KR102646988B1 - 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저 측정을 위한 모의장치를 이용한 레이저 측정장치의 보정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저 측정을 위한 모의장치 및 이를 이용한 레이저 측정장치의 보정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원자력발전소 핵연료집합체의 원자로 내 연소에 따라 발생할 수 있는 핵연료집합체의 수직방향 휨 변형량을 수중에서 모의하여 측정장치의 정확도를 사전에 확인하고 오차를 보정하기 위한 모의장치 및 측정장치의 보정방법에 관한 것이다. 본 발명은 레이저를 통해 핵연료집합체의 수직방향 휨을 측정하고 보정할 수 있도록 하여, 레이저를 핵연료집합체의 수직방향 휨량 측정장치에 사용할 수 있도록 하는 효과를 갖는다. 또한, 본 발명은 보정시험편에 임의의 수직방향 휨량을 모의 발생시키고, 이를 측정하고 보정할 수 있도록 하여, 레이저 측정장치의 오차를 사전에 감소시키고, 정확도를 높이는 효과가 있다.
Description
본 발명은 핵연료집합체 휨 변형량의 레이저 측정을 위한 모의장치 및 이를 이용한 레이저 측정장치의 보정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원자력발전소 핵연료집합체의 원자로 내 연소에 따라 발생할 수 있는 핵연료집합체의 수직방향 휨 변형량을 수중에서 모의하여 측정장치의 정확도를 사전에 확인하고 오차를 보정하기 위한 모의장치 및 측정장치의 보정방법에 관한 것이다.
원자력발전소의 원자로에서 에너지를 얻기 위해 사용하는 농축 우라늄은 가느다란 튜브 속에 수백 개씩 집어넣어 만든 핵 연료봉을 다발 형태의 핵연료집합체로 형성하여 활용되고 있다.
일반적인 경수로용 핵연료집합체는 격자형으로 배치되는 다수의 핵연료피복관, 상하부에서 외부 하중을 전달하고 지지하는 상하부지지판, 핵연료봉 등을 포함하고 있다. 그런데, 핵연료집합체는 원자로 내 핵분열 연소에 따른 고온, 고압 및 방사선 조사 등에 의해 핵연료집합체에 변형이 발생될 수 있다. 이러한 핵연료집합체의 변형은, 카메라와 같은 육안 계측장비를 통해 검사 및 측정되고 있다.
도 1은 기존에 사용되는 핵연료집합체의 감시장치 구조에 관한 도면이다. 도 1을 참조하면, 검사대(1)는 핵연료집합체(2)를 직립시키고, 그 상단 및 하단을 지지하고 있다. 핵연료집합체(2)의 전방으로는 수직프레임(5)을 따라 이동기구(4)에 의해 상하로 승강되며 핵연료집합체(2)를 촬영하는 카메라(3)를 구비하고 있다. 이동기구(4)는 대상에 탑재한 카메라(3)를 이동시키며, 이동기구(4)의 상하 이동시에는 핵연료집합체(2)의 검사 범위 최상단에서 최하단까지를 영상화 할 수 있는 스트로크를 갖는다. 카메라(3)의 촬영, 이동기구(4)의 이동 및 촬영 위치 설정은 제어부(7)에 의해 제어되어 동작되고, 카메라(3)에서 촬영된 영상 신호는 화상처리부(6)로 입력되고, 치수, 외관 등을 검사한 후, 각각의 화상 처리 결과 및 검사 항목, 검사장 등의 데이터는 제어부(7)에서 집계되고, 디스플레이 등의 출력부(8)로 출력된다. 카메라(3)를 통해, 핵연료집합체(2)의 변형, 휨, 연료봉 사이의 간격, 각종 치수, 각도, 피검체 표면 흠집, 이물질, 오염 유무 등을 판단할 수 있다.
