KR20110137084A - 멀티플 스터드 텐셔너의 인양장비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 멀티플 스터드 텐셔너의 인양장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자로 베셀과 원자로 헤드를 상호 체결하기 위한 스터드 볼트를 결합 또는 분리하는 멀티플 스터드 텐셔너를 동시에 운용하여 동시에 다수개의 스터드 볼트를 체결하거나 분해할 수 있도록 한 멀티플 스터드 텐셔너의 인양장비에 관한 것이다.
보다 구체적으로는 본 발명의 일실시예에 따른 멀티플 스터드 텐셔너의 인양장비는 상단이 크레인에 결합되어 상기 크레인의 승강에 연동하여 유동하되, 상호 120도의 각을 유지하도록 방사형으로 연장되는 3개의 암을 구비하는 리프팅 모듈과, 일단이 상기 암의 단부에서 하방으로 연장되도록 결합되고 타단이 상기 멀티플 스터드 텐셔너와 결합되되, 상하 방향으로 신축할 수 있도록 형성되는 타이로드 모듈과, 상기 리프팅 모듈과 상기 타이로드 모듈을 자동 또는 수동으로 제어하는 컨트롤 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

멀티플 스터드 텐셔너의 인양장비{An apparatus for Pulling up Multiple Stud Tensioner}

본 발명은 멀티플 스터드 텐셔너의 인양장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자로 베셀과 원자로 헤드를 상호 체결하기 위한 스터드 볼트를 결합 또는 분리하는 멀티플 스터드 텐셔너를 동시에 운용하여 동시에 다수개의 스터드 볼트를 체결하거나 분해할 수 있도록 한 멀티플 스터드 텐셔너의 인양장비에 관한 것이다.

일반적으로 원자로(原子爐, nuclear reactor)는 연쇄핵분열반응의 결과 순간적으로 방출되는 다량의 질량결손(質量缺損) 에너지가 방출되도록 연쇄반응을 제어하여 핵분열에서 발생하는 열에너지를 동력으로 사용하도록 하는 장치를 말한다. 원자로는 원자로 베셀의 상부에 원자로 헤드가 결합되고, 원자로 베셀과 원자로 헤드의 결합은 다수개의 스터드 볼트 및 너트를 활용하는 것이 일반적이다.

종래에는 이러한 스터드 볼트 및 너트를 체결하거나 분해하기 위해 단일 스터드 텐셔너(Single Stud Tensioner, 이하 'SST'라 함)를 사용하여 원자로 베셀과 원자로 헤드를 결합하는 54 ~ 58개의 스터드 볼트 및 너트를 체결 또는 분해하였다. 충격 흡수 기능을 하는 하이드로셋(Hydro set)이 폴라 크레인(polar crane)에 결합되어 상하 방향으로 유동하고, 상기 하이드로셋의 타단에는 SST가 결합되어 인양할 수 있도록 하였다. 따라서, 크레인의 상승에 유동하여 하이드로셋과 SST가 승강하면서 일체형 원자로의 원자로 베셀과 원자로 헤드를 상호 결합시키는 스터드 볼트를 결합 또는 분리하였다. 이처럼, 하나의 SST를 이용하여 승강시키며 다수의 스터드 볼트를 체결 및 분리하는 작업을 하는 경우 작업시간과 노동력의 소모가 큰 단점이 있다.

