KR20090131263A - 원자로 냉각재 시스템 또는 다른 처리 응용에 사용되는 용접부, 파이프, 용기 및/또는 다른 구성요소를 원격으로 검사 및/또는 처리하는 방법 및 장치 - Google Patents

원자로 냉각재 시스템 또는 다른 처리 응용에 사용되는 용접부, 파이프, 용기 및/또는 다른 구성요소를 원격으로 검사 및/또는 처리하는 방법 및 장치 Download PDF

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헨리 아퍼
흐수-웬 파오
윌리엄 데일 존스
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지이-히타치 뉴클리어 에너지 어메리카스 엘엘씨
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Abstract

파이프 내의 응력 부식 크래킹을 완화하기 위해 파이프 용접부(62)의 내경(inside diameter, ID)을 원격으로 브러싱하는 툴(10)이 개시된다. 툴(10)은 파이프(60)의 입구에 배치되고 용접 위치까지 파이프(60) 내에서 보행한다. 용접 위치에 도달하면, 툴(10)은 스스로 고정하고, 그 다음에 용접부(62)의 내경과 접촉할 때까지 브러시(52)를 축방향으로 그리고/또는 반경방향으로 전진시킨다. 툴(10)은 파이프(60)의 축선을 따라 브러시(52)를 점진적으로 인덱싱(indexing)하면서, 브러시(52)로 용접부(62)의 내경 둘레를 원형으로 소제한다.

Description

원자로 용기의 파이프의 내경을 원격으로 브러싱하는 조작기{MANIPULATOR FOR REMOTELY BRUSHING THE ID OF THE PIPE OF A REACTOR VESSEL}
본 발명은 핵발전 플랜트, 특히 가압수형 원자로 플랜트의 원자로 냉각재 시스템 용접부, 파이프 및/또는 다른 구성요소에서의 응력 부식 크래킹을 완화시키기 위한 툴에 관한 것이다.
가압수형 원자로(pressurized water reactor, PWR) 플랜트의 원자로 냉각재 시스템(reactor coolant system, RCS)의 파이프 및/또는 다른 구성요소에서의 니켈계 용접부[예를 들어, 합금 600 타입 용접부(Alloy 600-type weld)]와 같은 응력 부식 크래킹(stress corrosion cracking, SCC) 민감성 금속 용접부에의 1차수 응력 부식 크래킹 또는 원자로 냉각재 시스템 및/또는 다른 구성요소에 직접 가해지는 1차수 응력 부식 크래킹(primary water stress corrosion cracking, PWSCC)이 핵 에너지 산업이 직면하고 있는 중요한 과제이다. 응력 부식 크래킹이 빈번하게 발생하면, 강제적인 장기간의 운전 정지와, 증가된 검사 요건과, 수리 및 교환과, 그리고 산업 단속원에 의한 증가된 플랜트 검사로 인하여, 핵 에너지 산업은 상당한 비용이 들게 된다. 가압수형 원자로 핵발전 플랜트에서의 원자로 냉각재 시스템 및 다른 구성요소의 열화를 관리하는 것은 플랜트의 연속적인 안전 운전 및 높은 신뢰성에 있어서 매우 중요하다. 특히, 검사가 곤란하고 수리 및/또는 교환의 선택이 엄청나게 고가인 영역에서, 1차수 응력 부식 크래킹 완화 방책을 적용하기 위한 목적으로, 원자로 냉각재 시스템 파이프 및 다른 구성요소의 민감성 영역에 대한 검사 및 평가는 바람직한데, 그 이유는 원자로 냉각재 시스템 파이프 및/또는 다른 구성요소에서의 니켈계 용접부 또는 다른 응력 부식 크래킹 민감성 베이스 또는 용접 금속에서의 1차수 응력 부식 크래킹의 완화가 원자로 냉각재 시스템 파이프 및/또는 다른 구성요소의 수리 및/또는 교환을 지연시키고, 검사 요건을 감소시킬 수 있기 때문이다.
