KR200405754Y1

KR200405754Y1 - 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치

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Publication number: KR200405754Y1
Application number: KR2020050030742U
Authority: KR
Inventors: 양승한; 이희종; 조찬희; 김용식; 최성남; 김형남; 윤병식; 정지홍
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2005-10-29
Filing date: 2005-10-29
Publication date: 2006-01-11

Abstract

본 고안은 원자력발전소 원자로 용기 내면 피복재 표면에 손상 발생시 결함의 안전성을 평가하기 위해 손상부위에 대한 복제(replica)를 채취하기 위한 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 고안의 피복재 손상부 복제(replica)장치는 원자로 내부 구조물 육안검사를 위한 수중카메라와 함께 원자로 핵연료 재장전기 브리지에 설치되어 원자로 수중 내벽에 발생한 손상부위의 복제(replica)를 채취하는데 사용되며, 상기 피복재 손상부 복제장치는 브리지에 고정되어 원자로 수중 약 13m 부근에 위치하는 내벽의 특정위치에 발생한 손상부위에 대한 복제(replica)를 원격조작으로 안전하고 편리하게 채취할 수 있다.

또한, 본 고안의 피복재 손상부 복제장치는 공구 최하단의 몰드 챔버(mold chamber)에 실리콘이 공압실린더에 의해 주입되어 손상부위에 발생한 지시의 정확한 형상을 복제할 수 있도록 설계되어 있기 때문에 작업자가 방사선 피폭을 받지 않고 안전하고 편리하게 조작할 수 있다.

더욱이, 본 고안의 피복재 손상부 복제장치는 몰드 챔버에 실리콘 주입시 장치 최 상부에 설치된 와이어 텐셔너(wire tentioner)에 의해 챔버가 손상부위 표면에 밀착되기 때문에 실리콘이 챔버 외부로 누설되지 않은 상태에서 손상부위에 대한 복제(replica)를 정확하게 채취할 수 있다.

결국, 본 고안에 따른 피복재 손상부 복제장치는 원자로 내면 손상부위에 대 한 지시 복제(replica) 채취시 검사자에 대한 방사선 피폭을 절감하고, 장치 조작의 편이성과 안전성을 보장하여 복제(replica)를 단기간에 성공적으로 채취할 수 있다.

Description

원자로 내면 피복재 손상부 복제장치{Apparatus for the replication of indication on the interior cladding surface of nuclear reactor}

도 1은 본 고안에 따른 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치의 개략 설치도,

도 2의 (a)는 본 고안에 따른 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치 폴 뭉치에 설치된 핵연료 재장전기 사진이고, (b)는 (a)의 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치가 설치되는 핵연료 재장전기를 확대하여 도시한 도면,

도 3은 본 고안에 따른 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치의 원자로 내 수중 설치 사진,

도 4의 (a)는 본 고안에 따른 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치의 구성도이고, (b)는 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치의 목업(mock-up) 설치 사진,

도 5의 (a)는 본 고안에 따른 실리콘 주입 에어 실린더 및 몰드 챔버의 구성도이고, (b)는 실리콘 주입 에어 실린더 및 몰드 챔버의 사진,

도 6의 (a)는 본 고안에 따른 실리콘 몰드 챔버의 구성도이고, (b)는 실리콘 몰드 챔버의 사진,

도 7의 (a)는 본 고안에 따른 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치 폴이 연결핀에 의해 조립된 폴 뭉치를 나타낸 도면이고, (b)는 폴 뭉치 상부에 설치되는 와이어 텐셔너를 나타낸 도면,

도 8은 본 고안에 따른 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치의 실리콘 주입 에어 실린더의 공압 제어회로,

도 9는 종래의 원격조작 로봇 검사시스템을 사용하는 원자로 자동 비파괴검사 장치를 나타낸 사진이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 --- 원자로 용기, 2 --- 핵연료 재장전기 브리지

3 --- 복제장치 폴 뭉치(Pole Ass'y),

4 --- 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치,

5 --- 원자로 하부 내면 손상부,

6 --- 원자로 플로우 스커트(flow skirt),

11 --- 와이어 텐셔너, 12 --- 텐션 와이어,

13 --- 연결핀, 14 --- 와이어 롤러,

15 --- 홀더 아암(holder arm), 16 --- 아암 푸셔(arm pusher),

20 --- 실리콘 주입 에어 실린더,

22 --- 실리콘 주입 튜브, 23 --- 패드 루버(pad rubber),

24 --- 실리콘 몰드 챔버, 25 --- 홀딩 브라켓(holding bracket),

26 --- 복제 에폭시 주입기, 27 --- 몰드 챔버 힌지,

41 --- 실린더 에어 공급 온/오프 밸브.