도 2는 핵연료집합체의 휨 발생 상태를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, (a)와 같은 수직형의 핵연료집합체(2)는, (b)와 같이 어느 일방으로 변위가 발생되며 상하 축방향, 즉 수직방향 휨이 발생될 수 있다. 핵연료집합체(2)의 수직방향 휨 변형측정에 사용되고 있는 기존의 카메라(3) 육안검사 기술은 핵연료 저장조 내부 수중에서 핵연료집합체(2)의 수직 길이방향과 나란히 설치된 수직프레임(5)을 통해 이동시키거나, 와이어와 눈금이 새겨진 줄자를 아래쪽 수직으로 매달아 내리고, 와이어와 핵연료집합체(2) 측면 사이의 간격을 카메라(3)로 촬영하는 방식을 사용한다. 촬영으로 얻어진 디지털 화상의 픽셀 수를 계수하여 와이어와 핵연료집합체(2) 면 사이의 편차를 계산하고 이를 기준으로 핵연료집합체(2) 수직방향의 휨량을 측정하고 있다. 이러한 카메라 육안검사 측정기술은 카메라 촬영 화상 품질과 검사자의 시력에 따라 정확도가 결정되기 때문에 측정 오차(약 ±2.0㎜ 이상)가 비교적 많이 발생하고, 카메라, 수직 와이어 및 상하 이동 승강기 등과 같은 측정 도구 설치에 많은 노력과 시간(약 4~5시간 이상)이 소요되고 있어, 주어진 기간 내에 검사를 완료할 수 있는 핵연료집합체의 수량이 제한적이라는 문제점이 있다.
원자력발전소 핵연료집합체 검사는 제한된 일정의 정비공사 기간 내에 검사를 완료해야 하는 임계공정에 해당되고, 건전성 확인이 최우선인 검사이므로, 검사속도와 정확도가 매우 중요하다. 따라서 시간이 많이 소요되는, 기존 적용 카메라 기반의 육안검사 기술을 대체할 수 있는 새로운 핵연료집합체 변형 측정 장치 및 측정방법이 요구되고 있다.
현재 국내외적으로 4차 산업혁명 관련 첨단산업기술의 발전에 따라 레이저 변위측정 기술의 수준도 고도화되고 있으며, 첨단 제조, 과학 및 군사 분야에 널리 적용되고 있다. 최근의 IT 및 첨단 제조산업의 발전에 따라 레이저를 이용한 첨단 측정기술 개발과 그 적용범위가 크게 확대되고 있으며, 현재 해외 원자력발전소 핵연료집합체 변형 측정과 원자로 해체 기술을 비롯한 첨단 제조분야의 정밀조립 및 제조 공정, 비파괴검사 등에 중요한 기술로 적용되고 있다. 레이저 변위측정 장치는 육안용 카메라 대신, 레이저를 발사하는 레이저 광원과 목표물에서 반사되어 되돌아오는 레이저를 감지하는 수광부, 시간계산을 위한 계수기, 컴퓨터 중앙처리장치 및 디스플레이 등으로 구성된다.
레이저를 이용한 변위 측정기술은 측정기의 조준선과 레이저 광축을 일치시키고 지향성이 우수한 레이저를 발사하여 이 레이저가 목표물로부터 반사되어 되돌아온 시간을 이용하여 거리를 계산한다. 즉, 레이저 변위 측정은 레이저가 광원과 목표물 사이를 왕복하는 시간을 측정한다. 다시 말해 "거리=레이저 속도×시간" 식을 이용하여 거리를 측정한다. 또한, 레이저 변위 측정 기술은 비접촉식으로 직선뿐만 아니라 곡선, 긴 경사면 등 측정할 수 있기 때문에 목표물의 제약을 현저히 줄일 수 있다. 핵연료집합체 변형 측정을 위한 레이저 변위측정 기술은 레이저 삼각측정 방식의 형상측정 원리를 기반으로 한다. 본 발명과 관련한 레이저 변위측정 기술은 핵연료집합체에 라인 레이저 빔을 조사하고 특정 각도에서 물체에서 산란된 그 레이저 라인빔 영상을 획득하여 형상을 정밀하게 측정한다. 삼각측정 방식에 사용되는 레이저 센서는 광학계의 구성에 따라 피검체와의 거리를 분해능 수 ㎛의 아주 정밀한 측정부터 분해능 수 ㎜인 넓은 범위까지 측정이 가능하므로, 원자력발전소에의 적용에 적합하다. 레이저 변위측정 기술은 측정을 위해 레이저 광원과 피검체의 접촉이 요구되지 않는 비접촉 방식으로서 레이저 광원과 핵연료봉 사이에 간격이 있는 상태에서 측정이 가능하며, 기존 육안검사 기술 대비 검사속도는 10배 이상 향상되면서도, 검사 정확도도 획기적으로 개선된 기술이다. 즉, 기존 기술의 문제점을 해소하기 위해 핵연료집합체 검사에 레이저를 사용하게 되면, 비접촉 검사로써 검사체의 표면 상태에 영향을 받지 않으면서, 10배 이상 향상된 검사속도와 높은 정확도(약 ±0.1㎜ 이내)로 핵연료집합체를 검사할 수 있어, 원자력발전소 정비 공사의 정비 기간을 단축하고, 사고/고장율을 감소시킬 수 있다.