본 발명의 목적은 1차수 응력 부식 크래킹을 완화시키기 위해 원자로 냉각재 시스템 파이프 및 다른 구성요소의 민감성 영역에 대한 검사 및 평가를 수행하는 툴을 제공하는 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예에 있어서, 원자로 냉각재 시스템 또는 다른 처리 응용에 사용되는 용접부, 파이프, 용기 및/또는 다른 구성요소를 검사 및/또는 처리하는 툴은, 파이프 및/또는 용기 내부에서 축방향으로 보행하는 제 1 유닛으로서, 상기 제 1 유닛으로부터 반경방향으로 연장가능한 제 1의 복수의 레그를 갖는, 상기 제 1 유닛과, 상기 파이프 및/또는 용기 내부에서 축방향으로 보행하는 제 2 유닛으로서, 상기 제 2 유닛으로부터 반경방향으로 연장가능한 제 2의 복수의 레그를 갖는, 상기 제 2 유닛과, 상기 제 1 유닛과 상기 제 2 유닛 사이에서 연장하는 커플러(coupler)로서, 상기 제 2 유닛 내로 그리고 상기 제 2 유닛으로부터 축방향으로 이동가능한, 상기 커플러와, 상기 제 1 유닛에 접속된 엔드 이펙터 유닛(end effector unit)으로서, 엔드 이펙터를 사전선택된 용접부, 파이프 또는 용기 위치 및/또는 다른 구성요소로 운반하고, 상기 용접부, 파이프 또는 용기 위치 및/또는 다른 구성요소를 검사 및/또는 처리하기 위해 상기 엔드 이펙터를 조작할 수 있는, 상기 엔드 이펙터 유닛을 포함하고 있다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 있어서, 용접부, 파이프, 용기 및/또는 다른 구성요소에서의 응력 부식 크래킹을 완화시키기 위해 원자로 냉각재 시스템 또는 다른 처리 응용에 사용되는 용접부, 파이프, 용기 및/또는 다른 구성요소를 브러싱(brushing)하는 툴은, 파이프 내부에서 축방향으로 보행하는 전방 유닛으로서, 상기 전방 유닛으로부터 반경방향으로 연장가능한 제 1의 복수의 레그를 갖는, 상기 전방 유닛과, 상기 파이프 내부에서 축방향으로 보행하는 후방 유닛으로서, 상기 후방 유닛으로부터 반경방향으로 연장가능한 제 2의 복수의 레그를 갖는, 상기 후방 유닛과, 상기 전방 유닛과 상기 후방 유닛을 접속시키고 그 사이에서 연장하는 커플러(coupler)로서, 상기 전방 유닛과 후방 유닛을 서로를 향해서 그리고 서로로부터 멀어지게 이동시키도록 상기 후방 유닛 내로 그리고 상기 후방 유닛으로부터 축방향으로 이동가능한 상기 커플러와, 상기 전방 유닛에 접속된 브러시 유닛으로서, 브러시가 상기 용접부의 내주와 접촉할 때까지 상기 브러시를 반경방향으로 전진시키고, 상기 브러시를 상기 용접부의 내주 둘레에서 원형으로 회전시키며, 상기 브러시를 상기 파이프를 따라 축방향으로 인덱싱(indexing)하고, 그것에 의해 용접부에 있을 수 있는 응력 부식 크래킹을 완화시킬 수 있는, 상기 브러시 유닛을 포함하고, 상기 전방 유닛은, 상기 제 1의 복수의 레그를 상기 전방 유닛 내로 그리고 전방 유닛으로부터 반경방향으로 이동시키는 제 1의 복수의 액추에이터를 포함하고, 상기 후방 유닛은 상기 제 2의 복수의 레그를 상기 후방 유닛 내로 그리고 후방 유닛으로부터 반경방향으로 이동시키는 제 2의 복수의 액추에이터를 포함하며, 상기 후방 유닛은 액추에이터이고, 상기 커플러는 상기 액추에이터 내에 이동가능하게 배치되며, 상기 브러시 유닛은 브러시 헤드를 포함하고, 상기 브러시 헤드 상에는 사전선택된 용접부, 파이프 또는 용기 위치 및/또는 다른 구성요소를 브러시하는 브러시가 회전가능하게 장착되어 있고, 상기 브러시 헤드는 상기 브러시를 용접부, 파이프 또는 용기 위치 및/또는 다른 구성요소를 향하여 그리고 멀어지게 반경방향으로 이동시키는 가역 나사 구동부에 접속되어 있으며, 상기 브러시를 상기 용접부, 파이프 또는 용기 위치 및/또는 다른 구성요소를 따라 축방향으로 인덱싱하고, 이에 의해 용접부, 파이프 또는 용기 위치 및/또는 다른 구성요소에 있거나 발생될 수 있는 응력 부식 크래킹을 완화시키는 선형 액추에이터를 포함하고 있다.
