변화가 없는 상황에서의 내부 온도 편차를 최대로 함과 아울러 정밀하게 제어할 수 있으므로 대형 배관에 속하는 250mm~610mm의 지름을 갖는 배관 시편(100)에 대한 비파괴 검사의 기량 검증을 위한 실제 균열 대비시험편의 신뢰성과 실효성을 높일 수 있도록 한 것이다.
이를 위한 본 발명에 따른 대형 배관용 열피로 균열 발생장치는 골조를 형성하는 프레임 유닛(10)과, 상기 프레임 유닛(10)에 구속 지지되는 배관 시편(100)의 하부 일측에 구비되어 국부 가열을 실시하는 가열유닛(20)과, 상기 프레임 유닛(10)의 일측에 연결되어 상기 배관 시편(100)의 내부에 냉각수를 공급하기 위한 냉각유닛(30)과, 상기 배관 시편(100)의 하부 일측에 관통된 냉각수 배출홀(100h)에 연결되어 제어신호를 받아 상기 배관 시편(100) 내의 냉각수를 외부로 배출하기 위한 배출유닛(40) 그리고 상기 가열유닛(20)과 냉각유닛(30) 그리고 배출유닛(40)의 동작을 제어하여 상기 배관 시편(100)에 대한 열피로 균열을 발생시키는 냉각수 토출 제어유닛(50)으로 구성된다.
프레임 유닛(10)은 250mm~610mm의 지름을 갖는 원통형의 배관을 길이 방향으로 절단한 반원호 형상의 단면을 갖는 배관 시편(100)을 고정 지지하기 위한 요소이다.
이러한 구성의 프레임 유닛(10)은 상호 대향하는 방향으로 배치되어 상기 반원호형의 배관 시편(100)의 양단에 밀착 접촉되어 차폐시키는 판재형의 고정 플랜지(11)와 가동 플랜지(13) 그리고 이들 고정 플랜지(11)와 가동 플랜지(13)를 서로 연결하되 상기 고정 플랜지(11)에 대해 가동 플랜지(13)가 전,후 이동 가능하게 지지하는 가이드 포스트(12) 그리고 상기 배관 시편(100)의 상부 테두리 부분에 접촉되어 가압 지지하는 것에 의해 유동을 방지되게 하는 신축 감지부(15)로 구성된다.
또한, 상기 가동 플랜지(13)는 일측에 냉각유닛(30)을 구성하는 냉각수라인(32)이 접속 연결되는 구성이며, 상기 냉각수라인(32)을 통해 공급되는 냉각수가 배관 시편(100)의 내부로 유입될 수 있도록 관통된 구멍이 형성된다.
한편, 상기 고정 플랜지(11)와 가동 플랜지(13) 사이에 고정 지지된 배관 시편(100)에 작용하는 가열 및 냉각에 의해 신축 현상이 발생하게 되는데, 본 발명은 이러한 배관 시편(100)의 신축률을 감지하여 상기 고정 플랜지(11)와 가동 플랜지(13)가 적절한 간격이 유지될 수 있도록 신축 감지부(15)와 열팽창 보상부를 부가 구성하는 것을 제안한다.
상기 신축 감지부(15)는 상기 반원호 형상의 단면을 갖는 배관 시편(100)의 상부 테두리에 밀착 접촉되어 유동이 방지되게 구속시키는 역할을 수행할 뿐만 아니라 상기 고정 플랜지(11)와 가동 플랜지(13) 사이에 구속된 배관 시편(100)이 반복되는 가열과 냉각작용에 의해 길이 방향으로의 신축 현상이 발생하는 경우 이를 감지하기 위한 기능을 수행한다.
이러한 신축 감지부(15)를 통해 감지된 정보는 상기 열팽창 보상부를 구성하는 가압 제어부(17a)와 액츄에이터(17b)를 통해 상기 고정 플랜지(11)와 가동 플랜지(13)간의 간격이 조절되도록 구성된다.