그런데, 상기 레이저를 이용한 핵연료집합체 수직방향 휨량 측정기술의 적용을 위해서는 측정을 시작하기 전에 측정장치를 보정하는 것이 필요하다. 즉, 핵연료집합체의 이미 알고 있는 휨량(참값)을 측정장치로 측정하고, 이 측정값을 참값과 비교하여 레이저 측정장치의 측정 오차를 확인하여 필요시 오차범위 이내로 보정할 수 있어야 한다.
이에 레이저 측정장치의 현장 적용 전에 측정 오차를 사전 검사하고, 미리 보정할 수 있는 모의장치 및 보정 방법에 대한 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은, 종래의 핵연료집합체 휨 측정기술인 카메라를 사용한 육안검사 기술을 사용함에 따라 수반되는 여러 어려움과 단점을 해소하기 위해, 레이저를 이용한 정밀 변형 측정방식으로 대체함에 있어, 레이저 측정장치를 보정하기 위해 핵연료집합체의 휨량을 임의로 모의할 수 있도록 하는 모의장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 측정장치 보정에 필요한 보정시험편과 보정시험편에 임의의 휨량을 모의하기 위한 장치와 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 핵연료집합체에 수평방향으로 인장력을 발생시키고, 수직방향으로 인위적인 휨량을 발생시켜서, 이를 레이저로 측정하고 그 측정값을 비교함으로써, 레이저의 측정 오차를 확인하고, 레이저 측정장치를 보정할 수 있도록 하는 모의장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 핵연료집합체 수직방향의 휨량을 정밀하게 모의할 수 있도록 하는 모의장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 수조 내 수중에 설치된 보정시험편의 수직방향 휨량을 수조 밖에서 높은 정확도로 원격 조작할 수 있도록 하는 모의장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 레이저를 이용하여 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량을 측정하기 위한 모의장치에 있어서, 수직으로 다수의 핵연료피복관(102)이 집적 배치되는 핵연료집합체 보정시험편(100); 상기 핵연료집합체 보정시험편(100)의 이동 변위, 변형을 측정하기 위한 변위측정기(200); 상기 변위측정기(200)를 상하방으로 이동시키기 위한 승강장치(300); 및 상기 변위측정기(200) 및 상기 승강장치(300)를 제어하는 제어부(500);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저 측정을 위한 모의장치를 제공한다.
상기 핵연료집합체 보정시험편(100)은 상단이 상부지지판(110), 하단이 하부지지판(130)에 지지되고, 그 중간측에는 인장부(120)과 연결되고, 상기 인장부(120)에 수평방향의 인장력을 가해 상기 핵연료집합체 보정시험편(100)을 휘도록 하기 위한 휨 발생장치(400);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 휨 발생장치(400)는: 상기 인장부(120)에 수평하게 연결되는 수평축(420); 및 단부에 조작부재(440)를 구비하며 수직으로 배치되는 수직축(430);을 포함하고, 상기 조작부재(440)를 통해 수직축(430)을 회전시키면, 상기 수평축(420)이 상기 인장부(120)에 인장력을 가하는 것을 특징으로 한다.
상기 수평축(420)은 수평 웜축이고, 상기 수직축(430)은 수직 웜기어축이고, 상기 수평 웜축과 상기 수직 웜기어축의 사이에 배치되어 상호 연동시키는 웜-웜기어 어셈블리(410)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 수평축(420)에는 수평 변위측정기(480)를 구비하여, 상기 인장부(120)에 가해진 인장력에 따라 수평방향으로 발생하는 변위 기준값을 측정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부(500)는: 상기 변위측정기(200)에서 측정된 휨량과 상기 수평 변위측정기(480)에서 측정된 변위값의 비교 결과에 따라, 상기 변위측정기(200)의 측정 변수를 보정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 변위측정기(200)는 레이저 변위측정기이고, 상기 레이저 변위측정기는: 상기 핵연료집합체 보정시험편(100)으로 레이저를 입사시키는 레이저 발생기(210); 및 상기 핵연료집합체 보정시험편(100)으로부터 반사된 레이저를 수신하는 레이저 수신기(220);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 핵연료피복관(102)의 상단부 또는 하단부는 완전히 고정되지 않고, 자유단으로 지지하는 것을 특징으로 한다.