또 다른 예시적인 실시예에 있어서, 원자로 냉각재 시스템 또는 다른 처리 응용에 사용되는 용접부, 파이프, 용기 및/또는 다른 구성요소를 검사 및/또는 처리하는 방법은, 파이프 내부에서 축방향으로 보행하는 전방 유닛으로서, 상기 전방 유닛으로부터 반경방향으로 연장가능하고 전방 유닛으로 반경방향으로 수축가능한 제 1의 복수의 레그를 갖는, 상기 전방 유닛과; 상기 파이프 내부에서 축방향으로 보행하는 후방 유닛으로서, 상기 후방 유닛으로부터 반경방향으로 연장가능하고 후방 유닛으로 반경방향으로 수축가능한 제 2의 복수의 레그를 갖는, 상기 후방 유닛과; 상기 전방 유닛과 상기 후방 유닛 사이에서 연장하는 커플러로서, 상기 전방 유닛과 후방 유닛을 서로를 향해서 그리고 서로로부터 멀어지게 이동시키도록 상기 후방 유닛 내로 그리고 상기 후방 유닛으로부터 축방향으로 이동가능한, 상기 커플러와; 그리고 상기 전방 유닛에 회전가능하게 접속된 엔드 이펙터 유닛으로서, 상 기 용접부, 파이프 또는 용기 위치 및/또는 다른 구성요소를 검사 및/또는 처리하기 위한 엔드 이펙터를 구비하는, 상기 엔드 이펙터 유닛을 포함하는 툴을 제공하는 단계와, 사전선택된 용접부, 파이프 또는 용기 위치 및/또는 다른 구성요소가 수용되어 있는 파이프 또는 용기에 상기 툴을 입구에 배치하는 단계와, 사전선택된 용접부, 파이프 또는 용기 위치 및/또는 다른 구성요소로 파이프 또는 용기 내부를 향해 툴을 이동시키는 단계와, 사전선택된 용접부, 파이프 또는 용기 위치, 및/또는 다른 구성요소의 위치에 도달하면, 상기 툴을 파이프 또는 용기의 내부 자체에 고정시키는 단계와, 사전선택된 용접부, 파이프 또는 용기 위치 및/또는 다른 구성요소로 전달될 때까지 엔드 이펙터 유닛이 엔드 이펙터를 진행시키게 하는 단계와, 상기 툴이, 사전선택된 용접부, 파이프 또는 용기 위치 및/또는 다른 구성요소를 검사 및/또는 처리하는 엔드 이펙터를 조작하여, 이에 의해 용접부에 있을 수 있는 임의의 응력 부식 크래킹을 완화시키는 단계를 포함하고 있다.
본 발명에 따르면, 1차수 응력 부식 크래킹을 완화시키기 위해 원자로 냉각재 시스템 파이프 및 다른 구성요소의 민감성 영역에 대한 검사 및 평가를 수행하는 툴이 제공된다.
도 1은 본 발명의 용접부 완화 툴(10)(weld mitigation tool)의 사시도이며, 도 2는 용접부 완화 툴(10)의 측면도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 툴(10)은 원자로 냉각재 시스템의 배관내의 용접부에 있어서 이러한 시스템내의 파이프 용접부의 내경을 브러싱(brushing)함으로써 응력 부식 크래킹을 완화시키는데 사용되도록 설계된다. 따라서, 툴(10)은 파이프 용접부를 브러싱하기 위한 브러시 형태의 엔드 이펙터(end effector)를 포함한다. 전형적으로, 툴(10)은 파이프에 입구에 위치되는 반면에, 툴(10)은 파이프내에서 종종 멀리 위치되어 있는 소정의 용접부로 이동된다. 용접부 위치에 도달하면, 툴은 스스로 고정되며, 다음에 용접부의 내경에 도달할 때까지 반경방향으로 브러시를 전진시킨다. 다음에, 파이프의 축선을 따라 브러시를 점진적으로 인덱싱하면서, 툴(10)은 브러시로 용접부의 내경 둘레를 원형으로 소제(sweep)하며, 이에 의해 용접부에서 있을 수 있는 응력 부식 크래킹을 완화시킨다.
툴(10)은 다른 기능을 실행하기 위한 상이한 엔드 이펙터와 함께 사용될 수 있음을 주지하여야 한다. 또한, 공구(10)는 이미 존재하는 용접부 결함을 비롯하여 기존의 SCC 크랙 또는 포함해 다른 형태의 결함을 발굴하기 위해 방전 가공(Electro-Discharge Machining : EDM) 전극을 전달하는데 사용될 수 있다. 또한, 툴은 예를 들면 시각, 초음파 및/또는 맴돌이 전류 검사를 이용하여 완화된 영역의 검사를 실행하는데 사용될 수 있다. 그 외에, 툴은 PWR 및 BWR에 적용되어 완화 (브러싱) 및 검사 작동, 표면 마련 및 결함 제거를 위한 접근을 제공할 수 있다. 툴은 화학 처리 용기와 같은 다른 처리 분야에 이용되는 용기 및 파이프에 사용될 수 있다.