일례로, 상기 배관 시편(100)에 작용하는 열피로 응력으로 인해 길이 방향으로 5mm 늘어나는 경우 상기 신축 감지부(15)가 길이 방향으로 늘어나는 힘 또는 거리를 감지하여 상기 열팽창 보상부를 구성하는 가압 제어부(17a)에 신호를 인가한다. 이어서 상기 가압 제어부(17a)는 감지된 정보를 기초로 상기 가동 플랜지(13)를 상기 고정 플랜지(11)측으로 가압 지지하고 있는 액츄에이터(17b)에 제어신호를 인가하여 상기 가동 플랜지(13)와 고정 플랜지(11)가 설정된 간격을 유지하도록 제어한다.
한편, 상기 신축 감지부(15)는 상기 배관 시편(100)의 신축에 따른 탄성 변위를 발생시키고, 이를 탄성 변위를 측정할 수 있는 공지의 탄성 변위센서를 적용하거나, 또는 고정 플랜지(11)와 가동 플랜지(13) 중 어느 하나 또는 둘 모두에 설치하되 상기 배관 시편(100)과 접촉되는 부분에 구비되어 배관 시편(100)의 신축에 따른 가압력을 측정하는 가압센서가 사용될 수 있으며, 이와 같이 배관 시편(100)의 신축을 감지하는 것은 공지의 다양한 기술에 의해 실시되어도 무방하다.
가열유닛(20)은 상기 배관 시편의 아래측 외면에 수직하게 배치되어 국부 가열 작용을 하는 요소이다.
이러한 가열유닛(20)은 상기 배관 시편(100)의 하부 일측 외면에 인접하게 배치되어 국부 가열하는 것으로 고주파 전류를 인가 받아 자장을 형성시켜 발열을 유도하는 유도가열 코일 또는 전원을 공급받아 발열하는 발열선을 구비한 직접가열 코일 중 어느 하나로 이루어진 히터(21)와, 상기 히터(21)의 가열온도를 측정하는 가열온도센서(23) 그리고 상기 히터(21)의 가열시간을 측정하는 가열타이머(25)로 구성된다.
여기서, 상기 히터(21)는 고주파 유도가열 코일을 제안하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 전원을 공급받아 발열하는 발열선을 구비한 직접 가열 코일이 사용되어도 무방하다.
냉각유닛(30)은 상기 배관 시편(100)의 내부로 냉각수를 강제 공급하여 냉각이 이루어지도록 하는 요소이다.
이러한 냉각유닛(30)은 상기 배관 시편(100)의 내부로 냉각수를 강제 공급하여 냉각시키는 것으로, 프레임 유닛(10)에 의해 구속된 배관 시편(100) 내의 냉각수 유량을 검출하는 유량검출기(31)와, 냉각수를 일정량 저장하는 냉각수탱크(36) 그리고 상기 배관 시편(100)에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수라인(32) 상에 설치되어 상기 냉각수탱크(36)에 저장된 냉각수를 펌핑하여 강제 이송시키기 위한 냉각수펌프(34) 그리고 상기 배관 시편(100)에 공급되는 냉각수의 유량을 조절하는 유량조절밸브(33)와, 상기 배관 시편(100)에 공급되는 냉각수의 온도를 측정하는 수온센서(39)로 구성된다.
도면을 참조하면, 상기 가동 플랜지(13)의 일측에는 냉각수라인(32)의 일단이 접속되어 냉각수를 공급하도록 배관 연결되고, 이때의 상기 가동 플랜지(13)는 상기 냉각수라인(32)을 통해 공급되는 냉각수가 그 내측에 위치한 배관 시편(100)의 내부로 공급될 수 있도록 관통구멍(미부호)이 형성되는 구성이다.
