KR20050017724A

KR20050017724A - 원자로 내부 검사장치

Info

Publication number: KR20050017724A
Application number: KR1020030054862A
Authority: KR
Inventors: 이남호; 김승호; 서용칠; 최창환
Original assignee: 한국원자력연구소; 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2005-02-23
Also published as: KR100535627B1

Abstract

본 발명은 원자로 내부 검사장치에 관한 것이며, 그 목적은 원자로 내부 검사에서 고방사능 원자로 지역내로 투입되는 카메라를 목표위치로 신속하고 정확하게 투입가능함과 동시에 그 투입이 용이하고, 원자로 내부와 고/저온관 내면의 이상상태 검사와 원자로바닥 이물질 존재여부 및 위치를 정확하게 파악할 수 있는 원자로 내부 검사장치를 제공함에 있다.

본 발명은 원자로의 상부에 위치하도록 설치된 지지부와, 상기 지지부의 하단부에 위치하여 길이방향으로 길이조정이 가능토록 마스트 방식으로 이루어진 상부암과, 상기 상부암과 지지부를 연결시키되, 상부암을 회전 및 틸팅시키는 상부암 구동부와, 상기 상부암의 하부 끝단에 설치된 관절부와, 상기 관절부에 연결되며, 그 길이방향으로 길이조정이 가능토록 마스트 방식으로 이루어진 하부암과, 상기 하부암의 끝단부에 위치하는 작업장치와, 상기 하부암과 작업장치를 연결하되, 작업장치를 회전 및 틸팅시키는 작업장치 구동부로 구성된 원자로 내부 검사장치에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

원자로 내부 검사장치{Reactor Vessel Inspection Tool}

본 발명은 원자로 내부 검사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원자로의 내부와 고/저온관 내면의 이상상태를 점검하고, 원자로 바닥에 떨어진 다양한 이물질의 존재와 이들의 정확한 위치를 측정할 수 있는 원자로 내부 검사장치에 관한 것이다.

원자로를 설치하거나 운전 중에 원자로 탱크 내부 또는 원자로 수조 바닥에 원하지 않은 이물질이 떨어지거나 들어가는 경우가 발생되며, 이때 원자로는 방사능으로 오염된 물 속에 잠긴 상태로서, 고 방사능지역이므로 작업자가 근거리에 접근하여 이물질을 발견하거나 재거작업을 시행하는 것은 매우 곤란하였다.

또한, 원자로의 가동 연한이 경과함에 따라 고방사선과 고열, 그리고 내부에 설치된 핵연료 다발과 원자로 내부 구조물의 설치 및 제거 시 마찰에 의해 원자로 내부면에 손상이 발생되고, 이 손상에 대한 검사에서 정확한 위치정보를 제공할 수 없는 단점이 있으며, 특히 고/저온관 내부면에 대한 검사에 있어서, 검사 기술적 문제로 인해 내부면 검사가 용이하지 못하였다.

종래에는 상기와 같이 고방사능으로 인해 작업자가 직접 근접하기 불가능한 지역의 검사나 이물질 발견 및 제거를 함에 있어서, 카메라나 로봇집게를 부착한 수중로봇을 이용하거나, 카메라나 로봇집게가 설치된 지지부를 설치하고, 이 지지부를 수동 또는 자동으로 제어하여 이물질을 제거하거나 원자로 내부를 검사하였다.