본 고안은 원자력발전소 원자로 용기 내면 피복재에 손상 발생시 결함의 안전성을 평가하기 위해 필요한 손상부위 복제(replica)를 채취하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 원자로 내부 구조물 육안검사를 위한 수중카메라와 함께 원자로 핵연료 재장전기 브리지에 간단하게 설치되어 원자로 수중 내벽에 발생한 손상부위의 복제(replica)를 채취하는데 사용되며, 브리지에 고정되어 원자로 수중 약 13m 부근에 위치하는 내벽의 특정위치에 발생한 손상부위에 대한 복제(replica)를 원격조작으로 짧은 시간 내에 안전하고 편리하게 채취할 수 있는 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치에 관한 것이다.

통상, 원자력발전소는 1차 계통을 구성하는 배관, 압력용기, 증기발생기 전열관 등의 건전성을 평가하기 위해서 원자력법, 미국 ASME코드 등의 요건에 따라서 주기적으로 비파괴검사를 수행하고 있다.

이 중에서 원자로 내부 구조물 육안검사는 각 원전의 장기 가동중 검사계획서 요건에 따라 압력용기 내부 표면 중 접근 가능한 부위를 대상으로 매 1주기(10년)동안 4회, 벨트라인 내(內)와 위아래에 부착된 내부 부착물은 접근 가능한 부위를 대상으로 1회, 핵연료지지 구조물은 3회 점검을 수행하고 있다.

상기와 같은 육안검사에는 ASME Code Sec. XI, Table IWB-2500-1요건에 따라 압력용기 내부와 핵연료지지 구조물의 접근 가능한 부위를 대상을 수중 원격 육안검사(VT1, VT3)를 수행하여 건전성을 평가한다.

또한, 원자로 내부 육안검사는 Lower Internals Assembly를 구성하고 있는 구성품과 원자로 용기의 손상 여부 등의 건전성을 평가하고, 원자로 내부에 이물질 존재여부를 검사하여 조치토록 하는 것이 목적이다.

상기의 원자로 내부 및 구조물에 대한 육안검사 결과 원자로 하부 내면 피복재의 손상이 발생하였을 경우, 손상부의 안전성 평가를 위해서는 손상 지시에 대한 복제(replica)를 채취하여 지시의 정확한 치수를 측정해야 한다.

그러나, 원자로 내부 최하부는 수심이 최대 약 13m이고 방사선이 높은 위험지역으로서 작업자의 접근이 불가능하므로 손상지시부에 대한 복제(replica)를 채취하기 위해서는 원격으로 작업이 가능한 특수 공구가 필수적이다.

종래의 원자로 하부 내면 손상부 복제(replica) 채취는 도 9와 같은 원격조작 로봇 검사시스템을 사용하기 때문에, 장비의 이동(미국 → 한국), 장비 설치 및 복제 채취작업에 많은 시간(약 4주일)이 소요되어 원자력발전소 계획예방정비공기를 지연시켜 경제적으로 막대한 손실을 발생시킨다.

또한, 상기의 원격조작 로봇 검사시스템은 현재 국내에 없기 때문에, 사용이 필요할 경우 해외 검사전문업체에 긴급 요청해야 하므로 수배에 많은 어려움과 시간이 발생하여 많은 외화를 지불해야 하는 문제점을 갖고 있다.

