KR20090116951A - 원자로 스터드 너트의 분해 및 체결장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원자로 압력용기 밀폐시키는 스터드 너트의 분해 및 체결장치에 관한 것이다. 본 발명은 스터드 너트(12)의 분해 및 체결작업시에는 스터드 너트와 연결하고, 또한 위치검출센서에 의해 기어박스(133)가 하우징(131)쪽으로 이동하여 스터드 너트(12)에 기어(132)가 정확히 맞물린 상태에서 동력이 전달되므로 강력한 힘으로 스터드 너트를 체결하고 분해할 수 있다. 또한 서보모터(SM2)의 회전수를 정밀제어할 수 있으므로 동력의 전달과 스터드 너트를 매우 정밀하게 체결 및 분해할 수 있고, 위치검출센서(S1)에 의해 스터드 너트의 체결 및 분해 작업공정을 자동화할 수 있다.
반응로, 원자로, 텐셔너, 인장기구, 스터드, 스터드 분해, 체결

Description

원자로 스터드 너트의 분해 및 체결장치{DISJOINTING AND JOINTING SYSTEM OF STUD NUT FOR NUCLEAR REACTOR}
본 발명은 원자로 압력용기의 헤드를 견고히 밀폐시키기 위해 스터드에 체결된 스터드 너트의 분해 및 체결장치에 관한 것이다.
일반적으로 현재, 상업용 원자력 발전소는 전력을 발생시키기 위해 12개월 내지 18개월 또는 그 이상 기간 동안 작동된 다음 예정된 점검, 유지보수 및/또는 연료보급을 위한 운전 정지시에 작동이 중단된다. 정기적인 연료보급시의 운전정지 도중에 원자로 압력 용기의 노심(core)에 있는 소모된 연료 집합체의 약 1/3이 새로운 연료 집합체로 교체될 필요가 있고, 그리고 나머지 연료 집합체는 노심 내에서 위치를 바꿀 필요가 있다.
다른 운전정지 과정에서, 연료 집합체는 노심 내에 유지될 수도 있지만 노출되어야 한다. 연료 집합체는 풍부한 우라늄이나 다른 핵 분열성 물질을 수용할 수도 있다.
따라서, 압력 용기 주변에서 작업하는 작업자는 과도한 방사능 노출로부터 보호되어야만 한다. 중요한 방침이든 아니든 간에 운전정지의 각 단계는 짧은 운전 정지 기간을 유지하도록 가능하면 신속하고 안전하게 수행되어야만 한다.
압력 용기를 점검 혹은 수리하거나 연료보급을 한 후에, 압력 용기를 밀봉시켜 발전소가 발전이 재개되도록 하여야 한다. 운전정지 계획은 대체로 적어도 약 10시간 이상 할당되고, 그리고 원자로 건조물 내의 원자로 압력 용기 주변의 고 방사능 환경 내로 부피가 크고 무거운 스터드 인장 설비를 이동시키고, 원자로 압력 용기의 헤드를 견고히 밀폐시키기 위한 스터드 너트를 인장시키도록 압력용기 플랜지 주위에서 설비를 조작하고, 그 후에 인장 설비를 반응로 건조물로부터 제거하기 위해서 5명 이상의 작업자를 필요로 한다.
상업용 발전소(통상적으로 수개의 다중 스터드 인장기의 동시 사용을 포함함)에서 인장 단계는 2시간 이상을 필요로 하며, 500 밀리렘 이상의 방사능까지 연장될 수도 있다.
일반적으로, 원자로 압력 용기는 54개의 스터드로 밀봉되어 있다. 따라서, 54개의 스터드를 모두 분해하고 압력 용기를 점검하거나 수리 혹은 연료보급을 한 후에 다시 54개의 스터드를 조립하여 압력용기를 밀봉시켜야 한다.
스터드는 용기 헤드의 플랜지 둘레에 마련된 체결구멍에 장진되며, 압력 용기의 가장자리 플랜지에 나사체결에 의해 체결된다. 스터드 인장 기구는 용기 헤드와 용기 플랜지 사이의 시일을 압착하고 스터드를 인장시키기 위해 사용된다. 용기 스터드 상의 너트가 스터드 아래로 회전하여 단단하게 조여지므로 시일은 스터드 인장력이 해지될 때 압착된다.
용기 스터드와 부착된 너트는 연료 교체 싸이클의 초기에 원자로 용기에서 제거된다. 스터드 인장기구는 용기 헤드와 용기 플랜지 사이의 시일을 압착하는데 다시 사용된다. 이어서, 스터드 너트는 스터드 인장기구가 해제되어진 후 풀린 상태로 유지되도록 몇차례 느슨해진다.