그러나, 상기와 같은 방식 중 수중로봇을 이용하는 경우, 원자로 내부를 채우고 있는 유체의 이동에 의해 수중로봇의 정확한 위치제어가 용이하지 않고, 이로인해 관측영상에 대한 위치정보의 정확성에 문제가 있었으며, 상기 지지부를 이용하는 경우, 이 지지부가 마스트 형태로서 수직방향으로 길이 조정이 가능하도록 구성되어 원자로 바닥으로 접근이 가능해지고, 중심으로부터 원주방향으로의 이동은 지지부에 설치된 레일 등의 수평이동장치를 통해 원자로 바닥 전체를 검사하도록 구성되어 장치가 복잡할 뿐만 아니라, 원자로 벽면 검사 및 특히 고/저온관의 검사는 구조적으로 불가능하게 되는 문제점이 발생되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출되는 것으로, 그 목적은 원자로 내부 검사에서 고방사능 원자로 지역내로 투입되는 카메라를 목표위치로 신속하고 정확하게 투입가능함과 동시에 그 투입이 용이하고, 원자로 내부와 고/저온관 내면의 이상상태 검사와 원자로바닥 이물질 존재여부 및 위치를 정확하게 파악할 수 있는 원자로 내부 검사장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 원자로의 상부에 위치하도록 설치된 지지부와, 상기 지지부의 하단부에 위치하여 길이방향으로 길이조정이 가능토록 마스트 방식으로 이루어진 상부암과, 상기 상부암과 지지부를 연결시키되, 상부암을 회전 및 틸팅시키는 상부암 구동부와, 상기 관절부에 연결되어 관절부에 의해 회전하며, 그 길이방향으로 길이조정이 가능토록 마스트 방식으로 이루어진 하부암과, 상기 관절부에 연결되며, 그 길이방향으로 길이조정이 가능토록 마스트 방식으로 이루어진 하부암과, 상기 하부암의 끝단부에 위치하는 작업장치와, 상기 하부암과 작업장치를 연결하되, 작업장치를 회전 및 틸팅시키는 작업장치 구동부로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부암 구동부는 지지부의 저면에 설치되어 상부암의 중심부를 지나는 제 1 축선을 중심으로 상부암을 회전시키는 상부암 팬 구동부와, 상기 로봇 팬 구동부의 저면에 설치되어 상부암을 좌·우측으로 회전시키는 상부암 틸팅 구동부로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 작업장치 구동부는 하부암의 끝단부에 설치되어 하부암의 중심부를 지나는 제 2 축선을 중심으로 작업장치를 회전시키는 작업장치 팬 구동부와, 상기 작업장치 팬 구동부에 설치되어 작업장치를 좌·우로 회전시키는 작업장치 틸팅 구동부로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 검사장치의 전체 구성을 나타낸 구성도를, 도 2 는 본 발명의 상부암 구동부 구성을 나타낸 구성도를, 도 3 은 본 발명의 상부암 구성을 나타낸 단면도를, 도 4 는 본 발명의 관절부 구성을 나타낸 구성도를, 도 5 는 본 발명의 하부암 구성을 나타낸 단면도를, 도 6 은 본 발명의 작업장치 구동부 구성을 나타낸 구성도를 도시한 것으로, 본 발명은 원자로(80)의 외부 상단에 설치된 지지부(70)와, 상기 지지부(70)에 구비된 상부암 구동부(40)에 의해 회전가능토록 설치된 상부암(10)과, 상기 상부암(10)과 관절부(20)에 의해 연결되어 관절부(20)에 의해 회전하는 하부암(30)과, 상기 하부암(30)에 구비된 작업장치 구동부(60)에 의해 회전가능토록 설치된 작업장치(50)로 구성되어 원자로(80)의 내부에서 작업을 수행하는 작업장치를 정확하고 신속하게 목적하는 위치로 움직일 수 있도록 구성되어 있다.

상기 지지부(70)는 작업장치(50)를 목적위치로 이동시키는 상부암(10) 및 하부암(30)을 고정하는 것으로, 원자로(80)의 외측 상단부에 위치하도록 설치되고, 그 저면 중앙부에 상부암(10)을 제어하는 상부암 구동부(40)가 설치되어 있다.

상기 상부암 구동부(40)는 상부암(10)을 회전 및 틸팅시키는 것으로, 상부암(10)을 제 1 축선(A)을 중심으로 회전시키는 상부암 팬 구동부(41)와, 상기 상부암 팬 구동부(41)에 설치되어 상부암(10)을 좌·우방향으로 틸팅시키는 상부암 틸팅 구동부(42)로 구성되어 있다. 여기서 제 1 축선(A)은 상부암(10)과 평행하며 그 중심점을 지나는 가상의 선을 의미한다.

이때, 상기 상부암 팬 구동부(41)는 제 1 축선(A)상에 회전축이 위치하는 제 1 모터(41a)가 내장되고, 이 제 1 모터(41a)의 회전축이 상부암 틸팅 구동부(42)로 연결된 것으로 구성되어 있다.

또한, 상기 상부암 틸팅 구동부(42)는 상부암(10)의 상단부와 힌지결합되는 한편, 이 힌지결합부(42b)의 양측에서 상부암(10)으로 연결되는 공압실린더(42a)가 설치된 것으로 구성되어 공압실린더(42a)의 작동에 의해 힌지결합부(42b)를 중심으로 상부암(10)이 틸팅되도록 구성되어 있다.