본 고안은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 원자력발전소 원자로 용기 내면 피복재에 손상 발생시 결함의 안전성 평가에 필요한 손상부위 복제를 채취하고, 손상부위 안전성 평가에 필요한 복제를 채취하여 정확하게 치수를 측정할 수 있는 원자로 용기 내면 피복재 손상부 복제장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 원자로 내부 구조물 육안검사를 위한 수중카메라와 함께 원자로 핵연료 재장전기 브리지에 간단하게 설치되어 원자로 수중 내벽에 발생한 손상부위의 복제(replica)를 채취하는데 사용됨과 더불어, 원자로 수중 약 13m 부근에 위치하는 내벽 특정위치에 발생한 손상부위에 대한 정확한 복제(replica)를 원격조작으로 안전하고 편리하게 채취할 수 있는 원자로 용기 내면 피복재 손상부 복제장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 원자로 용기 내면 피복재 손상부 복제장치는, 이 복제장치의 홀딩 브라켓을 원자로 플로우 스커트에 고정시키고, 상기 복제장치를 원자로 플로우 스커트에 고정한 후, 폴 뭉치 최상부의 와이어 텐셔너를 사용하여 텐션 화이어에 장력을 가하면, 아암 푸셔가 당겨져 실리콘 몰드 챔버가 원자로 내면 손상부에 밀착되고, 실린더 에어 공급 온/오프 밸브를 개방하여 실리콘 주입 에어 실린더에 공기를 공급하여 복제 에폭시를 상기 실리콘 몰드 챔버 내에 주입시키고, 일정 경화시간(약 15분)이 경과된 이후, 와이어 텐셔너의 장력을 해제한 후, 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치를 원자로 외부로 인양하여 손상부위 복제를 채취하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복제장치의 아암 푸셔는 홀더 아암과 힌지로 연결되어 와이어 텐셔너에 의해 텐션 와이어에 장력이 가해짐으로써 실리콘 몰드 챔버가 원자로 반경 외측방향으로 힘을 받아 내면 손상부에 밀착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실리콘 주입 에어 실린더의 피스톤은 에폭시가 충진된 복제 에폭 시 주입기를 밀어 이 복제 에폭시 주입기 내의 에폭시가 실리콘 주입 튜브를 통해서 몰드 챔버 내부로 충진되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 몰드 챔버에 주입된 에폭시가 원자로 냉각재로 누설되는 것을 방지하도록 몰드 챔버의 최외각에 2중으로 장착된 패드 루버가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

(실시예)

이하, 본 고안의 실시예를 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치(4)의 개략 설치 단면도이고, 도 2의 (a)는 도 4의 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치 폴 뭉치(3)에 설치된 핵연료 재장전기 사진이고, 도 2의 (b)는 (a)의 상기 원자로 내면 피복재 복제장치(4)가 설치되는 핵연료 재장전기를 확대하여 나타낸 측면도이며, 도 3은 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치(4)가 원자로 내부 수중에 설치된 사진이다.

한편, 발전소 계획예방정비기간 중 핵연료와 상부 안내구조물 뭉치를 인출한 후 수중 카메라를 이용하여 원자로용기 내면 피복재의 건전성을 평가하게 되는데, 보통 상기 내면 피복재는 두께가 약 1인치인 스테인레스강 재질로 이루어져 있다.

일반적으로, 원자로용기 내면 피복재는 발전소 운전중 냉각재에 포함된 금속성 이물질의 충격에 의해서 손상이 발생할 가능성이 있기 때문에 발전소 계획예방정비기간 중 수중 카메라를 사용한 육안검사를 수행하여 건전성을 평가한다.

상기와 같은 육안검사 수행결과 피복재의 손상이 발견될 경우 안전성을 평가 하여 보수, 현상태 계속 사용 등의 조치를 취해야 한다. 이와 같이 손상부위에 대한 안전성을 평가하기 위해서는 손상부위의 최대 깊이, 면적, 형상비 등을 정확하게 측정해야 하지만, 원자로 용기는 방사선 선량이 매우 높고 작업 조건이 수중 약 13m의 위험한 조건이므로 손상부위 복제 채취에는 특수한 툴(tool)의 사용이 필수적이다.

이와 관련하여, 본 고안은 상기와 같이 작업조건이 매우 위험한 상태에서 원자로 내부 피복재 손상부위에 대한 복제(replica)를 신속하고 안전하게 채취하기 위한 특수 장치를 제공하고 있는 것이다.

도 4의 (a)는 원자로 내면 피복재 복제장치(4)의 구성도이고, (b)는 원자로 내면 피복재 복제장치를 목업(mock-up)에 설치한 사진이다.

