KR20050001860A - 원자력 발전기의 운전 조건별 응력 산출 방법 - Google Patents

원자력 발전기의 운전 조건별 응력 산출 방법 Download PDF

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KR20050001860A
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Abstract

본 발명은 원자력 발전기의 운전 조건별 응력 산출 방법에 관한 것으로, 응력 산출을 위한 FEM 모델을 구성하는 단계와; 상기 FEM 모델에 과도 상태 정보와 재료 물성치 정보, 운전 조건 정보 및 적용 하중 정보를 입력하여 상기 FEM 모델의 각 섹션에 작용하는 온도와 압력을 산출하는 단계와; 상기 산출된 온도 정보와 운전 조건별 용접 부위에 대한 열하중 정보를 포함한 적용 하중 정보를 이용하여, 운전 조건별 최대 및 최소 응력을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 복잡한 구조 해석의 수계산으로 야기되는 오류 가능성과 많은 시간 소비를 방지할 수 있는 효과가 있다.
나아가, 경로 명령 기법을 사용하여 응력을 산출함으로써, 표준호기 적용 구성 기기의 FEM 모델에 활용 가능하고, 응력 데이터 산출을 위한 해석 방법을 정립하며 용역 업무시 보다 확실한 대응 전략을 강구할 수 있는 효과가 있다.