상기 상부암(10)은 작업장치(50)의 작업높이를 설정하는 것으로, 상기 상부암 구동부(40)에 일측이 고정되고, 서로 다른 직경을 구비한 다수의 원통형 파이프가 서로 끼워져 이루어진 마스트(Mast) 방식으로서, 그 길이가 조정가능하도록 구성되어 있다. 여기서 마스트 방식이란 이미 공지된 기술로서 간략히 설명하면, 다단으로 끼워진 다수의 파이프의 내부에는 나사축(12)이 설치되고, 이 나사축(12)에 결합되는 너트(13)가 각각의 파이프 상단부에 설치되며, 상기 나사축(12)을 상부암의 상부에 내장된 제 2 모터(11)로 회전시키도록 구성되어, 나사축(12)의 회전에 의해 너트(13)가 승·하강함으로써 상부암(10)의 길이가 늘어나거나 줄어들게 된다. 또한, 각각의 파이프 하단부에는 미도시된 잠금장치가 설치되고 이 잠금장치는 상부암의 길이 확장시 파이프와 파이프를 결합하게 된다.

상기 관절부(20)는 상부암(10)과 하부암(30)을 연결하는 한편, 하부암(30)을 좌·우 방향으로 회전시키는 것으로, 제 3 모터(21)가 구비되고, 이 제 3 모터(21)의 모터축에 제 1 베벨기어(22)가 설치되는 한편, 이 제 1 베벨기어(22)와 맞물리는 제 2 베벨기어(23)가 하부암(30)에 연결되도록 구성되어, 제 3 모터(21)의 구동력을 제 1,2 베벨기어를 통해 하부암으로 전달하여 하부암을 회전시키도록 구성되어 있다.

상기 하부암(30)은 작업위치로 작업장치(50)를 위치시키는 것으로, 상기 관절부(20)에 고정되고, 상부암(10)과 동일한 구조인 마스트 방식으로서, 그 작동구조는 이미 설명한 바 있으므로 그 상세한 설명은 생략하도록 한다.

상기 작업장치 구동부(60)는 작업위치에 따라 작업장치(50)를 회전시키는 것으로, 하부암(30)의 끝단부에 설치되어 제 2 축선(B)을 중심으로 회전하는 한편, 작업장치를 제 2 축선(B)에 수직한 제 3 축선(C)을 중심으로 회전시키는 작업장치 팬 구동부(61)와, 상기 작업장치 팬 구동부(61)에 연결되어 작업장치(50)를 좌·우 방향으로 틸팅시키는 작업장치 틸팅 구동부(62)로 구성되어 있다. 여기서 제 2 축선(B)은 하부암(30)과 평행하며, 하부암(30)의 중심점을 지나는 가상의 선을 의미한다.

한편, 상기 작업장치 팬 구동부(61)는 하부암(30)의 끝단에 내장된 제 4 모터(61a)의 축에 연결되어 제 2 축선(B)을 중심으로 회전하고, 그 내부에 제 5 모터(61b)가 구비되며, 작업장치가 설치되는 연결블록(61c)이 제 5 모터(61b)의 축에 고정되어 제 5 모터(61b)의 작동에 의해 작업장치를 제 3 축선(C)을 중심으로 회전시키도록 구성되어 있다.

또한, 상기 작업장치 틸팅 구동부(62)는 연결블록(61c)의 내부에 제 6 모터(62a)가 설치되는 한편, 연결블록(61c)의 상부에 틸팅브라켓(62b)이 고정되고, 상기 제 6 모터(62a)의 축에 연결된 제 3 베벨기어(62c)가 틸팅브라켓(62b)의 내부에 위치하도록 설치되며, 이 제 3 베벨기어(62c)에 맞물리는 제 4 베벨기어(62d)가 작업장치에 연결되어 제 6 모터(62a)의 구동력을 제 3,4 베벨기어를 통해 작업장치로 전달하여 작업장치를 틸팅시키도록 구성되어 있다.

상기 작업장치(50)는 원자로(80) 내부의 표면 검사 또는 원자로(80)내 발견된 이물질을 제거하는 것으로, 작업목적에 따라 카메라 또는 집게를 작업장치 구동부(60)에 설치하여 구성하게 된다.

상기 상부암 구동부(40), 상부암(10), 관절부(20), 하부암(30), 작업장치 구동부(60)의 작동의 미도시된 제어부를 통해 각각의 모터를 작동시킴으로서 원거리에서 이루어지게 된다.

도 7 및 도 8 은 본 발명에 따른 검사장치를 이용한 원자로 내부 검사상태를 나타낸 상태도를 도시한 것으로, 상기와 같이 구성된 검사장치를 이용하여 원자 내부를 검사하고자 할 경우, 상기 작업장치 틸팅 구동부(62)에 카메라를 장착하고, 이 카메라가 원자로(80) 내부 검사부위에 위치하도록 상부암(10),관절부(20),하부암(30)을 작동시키게 된다.