상기 핵연료피복관(102)의 상단부 또는 하단부는: 상기 핵연료피복관(102)의 내부로 일부 인입되는 피복관 지지봉(452); 상기 피복관 지지봉(452)의 외측에 끼워져, 상기 핵연료피복관(102) 내부와의 사이에 배치되는 탄성부재(454)에 의해 자유단으로 지지되는 것을 특징으로 한다.
액체를 담을 수 있는 수조(600)를 더 포함하고, 상기 핵연료집합체 보정시험편(100), 상기 변위측정기(200), 상기 승강장치(300)는 상기 수조(600) 내에 수용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 수직으로 다수의 핵연료피복관(102)이 집적 배치되는 핵연료집합체 보정시험편(100), 상기 핵연료집합체 보정시험편(100)의 이동 변위, 변형을 측정하기 위한 변위측정기(200), 상기 변위측정기를 상하방으로 이동시키기 위한 승강장치(300), 상기 핵연료집합체 보정시험편(100)의 중간 부분에 연결된 인장부(120)에 수평방향의 인장력을 가해 상기 핵연료집합체 보정시험편(100)을 휘도록 하기 위한 휨 발생장치(400) 및 상기 변위측정기(200) 및 상기 승강장치(300)를 제어하는 제어부(500)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저 측정을 위한 모의장치에 있어서, (1) 상기 휨 발생장치(400)를 통해 상기 인장부(120)에 인장력을 가하는 단계; (2) 핵연료집합체 보정시험편(100)에 수직방향 휨이 발생하는 단계; (3) 상기 변위측정기(200)를 통해 휨량을 측정하는 단계; (4) 상기 변위측정기(200)를 통해 측정된 휨량과, 상기 휨 발생장치(400)에 구비되는 수평 변위측정기(480)의 휨 지시값을 비교하는 단계; 및 (5) 상기 비교 단계에서의 차이에 따라, 상기 제어부(500)에서 상기 변위측정기(200)의 휨량을 산정하는 변수를 보정하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저 측정을 위한 모의장치를 이용한 레이저 측정장치의 보정방법을 제공한다.
본 발명은 레이저를 통해 핵연료집합체의 수직방향 휨을 측정하고 보정할 수 있도록 하여, 레이저를 핵연료집합체의 수직방향 휨량 측정장치에 사용할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 보정시험편에 임의의 수직방향 휨량을 모의 발생시키고, 이를 측정하여 레이저 측정장치를 보정할 수 있도록 하여, 레이저 측정장치의 오차를 사전에 감소시키고, 정밀도를 높이는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 모사를 통해, 레이저의 측정 오차를 사전에 확인하고, 보정할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 핵연료집합체 수직방향의 휨량을 정밀하게 모의할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 종래의 카메라 기반 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 육안검사 기술의 장치설치시의 긴 시간소요, 느린 검사속도 등의 어려움과 단점을 해소하고, 임의의 수직방향 휨량을 높은 정확도로 모사할 수 있고, 조작이 용이하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 기존에 사용되는 핵연료집합체의 감시장치 구조에 관한 도면이다.
도 2는 핵연료집합체의 휨 발생 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저측정을 위한 휨 모의장치의 전체 구성 및 배치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저측정을 위한 휨 모의장치의 휨 모사 원리를 세부적으로 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 핵연료집합체 보정시험편의 지지 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저측정을 위한 보정시험편 수직방향의 휨 발생 과정 및 레이저 측정장치의 보정 과정을 나타내는 순서도이다.
도 2는 핵연료집합체의 휨 발생 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저측정을 위한 휨 모의장치의 전체 구성 및 배치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저측정을 위한 휨 모의장치의 휨 모사 원리를 세부적으로 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 핵연료집합체 보정시험편의 지지 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저측정을 위한 보정시험편 수직방향의 휨 발생 과정 및 레이저 측정장치의 보정 과정을 나타내는 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저 측정을 위한 모의장치 및 이를 이용한 레이저 측정장치의 보정방법에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 한가지의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 또한, 당해 기술 분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저측정을 위한 휨 모의장치의 전체 구성 및 배치를 개략적으로 도시한 개념도이다. 도 3을 참조하면, 레이저를 이용하여 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량을 측정하기 위한 모의장치는, 핵연료집합체 보정시험편(100), 레이저 변위측정기(200), 승강장치(300), 휨 발생장치(400), 제어부(500)를 포함한다. 즉, 핵연료집합체의 수직방향 휨량 보정시험편, 보정시험편에 임의의 휨량을 원격으로 모의하기 위한 장치, 핵연료집합체 길이방향으로 레이저 광원으로 스캔하기 위한 선형스캔장치를 포함하여 구성된다.