Description

원자력 발전기의 운전 조건별 응력 산출 방법{Method for Yielding Stress of Power Plants classified by operating conditions}
본 발명은 원자력 발전기의 운전 조건별 응력 산출 방법에 관한 것으로, 특히 표준 원전의 운전 중에 결함이 발생할 경우 파괴역학적 방법을 통한 해석시 사용할 응력을 산출하는 방법에 관한 것이다.
현재 상용 운전 중인 표준 원전은 원자로 용기, 증기 발생기, 가압기, 1차 배관 등의 각 구성 기기에 대해 설계 시방서를 바탕으로 ASME 코드(CODE)에 의한 설계 요건을 고려한 구조적 건성성 평가를 수행하여 그 해석 결과인 설계 보고서를 작성하였다.
그러나, 국내의 경우 울진 3/4호기 설계 보고서에서 사용한 FEM(Finite Element Method) 모델을 이용한 해석 결과인 설계 보고서는 응력값이 매우 보수적이어서 ISI(In Service Inspection) 적용 응력 데이터로 사용하기엔 적용 FEM 모델 및 해석 방법의 측면에서 불합리한 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 그 목적은, 소정의 프로그램을 이용하여 원자력 발전기의 운전 조건별 응력을 자동 산출함으로써, 복잡한 구조 해석의 수계산으로 야기되는 오류 가능성과 많은 시간 소비를 방지하도록 하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 응력 산출 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전 조건별 응력 산출 절차를 나타내는 순서도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 응력 산출 시스템 11 : 키 입력부
12 : 정보 저장부 13 : 정보 출력부
14 : 제어부
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 원자력 발전기의 운전 조건별 응력 산출 방법은, 응력 산출을 위한 FEM 모델을 구성하는 단계와; 상기 FEM 모델에 과도 상태 정보와 재료 물성치 정보, 운전 조건 정보 및 적용 하중 정보를 입력하여 상기 FEM 모델의 각 섹션에 작용하는 온도와 압력을 산출하는 단계와; 상기 산출된 온도 정보와 운전 조건별 용접 부위에 대한 열하중 정보를 포함한 적용 하중 정보를 이용하여, 운전 조건별 최대 및 최소 응력을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력 발전기의 운전 조건별 응력 산출 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 응력 산출 시스템(10)은 사용자의 키 데이터를 입력 받는 키 입력부(11)와 로드(LOAD) 정보와 과도 상태 정보, 재료 물성치 정보, 운전 조건 정보 및 적용 하중 정보를 포함한 원자력 발전기의 운전 조건 정보가 저장되는 정보 저장부(12), 상기 키 입력부(11)를 통해 입력되는 사용자의 키 데이터에 따라 상기 정보 저장부(12)에 저장된 정보를 이용하여 경로 명령(path command) 기법을 통해 운전 조건별로 원자력 발전기의 응력을 산출하는 제어부(14) 및 상기 제어부(14)의 제어에 따라 상기 산출된 결과를 출력하는 정보 출력부(13)로 구성된다.
상기 정보 저장부(12)에 저장되는 과도 상태 정보는 정상 조건, 가열 냉각 조건, 시운전 등의 과도 상태를 분류한 정보이고, 재료 물성치 정보는 FEM 모델을 구성한 원전 기기의 열 전도율과 비열, HTC(Heat Transmission Coefficient) 등에대한 정보이다.
그리고, 상기 적용 하중에 대한 정보는 압력 하중, 외부 하중 나아가 열하중에 대한 정보로서, 압력 하중은 해석 적용 로드 스텝 시간대에서 천이곡선 상의 압력 하중이고, 열하중은 디자인 스팩내의 천이 곡선을 이용하며, 운전 수명 사이클이 15000 이상의 운전 조건은 해석시 독립된 운전 조건으로 고려하고, 정상상태의 서비스 등급 A와 업셋 상태의 서비스 등급 B와 테스트 상태의 운전 조건별 분류를 통해 천이 그룹화를 수행한다.
상기 외부 하중은 디자인 스팩(spec)내에 명시된 하중을 고려하여 ANSYS FEM 모델을 이용하여 외부 하중에 의한 응력을 산출한다.
상기 응력 산출은 FEM 모델에 적용 하중을 고려하여 응력값을 산출한다. 각 운전 조건에 고려된 적용하중별로 ANSYS 해석 결과의 총 응력 중 평가 단면에 수직한 방향의 축방향 응력에 대한 최대 및 최소 응력을 결정한다. 이때, 후프(HOOP) 방향에서의 응력값은 배제한다.
그리고, 원통형 쉘 부착 노즐의 경우 보수적 관점에서 길이 방향의 응력값만 도출한다. 이때, ANSYS 해석 결과의 응력은 FEM 모델 절점에서의 응력값이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 명령 기법을 통한 원자력 발전기의 운전 조건별 응력 산출 절차를 나타내는 순서도이다.
도 2를 참조하면, 키 입력부(11)를 통해 해당 응력 산출을 위한 사용자의 키 데이터를 입력받은 제어부(14)는 우선, 응력 산출을 위한 FEM 모델을구성한다(S1). 상기 FEM 모델 구성은 노달 포인트가 최소 10개가 되도록 구성하여 외부 하중이 고려되는 경우 3차원 FEM 모델을 구성한다.
그리고, 정보 저장부(12)에 기저장된 과도 상태 정보와 재료 물성치 정보, 운전 조건 정보 및 적용 하중 정보를 상기 구성된 FEM 모델에 입력하여(S2), 상기 FEM 모델의 각 섹션에 작용하는 온도와 압력을 산출한다(S3).
그런 다음, 상기 산출된 온도 정보와 운전 조건별 용접 부위에 대한 열하중 정보를 포함한 적용 하중 정보를 입력하여(S4), 운전 조건별 최대 및 최소 응력을 계산하여 정보 출력부(13)를 통해 출력한다(S5).
본 발명은 ISI 응력 데이터 산출 용역시 발생 가능한 문제점을 사전에 제거하고 ISI용 응력 해석 수행 절차 정립 및 기술성 분석을 통해 예비 보고서 작성을 가능하게 한다.
특히, FEM 모델에 작용하는 온도와 압력을 산출하는 분석(ANSYS) 프로그램을 이용할 경우, 상기 FEM 모델에 로드(load) 데이터를 가하여 후처리시 경로(path)에 대한 인사이드 및 아웃 사이드에 대한 등가의 응력을 산출해 왔던 종래의 방법에서 경로 명령 기법 사용을 통한 정의된 섹션의 분할 영역에서의 노달(Nodal) 응력을 도출함으로써, 향후 ISI 응력 데이터 확보를 위한 응력 해석 수행을 용이하게 한다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예는 상술한 것으로 한정되지 않고, 본 발명과관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 소정의 프로그램을 이용하여 원자력 발전기의 운전 조건별 응력을 자동 산출함으로써, 복잡한 구조 해석의 수계산으로 야기되는 오류 가능성과 많은 시간 소비를 방지할 수 있는 효과가 있다.
나아가, 경로 명령 기법을 사용하여 응력을 산출함으로써, 표준호기 적용 구성 기기의 FEM 모델에 활용 가능하고, 응력 데이터 산출을 위한 해석 방법을 정립하며 용역 업무시 보다 확실한 대응 전략을 강구할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 응력 산출을 위한 FEM 모델을 구성하는 단계와;
    상기 FEM 모델에 과도 상태 정보와 재료 물성치 정보, 운전 조건 정보 및 적용 하중 정보를 입력하여 상기 FEM 모델의 각 섹션에 작용하는 온도와 압력을 산출하는 단계와;
    상기 산출된 온도 정보와 운전 조건별 용접 부위에 대한 열하중 정보를 포함한 적용 하중 정보를 이용하여, 운전 조건별 최대 및 최소 응력을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전기의 운전 조건별 응력 산출 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 과도 상태 정보는 정상 조건, 가열 냉각 조건, 시운전 조건에 대한 정보이고, 재료 물성치 정보는 FEM 모델을 구성한 원전 기기의 열 전도율과 비열, HTC(Heat Transmission Coefficient) 정보이며, 적용 하중 정보는 압력 하중, 외부 하중 및 열하중에 대한 정보인 것을 특징으로 하는 원자력 발전기의 운전 조건별 응력 산출 방법.
KR1020030042206A 2003-06-26 2003-06-26 원자력 발전기의 운전 조건별 응력 산출 방법 KR20050001860A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018052219A1 (ko) * 2016-09-13 2018-03-22 문인득 정상운전 중 구속이 있는 증기발생기 하부지지구조의 열응력과 열변형을 방지하기 위한 해석에 의한 설계 해석 방법

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WO2018052219A1 (ko) * 2016-09-13 2018-03-22 문인득 정상운전 중 구속이 있는 증기발생기 하부지지구조의 열응력과 열변형을 방지하기 위한 해석에 의한 설계 해석 방법

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