일예로서 도 7과 같이 원자로의 고/저온관(90) 내면을 검사할 경우, 관절부(20)의 중심부와 고/저온관(90)의 중심부가 동일 수평선상에 위치하도록 상부암(10)을 신축시키고, 하부암(30)이 90°회전하도록 관절부(20)를 작동하여 하부암(30)의 제 2 축선(B)이 관절부(20)의 중심과 고/저온관(90)의 중심을 연결하는 수평선상에 일치하도록 한다. 여기서 상부암(10)을 신축시킴에 있어, 관절부(20)의 중심부와 고/저온관(90)의 중심부를 정확하게 일치시킬 필요는 없으며, 검사작업 진행시 원자로(80) 내부 구성물과 간섭없이 검사가 진행될 수 있도록 상부암(10)을 신축시키게 된다.

한편, 하부암(30)의 회전에 의해 카메라는 고/저온관(90)의 내부 정면을 항하게 되고, 이후 작업장치 틸팅 구동부(62)를 작동시킴으로서 카메라를 90°회전시켜 카메라의 정면이 고/저온관(90)의 내면을 향하도록 위치시키게 된다.

이와 같이 카메라가 고/저온관(90)의 내면방향으로 회전되면, 작업장치 팬 구동부(61)를 작업시켜 제 2 축선(B)을 중심으로 하부암(30)을 회전시켜 고/저온관(90)의 내면을 원주방향으로 스캔하면서 정밀하게 검사를 진행하게 되고, 이때 하부암(30)을 신축시켜 고/저온관(90)의 깊이방향에 대해 카메라를 이동시키며 작업을 진행하게 된다.

한편, 카메라에 의해 관측되는 영상에 대한 위치정보는 상부암(10)의 신축거리 정보와, 관절부(20)에 의한 하부암(30)의 회전각도 정보와, 하부암(30)의 신축거리 정보에 대한 신호를 종합하여 정확하게 추출하게 된다.

이와 다른 예로서 원자로(80)의 바닥면의 이상유무 검사 및 이물질을 검사하고자 할 경우, 도 8과 같이 검사위치에 따라 적당한 길이로서 상부암(10)을 신축시키는 한편, 관절부(20)의 회전각도 및 하부암(30)의 신축길이를 조정하여 카메라를 검사위치에 위치시키게 된다.

아울러, 상기 작업장치(50)로서 카메라 대신 물건을 집을 수 있는 집게와 같은 툴을 부착하면 원자로(80) 바닥부위에 존재하는 이물질을 용이하게 제거할 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 지지부에 고정된 상부암의 하단부에 관절부로 하부암을 연결하는 한편, 원자로내의 모든위치에 작업장치가 접근하여 작업을 수행할 수 있도록 상부암과 하부암의 길이조정 및 각 연결부위 회전이 가능토록 구성되어 원자로 내부 표면이 이상상태 검사가 용이하고, 기존에 검사가 어려웠던 고/저온관 내면 관측이 용이하며, 관측된 영상의 위치정보를 정확하게 추출할 수 있어 원자로의 유지관리가 용이함과 동시에 원자로의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 등의 효과가 있는 것이다.

또한, 작업장치로서 물건을 집을 수 있는 집게 등을 부착하여 원자로 내에 유입된 이물질을 용이하게 제거할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 검사장치의 전체 구성을 나타낸 구성도

도 2 는 본 발명의 상부암 구동부 구성을 나타낸 구성도

도 3 은 본 발명의 상부암 구성을 나타낸 단면도

도 4 는 본 발명의 관절부 구성을 나타낸 구성도

도 5 는 본 발명의 하부암 구성을 나타낸 단면도

도 6 은 본 발명의 작업장치 구동부 구성을 나타낸 구성도

도 7 은 본 발명에 따른 검사장치를 이용한 원자로 내부 검사상태를 나타낸 상태도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(A) : 제 1 축선 (B) : 제 2 축선

(C) : 제 3 축선 (10) : 상부암

(11) : 제 2 모터 (12) : 나사축

(13) : 너트 (20) : 관절부

(21) : 제 3 모터 (22) : 제 1 베벨기어

(23) : 제 2 베벨기어 (30) : 하부암

(40) : 상부암 구동부 (41) : 상부암 팬 구동부

(41a) : 제 1 모터 (42) : 상부암 틸팅 구동부

(42a) : 공압실린더 (42b) : 힌지결합부

(50) : 작업장치 (60) : 작업장치 구동부

(61) : 작업장치 팬 구동부 (61a) : 제 4 모터

(61b) : 제 5 모터 (61c) : 연결블록

(62) : 작업장치 틸팅 구동부 (62a) : 제 6 모터

(62b) : 틸팅브라켓 (62c) : 제 3 베벨기어

(62d) : 제 4 베벨기어 (70) : 지지부

(80) : 원자로 (90) : 고/저온관(Hot/Cold Leg)

