KR20050007947A - Method for Measuring Wear Coefficient between Tube and Support - Google Patents

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KR20050007947A
KR20050007947A KR1020030047590A KR20030047590A KR20050007947A KR 20050007947 A KR20050007947 A KR 20050007947A KR 1020030047590 A KR1020030047590 A KR 1020030047590A KR 20030047590 A KR20030047590 A KR 20030047590A KR 20050007947 A KR20050007947 A KR 20050007947A
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김대중
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두산중공업 주식회사
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    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin

Abstract

PURPOSE: A method for measuring a wear coefficient between a tube and a support is provided to improve an reliability of the calculated wear coefficient. CONSTITUTION: A wear coefficient is defined by a ratio of a wear volume to a wear ratio and is used to quantize a wear amount of a tube in a vaporizer due to a friction between the tube and a tube support. A normal contact force is determined by using a predetermined equation(S1). A travel distance of the tube with respect to the tube support due to a vibration for a duration of a test is calculated(S2). The wear volume is determined by detecting a volume worn by the tube for a predetermined time interval under a condition same to the previous system(S3). The wear ratio is calculated by multiplying the normal contact force by the travel distance(S4). The wear coefficient is calculated by dividing the wear volume by the wear ratio(S5).

Description

마모 계수 측정 방법 {Method for Measuring Wear Coefficient between Tube and Support}Method for Measuring Wear Coefficient between Tube and Support}

본 발명은, 증기 발생기의 내부에 설치되는 튜브와 상기 튜브를 지지하는 서포트 사이에서 발생하는 것과 같은, 고속의 유체 진동에 의해 발생하는 튜브의 마모에 대한 정량적인 평가를 위해 정의되는 마모 계수를 측정하는 방법에 관한 것이다.The present invention measures a wear factor defined for quantitative assessment of wear of a tube caused by high velocity fluid vibrations, such as between a tube installed inside a steam generator and a support that supports the tube. It is about how to.

원자력 발전소에 설치되는 증기 발생기에는 내부에 수천개의 열전달용 튜브가 설치된다. 상기 튜브는, 전체적으로 U자형으로 구성되는데, 직관부에서는 서포트 플레이트(support plate)에 의해, 곡관부에서는 진동방지대(anti-vibration bar)에 의해 지지되고 있다. 이러한 지지 수단들은 유동이 유발하는 진동에 의해 ㅐㅇ길 수 있는 상기 튜브의 움직임을 제한하는 역할을 하지만, 상기 튜브와 상기 지지 수단 사이에는 진동에 의한 상호 작용으로 마모 손상이 발생된다. 그러므로 유동 유발 진동에 의한 튜브-지지수단 사이의 상호 작용과 마모 손상의 연관성은 증기발생기 운전 수명 기간 중에 튜브의 누설을 막기 위해 설계 초기 단계에서 반드시 고려되야 한다.Steam generators installed in nuclear power plants have thousands of heat transfer tubes installed inside them. The tube is generally U-shaped, and is supported by a support plate in the straight pipe portion and by an anti-vibration bar in the curved pipe portion. These support means serve to limit the movement of the tube, which can be caused by the vibrations caused by the flow, but wear damage is caused by the vibrational interaction between the tube and the support means. Therefore, the interaction between tube-supporting means and wear damage by flow-induced vibrations must be considered at the initial design stage to prevent tube leakage during the steam generator operating life.

여기서, 마모가 일어나는 정도를 정량적으로 표시하기 위해 마모 계수를 정의할 필요성이 생기고, 이러한 마모 계수를 실험적으로 얻은 후, 얻어진 마모계수가 설계 단계에서 튜브-지지 수단간의 상호 작용과 마모 손상과의 연관성을 규정하는데 사용된다.Here, there is a need to define a wear factor to quantitatively indicate the extent to which wear occurs, and after this wear factor has been experimentally obtained, the wear factor obtained is correlated with the wear damage and the interaction between tube-supporting means at the design stage. Used to specify

또한, U자형 튜브의 곡관부의 국부 유동 분포해석이나, 유동분석 및 유체 유발 진동해석에서 튜브의 마모와 관련된 요인을 반영할 필요가 있을 때 본 발명에 따른 실험이 선행될 수 있다.In addition, the experiment according to the present invention may be preceded when it is necessary to reflect the factors related to the wear of the tube in the local flow distribution analysis of the curved portion of the U-shaped tube, or in the flow analysis and the fluid induced vibration analysis.

