KR20140051372A - 원자로의 제어봉 안내관과 드라이브 하우징 파이프 간 연결 - Google Patents

Abstract

비등수 원자로의 제어봉 안내관(1)과 드라이브 하우징 파이프(2) 사이에 있는 베이어닛 플레이트 조인트(bayonet plate joint)의 베이어닛 플레이트는 두 개의 부분으로 구성되었다. 이 베이어닛 플레이트는 자체 종축(3)을 중심으로 회전할 수 있도록 설치된 중앙 베이어닛 링(6)으로 이루어지며, 이 중앙 베이어닛 링은 자신을 광범위하게 둘러싸는 외부 링(7)을 구비한다. 외부 링(7)은 베이어닛 링(6) 둘레에 설치되어 있으면서 하부로부터 이 베이어닛 링 둘레에 접촉하면서 내부를 향하고 있다. 상기 외부 링은 또한 마찰 결합을 만들기 위하여 축 방향으로 영구적으로 제어봉 안내관(1)에 작용하는 스프링 압력에 의해서 드라이브 하우징 파이프(2)에 지지가 된다. 이 스프링 압력은 원자로 측면으로부터 아무런 방해를 받지 않고 공구에 의해서 해제된다.

Description

원자로의 제어봉 안내관과 드라이브 하우징 파이프 간 연결 {CONNECTION BETWEEN A CONTROL ROD GUIDE TUBE AND DRIVE HOUSING PIPE OF A NUCLEAR REACTOR}

본 발명은 비등수 원자로의 제어봉 안내관(SSFR) 및 베이어닛 플레이트 조인트(bayonet plate joint)에 의해서 제어봉 안내관에 동축으로 연결된 드라이브 하우징 파이프(AGR)에 관한 것이다.

한 가지 기본적인 요구 사항은, SSFR의 상승 및 그 결과로 연결 장소에서 야기되는 규정할 수 없는 바이패스(bypass)를 방지하기 위하여, AGR에서 SSFR의 새들(saddle)을 의도한 바대로 단단히 조여 주어야만 한다는 것이다. 하지만, 다른 한 편으로는 AGR에서 SSFR의 장착 가능성에 대하여 높은 수준의 요구 조건이 보증되어야만 한다. 비등수 원자로에서는, 말하자면 출력을 제어하기 위해서 필요한 제어봉이 제어봉 안내관(SSFR) 내에서 원자로 코어(reactor core) 아래로 안내된다. 매우 깊은 지점에 있는 이 SSFR은 서비스의 목적으로 원자로 용기의 하부 플리넘(plenum) 영역에 도달하기 위하여 아무런 문제 없이 분해될 수 있어야만 한다. 이 목적을 위해서는, 자체 푸트 플레이트(foot plate)에 의해 개별 AGR에 로킹(locking) 된 SSFR의 로킹 상태가 해제되어 AGR로부터 빼내져야만 한다. 그러나 설비의 작동 시간을 길게 유지하는 경우에는, 접합 장소의 끼워 맞춤 부분(fitting part)에서 침전되는 침전물로 인해 설비의 동작이 느려지게 되고, 이와 같은 상황은 해체 과정을 힘들게 할 뿐만 아니라 시간적인 경비까지도 대폭 상승시킨다. 푸트 플레이트가 물에 잠긴 원자로 탱크의 수면 아래에서 매우 깊은 지점(대략 30m)에 있는 경우에도 해체 과정은 힘들어진다.

상기 푸트 플레이트에 도달하기 위하여, 선행 기술에는 예컨대 각각 4m 길이의 공구 로드(rod)를 일곱 개까지 축 방향으로 상호 접하도록 결합하고, 상기 로드 결합체의 하단부에 고유한 로킹- 및 로킹 해제 공구를 설치하며, 이 목적을 위해 상기 공구가 푸트 플레이트 상에 회전 가능하게 설치된 베이어닛 링 플레이트 내부로 삽입 결합 되는 방식이 공지되어 있다. 이러한 문제점들은 예컨대 DE 201 00 351 U1호(상세한 설명의 도입 부분)에 명확하게 설명되어 있다.

본 발명의 과제는, 작동에 적합하다고 입증된 베이어닛 로킹 상태를 유지하면서도 작동 기술적으로 계속해서 필요한 조립 가능성을 개선하는 것이다.

상기 과제는 본 발명에 따른 청구항 1의 특징에 의해서 해결된다.