Claims

원자로(80)의 상부에 위치하도록 설치된 지지부(70)와,

상기 지지부(70)의 하단부에 위치하여 길이방향으로 길이조정이 가능토록 마스트 방식으로 이루어진 상부암(10)과,

상기 상부암(10)과 지지부(70)를 연결시키되, 상부암(10)을 회전 및 틸팅시키는 상부암 구동부(40)와,

상기 상부암(10)의 하부 끝단에 설치된 관절부(20)와,

상기 관절부(20)에 연결되어 관절부(20)에 의해 회전하며, 그 길이방향으로 길이조정이 가능토록 마스트 방식으로 이루어진 하부암(30)과,

상기 하부암(30)의 끝단부에 위치하는 작업장치(50)와,

상기 하부암(30)과 작업장치(50)를 연결하되, 작업장치(50)를 회전 및 틸팅시키는 작업장치 구동부(60)로 구성된 것을 특징으로 하는 원자로 내부 검사장치.
제 1 항에 있어서,

상기 상부암 구동부(40)는 지지부(70)의 저면에 설치되어 상부암(10)의 중심부를 지나는 제 1 축선(A)을 중심으로 상부암(10)을 회전시키는 상부암 팬 구동부(41)와, 상기 상부암 팬 구동부(41)의 저면에 설치되어 상부암(10)을 좌·우측으로 회전시키는 상부암 틸팅 구동부(42)로 구성된 것을 특징으로 하는 원자로 내부 검사장치.
제 2 항에 있어서,

상기 상부암 팬 구동부(41)는 제 1 축선(A)상에 회전축이 위치하는 제 1 모터(41a)가 내장되고, 이 제 1 모터(41a)의 회전축이 상부암 틸팅 구동부(42)로 연결된 것으로 구성된 것을 특징으로 하는 원자로 내부 검사장치.
제 2 항에 있어서,

상기 상부암 틸팅 구동부(42)는 상부암(10)의 상단부와 힌지결합되는 한편, 이 힌지결합부(42b)의 양측에서 상부암(10)으로 연결되는 공압실린더(42a)가 설치된 것으로 구성되어 공압실린더(42a)의 작동에 의해 힌지결합부(42b)를 중심으로 상부암(10)이 틸팅되도록 구성된 것을 특징으로 하는 원자로 내부 검사장치.
제 1 항에 있어서,

상기 작업장치 구동부(60)는 하부암(30)의 끝단부에 설치되어 하부암(30)의 중심부를 지나는 제 2 축선(B)을 중심으로 작업장치(50)를 회전시키는 작업장치 팬 구동부(61)와, 상기 작업장치 팬 구동부(61)에 설치되어 작업장치(50)를 좌·우로 회전시키는 작업장치 틸팅 구동부(62)로 구성된 것을 특징으로 하는 원자로 내부 검사장치.
제 5 항에 있어서,

상기 작업장치 팬 구동부(61)는 일측이 관절부(20)에 고정된 하부암(30)의 타측 끝단에 내장된 제 4 모터(61a)의 축에 연결되어 제 2 축선(B)을 중심으로 회전하고, 내부에 제 5 모터(61b)가 구비되며, 작업장치가 설치되는 연결블록(61c)이 제 5 모터(61b)의 축에 고정되어 제 5 모터(61b)의 작동에 의해 작업장치를 제 3 축선(C)을 중심으로 회전시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 원자로 내부 검사장치.
제 5 항에 있어서,

상기 작업장치 틸팅 구동부(62)는 연결블록(61c)의 내부에 제 6 모터(62a)가 설치되는 한편, 연결블록(61c)의 상부에 틸팅브라켓(62b)이 고정되고, 상기 제 6 모터(62a)의 축에 연결된 제 3 베벨기어(62c)가 틸팅브라켓(62b)의 내부에 위치하도록 설치되며, 이 제 3 베벨기어(62c)에 맞물리는 제 4 베벨기어(62d)가 작업장치에 연결되어 제 6 모터(62a)의 구동력을 제 3,4 베벨기어를 통해 작업장치로 전달하여 작업장치를 틸팅시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 원자로 내부 검사장치.