도 1 내지 도 4에 도시된 툴(10)의 실시예를 참조하면, 파이프내의 용접 영역까지 이동할 수 있는 툴(10)은 전방 축방향 워크 유닛(walk unit)(12) 및 후방 축방향 워크 유닛(14)을 포함하며, 이들 유닛은 후방 축방향 워크 유닛(14)과 전방 축방향 워크 유닛(12) 사이로 연장되는 커플러(16)에 의해 함께 결합되어 있다. 커플러(16)의 말단부(19)는 전방 축방향 워크 유닛(12)에 볼트결합되는 반면에, 커플러(16)의 기단부는 후방 축방향 워크 유닛(14)내에 이동 가능하게 배치되어 있다. 커플러(16)는 전방 축방향 워크 유닛(12)과 후방 축방향 워크 유닛(14)을 서로에 대해서 이동시키기 위해서 유닛(14)으로부터 연장되고 유닛(14)내로 수축될 수 있다. 이를 위해서, 후방 축방향 워크 유닛(14)은, 커플러(16)를 후방 축방향 워크 유닛(14)으로부터 연장시키고 커플러(16)를 후방 축방향 워크 유닛(14)내로 수축시키기 위한 적합한 공기-기계적, 전자기적 및/또는 전자기계적 장치를 그 내부에 반드시 수용하고 있다.
일 실시예에 있어서, 후방 축방향 워크 유닛(14)은 선형 공기(또는 유압) 액추에이터이다. 이러한 실시예에 있어서, 압축 공기의 형태인 에너지는 선형 운동으로 전환된다. 공압 액추에이터는 피스톤, 실린더 및 밸브(도시하지 않음)로 구성된다. 피스톤은 실린더의 상부 부분내에 공기를 유지하는 다이아프램(도시하지 않음)에 의해 커버되어, 공기 압력이 다아이프램을 하방으로 가압하며, 피스톤을 아래로 이동시키고, 다음에 밸브의 내부 부분에 연결된 밸브 스템(valve stem)을 이동시킨다. 따라서, 커플러(16)는, 피스톤 로드와 마찬가지로, 유닛(14)의 일부분인 하우징(15)의 내외로 축방향으로 이동 가능하도록 액추에이터의 피스톤에 부 착되어 있다. 압축 공기가 하우징(15)내에서 피스톤을 이동시킬 때, 커플러(16)는 하우징(15)으로부터 연장되거나 하우징(15)내로 수축되게 되어, 전방 축방향 워크 유닛(12) 및 후방 축방향 워크 유닛(14)이 서로에 대해서 이동되게 된다.
다른 실시예에 있어서, 후방 축방향 워크 유닛(14)은 유닛(14)의 일부분인 하우징(15)의 내외로 축방향으로 이동 가능하도록 커플러(16)가 액추에이터의 아마추어인 솔레노이드 액추에이터이다. 이러한 실시예에 있어서, 복수의 전자석이 하우징(15)내에 장착되는 반면에, 각각의 전자석으로부터 소정 거리에 위치된 복수의 대응 마그네트는 커플러(16)의 일부분상에 장착되어 있다. 하우징(15)내의 전자석이 작동되는 경우, 다시 커플러(16)는 하우징(15)으로부터 연장되거나 하우징(15)내로 수축되어, 전방 축방향 워크 유닛(12) 및 후방 축방향 워크 유닛(14)이 서로에 대해서 이동되게 한다.
다른 실시예에서, 커플러(16)는 도 3에 도시되고 상세하게 후술되는 가역 모터(48), 벨트 구동부(46) 및 스크류 구동부(38) 장치와 유사한 가역 모터, 기어 및 스크류 구동 장치에 의해 후방 축방향 워크 유닛(14)의 하우징(15)내에 축방향으로 이동 가능하게 배치될 수 있다.
전방 축방향 워크 유닛(12)은 유닛(12)으로부터 또는 유닛(12)내로 반경방향 외측으로 이동가능한 복수의 레그(18A)를 구비한다. 유사하게, 후방 축방향 워크 유닛(14)은 유닛(14)으로부터 또는 유닛(14)내로 반경방향 외측으로 이동가능한 복수의 레그(18B)를 구비한다.
레그(18A, 18B)를 반경방향으로 이동시키기 위해서, 전방 축방향 워크 유 닛(12) 및 후방 축방향 워크 유닛(14)은 레그(18A, 18B)를 유닛(12, 14)으로부터 연장시키고 이들 레그를 유닛(12, 14)내로 수축시키기 위한 적당한 공기-기계적, 전자기적 및/또는 전자기계적 장치를 반드시 포함한다.
일 실시예에 있어서, 전방 축방향 워크 유닛의 레그(18A) 각각은 실제로 공압(또는 유압) 선형 액추에이터내의 피스톤에 부착된 로드이며, 이동될 때 대응하는 레그(18A)가 전방 축방향 워크 유닛(12)으로부터 연장되거나 유닛(12)내로 수축되게 한다. 마찬가지로, 후방 축방향 워크 유닛의 레그(18B) 각각은 실제로 공압 선형 액추에이터(22B)내의 피스톤에 부착된 로드(rod)이며, 대응하는 레그(18B)가 후방 축방향 워크 유닛(14)으로부터 연장되거나 유닛(14)내로 수축되도록 작용한다.