청구항 1의 특징에 따르면, 적어도 두 개의 부분으로 구현된 베이어닛 플레이트가 제공된다. 이 베이어닛 플레이트는 자체 종축을 중심으로 회전할 수 있도록 설치된 중앙 베이어닛 링으로 이루어지며, 이 중앙 베이어닛 링은 종래의 구성- 및 기능 방식에 따라서는 베이어닛 홈의 지지부(supporter)로서 형성되었고, 베이어닛 링의 둘레에 설치된 외부 링을 추가로 구비한다. 이 어셈블리는 상기 외부 링이 하부로부터 베이어닛 링 둘레에 접촉하면서 내부를 향하도록 그리고 상기 외부 링이 축 방향으로 영구적으로 SSFR에 작용하는 스프링 압력에 의해서 SSFR의 바닥 플랜지에 - 그리고 그에 의해 간접적으로 AGR에 - 지지가 되도록 구현되어 있다. 이 경우 압축 응력을 받는 외부 링과 베이어닛 링은 어느 정도 해체 가능한 커플링을 형성한다.

SSFR의 로킹 상태를 해제하기 위하여, 작동 중에 AGR 측에서 외부 링에 영구적으로 작용하는 스프링 압력은 상기 외부 링이 공구에 의해서 아래쪽으로 눌려짐으로써 해제된다. 회전에 의해서는, 베이어닛 링이 추후에 한 편으로는 무응력 상태에서 로킹 해제되고 다른 한 편으로는 재차 로킹 된다. 로킹 된 상태에서 베이어닛 링은 외부 링을 통해서 간접적으로 규정된 힘으로 SSFR을 AGR의 지지 면을 향해 밀고, SSFR을 회전에 적합하게 AGR과 조여준다. 그에 따라, 작동 중에 원자로 냉각재에 의해 세척된 SSFR의 "부유 상태"는 어떠한 과도적인 작동 과정에서도 확실하게 저지된다. 스프링 압력의 발생을 위해서 제공된, 바람직하게 디스크 스프링으로서 형성된 스프링 부재는 방사형 미끄럼 끼워 맞춤(sliding fit)에 의해서 드라이브 하우징 파이프를 둘러싸고 있다.

지지부에서의 밀봉을 보증하기 위하여, AGR에서 SSFR의 상호 지지 면들은 바람직하게 평탄하게(평평하게), 원뿔 쉘(cone-shaped shell) 형상으로 또는 왕관 형상으로 형성된다. 뒤에 언급된 두 가지 변형 예는 방사 방향으로 작용하는 측력(side force)의 수용을 보증해주고 그와 더불어 AGR에 대한 SSFR의 의도치 않는 수평(횡) 동작을 저지해준다는 추가의 장점을 갖는다.

베이어닛 링은 축 방향 간극을 두고서 드라이브 하우징 파이프 상에 회전하도록 지지 되어 있다. 이 간극은 정상 동작 중에 SSFR에 영구적으로 작용하는 스프링 압력에 의해서 보상되고, 단지 조립- 또는 해체 목적으로만 이 목적에 적합한 공구에 의해 외부 링이 아래로 눌려짐으로써 허용된다.

본 발명의 추가의 바람직한 실시 예들은 종속 청구항들 및 도면에 대한 상세한 설명 부분에서 드러난다.

본 발명에 의해 달성된 장점들은 한 편으로는, 리테이닝 스프링(retaining spring)이 로킹부에 통합되어 SSFR이 AGR과 신뢰할만하게 조여질 수 있음으로써, 결과적으로 어떠한 작동 상태에서도 SSFR의 안전한 그리고 진동- 및 움직임이 없는 설치 위치가 보증된다는 것이다. 다른 한 편으로는, 두 개의 부분으로 나누어진 베이어닛 플레이트에 의해 간단한 조립 가능성이 만들어진다는 것인데, 그 이유는 로킹 해제시에 그리고 조임 과정에서 외부 링이 관련 공구에 의해 아래로 눌려진 후에 내부에 놓인 베이어닛 링이 쉽게 회전될 수 있기 때문이다.