핵연료집합체 보정시험편(100), 레이저 변위측정기(200), 승강장치(300), 휨 발생장치(400)는 물이 담긴 수조(600) 내에 수용할 수 있다. 핵연료집합체 보정시험편(100)의 수직방향 휨량을 높은 정확도로 모의하기 위해 수조(600) 내에 핵연료집합체 보정시험편(100)을 수직으로 설치하고, 핵연료집합체 보정시험편(100) 측면의 약 60cm 거리에 레이저 광원을 설치하여 레이저 광원의 상하 선형운동에 의해 핵연료집합체와 레이저 광원 사이의 간격을 측정하도록 한다.
핵연료집합체 보정시험편(100)은, 핵연료집합체(17×17형)를 모사한 보정시험편으로서 길이 1m, 직경 9.5㎜, 두께 0.5㎜인 총 2(횡)×17(종)개의 핵연료 튜브를 핵연료집합체 핵연료봉 배치간격(피치 약 13mm)으로 배치한 모형 시험편이다. 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저측정을 위한 휨 모의장치는 레이저 변위측정을 시작하기 전에 측정장치, 즉 레이저 변위측정기(200)의 설정값, 측정값, 변수 항목 등을 사전에 보정할 수 있도록 하기 위한 일종의 모사 시험편이다. 즉, 핵연료집합체 보정시험편(100)의 이미 알고 있는 수직방향 휨량(참값)을 레이저 변위측정기(200)로 측정하고, 이 측정값을 참값과 비교하여 레이저 변위측정기(200)의 측정오차를 확인하여 필요시 오차범위 이내로 보정하도록 한다.
핵연료집합체 보정시험편(100)은, 이 같은 레이저 변위측정기(200) 보정에 필요한 수직방향 휨량을 임의로 모의하기 위한 필수 도구로서 핵연료집합체를 모사한 것이다. 핵연료집합체 보정시험편(100)은 상단은 상부지지판(110)에, 하단은 하부지지판(130)에 지지되고, 그 중간 부분은 인장부(120)에 연결, 지지되고 있다. 인장부(120)의 어느 일측으로 인장력을 받게 되면, 핵연료집합체 보정시험편(100)도 같은 방향으로 인장력을 받게 되며, 측방을 향해 휨이 발생된다.
레이저 변위측정기(200)는 방수형 특수 케이스 내부에 레이저 발생기(210)와 레이저 수신기(220)를 포함하며, 내부에 레이저 발생기(210) 및 스테인리스강 재질의 레이저 반사거울, 레이저 수신기(220) 및 스테인리스강 재질의 반사거울이 설치되고 레이저 빔이 통과하는 납유리 재질의 윈도우창이 전면에 설치된다. 핵연료집합체 보정시험편(100)의 수직방향 휨량을 측정하기 위해 핵연료집합체 보정시험편(100)의 측면에 레이저 광원을 배치하고 레이저 광원을 핵연료집합체 보정시험편(100)의 길이방향으로 스캔하여 핵연료집합체 보정시험편(100)과 레이저 광원 사이의 거리를 측정하고, 이를 핵연료집합체 보정시험편(100)의 수직방향 휨량으로 변환하도록 하는 효과를 갖는다.
승강장치(300)는 스텝모터(310)와 그 하방으로 배치되는 수직형의 선형스캐너(330)를 포함하고, 외부와는 케이블(320)을 통해 연결된다. 선형스캐너(330)를 따라 레이저 변위측정기(200)가 수직방향으로 이동하는 것은, 선형스캐너(330) 상단에 장착된 스텝모터(310)의 구동력에 의하며, 모터제어부(510)에서 스텝모터(310)의 회전 속도 및 변위를 제어하게 된다.