일단 모든 스터드에 가해진 인장력이 제거되면, 스터드와 부착된 너트는 원자로 압력 용기의 플랜지에서 제거된다. 용기 헤드는 그 후 원자로 용기위로 상승한다.
스터드 인장장치는 신장력이 스터드를 연장시키도록 너트 플라스 장치상의 용기 스터드 상부와 맞물리기 위한 몇몇 장치를 구비한다. 보통 유압 실린더의 작동에 의해 발생되는 압력은 용기 헤드의 최상부면에 대해 용기 스터드의 상부를 올리며, 너트는 원자로 용기 플랜지와 용기 헤드 사이의 시일을 압착시키는 작용을 한다.
전술한 바와 같이 원자로 압력 용기의 개방 및 복개하기 위해서는 스터드에 체결된 볼트를 분해하여 압력용기의 헤드를 분리하고, 연료교체 혹은 필요한 작업을 수행한다. 물론 필요한 작업을 마친 경우에는 압력용기의 헤드를 다시 밀봉하기 위해 스터드를 플랜지에 체결한다.
그러나, 이러한 일련의 작업공정은 스터드가 배치된 공간이 협소하고 무엇보다도 고 방사능 환경하에서 진행하는 작업이므로 최대한 신속하게 작업을 마쳐야 하고, 또한 스터드의 길이가 상당히 길고 고중량이고, 배치된 스터드의 간섭으로 스터드를 횡방향 혹은 사선방향으로 기울이는 작업이 어려우며, 또한 스터드들 간의 공간이 협소하여 작업자나 공구 및 기구들의 설치가 어려운 점, 고중량체인 스 터드를 분해 결합시 특수 장비나 기구를 사용해야하나 장비 및 기구의 탈부착이 용이하지 않은 점, 스터드가 손상되지 않도록 분해 및 체결해야하는 점, 또한 압력용기 헤드 밀폐를 위해 스터드의 분해 및 체결력을 물리적으로 정확히 전달해야 하는 점, 등 종합적으로 고려하여 스터드 텐셔너와 드라이버 툴은 스터드의 상부에서 상하로 승하강시키는 방식을 선택하고, 스터드에 텐셔너와 드라이버 툴을 직접 장착하고 지지하는 해법에 접근하였다.
본 발명자에 의해 제안된 원자로 스터드 텐셔너와 드라이버 툴의 특징은 호이스트에 의해 스터드의 길이방향으로 승하강되고, 피작업대상 스터드와 이웃한 스터드를 지지수단으로 활용한 것이다.
이는 전술한 바와 같은 각종 스터드 텐셔너와 드라이버 툴의 운전조건 및 환경 및 내구성 조건을 충족시킬 수 있다. 물론 이하에서 설명되는 본 발명에 따른 드라이버 툴 역시 호이스트에 의해 상하로 승하강되고 스터드의 길이방향으로 스터드의 둘레에 장착되고 분리되는 방식임을 미리 밝혀둔다.
본 발명은 전술한 바와 같이 스터드에 장착되는 스터드 너트 분해 및 체결장치로서 승하강방식으로 스터드에 장착되고, 탈착되는 스터드 너트 분해 및 체결장치를 제안하고자 한다.
본 발명의 목적은 스터드 너트의 체결 및 분해함에 있어 그 장치를 스터드의 상부로 승하강시켜 스터드에 장착하고, 스터드 너트를 손쉽고 빠르고 안전하게 분 해 및 체결할 수 있는 원자로 스터드 너트의 분해 및 체결장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 스터드 너트의 분해 및 체결시 구동력이 스터드 너트에 정확히 맞물린 상태에서 구동되도록 함으로써 보다 강력한 체결력과 분해력을 제공하고, 스터드 너트의 손상을 방지함과 아울러 스터드 너트의 분해 및 체결작업공정을 자동화할 수 있는 원자로 스터드 너트의 분해 및 체결장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적에 따른 원자로 스터드 너트의 분해 및 체결장치는,
압력용기 헤드의 플랜지를 따라 배치된 체결구멍이 체결되어 헤드를 가압 밀봉시키는 체결너트를 구비한 원자로용 스터드에 있어서,
상기 스터드의 축선방향으로 장착되어 상기 스터드 너트를 수용하는 하우징과, 상기 하우징의 측벽에 부착되어 상기 스터드 너트와 맞물리는 기어군이 내장된 기어박스와 상기 기아박스에 부착되어 상기 기어군에 동력을 서보모터로 구성된 것에 특징이 있다.