따라서, 상기한 바와 같은 마모 계수를 정의하고 측정하는 방법을 확립할 필요성이 대두된다.Thus, there is a need to establish a method of defining and measuring the coefficient of wear as described above.

본 발명은, 앞서 설명한 것과 같은 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로서, 본 발명의 목적은 마모 계수를 측정하는 실험 방법을 개발하는 것이다.The present invention was developed to solve the problems as described above, and an object of the present invention is to develop an experimental method for measuring the wear coefficient.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 마모 계수 측정 방법에 사용된 서로 다른 형태의 튜브 지지 수단의 평면도.1 to 4 are plan views of tube support means of different types used in the wear coefficient measuring method according to the invention.

도 5는 도 1 내지 도 4에 도시된 서로 다른 지지 수단이 설치되는 위치를 도시한 도면.FIG. 5 is a view showing a position where different supporting means shown in FIGS. 1 to 4 are installed.

도 6은 본 발명에 따른 마모 계수 측정 방법을 설명하는 순서도.Figure 6 is a flow chart illustrating a wear coefficient measuring method according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10: 튜브 20: 튜브 서포트10: tube 20: tube support

상기와 같은 본 발명의 목적은, 증기 발생기의 내부에 설치되는 튜브에서 튜브와 튜브 지지 수단간의 마찰에 의해 상기 튜브에 생기는 마모량을 정량화하기 위해 마모율에 대한 마모 체적의 비로 정의되는 마모 계수를 구하여 방법으로서, 직각 접촉력을 결정하는 단계(S1); 진동에 의해 상기 튜브가 상기 지지 수단을 기준으로 실험이 수행된 시간동안 이동한 거리를 계산하는 단계(S2); 마모 체적을 실제 적용대상이 되는 시스템에서와 동일한 조건으로 소정 기간 사용된 튜브에서 마모된 체적을 측정함으로써 결정하는 단계(S3); 마모율을 상기 단계(S1)에서 구해진 직각 접촉력과, 상기 단계(S2)에서 결정된 이동 거리의 곱으로 구하는 단계(S4); 및 상기 단계(S3)에서 구해진 마모 체적을 상기 단계(S4)에서 구해진 마모율로 나눔으로써 마모 계수의 값을 결정하는 단계(S5)로 구성되는 마모 계수를 구하는 방법을 제공함으로써 달성된다.An object of the present invention as described above is to obtain a wear factor defined by the ratio of the wear volume to the wear rate to quantify the amount of wear that occurs in the tube by friction between the tube and the tube support means in the tube installed inside the steam generator. As a step (S1) of determining a right angle contact force; Calculating a distance at which the tube is moved by the vibration during the time that the experiment is performed based on the supporting means (S2); Determining the wear volume by measuring the worn volume in the tube used for a predetermined period of time under the same conditions as in the system to be actually applied (S3); Obtaining a wear rate as a product of the orthogonal contact force obtained in the step S1 and the moving distance determined in the step S2 (S4); And determining the value of the wear coefficient by dividing the wear volume obtained in the step S3 by the wear rate obtained in the step S4.

여기서, 상기 단계(S3)는 서로 다른 튜브 지지 수단에 대해 사용한 후에 각각의 마모 체적을 측정하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable to measure each wear volume after the step S3 is used for different tube support means.