다른 실시예에 있어서, 전방 축방향 워크 유닛의 레그(18A) 각각은 실제로 솔레노이드 액추에이터(22A)의 아마추어(armature)이며, 대응하는 레그(18A)가 전방 축방향 워크 유닛(12)으로부터 연장되거나 유닛(12)내로 수축되도록 작용한다. 마찬가지로, 후방 축방향 워크 유닛의 레그(18B)의 각각은 실제로 솔레노이드 액추에이터(22B)의 아마추어이며, 대응하는 레그(18B)가 후방 축방향 워크 유닛(14)으로부터 연장되거나 유닛(14)내로 수축되도록 작용한다.
다른 실시예에 있어서, 레그(18A, 18B)는 도 3에 도시된 가역 모터(48), 벨트 구동부(46) 및 스크류 구동부(38) 장치와 유사한 가역 모터, 기어 및 스크류 구동 장치에 의해 유닛(12, 14)으로부터 반경방향으로 연장되고 유닛(12, 14)내로 반경방향으로 수축될 수 있다.
전방 축방향 워크 유닛의 레그(18A) 각각은 레그(18A)의 말단부에 부착된 발형상부(foot)(20A)를 포함한다. 마찬가지로, 후방 축방향 워크 유닛 레그(18B)의 각각은 레그(18B)의 말단부에 부착된 발형상부(20B)를 포함한다. 바람직하게, 발형상부(20A, 20B) 각각은 툴(10)이 이동하게 될 파이프의 내측의 곡률과 용이하게 맞물리도록 만곡된다.
툴(10)이 용접부 위치로 이동되는 방법은 하기와 같다. 만약 아마추어 커플러(16)가 후방 축방향 워크 유닛(14)으로부터 연장되어 있는 상태에서 툴(10)이 파이프의 내측에 위치된다면, 전방 축방향 워크 유닛(12)은, 각 레그가 파이프의 내주에 맞물릴 때까지, 솔레노이드 액추에이터(22A) 각각이 그 대응하는 레그(18A)를 연장되게 한다. 이 때에, 레그(18A)의 발형상부(20A)의 각각은 전방 축방향 워크 유닛(12)을 제 위치에 로킹시키기 위해서 파이프의 내주에 맞물린다. 일단 전방 축방향 워크 유닛(12)이 제 위치에 로킹되면, 후방 축방향 워크 유닛(14)은 후방 축방향 워크 유닛(14)상의 액추에이터(22B)의 각각이 작동되게 하여, 후방 축방향 워크 유닛(14)의 반경방향으로 연장되는 레그(20B)를 후방 축방향 워크 유닛(14)의 하우징(15)내로 끌어당긴다. 다음에, 후방 축방향 워크 유닛(14)은 아마추어 커플러(16)가 유닛(14)의 하우징(15)내로 수축되게 하여, 후방 축방향 워크 유닛(14)을 전방 유닛(12)을 향해 끌어당긴다.
일단 아마추어 커플러(16)가 후방 유닛(14)의 하우징(15) 내로 완전히 수축되면, 후방 유닛(14)은 전방 유닛(12)에 대하여 상승하게 될 것이다. 이 시점에서, 후방 유닛(14)은 각각의 액추에이터(22B)로 하여금 각각 그에 속한 대응 레 그(18B)를, 각각의 레그(18B)의 대응 발형상부(20B)가 툴(10)이 배치되어 있는 파이프의 내주에 맞물릴 때까지, 후방 유닛(14)의 하우징(15)으로부터 반경방향 외측으로 연장시키도록 한다. 레그(18B)의 연장은, 발형상부(20B)를 파이프의 내주와 맞물리게 하기 위해 후방 유닛(14)이 적소에 고정되게 한다. 이 시점에서, 전방 유닛(12)이 각각의 액추에이터(22)로 하여금 그에 속한 대응 레그(20A)를 전방 유닛(12)의 하우징(113) 내로 수축시키도록 하는 동안에 후방 유닛(14)은 커플러(16)를 하우징(15)으로부터 연장시킨다. 반경방향으로 연장되는 각각의 레그(20A)의 수축은 전방 유닛(12)을 그 위치로부터 고정 해제시키고, 그에 따라 커플러(16)가 후방 유닛(14)으로부터 외측으로 연장되는 거리에 상응하는 거리만큼 전방 유닛(12)이 전방으로 연장되게 한다. 커플러(16)의 스트로그(stroke)의 마지막에, 전방 유닛(12)은 다시 각각의 액추에이터(22A)로 하여금 대응 레그(18A)를, 각각의 레그(18A)의 대응 발형상부(20A)가 파이프의 내주와 맞물려 다시 전방 유닛(12)을 적소에 고정시킬 때까지, 전방 유닛(12)의 하우징(13)으로부터 연장시키도록 한다. 여기에서 다시, 일단 전방 유닛(12)이 적소에 고정되면, 후방 유닛(14)을 고정 해제하도록 후방 유닛(14)은 각각의 액추에이터(22B)로 하여금 대응 레그(18B)를 후방 유닛(14)의 하우징(15) 내로 수축시키게 한다. 그 후에, 후방 유닛(14)은 커플러(16)를 후방 유닛(14)의 하우징(15) 내로 수축시키도록 구동되고, 이에 따라 후방 유닛(14)은 고정된 전방 유닛(12)의 방향으로 전방 이동하게 된다. 이러한 운동은 툴(10)이 브러싱될 용접부가 위치하고 있는 파이프 내 지점에 도달할 때까지 거듭 반복된다.