본 발명은 상기 기어박스를 전후진 시켜 상기 스터드 너트와 맞물리거나 맞물림을 해제시키기 위한 이동수단을 더 포함할 수 있다.
상기 이동수단으로서는 기어박스와 하우징 사이에 상기 기어박스를 전후진 시키기 위하여 유압실린더와, 유압실린더의 압력에 해지되면 압축스프링의 탄성력에 의해 기어박스가 원위치로 복귀하도록 구성한 것에 특징이 있다.
또한, 상기 이동수단에 의해 이동된 기어박스의 위치를 검출하는 검출수단을 더 포함할 수 있다.
위치검출수단은 상기 이동수단의 이동경로상에 근접센서 혹은 발광 및 수광센서로 이루어진 센서와 같은 센싱장치를 부착함으로서 달성할 수 있다.
상기한 위치검출센서는 서보모터의 구동여부를 제어하는 동기를 제공한다. 즉, 기어박스가 전진하여 스터드 너트에 기어군이 연결된 경우에만 서보모터를 구동시키기 위한 것이다.
본 발명에 따른 원자로 스터드 너트의 분해 및 체결장치는 스터드 너트의 분해 및 체결작업시에만 스터드 너트와 연결하고, 또한 위치검출센서에 의해 기어박스가 하우징쪽으로 이동하여 스터드 너트에 기어가 정확히 맞물린 상태에서 동력이 전달되므로 강력한 힘으로 체결 및 분해할 수 있다. 또한 서보모터의 회전수를 정밀제어할 수 있으므로 동력의 전달을 매우 정밀하게 제어할 수 있고, 위치검출센서에 의해 스터드 너트의 체결 및 분해 작업공정을 자동화할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 원자로 스터드 너트의 분해 및 체결장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 도 1은 원자로 압력용기를 밀폐시키는 스터드의 인장 및 너트의 분해 및 체결용 텐셔너의 운전상태를 예시한 배치도로서, 텐셔너(100)은 원자로(1) 압력용기(3)의 상부에 가설된 모노레일(200)에 설치된 호이스트(300)을 통해 상하로 승하강 된다.
텐셔너(100)는 호이스트(300)에 의해 스터드(10)의 상측으로 하강하면 스터드(10)의 플랜지(2)위로 둘출된 스터드(10)에 장착된다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 도 2에는 스터드 너트 분해 및 체결장치를 갖춘 텐셔너를 전면에서 바라 본 요부 단면도가 예시되어 있고, 도 3은 본 발명에 따른 스터드 너트 분해 및 체결장치를 포함하는 텐셔너의 요부 단면도이며 도 4는 도 3에 도시된 스터드 너트 분해 및 체결장치를 갖춘 텐셔너 하우징의 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 스터드 너트 분해 및 체결장치에 구동력을 제공하는 구동장치를 정면과 측면에서 바라본 각각의 단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 스터드 너트 분해 및 체결장치의 요부를 투시하여 도시한 투시도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 텐셔너(100)은 본 발명에 따른 스터드 너트 분해 및 체결장치(130) 이외에도 유압 및 공압장치에 유압공급 및 회수 및 라인의 개폐여부를 제어하는 유압 컨트롤 유니트(C1)와 전기적인 회로를 제어하는 회로제어 유니트(C2)와 스터드(10)의 인장나사부(11)에 리액션 너트(112)를 체결 및 분해하는 서보모터(SM1) 및 일련의 기어군들과, 유압을 공급하고 회수하는 유압장치와, 상기 유압장치와 연결되어 플로바아(10a)를 인장시키는 피스톤(113)으로 구성된 인장장치(110) 및 인장길이를 측정하여 인장장치(110)의 작동여부를 제어하기 위한 동기를 검출하는 측정장치(120)를 포함하고 있다.
상기 인장장치(110) 하우징(111)의 내경에는 플랜지(2)위로 연장된 스터드(10)의 플로바아(10a)와 스터드 너트(12)를 수용하는 수납 공간(131a)이 마련되어 있다.
상기한 인장장치(110)는 하우징(111)의 일측에 전원에 의해 작동하는 서보모터(SM1)가 부착되어 있다.