휨 발생장치(400)는 인장부(120)에 수평하게 연결되는 수평축(420) 및 단부에 조작부재(440)를 구비하며 수직으로 배치되는 수직축(430)을 포함하고, 조작부재(440)를 통해 수직축(430)을 회전시키면, 수평축(420)이 인장부(120)에 인장력을 가하게 된다. 이를 위해 수평축(420)은 수평 웜축(420)으로, 수직축(430)은 수직 웜기어축(430)으로 구성하고, 이들 사이에는 웜-웜기어 어셈블리(410)가 배치된다. 웜-웜기어 어셈블리(410)는 회전하는 핸들 형태의 조작부재(440)의 회전에 의해 수직 웜기어축(430)에 발생한 회전력을 수평 웜축(420)의 수평방향 변위로 전환하여 핵연료집합체 보정시험편(100) 중앙에 설치된 인장부(120)에 인장력을 생성한다.
핵연료집합체 보정시험편(100) 및 휨 발생장치(400)를 지지하기 위한 상부지지판(440), 핵연료집합체 보정시험편(100) 및 휨 발생장치(400)를 지지하고 선형스캐너(330)가 장착되는 하부지지판(450), 수평축(420) 등이 장착되는 지지부재(460)를 포함한다.
수평축(420)에는 수평 변위측정기(480)가 배치되어, 수직축(430)의 동작에 의해 수평축(420)의 이동 변위, 인장부(120)에 가해진 인장력에 따른 수평방향 이동 변위를 측정하도록 한다.
제어부(500)의 모터제어부(510)는 승강장치(300)의 스텝모터(310)의 수직이동 속도 및 위치를 제어하고, 일정 속도를 유지할 수 있도록 한다. 데이터처리부(520)는 레이저 발생기(210)에서 발생한 레이저 빔이 핵연료봉 표면으로 조사 및 반사되어 레이저 수신기(220)로 수신된 레이저 빔 데이터를 디지털로 변환한다. 분석장치(530)는 데이터 수집/분석 컴퓨터로서, 전체 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저측정을 위한 휨 모의장치를 제어하고, 수집되어 디지털 처리된 데이터를 분석하고, 디스플레이 장치로 출력한다.
수조(600)는 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량 레이저 측정이 이루어지는 발전소 사용 후 핵연료저장조를 모사한 수조로서, 크기가 1600㎜(가로)×800㎜(세로)×1800㎜(높이)이며, 장치 설치, 교정 및 조작의 편의성을 위해 필요에 따라 전면을 개방할 수 있도록 탈부착 가능 형태를 포함한다.
도 4는 본 발명에 따른 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저측정을 위한 휨 모의장치의 휨 모사 원리를 세부적으로 도시한 개념도이다. 도 4를 참조하면, 승강장치(300)에는 레이저 발생기와 레이저 수신기가 장착된 레이저 변위측정기(200)가 설치되고, 수직으로 일정한 속도로 이동하여 레이저 빔을 핵연료집합체 보정시험편(100)에 조사한다.
핵연료집합체 보정시험편(100)의 수직의 길이방향으로 조사되는 레이저 입사광(230), 핵연료집합체 보정시험편(100)의 수직의 길이방향으로부터 반사되는 레이저 반사광(240)을 상호 비교하여, 거리, 변위를 측정하게 된다.
이 때, 핵연료집합체 보정시험편(100)이 정상상태, 즉 수직방향 휨이 발생하지 않은 수직 상태 대비, 휨이 발생한 상태에 대해서도 레이저를 통해 변위를 측정하도록 한다.
핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저측정을 위한 레이저 측정장치 보정에 필수적인 핵연료집합체 보정시험편(100)의 수직방향 휨량을 임의로 모의하기 위해 수조(600) 밖에 설치된 회전 핸들인 조작부재(440)를 A와 같이 회전시키고, 이 핸들의 연결된 수직축(430) 끝단에 장착된 웜-웜기어 어셈블리(410)의 전환 동작에 따라, 수평축(420)을 B와 같이 회전시켜 핵연료집합체 보정시험편(100)의 중앙 측에 구비된 인장부(120)를 C와 같이 인장하여, 핵연료집합체 보정시험편(100)의 수직방향으로 임의의 휨량을 원격의 높은 정확도(약 ±0.01㎜ 이내)로 모사할 수 있어, 조작 용이성이 획기적으로 개선된다. 이러한 정확도의 인장력 발생을 위해 웜과 웜기어의 조합을 채택하도록 한다.