또한, 상기 냉각수라인(32) 상에 설치되어 상기 배관 시편(100)으로 공급되는 냉각수의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(33)는 수동조작을 통해 관로 개폐가 가능한 수동밸브가 설치되거나 또는 후술할 냉각수 토출 제어유닛(50)의 제어신호를 받아 관로 개폐를 하는 솔레노이드 밸브가 설치될 수 있으며 이는 공지의 기술에 의해 실시되어도 무방하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 배출유닛(40)은 상기 배관 시편(100)의 일측에 구비되어 그 내부의 냉각수를 외부로 배출시키는 요소이다.
이러한 배출유닛(40)은 상기 배관 시편(100)의 하측에 관통 형성된 냉각수 배출홀(100h)에 일단이 접속 연결되는 배출관로(41)와, 상기 배출관로(41) 상에 설치되어 선택적으로 관로를 개페하여 상기 배관 시편(100) 내의 냉각수를 외부로 배출시키는 배출밸브(43)로 구성된다.
여기서 상기 냉각수 배출홀(100h)은 상기 배관 시편(100) 내에 채워져 있는 냉각수가 자연적으로 배출될 수 있도록 하면의 가운데 부분에 관통 형성되는 것이 바람직하며, 상기 배출밸브(43)는 후술할 냉각수 토출 제어유닛(50)의 제어신호를 받아 관로 개폐가 이루어질 수 있도록 공지의 솔레노이드 밸브가 사용되는 것을 제안한다.
상기 냉각수 토출 제어유닛(50)은 상기 가열유닛(20)과 냉각유닛(30)에 제어신호를 인가하여 배관 시편(100)에 대한 가열과 냉각을 반복하여 열피로 사이클을 형성하여 국부적인 열응력을 발생될 수 있도록 하는 요소로서, 상기 가열유닛(20)의 가열동작 유무를 감지하여 가열 동작 전 상기 배출유닛(40)에 제어신호를 인가하여 배관 시편(100)의 내부에 채워져 있는 냉각수를 전부 배출시킨 후 상기 가열유닛(20)의 가열 동작이 수행되도록 제어하는 특징을 갖는다.
이러한 냉각수 토출 제어유닛(50)은 크게 배출제어부(51)와 가열제어부(53) 그리고 발열위치 검출부로 구성된다.
상기 배출제어부(51)는 상기 배관 시편(100)의 내부에 냉각수가 공급된 상태에서 가열유닛(20)의 가열 동작이 시작되기 전 상기 배관 시편(100) 내의 냉각수 전부를 외부로 토출시키도록 상기 배출유닛(40)에 배출동작을 위한 제어신호를 인가하는 요소이다.
상기 가열제어부(53)는 상기 배출제어부(51)로부터 냉각수 배출 완료신호를 인가 받아 상기 가열유닛(20)의 가열온도 및 온오프 동작을 제어하는 요소이다. 즉, 본 발명의 기술적인 특징은 배관 시편(100)의 내부에 냉각수를 완전 배출시킨 상태에서 가열유닛(20)이 배관 시편(100)에 대한 국부 가열을 실시하도록 제어하는 것이며, 이를 반복 수행함으로써 상기 배관 시편(100)의 외부 표면의 형상 변화가 없는 상태에서의 내부 온도 편차를 최대로 할 수 있게 된다.
즉, 가열유닛(20)을 배관 시편(100)의 아래쪽에 위치시킴으로써 설정 온도에 따른 가열 온도와 배관 시편(100) 자체에 구성하고 있는 냉각수 토출 제어유닛(50)에 의한 냉각시, 상기 배관 시편(100)의 내부 표면 온도와의 차이를 가장 크고 정밀하게 제어 관리할 수 있으므로 가열과 냉각을 반복하는 열피로 사이클에 의해 형성되는 열응력 재현성에 대한 신뢰성을 크게 높일 수 있다. 결과적으로 250mm~610mm의 지름을 갖는 비교적 두께가 두꺼운 대형 배관에 대한 비파괴 검사의 기량검증을 위한 실제 균열 대비시험편의 신뢰성과 실효성을 보장할 수 있다.