따라서 원자로 내부의 작업이 요구될 때, 원자로 베셀로부터 원자로 헤드를 신속히 결합 또는 분리할 수 있도록 다수개의 멀티 스터드 텐셔너(Multi Stud Tensioner, 이하 'MST'라 함)를 인양하여 다수개의 스터드 볼트를 동시에 분해 또는 결합할 수 있는 멀티플 스터드 텐셔너의 인양장비 개발이 요구된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 더욱 상세하게는 다수개의 멀티플 스터드 텐셔너를 안정적으로 인양하여 다수개의 스터드 볼트를 동시에 결합 또는 분리함으로써 원자로 헤드의 개폐 작업에 따른 시간과 노동력을 절감하고 안전사고를 예방할 수 있는 멀티플 스터드 텐셔너의 인양장비를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 멀티플 스터드 텐셔너의 인양장비는, 상단이 크레인(300)에 결합되어 상기 크레인(300)의 승강에 연동하여 유동하되, 상호 120도의 각을 유지하도록 방사형으로 연장되는 3개의 암(415)을 구비하는 리프팅 모듈(410)과, 일단이 상기 암(415)의 단부에서 하방으로 연장되도록 결합되고 타단이 상기 멀티플 스터드 텐셔너(200)와 결합되되, 상하 방향으로 신축할 수 있도록 형성되는 타이로드 모듈(420)과, 상기 리프팅 모듈(410)과 상기 타이로드 모듈(420)을 자동 또는 수동으로 제어하는 컨트롤 모듈(430)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 멀티플 스터드 텐셔너의 인양장비는 방사형으로 펼쳐진 3개의 암으로 구성된 리프팅 모듈에 각각 타이로드 모듈이 결합되고 각각의 타이로드 모듈에 MST가 결합되므로, 한 번의 승강 동작에 의해 원자로 헤드에 구비된 모든 스터드 볼트 및 너트를 동시에 체결하거나 분리할 수 있어 원자로 헤드의 결합 및 분해에 소요되는 시간과 노동력을 단축할 수 있는 장점이 있다.

도 1 은 본 발명에 의한 멀티플 스터드 텐셔너의 인양장비를 이용하여 일체형 원자로의 원자로 베셀과 원자로 헤드에 체결된 스터드 볼트를 체결 또는 분해하는 동작을 나타내는 사시도.
도 2 는 본 발명에 의한 멀티플 스터드 텐셔너의 인양장비 중 리프팅 모듈을 나타내는 사시도.
도 3 은 본 발명에 의한 멀티플 스터드 텐셔너의 인양장비 중 타이로드 모듈을 나타내는 사시도.

일반적으로 원자로는 핵분열반응의 결과 발생하는 질량결손(質量缺損) 에너지를 이용하는 장치이다. 연소열에 의해 자동으로 연소가 확대되는 화력로와 달리 원자로는 연료의 핵분열 때에 방출되는 중성자(中性子)를 매개체로 하여 핵분열 반응을 수행한다.

원자로의 핵분열 반응은 핵연료에 흡수되는 중성자수를 제어함으로써 핵연료의 연소를 조절할 수 있는데, 원자로 내의 핵분열을 지속시키기 위해서는 핵분열시 방출되는 중성자 중에서 다시 핵연료에 흡수되어 재차 핵분열을 일으키는 수가 최소한 1개 이상이어야 한다. 만약 그 수가 1일 때에는 핵분열반응은 감소하지도 증가하지도 않고 일정하게 유지되며, 이 상태를 원자로의 임계(臨界)라고 한다. 또한 그 수가 1을 초과할 때는 핵분열반응의 수도 점점 증가하게 되는데 이를 초임계상태(超臨界狀態)라 하며, 그 반대의 경우를 미임계상태(未臨界狀態)라 한다.