핵연료집합체 보정시험편(100)의 수직방향으로 발생할 수 있는 휨의 치수를 원격으로 정밀하게 모의하기 위해 핵연료집합체 보정시험편(100)의 중간위치에 인장부(120)를 통해 수평방향으로 웜기어를 설치하여 인장을 위한 조작방향을 수직으로 변환하고, 기어 감속비를 저속(약 20:1 이상)으로 설정하여 핸들 회전에 따른 핵연료집합체 보정시험편(100)의 인장 변위량을 높은 정확도(약 0.01mm/회전 이상)로 정밀하게 모의할 수 있도록 한다.
이를 위해, 수조(600) 내의 핵연료집합체 보정시험편(100)의 휨을 발생시키는 동시에, 검사자의 조작을 용이하게 하기 위해 조작부재(440)를 수조(600) 밖에 위치시키고, 이를 외부에서 미세하고 정확하게 제어함으로써, 높은 정확도(약 ±0.01㎜ 이내)로 원격 조작이 가능하게 된다.
핵연료집합체 보정시험편(100)에 점선과 같이 수직방향 휨이 발생된 후에, 이전과 마찬가지로 레이저 변위측정기(200)가 수직으로 일정한 속도로 이동하여 레이저 빔을 핵연료집합체 보정시험편(100)에 조사함으로써, 이동변위를 측정하게 된다.
수평축(420)에는 수평 변위측정기(480)가 설치되어 있으며, 인장력에 따른 변위 발생시 수평 변위측정기(480)에서 기준값이 되는 휨량(참값)이 측정된다. 검사자는, 이 때 측정된 참값의 변위값과, 레이저 변위측정기(200)를 통해 측정되어 제어부(500)가 산출 및 디스플레이한 측정변위값을 비교할 수 있게 되고, 이 때 상호 비교 결과가 일치하거나 오차 범위 이내가 되면, 레이저 변위측정기(200)와 관련된 설정값, 변수값 등을 보정할 필요가 없다. 그러나, 상호 비교 결과 오차 범위 밖의 불일치 값이 도출되면, 검사자는 제어부(500)를 통해 레이저 변위측정기(200)의 측정과 관련된 설정값, 변수값, 측정조건(레이저-피검체 거리, 빔 각도) 등을 사전에 보정하여, 비교 결과값이 일치되거나 오차 범위 이내가 되도록 할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 핵연료집합체 보정시험편의 지지 구조를 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 핵연료집합체 보정시험편(100)에 수직방향 휨이 발생할 때, 보정시험편을 구성하는 핵연료봉에 발생할 수 있는 소성 변형을 방지하고 탄성 변형을 보장하기 위해 시험편 상하 양단을 고정(fixed end)하지 않고 피복관 지지봉(452)과 탄성부재(454)인 실리콘 오링이 설치된 자유단(free end)이 도 4의 D부분(하단의 경우)에 마련된다.
핵연료집합체 보정시험편(100)을 구성하는 다수의 수직 배치 핵연료피복관(102)은 그 하단이 강성 고정되지 않고, 하부지지판(450) 등의 하단 받침 구성 상에 구비된 피복관 지지봉(452)에 분리 가능하도록 삽입 배치되고, 피복관 지지봉(452)과 핵연료피복관(102)의 내경 사이 공간으로는 오링과 같은 탄성부재(454)를 삽입하여, 피복관 지지봉(452) 대비 핵연료피복관(102)이 측방으로 어느 정도의 유동적인 자세를 가질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명에 따른 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저측정을 위한 보정시험편 수직방향의 휨 발생 과정 및 레이저 측정장치의 보정 과정을 나타내는 순서도이다. 도 6을 참조하면, 원격조작핸들인 조작부재(440)를 수조(600)의 외측에서 검사자가 회전시키면(S1), 수직축(430)이 회전되고(S2), 웜-웜기어 어셈블리(410)를 거쳐 수평축(420)이 좌우 방향으로 이동한다(S3). 이 때 수평축(420)에 발생된 수평방향의 변위에 따라(S4), 인장부(120)에 인장력이 작용하게 되고(S5), 핵연료집합체 보정시험편(100)에 수직방향의 휨이 발생한다(S6). 이 때 수평방향의 변위는 수평 변위측정기(480)를 통해 측정할 수 있다(S7). 레이저 변위측정기(200)를 통해 측정된 수평방향의 변위는(S8), 수평 변위측정기(480)를 통해 측정된 변위 지시값과 비교하게 되고(S9), 레이저 변위측정기(200)를 통해 측정한 변위, 휨량이 수평 변위측정기(480)의 기준값과 동일하거나 오차 범위 이내라면 레이저 변위측정기(200)와 관련한 측정에 대해 보정을 하지 않고, 오차 범위를 벗어난다면 레이저 변위측정기(200)와 관련하여 설정값 등을 보정할 수 있게 된다.