또한 여기서, 상기 단계(S3)는 서로 다른 재질의 튜브를 사용한 후에 각각의 재질 별로 마모 체적을 측정하는 것이 바람직하다.In addition, in the step S3, after using tubes of different materials, it is preferable to measure a wear volume for each material.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 실험은 대상이 되는 튜브의 재질, 직경, 두께를 정하고, 함께 사용되는 지지 수단의 형상을 결정하는 것부터 시작된다.The experiment according to the present invention begins by determining the material, diameter, and thickness of the target tube and determining the shape of the support means used together.

본 발명에 따른 실험의 실시예에서는 도 1 내지 도 4에 도시된 것과 같은 4가지 형태의 각기 다른 지지 수단과 튜브와의 사이에 유동에 의해 유발되는 진동에 의한 직각 접촉력이 작용하는 상황 하에서 수개월간(예를 들어 6개월간) 상대 운동이 생길 때의 마모량을 측정함으로써 수행된다. 도 5는 도 1 내지 도 4에 도시된 서로 다른 형태의 튜브 지지 수단들이 설치되는 위치를 나타내는 도면이다.In the embodiment of the experiment according to the present invention for several months under the situation that the perpendicular contact force caused by the vibration induced by the flow between the four types of different supporting means and the tube as shown in Figs. This is done by measuring the amount of wear when relative movement occurs (eg 6 months). 5 is a view showing a position in which the tube support means of different types shown in FIGS. 1 to 4 are installed.

다음으로는 실험에서 사용될 튜브의 재질과 규격을 정한다. 본 실시예에서는 인코넬600과 인코넬690의 니켈 베이스의 합금으로 만들어진 튜브를 사용하고, 상기 지지 수단은 409SS 재질의 스테인리스강을 사용한다.Next, determine the material and size of the tube to be used in the experiment. In this embodiment, a tube made of an Inconel 600 and Inconel 690 nickel base alloy is used, and the supporting means uses stainless steel made of 409SS.

실제 튜브가 설치된 증기발생기 내부와 같은 조건으로 튜브와 지지 수단을 설치하고 6개월이 지난 후에 튜브의 마모된 체적을 측정하고, 실험이 진행된 시간을 고려한 마모율을 계산으로 구함으로써 마모 계수를 결정한다(S1).The wear factor is determined by measuring the worn volume of the tube after 6 months of installing the tube and the support means under the same conditions as the steam generator with the actual tube installed, and calculating the wear rate in consideration of the time the experiment was conducted ( S1).

상기 마모 계수는 다음의 수학식 1과 같이 정의된다.The wear coefficient is defined as in Equation 1 below.

단 여기서, k는 마모 계수이고, V는 실험을 통해 얻은 마모된 체적이며, WR은 시간에 따른 마모율이다.Where k is the wear factor, V is the wear volume obtained from the experiment, and W R is the wear rate over time.

상기 마모율은 다음의 수학식 2로부터 얻어진다.The wear rate is obtained from the following equation.

(단, 여기서 FN은 직각접촉력이고, DS는 진동에 의해 상기 튜브가 상기 지지 수단을 기준으로 실험이 수행된 시간동안 이동한 거리를 나타낸다.)(Where F N is orthogonal contact force, and D S is the distance the tube traveled by vibration during the time that the experiment was performed with respect to the support means.)

상기 FN은 다음의 수학식 3으로부터 결정된다.The F N is determined from the following equation (3).

단, 여기서 CF는 유효 힘 계수, D는 튜브 직경, L은 유효 튜브 길이, ρs는 상기 튜브의 밀도, V는 증기발생기 내를 흐르는 유체 중 열을 전달받는 2차 측에서의 유체의 유속, g는 중력가속도를 나타낸다.Where C F is the effective force factor, D is the diameter of the tube, L is the effective tube length, ρ s is the density of the tube, and V is the flow rate of the fluid on the secondary side that receives heat from the fluid flowing in the steam generator, g Is the acceleration of gravity.

그리고, 상기 DS는 다음의 수학식 4로부터 결정된다.And, D S is determined from the following equation (4).

