KR200446596Y1 - 연료관마개의 누설 검사장치 - Google Patents

연료관마개의 누설 검사장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 중수로 원자력 발전소의 연료관 마개의 누설 유무를 검사하는 비파괴 검사 장치 중 음향 방출을 이용한 검사장치에 관한 것으로서, 본 고안의 구성은 중수로 원자력발전소에 실시되는 연료관마개의 누설을 검사하는 장치에 있어서,상기 연료관마개의 누설 검사장치는, 상기 연료관마개의 표면에 접촉하는 황동판(501)에 결합되는 압전형 음향센서(502)와 고주파마이크로폰형 음향센서(503);를 포함하고, 상기 황동판은 측정하고자 하는 연료관마개의 종단부(500)와 동일한 치수로 가공된 종단부(505)에 체결되며, 상기 가공된 종단부(505)의 중간 단턱부(505a)에는 핵연료교환기의 헤드부(508)에 체결되어 있는 그립부(506)가 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 고안에 따르면, 원자로의 연료관마개의 누설검사에 본 고안의 음향신호 수집장치를 적용할 경우 연료관마개 내외부에서 발생되는 음향신호를 연료교환기와 결합시키는 하나의 장치를 이용함으로써 전체 연료관을 편리하게 검사할 수 있어 검사속도에서 신속하며 연료관마개의 내외부 음향신호를 동시에 측정할 수 있어 정밀도를 높일 수 있는 효과가 있다.
원자로 연료관, 음향신호수집

Description

연료관마개의 누설 검사장치{The Acoustic Emission Signal Acquisition Assembly for Leak Detection of Closure Plug in Heavy Water Reactor}
본 고안은 중수로 원자력발전소의 연료관마개의 누설 유무를 검사하는 비파괴검사 방법중 음향방출(Acoustic Emission) 을 이용한 검사장치에 관한 것으로서 연료 관 마개 내부에서 중수가 누설될 때 발생되는 탄성파(Elastic Wave) 를 연료관마개 끝단(End Fitting)에서 한 개의 신호수집장치로 압전형 음향(Piezoelectric Type)센서와 마이크로폰형 음향센서(Microphone Type) 두 가지를 이용하여 연료관마개 내외부 음향신호를 동시에 측정할 수 있도록 고안된 장치로써 검사자가 압전형 음향센서 만을 연료관마개 끝단 표면에 직접 부착시켜 내부의 누설상태를 검사하는 기존의 방법에 비하여 발전소 현장에서 사용중인 연료교환기(Fuelling Machine) 를 이용하여 전체 연료관을 검사할 수 있어 검사속도에서 신속하며 연료관 마개의 내외부 음향신호를 동시에 측정할 수 있어 정밀도가 높은 검사 장치이다.
본 고안은 검사대상인 연료관 마개의 끝단에 접촉하는 접촉부와 압전형 음향센서 및 고주파 마이크로폰 음향센서가 삽입된 탐촉자부가 신호수집장치를 구성하고 있으며 신호수집장치 전체가 연료교환기의 그립(Grip)에 결합되도록 하여 연료 교환기를 이용하여 각 연료관마개에 접근 및 검사가 수행될 수 있도록 설계된 장치로 구비되어 있다.
본 고안은 중수로형 원자력발전소의 연료관마개 내부에서 누설되는 냉각재인중수 누설을 검사하는데 있어서 기존의 검사방법인 센서를 검사하고자 하는 연료관마개 끝단(종단부)에 한 가지 음향센서를 수동으로 직접 접촉하여 검사하는 기존의 방식이 아니라 연료관마개의 끝단에서 두 가지의 음향센서가 내장된 음향신호 수집장치를 핵연료를 꺼내고 집어넣는 원격조정장치인 연료교환기의 헤드(Head) 부에 부착하여 전체 연료관마개(380개)를 자동으로 검사할 수 있는 연료관마개 누설탐지를 위한 장치에 관한 것이다.
중수로형 원전에서 사용되고 있는 원자로 채널의 연료관마개(Channel Closure Plug)는 종단부(End Fitting)의 밀봉(Sealing), 중수 누설방지 및 연료 재장전을 위한 통로 제공 기능을 가지고 있다. 또한 금속형 밀봉환(Seal Insert Ring)과 연료관 마개 디스크(Channel Closure)로 밀봉 구조를 형성하고 있으며 380개 연료관 종단부에 모두 설치되어 연료 교체시 이들 연료관 마개를 주기적으로 제거 및 재설치하고 있다.