상기와 같은 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치(4)는, 도 1과 같이 핵연료 재장전기 브리지(2)에 간단히 설치되며, 도 4의 (a)와 같이 1개의 길이가 3m인 폴 5~6개를 연결핀(13)으로 연결하여 폴 뭉치(3)의 최하부에 장착된 후, 홀딩 브라켓(25: holding bracket)을 원자로 플로우 스커트(6: flow skirt)에 고정하여 조작하게 된다.

한편, 도 4의 (a)에서 실리콘 몰드 챔버(24)는 폴 뭉치(3) 최상부의 와이어 텐셔너(11: wire tensioner)를 사용하여 텐션 와이어(12: tension wire)에 장력을 가하여 원자로 내면 손상부에 밀착하게 된다.

이 때, 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치의 아암 푸셔(16: arm pusher)는 홀더 아암(15: holder arm)과 힌지로 연결되어 있기 때문에, 와이어 텐셔너(11)에 의해 텐션 와이어(12)에 장력이 가해지고, 이 때 실리콘 몰드 챔버(24)는 원자로 반경 외측방향으로 힘을 받아 내면 손상부 방향에 밀착된다.

다음에, 실리콘 몰드 챔버(24)를 손상부위에 밀착시킨 후, 실리콘 주입 에어 실린더(20)에 공기를 공급하여 복제 에폭시를 실리콘 몰드 챔버(24)에 주입시킨다.

상기와 같이 실리콘 몰드 챔버(24)에 에폭시를 주입한 다음 일정 경화시간(약 15분)이 경과된 이후, 와이어 텐셔너(11)의 장력을 해제하고 나서 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치를 원자로 외부로 인양하여 손상부위 복제(replica)를 채취한다.

도 5는 본 고안인 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치의 핵심 기기인 실리콘 주입 에어 실린더(20)와 실리콘 몰드 챔버(24)의 상세도로서, (a)는 실리콘 주입 에어 실린더(20)와 실리콘 몰드 챔버(24)를 갖춘 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치의 전면도이고, (b)는 실물 사진이다.

도 5의 실리콘 몰드 챔버(24) 내로 에폭시를 주입하기 위해 도 8의 실린더 에어 공급 온/오프(on/off) 밸브(41)를 개방하여 실리콘 주입 에어 실린더(20)를 작동시킨다.

상기의 실리콘 주입 에어 실린더(20)의 피스톤은 에폭시가 충진된 복제 에폭시 주입기(26: replica epoxy syringe)를 밀게되고, 이 복제 에폭시 주입기(26) 내의 에폭시가 실리콘 주입 튜브(22: silicone tube)를 통해서 몰드 챔버(24) 내부로 충진된다.

이 때, 몰드 챔버(24)의 최외각에 2중으로 장착된 패드 루버(23: pad rubber)는 주입된 에폭시가 원자로 냉각재로 누설되는 되는 것을 방지한다.

상기 몰드 챔버(24) 내부로 충진된 에폭시는 피복재에 밀착되어 손상부위에 대한 정확한 복제(replica)를 형성하게 된다. 한편, 복제에 사용되는 에폭시는 원전 계획예방정비공사시 원자로 운전 냉각재 온도(약 37℃)에서 약 30분 경과후 경화되는 3M사의 치과 의료용 에폭시(상표명 "3M Express Impression")이다.

도 7은 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치 폴 조립도로, (a)는 폴 뭉치(3)가 조립된 상태를 나타내고, (b)는 폴 뭉치(3) 상부에 설치되는 와이어 텐셔너(11)를 나타낸다.

상기 폴 뭉치(3)는 손상부위의 수직 위치에 따라 하나의 길이가 3m인 폴 5~6개 정도를 연결핀(13)으로 연결하여 조립하며, 폴 뭉치(3)의 최하부에 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치를 장착한 후, 홀딩 브라켓(25)을 원자로 플로우 스커트(6)에 고정시킨다.

또한, 폴 뭉치(3)의 최상부에는 와이어 텐셔너(11)가 장착되고, 텐션 와이어(12)가 아암 푸셔(16)로 연결된다.

도 8은 실리콘 주입 공압 실린더(20)를 제어하기 위한 공압회로로서 전단에 실린더 에어 공급 온/오프 밸브(41)가 설치되어 있다.