서보모터(SM1)은 기어박스(112a)내에 리액션 너트(112)에 회전력을 전달하는 복수개의 기어군에 의해 하우징(111)내의 상하로 슬라이드가능하게 조립된 리액션 너트(112)와 회전시킨다. 리액션 너트(112)의 회전시 리액션 너트(112)를 스터드의 인장나사부(11)에 체결하거나 풀 수 있다.
인장나사부(11)에 리액션 너트(112)가 체결된 뒤, 그 하측에 유압실린더(111)속으로 유압을 공급하면 피스톤(113)이 리액선 너트(112)는 상부로 밀어올리는 작용에 의해 스터드를 길이방향으로 인장시킬 수 있다.
위와 같은 일련의 구성을 포함하는 인장장치(110)에 의해 스터드(10)는 길이방향으로 인장될 수 있고 되고 스터드의 인장시 스터드 너트(12)는 압력용기 헤드를 체결하는 압력을 완화시킨다.
이와 같이 스터드 너트의 체결력이 완화된 상태에서 본 발명에 따른 스터드 너트 분해 및 체결장치의 분해 및 체결공정을 수행하게 된다.
본 발명에 따른 스터드 너트 분해 및 체결장치(130)는 스터드 너트를 수용하는 하우징(131)의 일측에 부착되어 스터드 너트(12)와 맞물리는 기어(132)와 위 기어(132)와 연결된 복수개의 기어군(132a)들을 포함하는 기어박스(132)와, 상기 기어박스(133)에 부착되어 기어군(132a)들에 동력을 제공하는 서보모터(SM2)로 구성되어 있다.
상기 서보모터(SM2)는 도면에는 도시되지 않은 메인 컨트롤장치에 의해 구동 여부가 제어된다.
상기 스터드 너트 체결장치(130)는 상기 기어박스(133)를 전후진 시켜 기어박스의 기어(132)와 스터드 너트(12)의 접속을 제어하기 위한 이동수단을 더 포함할 수 있다.
상기 이동수단은 바람직한 채용예로서, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 하우징(131)과 기어박스(133) 사이에 한 쌍의 유압실린더(134)와 압축스프링(135a)을 갖춘 한 쌍의 샤프트(135)를 연결설치함으로써 구현할 수 있다.
상기 유압실린더(134)는 기어박스(133)내에 설치되어 있고, 유압에 의해 이동하는 피스톤 로드(134a)는 하우징(131)에 고정되어 있고, 샤프트(135)는 그 일측단은 기어박스(133)에 슬라이드 가능하게 결합되어 있으며, 타측단은 하우징(131)에 결합되어 있다.
따라서, 상기 유압실린더(134)속으로 유압이 공급되면, 기어박스(133)가 하우징(131) 쪽으로 접근하도록 피스톤로드(134a)가 작동하고, 유압을 소거하면 압축스프링(135a)의 탄성력에 의해 기어박스(133)는 원위치로 복귀한다.
만일 기어박스(133)가 하우징(131)쪽으로 이동하면, 기어군이 스터드 너트(12)의 원주에 마련된 기어(132)와 맞물리고, 반대로 기어박스(133)가 하우징(131)으로부터 멀어지면 기어(132)가 스터드 너트(12)에서 분리된다.
기어(132)가 스터드 너트(12)와 맞물린 상태에서 서보모터(SM2)를 구동시키면 스터드 너트(12)가 회전하면서 풀리거나 조여진다.
아울러, 상기한 이동수단에 의해 이동하는 기어박스(133)의 이동위치를 검출 하여 기어박스(133)의 위치에 따라 서보모터(SM2)의 구동여부를 제어하기 위한 위치검출수단을 더 포함할 수 있다.
상기 위치검출수단는 바람직한 채용예로서, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 기어박스(133)의 이동경로에 근접센서 혹은 발광 및 수광센서 혹은 공지의 센서(S1) 중 어느 하나 설치하여 기어박스(133)의 위치상태를 검출하고, 그 검출신호를 컨트롤장치로 전달하여 기어군이 스터드 너트(12)에 맞물려 있는 위치에 있는 경우 즉, 기어(132)가 스터드 너트(12)에 정확히 맞물려 있는 상태에서만 컨트롤장치에 의해 서보모터(SM2)를 구동시킬 수 있다.