연료관마개는 제거 및 재 설치시 주변 계통으로부터 연료 채널내부로 이물질
유입 및 이로 인한 고온고압에 의한 고형 이물질 압착에 의한 밀봉판의 국부손상 또는 기계적 밀봉불량 및 부품의 재료열화로 인한 기밀성 문제 등으로 중수가 누설되고 있으며 출력 운전 중 중수누설 발생시 각 연료 채널에서의 누설상태에 대한 조기탐지 및 전용감시를 위하여 고감도 검사 기법인 음향탐지기법(Acoustic Emission Measuring Technique)이 적용되고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 중수로(100) 는 도 2에서 도시한 바와 같은 구조의 380개의 연료관 집합체(101)가 수평 구조로 배열되어 압력경계를 이루고 있으며 연료관 마개는 380개의 핵연료관 종단부에 각각 설치되어 밀봉(Sealing) 중수 누설 방지 및 연료 재장전을 위한 통로 제공 기능을 하는 구조로 되어 있다. 통상적인
검사시에는 도 3에서 도시한 연료관마개(300)의 종단부(End Fitting)(301)에 압전형 음향센서(401)을 접촉하여, 도 4에 도시한 바와 같이 고온용 음향센서 (401), 센서케이블(402), 전치증폭기(403), 신호케이블(404) 및 신호분석장치(405) 를 이용하는 방법으로 380개의 핵연료관을 하나씩 음향신호를 취득함으로써 전체 연료관마개에 대한 누설검사를 완료하게 된다.
이러한 기존의 검사방법은 수동으로 신호취득이 이루어짐으로써 접촉 매질(Couplant)사용 및 측정장비 이동 등에 검사시간이 많이 소요되며 검사자가 음향 센서를 연료관 마개에 직접 부착시켜 신호를 취득함으로써 검사자에 따라 음향센서접촉력(Coupling Force) 차이로 인하여 균일한 신호취득이 곤란하다. 또한 검사환경이 고온 및 방사선구역이기 때문에 검사가 신속해야 하지만 충분하지 못한 검사시간 때문에 정밀한 검사를 수행할 수 없는 단점을 가지고 있다.
본 고안을 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 원자로의 연료관마개의 누설검사에 본 고안의 음향신호 수집장치를 적용할 경우 연료관마개 내외부에서 발생되는 음향신호를 연료교환기와 결합시키는 하나의 장치를 이용함으로써 전체 연료관을 편리하게 검사할 수 있어 검사속도에서 신속하며 연료관마개의 내외부 음향신호를 동시에 측정할 수 있어 정밀도를 높일 수 있는 누설 검사장치를 제공하는 데 있다.
특히, 본 고안의 또 다른 목적은 검사자가 고온 및 방사선구역의 작업환경에 노출되지 않아 안전성을 확보가능하며, 나아가 운전중에도 검사를 수행할 수 있으며 접촉매질(Couplant) 이 필요 없이 음향 수신효율을 높일 수 있는 재료를 이용하여 연료관마개에 접촉함으로써 측정신호의 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 누설 검사장치를 제공하는 데 있다.
본 고안은 중수로 원자력발전소의 연료관마개의 누설 유무를 검사하는 비파괴검사방법 중 음향방출(Acoustic Emission)을 이용한 검사에 관한 것으로서 연료관마개 내부에서 외부로 중수가 누설될 때 발생되는 탄성파(Elastic Wave) 를 연료관마개 끝단(End Fitting)에서 한 개의 신호수집장치로 압전형(Piezoelectric Type) 음향 센서와 마이크로폰형 음향센서(Microphone Type) 두 가지를 이용하여 연료관마개 내외부 음향신호를 동시에 측정할 수 있는 장치로써 검사자가 압전형 음향센서만을 연료관마개 표면에 직접 부착시켜 내부의 누설상태를 검사하는 기존의 방법에 비하여 연료교환기를 이용하여 전체 연료관을 검사할 수 있어 검사속도에서 신속하며 연료관마개의 내외부 음향신호를 동시에 측정할 수 있어 정밀도가 높은 검사 방법이다.
또한 검사자가 고온 및 방사선구역의 작업환경에 노출되지 않아 안전할 뿐 만 아니라 운전중에도 검사를 수행할 수 있으며 음향 수신효율을 높일 수 있는 재 료를 이용하여 접촉매질(Couplant) 이 필요 없이 연료관마개에 접촉함으로써 측정신 호의 정확도 및 신뢰도면에서 크게 향상시킬 수 있도록 하였다.