전방 유닛(12)은 커플러(16)가 볼트 결합되어 있는 지지 칼라(support collar)(11)를 구비한다. 또한, 지지 칼라(11)는 전방 유닛(12)의 하우징(13)과, 또한 하우징(13)에 장착된 각각의 액추에이터(22A)를 장착하기 위한 구조체의 역할을 한다. 유사하게, 후방 유닛(14)은 지지 링(19)을 구비한 지지 칼라(17)를 포함하는데, 이 지지 칼라(17)로부터 커플러(16)가 돌출된다. 후방 유닛(14)의 하우징(15)과, 또한 하우징(15)에 장착된 각각의 액추에이터(22)가 후방 유닛(14)의 지지 칼라(17)에 장착된다.
전방 유닛(12)의 전면에는 엔드 이펙터 유닛이 연결되어 있는데, 도 1 내지 도 4에 도시된 본 발명의 실시예에서는 브러시 헤드(26)와, 파이프 용접부의 내경을 브러싱하기 위해 브러시 헤드(26)를 적소로 이동시키는데 사용되는 복수의 모터 및 기어가 장착된 브러시 플랫폼 유닛(24)이 이에 해당한다. 다른 툴 기능을 수행하는 본 발명의 다른 실시예에 대하여, 브러시 플랫폼 유닛(24)은 상이한 툴을 주어진 위치로 운반하여 원하는 기능을 수행하도록 할 수 있는 상이한 엔드 이펙터 유닛으로 대체될 수도 있음을 유의해야 한다.
다시, 도 1 내지 도 4에 도시된 본 발명의 실시예를 살펴보면, 브러시 플랫폼(24)은 전방 유닛(12)에 볼트 결합된 턴테이블(turn table)(28)을 거쳐서 전방 유닛(12)에 부착되어 있다. 턴테이블(28)에는 출력 기어(30)가 베어링에 의해 회전가능하게 장착되어 있는데, 이 출력 기어(30)는, 또한 베어링에 의해 턴테이블(28)에 회전가능하게 장착되며, 전방 유닛(12)의 하우징(13) 상에 장착된 구동 기어 모터(34)에 의해 구동되는 구동 기어(32)에 의해 구동된다. 턴테이블(28), 출력 기어(30), 구동 기어(32) 및 모터(34)의 조합체는 가역 회전 구동부(36)를 구성하여 도 2에 도시된 바와 같이 가역적인 회전 운동을 한다.
파이프의 내주를 향하는 브러시 헤드(26)의 반경방향 운동은 바람직하게는 도 3에 도시된 나사 구동부(38)에 의해 이루어지지만, 선형 액추에이터와 같은 대안적인 장치가 사용될 수도 있음을 유의해야 한다. 나사 구동부(38)의 제 1 단부(40)는 브러시 헤드(26)가 장착되어 있는 플랫폼(42)에 부착된다. 나사 구동부의 대향 단부(44)는 벨트 구동부(46)에 부착되는데, 이 벨트 구동부(46)는 가역 모터(48)에 의해 구동된다. 가역 모터(48)가 일 방향으로 회전됨에 따라, 벨트 구동부(46)는 나사 구동부(38)를 제 1 방향으로 회전하게 하고, 그에 의해 나사 구동부(38)가 하우징(50) 내에서 상승함으로써, 브러시 헤드(26)가 장착되어 있는 플랫폼(42)을 상승시켜서 하우징(50)으로부터 파이프의 내주를 향해 반경방향으로 연장하게 한다. 역으로, 모터(48)가 반대 방향으로 회전하는 경우, 벨트 구동부(46)는 나사 구동부(38)를 제 1 방향의 반대 방향으로 회전하게 하여 하우징(50) 내로 수축시키고, 그에 의해 브러시 헤드(26)가 장착되어 있는 플랫폼(42)을 파이프의 내주로부터 이격되도록 반경방향으로 수축시킨다.