상기 발열위치 검출부는 상기 가열유닛에 의해 국부 가열된 배관 시편의 발열점의 위치를 검출하는 요소이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 대형 배관용 열피로 균열발생장치는 배관 시편(100)에 대한 가열과 냉각 작용을 규칙적이면서 균일하게 재현할 수 있으므로 결과적으로 열피로 사이클 재현에 대한 신뢰성을 높일 수 있으며, 또한 열피로에 의한 배관 시편(100)에 발생하는 신축 발생시 이를 신축감지부(15)와 가압 제어부(17a)를 통해 프레임 유닛(10)을 구성하는 가동 플랜지(13)와 고정 플랜지(11)가 적절하게 간격 조절이 이루어짐으로써 신축 발생에 따른 배관 시편(100) 또는 프레임 유닛(10)의 물리적인 손상이나 변형을 미연에 방지할 수 있다.
한편, 본 발명은 가열유닛(20)이 배관 시편(100)에 대한 가열 작용을 하기전에 상기 배관 시편(100)의 내부에 채워진 냉각수 전부를 외부로 배출하고, 이후 가열유닛(20)에 의한 가열시에는 냉각수가 배관 시편(100) 내부에 남지 않게 함으로써 대형 배관 외부 표면의 형상 변화가 없는 상황에서의 내부 온도 편차를 최대로 할 수 있다. 즉, 가열유닛(20)을 배관 시편(100)의 아래쪽에 위치시킴으로써 설정 온도에 따른 가열 온도와 상기 냉각유닛(30)에 의한 배관 시편(100)의 냉각에 의해 상기 배관 시편(100)의 내부 표면 온도와의 차이를 가장 크고 정밀하게 제어 관리할 수 있으므로 가열과 냉각을 반복하는 열피로 사이클에 의해 형성되는 열응력 재현성에 대한 신뢰성을 크게 높일 수 있으며, 특히 250mm~610mm의 지름을 갖는 두께가 두꺼운 대형 배관에 비파괴 검사의 기량검증을 위한 실제 균열 대비시험편의 신뢰성과 실효성을 보장할 수 있다.
한편, 본 발명은 기재된 실시례에 한정되는 것은 아니고, 적용 부위를 변경하여 사용하는 것이 가능하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
1 : 대형 배관용 열피로 균열발생장치
10 : 프레임 유닛 11 : 고정 플랜지
12 : 가이드 포스트 13 : 가동 플랜지
15 : 신축 감지부 17a : 가압 제어부
17b : 액츄에이터 20 : 가이드유닛
30 : 냉각유닛 31 : 유량검출기
32 : 냉각수라인 33 : 유량조절밸브
34 : 냉각수펌프 36 : 냉각수 탱크
40 : 배기유닛 41 : 배출관로
43 : 배출밸브 50 : 냉각수 토출 제어유닛
100 : 배관 시편

Claims (7)

  1. 지름 250mm~610mm의 원통형의 배관을 길이 방향으로 절단한 반원호 형상의 단면을 갖는 배관 시편을 고정 지지하는 프레임 유닛;
    상기 배관 시편의 아래측 외면에 수직하게 배치되어 국부 가열하는 가열유닛;
    상기 배관 시편의 내부로 냉각수를 강제 공급하는 냉각수펌프를 구비한 냉각유닛;
    상기 배관 시편의 일측에 구비되어 그 내부의 냉각수를 외부로 배출시키는 배출유닛;
    상기 가열유닛과 냉각유닛에 제어신호를 인가하여 배관 시편에 대한 가열과 냉각을 반복하여 열피로 사이클에 의해 형성되는 열응력을 발생시키는 것으로, 상기 배관 시편의 내부에 냉각수가 공급된 상태에서 가열유닛의 가열 동작이 시작되기 전 상기 배관 시편의 냉각수 전부를 외부로 토출시키도록 배출유닛에 배출 동작을 위한 제어신호를 인가하는 배출제어부 및 이 배출제어부로부터 냉각수 배출 완료신호를 인가받아 상기 가열유닛의 가열온도 및 온오프 동작을 제어하는 가열제어부 및 가열유닛에 의해 국부 가열된 배관 시편의 발열점의 위치를 검출하는 발열위치 검출부로 이루어진 냉각수 토출 제어유닛;