본 고안에 따르면, 원자로의 연료관마개의 누설검사에 본 고안의 음향신호 수집장치를 적용할 경우 연료관마개 내외부에서 발생되는 음향신호를 연료교환기와 결합시키는 하나의 장치를 이용함으로써 전체 연료관을 편리하게 검사할 수 있어 검사속도에서 신속하며 연료관마개의 내외부 음향신호를 동시에 측정할 수 있어 정밀도를 높일 수 있는 효과가 있다.
특히, 검사자가 고온 및 방사선구역의 작업환경에 노출되지 않아 안전성을 확보가능하며, 나아가 운전중에도 검사를 수행할 수 있으며 접촉매질(Couplant) 이 필요 없이 음향 수신효율을 높일 수 있는 재료를 이용하여 연료관마개에 접촉함으로써 측정신호의 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과도 있다.
본 고안은 중수로 원자력발전소에 실시되는 연료관마개의 누설을 검사하는 장치에 있어서, 상기 연료관마개의 누설 검사장치는, 상기 연료관마개의 표면에 접촉하는 황동판(501)에 결합되는 압전형 음향센서(502)와 고주파마이크로폰형 음향센서(503);를 포함하고, 상기 황동판은 측정하고자 하는 연료관마개의 종단부(500)와 동일한 치수로 가공된 종단부(505)에 체결되며, 상기 가공된 종단부(505)의 중간 단턱부(505a)에는 핵연료교환기의 헤드부(508)에 체결되어 있는 그립부(506)가 결합되는 것을 특징으로 하는 연료관마개의 누설검사장치를 제공한다.
또한, 본 고안은 상기 가공된 종단부(505)의 일단에는 음향절연체(504)를 더 포함하여, 내부 음향신호의 감쇄를 줄이고 외부의 주변잡음의 유입을 방지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 연료관마개의 누설검사장치를 제공 할 수 있도록 한다.
또한, 본 고안은 상기 음향절연체(504)는 목재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료관마개의 누설검사장치를 제공한다.
또한, 본 고안은 상기 연료관마개가 설치된 상태에서 압전형 음향 (Piezoelectric Type)센서(502)와 마이크로폰형(Microphone Type)의 음향센서(503)가 내장된 음향신호 수집장치(A; 도 5a의 점선으로 표시된 부분)를 상기 연료교환기에 연결하여 상기 연료관마개의 종단부(500)에 접촉함으로써 연료관마개의 내외부에서 발생하는 음향신호를 동시에 측정할 수 있는 연료관마개의 누설 검사장치를 제공함이 바람직하다.
또한, 본 고안은 상기 연료관마개의 누설검사장치는, 상기 음향신호 수집장치(A)가 상기 연료교환기의 헤드부(508)의 그립에 연결된 상태에서 자동으로 연료 관마개 누설신호를 수신하는 것으로 하는 연료관마개의 누설 검사장치를 제공할 수 있도록 한다.
또한, 본 고안은 상기 연료관마개의 누설검사장치는, 상기 음향신호 수집장치(A)의 종단부에 황동판(501)을 형성하여, 접촉매질없이 신호취득시 음향임피던스를 감소시키는 방식으로 음향신호의 수신효율을 증가시켜 연료관마개의 누설신호를 검사하는 것을 특징으로 하는 연료관마개의 누설 검사장치를 제공할 수 있도록 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 검사 대상인 연료관마개에 접
촉할 수 있는 음향신호 수집장치에 압전형(Piezoelectric Type) 음향센서와 마이크
로폰형(Microphone Type) 음향센서 두 가지가 내장된 상태에서 연료관마개의 내외
부 음향신호를 동시에 측정할 수 있는 구조로 되어 있다. 상기 음향신호 수집장치의 주 목적은 연료관마개 의 내부 및 외부에서 중수가 누설될 때 발생되는 음향방출신호(탄성파)을 검사환경에 관계없이 하나의 장치로 연료관마개 내외부 신호수집을 동시에 수행할 수 있으며 검사가 신속하며 검사결과의 정밀도를 향상시키도록 하는데 그 목적이 있다.
이하 본 고안을 첨부된 예시도면 도면 5a 및 도 5b에 의해 상세히 설명한다 . 본 고안에 따른 음향 신호 수집장치(A; 도 5a의 점선으로 표시된 부분))는 황동판(501), 압전형 음향센서(502), 고주파 마이크로 폰형 음향센서(503), 음향 절연체(504), 검사하고자 하는 실제 연료관 마개의 종단부(500)의 치수와 동일하게 가공된 종단부(505)와 도 5b에 도시된 연료교환기(507)의 헤드부(508)에 체결되는 그립부(506)로 구성된다.