브러시 헤드(26)는 그리트(grit)와 함께 매설되어 있는 나일론 브러시(52)를 포함하며, 이 나일론 브러시(52)가 응력 부식 크래킹을 완화시키기 위해 파이프 용접부와 접촉하여 브러싱한다. 브러시(52)는 선형 액추에이터(58)의 아마추어(56)에 부착되어 있는 가역 모터(54)에 의해 구동되며, 이 선형 액추에이터(58)는 브러시(52)가 파이프 용접부를 브러싱할 때 파이프의 축선을 따라 브러시(52)를 인덱 싱(indexing)하는 축방향 인덱싱을 브러시 헤드(26)에 제공한다. 또한, 브러시 헤드(26) 내에는 파이프의 용접부를 브러싱하는 브러시(52)와 함께, 브러시(52)를 상방 또는 하방으로 경사지게 하는 기어 장치(60)가 구비되어 있다.
브러시 헤드 유닛(24) 중에서, 툴(10)이 용접부 위치에 도달할 때에 브러시 헤드(26)에 유연성을 부여하여, 브러시(52)가 용접부의 내경과 접촉할 때까지 브러시(52)를 반경방향 외측으로 진행시키고, 파이프의 축선을 따라 브러시를 점진적으로 인덱싱하는 동안 용접부의 내경 둘레를 원형으로 브러시로 소제하게 하는 부분은 바로 기어, 모터 및 구동부의 조합체이다.
도 4는 툴(10)이 파이프(60) 내에 배치되어 멀리 떨어져 있는 용접부(62)를 브러싱하기 위해 파이프 내에서 그 용접부(62)로 이동되어 있는 예를 도시한다. 용접부(62)에 도달한 때에, 툴(10)은 레그(18A, 18B)가 파이프(60)의 내주에 맞물릴때까지 레그(18A, 18B)를 반경방향으로 연장시킴으로써 파이프(60) 내에서 스스로 고정된다. 그 후에, 툴(10)은 브러시(52)가 용접부(62)의 내경과 접촉할 때까지 브러시(52)를 반경방향 외측으로 진행시킨다. 도 4에 도시된 바와 같이, 그 후에 툴(10)은, 솔레노이드 액추에이터(58)를 사용하여 파이프의 축선을 따라 브러시(52)를 점진적으로 인덱싱하는 동안, 용접부(62)의 내경 둘레에서 브러시(52)로 원형으로 소제하고, 이에 의해 용접부(62) 내에 있을 수도 있는 임의의 응력 부식 크래킹을 완화시킨다.
툴의 이동 및 즉각적인 작업(on-sight operation)은 툴(10)에도 그리고 파이프 외부에 있는 작업자가 휴대하고 있는 제어 유닛 내에도 전형적으로 라디오 송수 신기를 포함하는 공지의 무선 제어기에 의해 제어될 수 있다. 툴은 전력, 공압 및 수압 동력 및 제어 신호를 전송하는 케이블로 제어된다. 툴/브러시의 위치는 툴에 장착된 비디오 카메라(도시되지 않음)에 의해 모니터링된다.
본 발명이 현재 가장 실제적이고 바람직한 실시예라고 여겨지는 것과 관련하여 기술되었지만, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않아야 하며, 오히려 첨부된 청구범위의 사상과 취지 내에 포함된 다양한 변형예 및 균등 구성을 포함할 의도임을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명의 용접부 완화 툴의 사시도,
도 2는 본 발명의 용접부 완화 툴의 측면도,
도 3은 본 발명의 용접부 완화 툴의 부분 횡단면도 및 부분 사시도,
도 4는 핵발전 플랜트의 노즐로 이어지는 배관 내에 위치된 본 발명의 용접부 완화 툴의 사시도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 툴 12 : 제 1 유닛
14 : 제 2 유닛 15 : 하우징
16 : 커플러 18A, 18B : 레그
20A, 20B : 발형상부(foot) 22A, 22B : 액추에이터
24 : 엔드 이펙터 유닛 26 : 엔드 이펙터
30 : 출력 기어 32 : 구동 기어
34 : 가역 모터 52 : 브러시

Claims (10)

  1. 원자로 냉각재 시스템 또는 다른 처리 응용에 사용되는 용접부, 파이프, 용기 및/또는 다른 구성요소를 검사 및/또는 처리하는 툴(10)에 있어서,
    파이프(60) 및/또는 용기 내부에서 축방향으로 보행하는 제 1 유닛(12)으로서, 상기 제 1 유닛(12)으로부터 반경방향으로 연장가능한 제 1의 복수의 레그(leg)(18A)를 갖는, 상기 제 1 유닛(12)과,
    상기 파이프(60) 및/또는 용기 내부에서 축방향으로 보행하는 제 2 유닛(14)으로서, 상기 제 2 유닛(14)으로부터 반경방향으로 연장가능한 제 2의 복수의 레그(18B)를 갖는, 상기 제 2 유닛(14)과,
    상기 제 1 유닛(12)과 상기 제 2 유닛(14) 사이에서 연장하는 커플러(coupler)(16)로서, 상기 제 2 유닛(14) 내로 그리고 상기 제 2 유닛(14)으로부터 축방향으로 이동가능한, 상기 커플러(16)와,