본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 또한, 본 명세서의 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서의 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
1 : 검사대 2 : 핵연료집합체
3 : 카메라 4 : 이동기구
5 : 수직프레임 6 : 화상처리부
7 : 제어부 8 : 출력부
100 : 핵연료집합체 보정시험편 102 : 핵연료피복관
110 : 상부지지판 120 : 인장부
130 : 하부지지판 200 : 레이저 변위측정기
210 : 레이저 발생기 220 : 레이저 수신기
230 : 레이저 입사광 240 : 레이저 반사광
300 : 승강장치 310 : 스텝모터
320 : 케이블 330 : 선형스캐너
400 : 휨 발생장치 410 : 웜-웜기어 어셈블리
420 : 수평 웜축 430 : 수직 웜기어축
440 : 조작부재 450 : 하부지지판
452 : 피복관 지지봉 454 : 탄성부재(실리콘 오링)
460 : 지지부재 470 : 상부지지판
480 : 수평 변위측정기 500 : 제어부
510 : 모터제어부 520 : 데이터처리부
530 : 분석장치 600 : 수조
3 : 카메라 4 : 이동기구
5 : 수직프레임 6 : 화상처리부
7 : 제어부 8 : 출력부
100 : 핵연료집합체 보정시험편 102 : 핵연료피복관
110 : 상부지지판 120 : 인장부
130 : 하부지지판 200 : 레이저 변위측정기
210 : 레이저 발생기 220 : 레이저 수신기
230 : 레이저 입사광 240 : 레이저 반사광
300 : 승강장치 310 : 스텝모터
320 : 케이블 330 : 선형스캐너
400 : 휨 발생장치 410 : 웜-웜기어 어셈블리
420 : 수평 웜축 430 : 수직 웜기어축
440 : 조작부재 450 : 하부지지판
452 : 피복관 지지봉 454 : 탄성부재(실리콘 오링)
460 : 지지부재 470 : 상부지지판
480 : 수평 변위측정기 500 : 제어부
510 : 모터제어부 520 : 데이터처리부
530 : 분석장치 600 : 수조
Claims (11)
- 수직으로 다수의 핵연료피복관이 집적 배치되는 핵연료집합체 보정시험편, 상기 핵연료집합체 보정시험편의 이동 변위, 변형을 측정하기 위한 변위측정기, 상기 변위측정기를 상하방으로 이동시키기 위한 승강장치, 상기 핵연료집합체 보정시험편의 중간 부분에 연결된 인장부에 수평방향의 인장력을 가해 상기 핵연료집합체 보정시험편을 휘도록 하기 위한 휨 발생장치 및 상기 변위측정기 및 상기 승강장치를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저 측정을 위한 모의장치에 있어서,
(1) 상기 휨 발생장치를 통해 상기 인장부에 인장력을 가하는 단계;
(2) 핵연료집합체 보정시험편에 수직방향 휨이 발생하는 단계;
(3) 상기 변위측정기를 통해 휨량을 측정하는 단계;
(4) 상기 변위측정기를 통해 측정된 휨량과, 상기 휨 발생장치에 구비되는 수평 변위측정기의 휨 지시값을 비교하는 단계; 및
(5) 상기 비교 단계에서의 차이에 따라, 상기 제어부에서 상기 변위측정기의 휨량을 산정하는 변수를 보정하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저 측정을 위한 모의장치를 이용한 레이저 측정장치의 보정방법. - 삭제
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230084868A KR102646988B1 (ko) | 2023-06-30 | 2023-06-30 | 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저 측정을 위한 모의장치를 이용한 레이저 측정장치의 보정방법 |
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| KR1020230084868A KR102646988B1 (ko) | 2023-06-30 | 2023-06-30 | 핵연료집합체 수직방향 휨 변형량의 레이저 측정을 위한 모의장치를 이용한 레이저 측정장치의 보정방법 |
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| KR (1) | KR102646988B1 (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH06300886A (ja) * | 1993-02-25 | 1994-10-28 | General Electric Co <Ge> | 核燃料バンドルスペーサ用のばね定数測定器 |
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-
2023
- 2023-06-30 KR KR1020230084868A patent/KR102646988B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (6)
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