보다 구체적으로 살펴보면, 우선 상기 압전형 음향센서(502)와 상기 고주파 마이크로폰형 음향센서(503)가 상기 황동판(501)에 결합되며, 상기 황동판은 상기 가공된 종단부(505)와 체결된다. 그리고 도 5b의 핵연료 교환기의 헤드부(508)에 체결되어 있는 그립부를 가공된 종단부(505)의 중간 단턱부(505a)에 결합한다.
다음으로, 검사하고자 하는 실제 연료관마개의 종단부(500의 표면에 접촉함으로써 검사를 수행할 수 있도록 한다. 상기 가공된 종단부(505)의 일단에는 내부 음향신호의 감쇄(Attenuation)을 줄이고 외부의 주변 잡음(Background Noise)의 유입을 방지하기 위하여 목재의 음향 절연체(504)를 포함시킴이 바람직하며, 실제 연료관 마개의 종단부(500)의 표면에 접촉하게 되는 황동판은 접촉매질(Couplant) 없이도 음향 임피던스(Acoustic Impedance)를 감소시켜 음향수신효율을 향상시키고 압전형 음향센서의 내열성 및 내 방사선을 고려하기 위해 사용된다.
전술한 바와 같은 본 고안의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 고안의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 고안의 기술적 사상은 본 고안의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 실용신안 청구범위뿐만 아니라 이 실용신안 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 일반적인 중수 원자로의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 일반적인 중수 원자로의 연료관 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 일반적인 중수 원자로 연료관 마개의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 통상적인 중수 원자로의 연료관 마개의 누설검사 방법을 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 고안에 따른 검사를 위한 연료교환기의 연결 위치 및 음향신호 수집장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
100: 중수 원자로 101: 연료관 집합체
300: 연료관 마개 301: 연료관 마개 종단부
400: 연료관 401: 압전형 음향센서(공진형)
500: 연료관 종단부 501: 황동판
502: 압전형 음향센서(공진형) 503: 마이크로폰형 음향센서
507: 연료교환기 508: 연료교환기 헤드부

Claims (6)

  1. 중수로 원자력발전소에 실시되는 연료관마개의 누설을 검사하는 장치에 있어서,
    상기 연료관마개의 누설 검사장치는,
    상기 연료관마개의 표면에 접촉하는 황동판(501)에 결합되는 압전형 음향센서(502)와 고주파마이크로폰형 음향센서(503);를 포함하고,
    상기 황동판은 측정하고자 하는 연료관마개의 종단부(500)와 동일한 치수로 가공된 종단부(505)에 체결되며,
    상기 가공된 종단부(505)의 중간 단턱부(505a)에는 핵연료교환기의 헤드부(508)에 체결되어 있는 그립부(506)가 결합되는 것을 특징으로 하는 연료관마개의 누설검사장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가공된 종단부(505)의 일단에는 음향절연체(504)를 더 포함하여, 내부 음향신호의 감쇄를 줄이고 외부의 주변잡음의 유입을 방지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 연료관마개의 누설검사장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 음향절연체(504)는 목재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료관마개의 누설검사장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료관마개가 설치된 상태에서 압전형 음향(Piezoelectric Type)센서(502)와 마이크로폰형(Microphone Type)의 음향센서(503)가 내장된 음향신호 수집장치(A)를 상기 연료교환기에 연결하여 상기 연료관마개의 종단부(500)에 접촉함으로써 연료관마개의 내외부에서 발생하는 음향신호를 동시에 측정할 수 있는 연료관마개의 누설 검사장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 연료관마개의 누설검사장치는, 상기 음향신호 수집장치(A)가 상기 연료교환기의 헤드부(508)의 그립에 연결된 상태에서 자동으로 연료관마개 누설신호를 수신하는 것으로 하는 연료관마개의 누설 검사장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 연료관마개의 누설검사장치는, 상기 음향신호 수집장치(A)의 종단부에 황동판(501)을 형성하여, 접촉매질없이 신호취득시 음향임피던스를 감소시키는 방식으로 음향신호의 수신효율을 증가시켜 연료관마개의 누설신호를 검사하는 것을 특징으로 하는 연료관마개의 누설 검사장치.
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