    상기 제 1 유닛(12)에 접속된 엔드 이펙터 유닛(end effector unit)(24)으로서, 엔드 이펙터(26)를 사전선택된 용접부(62), 파이프(60) 또는 용기 위치 및/또는 다른 구성요소로 운반하고, 상기 용접부(62), 파이프(60) 또는 용기 위치 및/또는 다른 구성요소를 검사 및/또는 처리하기 위해 상기 엔드 이펙터(26)를 조작할 수 있는, 상기 엔드 이펙터 유닛(24)을 포함하는
    툴.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 상기 제 2의 복수의 레그(18A, 18B) 각각은 상기 레그(18A, 18B)의 말단부에 부착된 발형상부(foot)(20A, 20B)를 갖고, 상기 발형상부(20A, 20B)는 상기 파이프(60)의 내주를 실질적으로 따르도록 만곡된
    툴.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔드 이펙터(26)는, 응력 부식 크래킹을 완화하기 위해 상기 사전선택된 용접부(62), 배관 위치 및/또는 다른 구성요소를 브러싱(brushing)하는 것과, 상기 사전선택된 용접부(62), 배관 위치 및/또는 다른 구성요소를 검사하는 것과, 상기 사전선택된 용접부(62), 배관 위치 및/또는 다른 구성요소의 표면을 마련하는 것과, 상기 사전선택된 용접부(62), 배관 위치 및/또는 다른 구성요소 내의 결함을 제거하는 것으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 기능을 수행하기 위한 툴인
    툴.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유닛(12)은 상기 제 1의 복수의 레그(18A)를 상기 제 1 유닛(12) 내로 그리고 상기 제 1 유닛(12)으로부터 반경방향으로 이동시키는 복수의 제 1 액추에이터(22A)를 포함하고,
    상기 제 2 유닛(14)은 상기 제 2의 복수의 레그(18B)를 상기 제 2 유닛(14) 내로 그리고 상기 제 2 유닛(14)으로부터 반경방향으로 이동시키는 복수의 제 2 액추에이터(22B)를 포함하는
    툴.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔드 이펙터 유닛(24)은 상기 전방 유닛(12)에 볼트결합된 턴테이블(turn table)(28) 및 상기 턴테이블(28) 상에 회전가능하게 장착된 출력 기어(30)를 통해 상기 전방 유닛(12)에 부착되고, 상기 엔드 이펙터 유닛(24)은 상기 출력 기어(30)에 볼트결합된 하우징(50)을 포함하는
    툴.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 엔드 이펙터 유닛(24)은, 상기 출력 기어(30)와 맞물리고 구동 기어(32)에 연결된 제 1 가역 모터(34)에 의해 구동되는 상기 구동 기어(32)에 의해 가역적으로 회전되는
    툴.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔드 이펙터 유닛(24)은 파이프 용접부(62)의 내경을 브러싱하는 브러시(52)를 포함하는 브러시 헤드(brush head)(26)를 포함하는 브러시 유닛(26)이고,
    상기 브러시 유닛(26)은 상기 브러시(52)가 상기 용접부(62)의 내주와 접촉할 때까지 상기 브러시(52)를 반경방향으로 전진시키고, 상기 브러시(52)를 상기 용접부(62)의 내주 둘레에서 원형으로 회전시키며, 상기 브러시(52)를 상기 파이프(60)를 따라 축방향으로 인덱싱(indexing)하고, 그것에 의해 상기 용접부(62)에 있을 수 있거나 그렇지 않고 발생할 수 있는 응력 부식 크래킹을 완화시킬 수 있는
    툴.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유닛(14)은 솔레노이드 액추에이터이고, 상기 커플러(16)는 상기 제 2 유닛(14)의 일부인 하우징(15) 내에 축방향으로 이동가능하게 배치된 상기 제 2 유닛 액추에이터의 아마추어(armature)인
    툴.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유닛(14)은 공기 선형 액추에이터(pneumatic linear actuator)이고, 상기 커플러(16)는 상기 제 2 유닛(14) 내에 이동가능하게 배치된 피스톤에 부착된 로드(rod)인
    툴.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 커플러(16)는 상기 하우징(15) 내에 위치되고 상기 커플러(16)에 부착된 가역 모터, 기어 및 스크류 구동 장치에 의해 상기 하우징(15)으로부터 연장하거나 상기 하우징(15) 내로 수축하게 되는
    툴.
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