일반적으로 원자로를 일정한 출력으로 운전할 때는 이를 임계상태로 두거나 약간의 임계초과상태로 하여 여분의 중성자를 제어봉에 흡수시키는 방법을 활용한다. 1회의 핵분열에서 방출되는 중성자수는 우라늄 235의 경우 평균 2개 정도이지만, 이들 모두가 재차 핵분열에 기여하는 것은 아니고 원자로 외부로의 누설, 또는 비핵분열성 물질에의 흡수 등에 의해 그 수가 감소하므로 원자로를 계속 운전하기 위해서는 이러한 중성자 손실을 최소화하는 것이 중요하다. 중성자의 손실을 방지하기 위한 방법으로는 핵분열성 물질의 양을 증가시키거나 핵분열시 방출되는 고속중성자를 열중성자준위로 감속시켜 흡수확률을 높이는 방법, 노심외부(爐心外部)로의 누설량을 최소화할 수 있도록 원자로의 크기를 충분히 크게 하는 방법, 그리고 다른 비핵분열성 물질에의 흡수를 최소로 하는 방법 등이 있다. 핵분열의 순간에 방출되는 중성자는 에너지가 높은 고속중성자로서 핵연료에 흡수될 확률이 극히 낮으므로, 이를 감속시켜 흡수확률을 높이는 것이 중요하다. 원자로의 제어는 카드뮴, 붕소 등과 같이 중성자 흡수 단면적이 큰 재질을 노심 내에 집어넣거나 빼냄으로써 중성자수를 조절하여 제어하게 되며, 또한 반사체(反射體)나 감속재의 양을 변화시키는 방법을 사용하기도 한다.

이하에서는 다수개의 스터드 볼트 및 너트를 신속하게 체결 및 분리하여 원자로 베셀과 관련된 작업을 신속하게 수행할 수 있도록 한 MST의 인양장비에 대해 살펴보기로 한다.

도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명에 의한 멀티플 스터드 텐셔너의 인양장비를 이용하여 일체형 원자로의 원자로 베셀과 원자로 헤드에 체결된 스터드 볼트를 체결 또는 분해하는 동작을 나타내는 사시도를, 도 2 는 본 발명에 의한 멀티플 스터드 텐셔너의 인양장비 중 리프팅 모듈을 나타내는 사시도를, 도 3 은 본 발명에 의한 멀티플 스터드 텐셔너의 인양장비 중 타이로드 모듈을 나타내는 사시도를 나타낸다.

도 1 을 참조하면 일체형 원자로(100)는 핵연료가 수용되어 핵분열반응이 발생하는 원자로 베셀(110), 상기 원자로 베셀(110)을 차폐하며 상기 원자로 베셀(110)의 상부를 개폐하는 원자로 헤드(120), 상기 원자로 헤드(120)의 상단에 구비되는 원자로 상부구조물이 구비되는 것이 일반적이다. 핵연료는 통상 18개월마다 교체하게 되며, 핵연료의 교체뿐 아니라 상기 원자로 베셀(110)의 수리 및 유지 보수 작업, 제어봉의 동작과 관련된 센서의 교체 및 캘리브레이션(calibration) 작업 등이 요구되며, 이때마다 원자로 상부구조물과 상기 원자로 헤드(120)를 분리한 후 작업을 수행하고 다시 상기 원자로 헤드(120)와 원자로 상부구조물을 결합해야 한다. 상술한 바와 같이 상기 원자로 베셀(110)과 상기 원자로 헤드(120)를 상호 결합하는 데 50개 이상의 스터드 볼트(130)가 사용되는 것이 일반적이다. 상기 원자로 헤드(120)가 상기 원자로 베셀(110)의 상부를 폐쇄하는 것은 상기 원자로 베셀(110)에서 핵분열반응이 지속적으로 발생할 수 있도록 유도하고, 방사능의 신체 피폭을 방지하기 위해 기밀을 유지해야 하기 때문이다.

도 1 을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 MST의 인양장비(400)는 리프팅 모듈(410), 타이로드 모듈(420), 컨트롤 모듈(430)을 구비한다. 도 1 및 도 2 를 참조하면 상기 리프팅 모듈(410)은 쉐클(411), 회전축(412), 쉐클 지지대(413), 암(415), 브라켓(416)을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 리프팅 모듈(410)은 상단이 크레인(300)에 결합되어 상기 크레인(300)의 승강에 연동하도록 유동할 수 있다. 상기 쉐클(411)이 상기 크레인(300)의 고리에 걸치도록 결합되는 것이 좋으나, 상기 크레인(300)의 승강에 따라 상기 리프팅 모듈(410)이 연동하여 유동하는 범위에서 상기 리프팅 모듈(410)의 상단 중 어느 부위에서나 상기 크레인(300)과 결합될 수 있다. 상기 회전축(412)은 상기 쉐클(411)이 상기 회전축(412)의 원주 방향을 따라 소정 범위 내에서 회전 유동할 수 있도록 한다.