    으로 구성된 것을 특징으로 하는 대형 배관용 열피로 균열 발생장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 프레임 유닛은,
    상기 배관 시편의 길이 방향의 양측면 중 어느 한쪽면이 밀착 접촉되어 차폐되는 고정 플랜지와;
    상기 고정 플랜지와 복수의 가이드 포스트로 연결되어 전,후 슬라이드 이동되게 구비되되 상기 배관 시편의 다른 한쪽 면이 밀착 접촉되어 차폐되는 것으로 일측에는 외부로부터 냉각수를 공급받는 냉각수 공급라인이 연결된 가동 플랜지와;
    상기 고정 플랜지와 가동 플랜지 사이에 고정 지지된 배관 시편에 작용하는 가열 및 냉각작용에 의한 신축율을 신축율을 감지하는 신축 감지부 및 이 신축 감지부로부터 감지신호를 인가받아 상기 고정 플랜지와 가동 플랜지를 길이 방향으로 변위시키는 열팽창 보상부;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대형 배관용 열피로 균열 발생장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 가열유닛은,
    고주파 전류를 인가 받아 자장을 형성시켜 발열을 유도하는 유도가열 코일 또는 전원을 공급받아 발열하는 발열선을 구비한 직접가열 코일 중 어느 하나로 이루어진 히터와;
    상기 히터의 가열온도를 측정하는 가열온도 센서와;
    상기 히터의 가열시간을 측정하는 가열 타이머;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대형 배관용 열피로 균열발생장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 냉각유닛은,
    상기 배관 시편 내의 냉각수 유량을 검출하는 유량검출기와;
    상기 냉각수펌프와 상기 배관 시편의 내부로 냉각수를 공급하는 냉각수 라인 상에 설치되어 유량을 조절하는 유량조절밸브와;
    상기 배관 시편에 공급되는 냉각수의 온도를 측정하는 수온센서;
    를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대형 배관용 열피로 균열발생장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 배출유닛은,
    상기 배관 시편의 하측을 통해 그 내부와 연결되는 배출관로와; 상기 배출관로 상에 설치되어 선택적으로 관로를 개폐하여 상기 배관 시편 내의 냉각수를 외부로 배출시키는 배출밸브;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대형 배관용 열피로 균열 발생장치.
  6. 삭제
  7. 제 2항에 있어서, 상기 신축 감지부는,
    상기 고정 플랜지와 가동 플랜지를 연결하는 것으로 상기 배관 시편의 신축에 따른 탄성 변위를 측정하는 탄성 변위센서 또는 상기 고정 플랜지와 가동 플랜지 중 어느 하나 또는 둘 모두에 설치되되 상기 배관 시편과 접촉되는 부분에 설치되어 가압력을 측정하는 가압센서 중 어느 하나로 구비되고;,
    상기 열팽창 보상부는 상기 신축 감지부로부터 감지정보를 인가받아 상기 배관 시편의 신축율을 계산 처리하고 이를 기초로 상기 가동 플랜지를 상기 고정 플랜지에 대하여 전,후 방향으로 위치 이동시켜 상기 배관 시편에 대한 밀착 정도를 조절하도록 제어신호를 출력하는 가압 제어부 및 상기 가압 제어부로부터 제어신호를 인가받아 상기 가동 플랜지와 고정 플랜지 중 어느 하나에 연결 설치되는 것으로 구동원에 의해 직선 방향으로의 위치 변위를 발생시키는 액츄에이터;로 구성된 것을 특징으로 하는 대형 배관용 열피로 균열 발생장치.
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