본 발명은 도면을 참조하여 아래에서 예로 기술되며, 도면들은 각각 단순하게 그리고 개략적으로 도시되어 있다:
도 1은 조립된 상태의 전체 장치를 제어봉 안내관(SSFR) 및 드라이브 하우징 파이프(AGR)의 축 방향으로 절단하여 도시한 사시 종단면도이고,
도 2는 도 1의 화살표 방향(Ⅱ)으로 안으로 AGR의 중심 종축의 방향으로 SSFR을 바라보고 도시한 평면도로서, 이 경우 상기 SSFR은 외부로부터 내부 방향으로 연속해서 외부 링, 이 외부 링에 의해 둘러싸인 베이어닛 링 및 이 베이어닛 링에 의해 둘러싸인 중앙 드라이브 하우징 파이프를 구비하며, 그리고
도 3은 외부 링의 내부 환상 단차부에 지지 된 베이어닛 링의 지지 상태를 확대 도시한 단면도이다.

SSFR(1)은 도면에 상세하게 도시되어 있지 않은 원자로의 제어봉을 둘러싼다. 이 제어봉은 AGR(2) 내부에 수직으로 잠기는 드라이브 로드(drive rod)에 연결되어 있다. SSFR(1) 및 AGR(2)의 수직 축과 동심이고 상부로부터 하부로 SSFR(1) 내부에 잠기는 제어봉 및 드라이브 로드는 자체적으로 도시되어 있지 않고, 오히려 단지 종축(3)에 의해서 상징적으로만 표시되어 있다.

SSFR(1)은 원자로 코어를 등지는 자신의 바닥 단부에서 안으로 AGR(2)의 종축(3)의 방향으로 연장되는 바닥 플랜지(4)에 의해 AGR(2)의 환상(annular) 돌출부(5) 상에 새들링 되어 있다.

SSFR(1) 내부에서 종축(3)의 방향으로 방사형으로 연장되는 상기 SSFR의 바닥 플랜지(4) 위에는 AGR(2)에 대하여 동심으로 종래의 베이어닛 링(6) 및 본 발명에 따른 방사형 간극 끼워 맞춤에 의해 상기 베이어닛 링을 둘러싸는 외부 링(7)이 위치 설정되어 있으며, 이 경우에는 상기 외부 링의 내부 둘레가 하부로부터 베이어닛 링(6)의 외부 둘레에 접촉한다. 따라서, 외부 링(7)은 종축(3)에 대하여 동심으로 위치 설정된 디스크 스프링(8)의 중간 위치에서 SSFR(1)의 바닥 플랜지(4) 상에 광범위하게 지지가 된다. 디스크 스프링(8)은 방사형 미끄럼 끼워 맞춤에 의해 AGR(2)을 둘러싼다. 본원에서 상기 디스크 스프링의 삽입부는 자신의 적은 공간 수요 및 큰 힘으로 인해 스프링 범위가 작은 경우에 적합하며, 이러한 이유로 상기 디스크 스프링은 또한 주지된 바와 같이 바람직하게 인장 부재로서 장치 및 공구에 사용된다. 통상적인 디스크 스프링들은 원뿔 쉘 모양으로 형성된 그리고 축 방향으로 하중을 받을 수 있는 환상의 디스크이다. 본원에서 디스크 스프링(8)은 방사형 미끄럼 끼워 맞춤에 의해 AGR(2)을 둘러싼다.

본 발명에 따른 베이어닛 조인트의 기능 방식은 기본적으로 종래에 공지된 구성으로부터 잘 알려져 있다. 베이어닛 링(6)은 본원에서도 자신의 둘레에 걸쳐서 균일하게 분포된 네 개의 환상- 또는 세로 슬롯(9)(slot)을 구비하며, 이 슬롯은 종축(3)에 대하여 평행하게 자신의 상부 면(10)으로부터 자신의 하부 면(11)까지 베이어닛 링(6)을 관통한다. 상기 슬롯의 둘레 프로파일은 중점으로서의 종축(3)을 중심으로 하여 형성된 원호 상에 놓인다. 세로 슬롯(9)은 고정용 보어로서도 표기되는 그리고 이 세로 슬롯에 각각 할당된 지지 핀 혹은 고정 핀(13)을 위한 각각의 삽입 홀(12) 내에서 - 원주 방향으로 일치하여 - 한 단부에서 종료된다. 실시 예에서 네 개의 고정 핀(13)은 자체 생크(shank)에 의해 제어봉 안내관(2)의 종축(3)에 대하여 평행하게 뻗는다. 상기 고정 핀들은 조립 상태에서 하부에 있는 자신의 자유 단부에 의해 바닥 플랜지(4) 내에 고정되는데, 예를 들면 나사에 의해서 조여진다. 조립 위치에서 SSFR(1)의 방향으로 위를 향하고 있고 세로 슬롯(9)을 관통하는 고정 핀들의 단부에서 상기 고정 핀들은 방사형으로 확장된 고정용 헤드 혹은 로킹 헤드(14)를 구비하며, 상기 고정용 헤드 혹은 로킹 헤드는 - 디스크 스프링(8)의 축 방향 압력이 외부 링(7)을 축 방향으로 베이어닛 링(6)을 향해 밀어줌으로써 베이어닛 링(6)의 회전 위치가 고정될 때까지(베이어닛 링(6)이 회전하지 않을 때까지) - 조임- 혹은 로킹 위치에서는 세로 슬롯(9)의 삽입 홀(12) 외부에서 베이어닛 링(6)의 자유 표면에 접촉하고, AGR(2)의 상응하는 회전 위치에서는 상부로부터 베이어닛 링(6)에 접촉하여 상기 베이어닛 링을 AGR(2)에 형상 결합 방향으로 조여준다.