도 1 및 도 2 를 참조하면 상기 쉐클 지지대(413)는 상기 쉐클(411)이 상기 회전축(412)의 원주 방향에서 회전 유동할 때, 유동 범위를 제한시키기 위한 것이다. 이는 멀티플 스터드 텐셔너(MST)(200)를 인양하기 위해 상기 MST의 인양장비(400)를 사용하고 보관할 때, 상기 쉐클(411)이 상방을 향하도록 유지시키기 위함이다. 상기 쉐클 지지대(413)가 없는 경우 상기 크레인(300)으로부터 상기 쉐클(411)을 분리하면, 상기 쉐클(411)은 중력에 의해 상기 회전축(412)의 원주 방향을 따라 회전하여 옆으로 뉘어지게 된다. 이 경우 상기 MST의 인양장비(400)를 재사용하려할 때 상기 쉐클(411)을 회전시켜 상방을 향하도록 이동시킨 후 상기 크레인(300)에 연결해야 하므로, 노동력과 작업 시간이 낭비되는 단점이 있다. 또한, 상기 쉐클(411)은 고중량으로 중력에 의해 옆으로 뉘어질 경우 장비의 파손 우려가 있는데, 상기 쉐클 지지대(413)에서 이를 방지할 수 있다. 상기 쉐클 지지대(413)에는 상기 쉐클(411)의 유동에 따른 충격을 흡수하도록 탄성체가 구비되는 것이 바람직하다.

도 1 및 도 2 를 참조하면 상기 리프팅 모듈(410)에 구비되는 상기 암(arm)(415)은 상호 120도의 각도를 유지하도록 3개의 암(415)이 방사형으로 연장되어 형성될 수 있다. 이는 상기 암(415)은 상기 암(415)의 단부에서 하단으로 결합되는 상기 타이로드 모듈(420), 상기 MST(200), 상기 스터드 볼트(130)의 하중을 견뎌내야 하므로, 하중을 견디며 인양 작업을 안정적으로 수행할 수 있도록 하기 위함이다. 상기 암(415)의 단부에는 상기 타이로드 모듈(420)이 하방으로 결합되도록 상기 브라켓(416)이 구비되는 것이 좋다. 이와 같이 하중은 상기 암(415)은 단부에 집중되므로, 상기 암(415)의 반경 방향에서 하방으로 작용하는 밴딩 모멘트(bending moment)를 견딜 수 있도록 상면 또는 하면에 플레이트(plate)를 덧대는 실시예도 고려할 수 있다.

도 1 및 도 3 을 참조하면 상기 타이로드 모듈(420)은 리프팅 모듈 연결부(421)와 MST 연결부(422)를 구비할 수 있다. 상기 타이로드 모듈(420)의 일단에는 상기 리프팅 모듈 연결부(421)가 구비되어 상기 암(415)의 단부에서 하방으로 연장되도록 상기 리프팅 모듈(410)의 상기 브라켓(416)과 결합되고, 타단에는 상기 MST 연결부(422)가 구비되어 상기 MST(200)와 결합될 수 있다. 다만 상기 타이로드 모듈(420)에는 상기 MST(200)가 승강하면서 상기 스터드 볼트(130)를 체결 또는 분리시킬 수 있도록, 상하 방향으로 신축(伸縮)할 수 있도록 길이 조절 수단이 구비되는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이 상기 MST(200)는 멀티플 스터드 텐셔너(Multiple Stud Tensioner)로 원자로 베셀(110)과 원자로 헤드(120)를 결합하는 54 내지 58개의 상기 스터드 볼트(130)를 체결하거나 분해하기 위한 장비이다. 상기 MST(200)에는 회전 수단이 내재되어 별도의 조작 없이 상기 스터드 볼트(130)를 회전시켜 체결하거나 분리할 수 있다.