위치검출수단에 의해 기어박스(133)내의 기어(132)가 스터드 너트(12)에 확실히 맞물리는 지점에 상기한 센서를 부착하여 센서의 센싱에 의해 서보모터(SM2)를 구동시키고, 만일 기어(132)가 스터드 너트(12)에 불확실하게 맞물린 경우 컨트롤장치에 의해 유압실린더(134)에 공급되는 유압을 소거한 뒤 서보모터(SM2)에 설정한 전압펄스를 인가하여 소정각도 회전시킨 뒤 기어박스(133)를 다시 하우징쪽으로 이동시켜 스터드 너트(12)에 기어(132)가 확실하고 완전하게 맞물리게 한다. 이러한 동작은 기어의 맞물림 동작이 정확히 맞물릴 될 때까지 반복(프로그램적으로 수행)되며, 정확히 연결된 경우에만 서보모터(SM2)를 구동시킨다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 원자로 스터드 너트(12)의 분해 및 체결장치(130)는 스터드 너트의 분해 및 체결작업시에만 스터드 너트(12)와 연결하고, 또한 위치검출센서(S1)에 의해 기어박스(133)가 하우징(131)쪽으로 이동하여 스터드 너트에 기어가 정확히 맞물린 상태에서 동력이 전달되므로 강력한 힘으 로 체결 및 분해할 수 있다. 또한 서보모터(SM2)의 회전수를 정밀제어할 수 있으므로 동력의 전달을 매우 정밀하게 할 수 있고, 위치검출센서(S1)에 의해 스터드 너트의 체결 및 분해 작업공정을 자동화할 수 있다.
도 1은 원자로 압력용기의 헤드를 밀폐시키는 스터드 너트 분해 및 체결장치를 포함하는 텐셔너의 배치상태를 예시한 작업배치 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 스터드 너트 분해 및 체결장치를 구비한 텐셔너의 요부단면도,
도 3은 도 2에 도시된 스터드 너트 분해 및 체결장치를 포함한 텐셔너가 스터드에 장착된 상태를 예시한 요부 확대 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 스터드 너트 분해 및 체결장치를 포함하는 텐셔너 하우징의 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 스터드 너트 분해 및 체결장치의 구동장치를 정면과 측면에서 바라 본 각각의 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 스터드 너트 분해 및 체결장치를 투시하여 도시한 투시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 원자로 2 : 플랜지
2a : 체결구멍 3 : 압력용기 헤드
10: 스터드 11 : 인장나사부
12 : 스터드 너트 13 : 스터드 체결나사
100 :텐셔너 110 : 인장장치
112: 리액션 너트 113 : 피스톤
120 : 측정장치 130 : 체결장치
131 : 체결장치 하우징 132 : 기어
132 : 기어군 133 : 기어박스
134 : 유압실린더 134a : 피스톤 로드
135 : 샤프트 135a : 압축스프링
S1 : 센서 C1 : 유압 컨트롤 유니트
C2 : 회로제어 유니트

Claims (5)

  1. 압력용기 헤드의 플랜지를 따라 배치된 체결구멍이 체결되어 헤드를 가압 밀봉시키는 체결너트(12)를 구비한 원자로용 스터드(10)에 있어서,
    상기 스터드(10)의 축선방향으로 장착되어 상기 스터드 너트(12)를 수용하는 하우징(131)과, 상기 하우징(131)의 측벽에 부착되어 상기 스터드 너트(12)와 맞물리는 기어군(132a)이 내장된 기어박스(133)와 상기 기어박스(133)에 부착되어 상기 기어군(132a)에 동력을 서보모터(SM2)로 구성된 것을 특징으로 하는 원자로 스터드 너트의 분해 및 체결장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기어박스(133)를 전후진 시켜 기어박스(133)의 기어(132)와 스터드 너트(12)의 접속을 제어하기 위한 이동수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 스터드 너트의 분해 및 체결장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 이동수단은 상기 하우징(131)과 기어박스(133) 사이에 샤프트(135)와 유압실린더(134)를 각각 연결하고, 상기 샤프트(135)에 압축스프링(135a)을 조립하여 상기 유압실린더(134)의 압력이 소거되면 상기 기어박스(133)가 하우징(131)으로부터 멀어지는 방향으로 이동하도록 구성한 것을 특징으로 하는 원자로 스터드 너트의 분해 및 체결장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 이동수단에 의해 이동하는 기어박스의 위치를 검출하여 기어군(132a)이 스터드 너트(12)와 분리된 경우에만 서보모터(SM1)를 구동시키기 위한 기어박스 위치검출수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 스터드 너트의 분해 및 체결장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 위치검출수단은 하우징(131)에 부착하되, 상기 기어박스(133)의 이동경로에 센서(S1)를 설치하여 상기 기어박스(133)의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 원자로 스터드 너트의 분해 및 체결장치.
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