로킹 위치에서 베이어닛 링(6)은 - 실시 예에서 둘레에 걸쳐 균일하게 분포되어 있는 - AGR(2)의 헤드에 일체로 형성되어 있고, 외부로 방사형으로 돌출하며, 베이어닛 링(6)을 상부로부터 내부에서 접촉하고 있는 캠(cam) 형태의 네 개의 고정 돌출부(15)에 의해서 축 방향으로 위로 이동하는 동작에 대하여 확실하게 보호되어 있다. 다시 말해, 고정 돌출부(15)는 축 방향 간극을 두고 지지 된 베이어닛 링(6)을 위한 상부 정지부(stop)를 형성한다. 디스크 스프링(8)이 베이어닛 플레이트의 외부 링(7)과 SSFR(1)의 환상 바닥 플랜지(4)의 축 방향 간격을 확장하려는 시도를 함으로써, 한 편으로는 환상 단차부(16)에 걸쳐서 베이어닛 링(6)이 위쪽으로 고정 돌출부(15)를 향해 밀려지게 된다. 다른 한 편으로는 SSFR(1)의 바닥 플랜지(4)가 아래쪽으로 하부 정지부의 형태로 작용하는, AGR(2)에 있는 환상 돌출부(5)의 지지 면(17)을 향해 밀려짐으로써 전체적으로 SSFR(1)을 AGR(2)에 고정하게 된다. 환상 돌출부(5)의 지지 면(17)의 형상을 (예컨대 원추형으로, 원형으로, 왕관 모양으로) 적합하게 형성함으로써 그리고 상기 지지 면에 대하여 상보적으로 형성된 바닥 플랜지(4)의 지지 면의 형상을 적합하게 형성함으로써, 상기 영역에서 원하는 밀봉이 구현될 수 있다.

고정 작용은 상부로부터 SSFR(1)에 의해 적합한 공구를 이용하여 외부 링(7)에 압력을 제공함으로써 해제될 수 있다. 그럼으로써, 디스크 스프링(8)은 압축되어 조여지고, 이로써 상기 디스크 스프링에 의해 발생 되는 베이어닛 조인트의 차단 작용이 해제된다. 이후로 상기 베이어닛 조인트의 로킹 해제는 아무 문제 없이 실행된다. 도 2로부터 가장 잘 드러나는 바와 같이, 베이어닛 링(6)의 내부 면에는 AGR(2)의 헤드에 있는 고정 돌출부(15)에 대하여 상보적인 리세스(18)가 있으며, 상기 리세스가 로킹 해제 상태에서 고정 돌출부(15)와 합쳐짐으로써, 결과적으로 베이어닛 링(6)은 로킹 버튼(13)의 제거 후에 필요에 따라 AGR(2)로부터 위쪽으로 들어 올려질 수 있게 된다. SSFR(1)의 바닥 플랜지(4)가 마찬가지로 상응하는 리세스(도면에서는 보이지 않음)를 구비하기 때문에, 로킹 해제된 상태에서는 적합한 회전 위치에서 SSFR(1)이 AGR(2)로부터 완전히 위쪽으로 들어 올려질 수 있다.