따라서, 상기와 같이 구성된 본 고안의 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치(4)는 원자로 핵연료 재장전기 브리지(2)에 설치되어 원자로 내면 피복재에 발생한 손상부의 건전성을 평가하기 위해 필요한 복제(replica)를 채취하기 위해 사용되며, 원자로 핵연료 재장전기 브리지(2)의 특정위치에 간단하게 설치되어 검사자가 안전하고 편리하게 조작할 수 있기 때문에 손상부위를 정확하게 복제할 수 있다.

즉, 본 고안의 원자로 내면 손상부 복제장치(4)는 원자로 내부 구조물 육안검사를 위한 수중카메라와 함께 원자로 핵연료 재장전기 브리지(2)에 설치되어 원자로 수중 내벽에 발생한 손상부위의 복제(replica)를 채취하는데 사용되며, 원자로 내면 손상부 복제장치(4)는 원자로 핵연료 재장전기 브리지(2)에 고정되어 원자로 수중 약 13m 부근에 위치하는 내벽의 특정위치에 발생한 손상부위에 대한 복제(replica)를 짧은 시간(약 3시간) 내에 원격조작으로 안전하고 정확하게 채취할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 고안에 의하면, 원자로 내면 피복재 손상부 복제(replica) 채취시 조립/설치 편이성과 작업 안전성을 제공하여 설치시간을 획기적으로 단축(약 3시간 소요)하고, 상기와 같이 검사자의 작업 안전성 및 편이성을 보장함으로써 복제(replica) 채취업무의 효율성을 크게 향상시킬 수 있으며, 본 고안 장치의 설치와 복제(replica) 채취에 소요되는 시간이 약 3시간으로 기존의 로봇시스템을 사용한 경우의 소요시간(약 4주)보다 획기적으로 단축되어 복제(replica) 채취비용을 크게 절감할 수 있다.

Claims

원자력발전소 원자로 용기 내면 피복재에 손상 발생시 결함의 안전성을 평가하기 위해 필요한 손상부위 복제를 채취하기 위한 핵연료 재장전기 브리지에 설치되는 복제장치에 있어서,

상기 복제장치의 홀딩 브라켓(25)을 원자로 플로우 스커트(6)에 고정시키고, 상기 복제장치를 상기 원자로 플로우 스커트(6)에 고정한 후, 폴 뭉치(3) 최상부의 와이어 텐셔너(11)를 사용하여 텐션 화이어(12)에 장력을 가하면, 아암 푸셔(16)가 당겨져 실리콘 몰드 챔버(24)가 원자로 내면 손상부에 밀착되고,

실린더 에어 공급 온/오프 밸브(41)를 개방하여 실리콘 주입 에어 실린더(20)에 공기를 공급하여 복제 에폭시를 상기 실리콘 몰드 챔버(24) 내에 주입시키고, 일정 경화시간(약 15분)이 경과된 이후, 상기 와이어 텐셔너(11)의 장력을 해제한 후, 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치를 원자로 외부로 인양하여 손상부위 복제를 채취하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치.
제1항에 있어서, 상기 복제장치의 아암 푸셔(16)는 홀더 아암(15)과 힌지로 연결되어 상기 와이어 텐셔너(11)에 의해 상기 텐션 와이어(12)에 장력이 가해짐으로써 상기 실리콘 몰드 챔버(24)가 원자로 반경 외측방향으로 힘을 받아 내면 손상부에 밀착되는 것을 특징으로 하는 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치.
제1항에 있어서, 상기 실리콘 주입 에어 실린더(20)의 피스톤은 에폭시가 충진된 복제 에폭시 주입기(26)를 밀어 이 복제 에폭시 주입기(26) 내의 에폭시가 실리콘 주입 튜브(22)를 통해서 상기 몰드 챔버(24) 내부로 충진되는 것을 특징으로 하는 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치.
제3항에 있어서, 상기 몰드 챔버(24)에 주입된 에폭시가 원자로 냉각재로 누설되는 것을 방지하도록 상기 몰드 챔버(24)의 최외각에 2중으로 장착된 패드 루버(23)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 원자로 내면 피복재 손상부 복제장치.