도 1 을 참조하면 상기 MST의 인양장비(400)에는 상기 리프팅 모듈(410)과 상기 타이로드 모듈(420)을 제어할 수 있도록 상기 컨트롤 모듈(430)이 구비될 수 있다. 상기 컨트롤 모듈(430)은 유선 또는 무선으로 상기 MST의 인양장비(400)를 조종할 수 있으며, 자동 또는 사용자의 조작에 의한 수동으로 제어할 수 있다.

도 1 내지 도 3 을 참조하여 상기 MST의 인양장비(400)를 이용하여 상기 원자로 헤드(120)를 상기 원자로 베셀(110)로부터 분리하기 위해 상기 스터드 볼트(130)를 분리시키는 과정을 살펴본다. 상기 크레인(300)을 상기 쉐클(411)에 연결하고, 상기 리프팅 모듈(410)과 상기 타이로드 모듈(420)의 상호 결합 여부 및 상기 타이로드 모듈(420)에 상기 MST(200)가 결합되었는지를 확인한다. 상기 크레인(300)을 상승시켜 상기 MST의 인양장비(400)를 상기 원자로(100)가 설치된 위치로 이동시킨다. 정위치가 확인되면 상기 MST(200)가 상기 원자로 헤드(120)의 상면으로부터 소정 간격을 유지할 때까지 상기 크레인(300)을 조작하여 상기 MST의 인양장비(400)를 하강시킨다. 상기 스터드 볼트(130)가 삽입된 위치의 상공에 상기 MST(200)가 정위치 되면 상기 타이로드 모듈(420)을 연장시켜 상기 MST(200)를 하강시키고, 상기 스터드 볼트(130)를 분리한다. 이때 상기 MST의 인양장비(400)에는 3개의 상기 암(415)이 구비되고, 상기 암(415)에는 MST(200)가 결합되어 있으므로 상기 원자로 헤드(120)에 구비된 모든 스터드 볼트(130)를 동시에 분리할 수 있다. 분리가 완료되면 상기 MST의 인양장비(400)를 인양하여 상기 스터드 볼트(130)를 탈착한다.

본 발명의 상기한 실시예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

100 : 원자로 110 : 원자로 베셀
120 : 원자로 헤드 130 : 스터드 볼트
200 : 멀티플 스터드 텐셔너(MST)
300 : 크레인
400 : 멀티플 스터드 텐셔너(MST)의 인양장비
410 : 리프팅 모듈 411 : 쉐클
412 : 회전축 413 : 쉐클 지지대
415 : 암 416 : 브라켓
420 : 타이로드 모듈 421 : 리프팅 모듈 연결부
422 : 멀티플 스터드 텐셔너(MST) 연결부
430 : 컨트롤 모듈

Claims (1)

1. 원자로(100)의 스터드 볼트(130)를 탈착 또는 장착하기 위한 멀티플 스터드 텐셔너(200)를 인양하는 장비에 있어서,
   상단이 크레인(300)에 결합되어 상기 크레인(300)의 승강에 연동하여 유동하되, 상호 120도의 각을 유지하도록 방사형으로 연장되는 3개의 암(415)을 구비하는 리프팅 모듈(410)과,
   일단이 상기 암(415)의 단부에서 하방으로 연장되도록 결합되고 타단이 상기 멀티플 스터드 텐셔너(200)와 결합되되, 상하 방향으로 신축할 수 있도록 형성되는 타이로드 모듈(420)과,
   상기 리프팅 모듈(410)과 상기 타이로드 모듈(420)을 자동 또는 수동으로 제어하는 컨트롤 모듈(430)을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티플 스터드 텐셔너의 인양장비.

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