1: 제어봉 안내관(SSFR) 2: 드라이브 하우징 파이프(AGR)
3: 종축 4: 바닥 플랜지
5: 환상 돌출부 6: 베이어닛 링
7: 외부 링 8: 디스크 스프링
9: 세로 슬롯 10: 상부 면
11: 하부 면 12: 삽입 홀
13: 고정 핀 14: 로킹 헤드
15: 고정 돌출부 16: 환상 단차부
17: 지지 면 18: 리세스

Claims (10)

1. 비등수 원자로의 제어봉 안내관(1) 및 베이어닛 플레이트 조인트에 의해 상기 제어봉 안내관에 동축으로 연결된 드라이브 하우징 파이프(2)에 있어서,
   두 개의 부분으로 구성된 베이어닛 플레이트를 구비하며,
   상기 베이어닛 플레이트는
   a) 자체 종축(3)을 중심으로 회전할 수 있도록 설치된 중앙 베이어닛 링(6)으로 이루어지고, 상기 베이어닛 링은 종래의 구성- 및 기능 방식에서는 베이어닛 홈의 지지부(supporter)로서 형성되었으며,
   b) 상기 베이어닛 링(6)은 자신의 둘레에 설치된 외부 링(7)을 추가로 구비하며,
   상기 외부 링은
   ⅰ) 하부로부터 상기 베이어닛 링 둘레에 접촉하면서 내부를 향하고 있으며,
   ⅱ) 축 방향으로 영구적으로 제어봉 안내관(1)에 작용하는 스프링 압력에 의해서 제어봉 안내관(1)의 바닥 플랜지(4)에 지지가 되는 것을 특징으로 하는,
   제어봉 안내관 및 드라이브 하우징 파이프.
2. 제 1 항에 있어서,
   외부 링(7)은 동심의 환상 단차부(16)에 의해서 베이어닛 링(6)의 둘레에 그리고 하부 면에 미끄러지게 접하는 것을 특징으로 하는,
   제어봉 안내관 및 드라이브 하우징 파이프.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   베이어닛 링(6)과 바닥 플랜지(4)의 축 방향 간격을 확장시키고 제어봉 안내관(1)의 방향으로 환상 단차부의 표면에 접촉하는 디스크 스프링을 구비하는 것을 특징으로 하는,
   제어봉 안내관 및 드라이브 하우징 파이프.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   드라이브 하우징 파이프(2)의 헤드에 일체로 형성되었고, 방사형으로 외부로 돌출하며, 베이어닛 플레이트 조인트의 로킹 상태에서 상부로부터 베이어닛 링(6)에 내부에서 접촉하는 고정 돌출부(15)를 구비하는 것을 특징으로 하는,
   제어봉 안내관 및 드라이브 하우징 파이프.
5. 제 4 항에 있어서,
   베이어닛 링(6)의 내부 면에 있고, 드라이브 하우징 파이프(2)의 헤드에 있는 고정 돌출부(15)에 대하여 상보적인 리세스(18)를 구비하며, 상기 리세스는 로킹 해제 상태에서 상기 고정 돌출부(15)와 합쳐질 수 있는 것을 특징으로 하는,
   제어봉 안내관 및 드라이브 하우징 파이프.
6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   디스크 스프링(8)은 방사형 슬라이딩 끼워 맞춤에 의해서 드라이브 하우징 파이프(2)를 둘러싸는 것을 특징으로 하는,
   제어봉 안내관 및 드라이브 하우징 파이프.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   방사형 외부로 파이프 외부면 위로 돌출하는, 드라이브 하우징 파이프(2)에 있는 제어봉 안내관(1)의 지지 면(17)의 표면은 평탄하거나, 원뿔 쉘(cone-shaped shell) 형상이거나 왕관 형상인 것을 특징으로 하는,
   제어봉 안내관 및 드라이브 하우징 파이프.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   베이어닛 링(6)은 로킹 해제된 상태에서는 축 방향 간극을 두고서 드라이브 하우징 파이프(2) 상에 회전하도록 지지 되는 것을 특징으로 하는,
   제어봉 안내관 및 드라이브 하우징 파이프.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   베이어닛 링(6)은 로킹 상태에서는 스프링 압력의 작용에 의해서 드라이브 하우징 파이프(2) 상에서 축 방향으로 자신의 위치에 고정되는 것을 특징으로 하는,
   제어봉 안내관 및 드라이브 하우징 파이프.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    로킹 상태에서는 베이어닛 링(6)을 관통하는 그리고 로킹 헤드(14)가 제공된 고정 핀(13)에 의해서 상기 베이어닛 링(6)의 회전 동작이 이루어지지 않도록 보호되는 것을 특징으로 하는,
    제어봉 안내관 및 드라이브 하우징 파이프.

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