단, 여기서 fn은 자연 주파수(natural frequency), Ls는 진동 폭, T는 운전 주기이다.Where f n is a natural frequency, L s is an oscillation width, and T is an operating cycle.

도 1 내지 도 4에 도시된 4가지 형태의 지지 수단과, 인코넬 600 및 인코넬690의 두 가지의 튜브 재질에 대하여, 마모율이 다른 경우들을 상정하여 다음의 표 1에 도시된 것과 같은 시편 리스트를 작성하였다.For the two types of support means shown in FIGS. It was.

본 발명에 의하면, 마모계수 실험값의 확보로 인한 마모량의 정량적 평가를 위한 마모 계수 값을 확보할 수 있고, 마모 평가의 신뢰도를 구축할 수 있다.According to the present invention, the wear coefficient value for quantitative evaluation of the wear amount due to securing the wear coefficient experimental value can be secured, and the reliability of the wear evaluation can be established.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.In the above, certain preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. will be.

Claims (3)

증기 발생기의 내부에 설치되는 튜브에서 튜브와 튜브 지지 수단간의 마찰에 의해 상기 튜브에 생기는 마모량을 정량화하기 위해 마모율에 대한 마모 체적의 비로 정의 되는 마모 계수를 구하여 방법으로서,In order to quantify the amount of wear generated in the tube by friction between the tube and the tube support means in the tube installed inside the steam generator, a method of obtaining a wear coefficient defined as a ratio of wear volume to wear rate is provided. 직각 접촉력을 다음의 수학식으로부터 결정하는 단계(S1);Determining a right angle contact force from the following equation (S1); (단, 여기서 CF는 유효 힘 계수, D는 튜브 직경, L은 유효 튜브 길이, ρs는 상기 튜브의 밀도, V는 2차 측에서의 유체의 유속, g는 중력가속도를 나타낸다.)(Where C F is the effective force factor, D is the tube diameter, L is the effective tube length, ρ s is the density of the tube, V is the flow velocity of the fluid on the secondary side, and g is the gravitational acceleration). 진동에 의해 상기 튜브가 상기 지지 수단을 기준으로 실험이 수행된 시간동안 이동한 거리를 계산하는 단계(S2);Calculating a distance at which the tube is moved by the vibration during the time that the experiment is performed based on the supporting means (S2); 마모 체적을 실제 적용대상이 되는 시스템에서와 동일한 조건으로 소정 기간 사용된 튜브에서 마모된 체적을 측정함으로써 결정하는 단계(S3);Determining the wear volume by measuring the worn volume in the tube used for a predetermined period of time under the same conditions as in the system to be actually applied (S3); 마모율을 상기 단계(S1)에서 구해진 직각 접촉력과, 상기 단계(S2)에서 결정된 이동 거리의 곱으로 구하는 단계(S4); 및Obtaining a wear rate as a product of the orthogonal contact force obtained in the step S1 and the moving distance determined in the step S2 (S4); And 상기 단계(S3)에서 구해진 마모 체적을 상기 단계(S4)에서 구해진 마모율로 나눔으로써 마모 계수의 값을 결정하는 단계(S5)로 구성되는 것을 특징으로 하는 마모 계수를 구하는 방법.And determining the value of the wear factor by dividing the wear volume obtained in the step (S3) by the wear rate obtained in the step (S4). 제1항에 있어서, 상기 단계(S3)는 서로 다른 튜브 지지 수단에 대해 사용한 후에 각각의 마모 체적을 측정하는 것을 특징으로 하는 마모 계수를 구하는 방법.Method according to claim 1, characterized in that the step (S3) measures the wear volume of each after use for different tube support means. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단계(S3)는 서로 다른 재질의 튜브를 사용한 후에 각각의 재질 별로 마모 체적을 측정하는 것을 특징으로 하는 마모 계수를 구하는 방법.The method of claim 1 or 2, wherein the step (S3) is a method of obtaining a wear coefficient, characterized in that for measuring the wear volume for each material after using tubes of different materials.
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