KR20160082725A - 추를 이용한 연료봉에 선재 감는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

추를 이용한 연료봉에 선재를 감는 장치가 개시된다. 연료봉의 양단을 고정하고, 고정된 연료봉을 회전시키는 고정부, 회전되는 연료봉에 기 설정된 피치(pitch)만큼 선재가 감기도록 길이방향으로 이동하는 이송부, 선재에 장력을 부여하는 추, 이송부의 상부에 구비되고, 선재의 장력에 의해 연료봉의 변형이 방지하는 연료봉 지지롤, 이송부의 상부에 구비되고, 선재를 롤러를 이용하여 지지하는 선재 지지부, 이송부의 상부에 구비되고, 연료봉와 선재를 용접하는 용접부 및 고정부 및 이송부를 상부에 구비하는 지지부를 포함한다.

Description

추를 이용한 연료봉에 선재 감는 장치 및 방법{Wire wrapping device and method for fuel rods using a weight}

본 발명은 연료봉에 선재 감는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 추를 이용한 연료봉에 선재 감는 장치 및 방법에 관한 것이다.

원전의 연료로 사용되는 연료집합체의 경우, 수 많은 연료봉들로 조립되어 제조된다. 연료집합체를 구성하는 연료봉들은 운전 중 냉각제에 의해 충분히 냉각이 되고, 또한 진동에 의해 옆의 연료봉과 닿지 않도록 하기 위해 연료봉과 연료봉 사이의 간격을 일정하게 유지해야 한다.

간격을 유지하는 방법은 지금까지 여러 가지 방법이 사용되어 오고 있다. 예를 들면, 연료봉을 일정 틀에 넣어 닿지 않게 하거나, 혹은 연료봉 표면에 스페이서(spacer) 역할을 수행하도록 하는 방법들이 알려져 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 원형 단면의 연료봉(10) 외부 표면에 선재(20)를 나선형으로 감아 스페이서 역할을 하는 방법은 고속로 연료봉에 많이 사용되는 방법이다. 연료봉 표면에 선재를 나선형으로 감아 스페이서 역할을 수행하기 위해서는 선재를 일정하게 연료봉 표면에 밀착되도록 함으로써 연료봉 사이의 틈에서 냉각재의 흐름이 일정하게 되도록 해야 한다.

특히, 선재 감기작업 중 선재에 일정한 장력을 주어 작업성을 좋게 해야 하며, 작업 후 혹은 운전 중에도 선재의 감긴 형태가 손상되거나 풀리지 않아야 한다. 연료봉 표면의 선재는 일정한 피치(pitch)로 감기도록 해야 하며, 감기 작업 후 선재의 상태를 유지하기 위해 선재 양단에 용접(30)을 수행하여 마개구멍에서 선재가 빠지지 않도록 해야 한다.

이와 같은 작업을 수행하기 위해서는 기계적 장치가 필요하기 때문에 현재 보다 정확하고 신뢰성이 있는 기계적 장치를 연구하고 있다.

한국공개특허공보 제10-2008-0111409호는 핵 연료 집합체 그리드에 관한 것이며, 특히, 연료 집합체 그리드 스트랩과 제어봉 가이드 딤 사이의 연결에 관한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 선재의 장력을 일정하게 유지하면서 연료봉에 기 설정된 피치대로 선재를 감는 추를 이용한 연료봉에 선재 감는 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 추를 사용하여 구조를 단순화하고, 비용절감을 하는 추를 이용한 연료봉에 선재 감는 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 해결하기 위해,

본 발명에 따른 추를 이용한 연료봉에 선재 감는 장치는,

연료봉의 양단을 고정하고, 상기 고정된 연료봉을 회전시키는 고정부, 상기 회전되는 연료봉에 기 설정된 피치(pitch)만큼 선재가 감기도록 길이방향으로 이동하는 이송부, 상기 선재에 장력을 부여하는 추, 상기 이송부의 상부에 구비되고, 상기 선재의 장력에 의해 상기 연료봉의 변형이 방지하는 연료봉 지지롤, 상기 이송부의 상부에 구비되고, 상기 선재를 롤러를 이용하여 지지하는 선재 지지부, 상기 이송부의 상부에 구비되고, 상기 선재의 끝단을 용접하는 용접부 및 상기 고정부 및 상기 이송부를 상부에 구비하는 지지부를 포함한다.

또한 본 발명에 따른 추를 이용한 연료봉에 선재 감는 방법은,

연료봉의 일단에 선재를 연결하고, 상기 연료봉의 양단을 고정하는 단계, 추와 연결된 연결선을 상기 선재와 연결하는 단계, 상기 연료봉에 기 설정된 피치(pitch)만큼 상기 선재를 감는 단계, 상기 연료봉에 상기 선재의 감김이 완료되면, 상기 선재를 연료봉의 마개구멍에 끼워 넣는 단계 및 상기 끼워진 선재의 끝단을 용접하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 추를 이용한 연료봉에 선재 감는 장치 및 방법은 선재의 장력을 일정하게 유지하면서 연료봉에 기 설정된 피치마다 선재를 감을 수 있다. 모터를 사용하는 방법보다 우수한 장력 유지 상태를 얻을 수 있다.

또한 추를 사용하여 구조를 단순화하고, 비용절감을 할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 연료봉을 감긴 선재를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선재 감는 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선재 감는 장치를 설명하기 위한 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선재의 마무리 매듭을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선재 감는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선재 감는 장치를 설명하기 위한 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선재 감는 장치를 설명하기 위한 정면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 선재 감는 장치(1)는 선재의 장력을 일정하게 유지하면서 연료봉에 기 설정된 피치마다 선재를 감는다. 선재 감는 장치(1)는 추를 사용하여 구조를 단순화할 수 있고, 비용절감을 할 수 있으며, 선재를 연료봉 마개구멍에 넣을 때까지 장력을 유지할 수 있다.

선재 감는 장치(1)는 척 고정부(110), 이송부(120), 연료봉 지지롤(130), 선재 지지부(140), 용접부(150), 홀더 고정부(160), 연결선(170), 추(180) 및 지지부(190)을 포함한다.

척 고정부(110)는 척(chuck)을 포함하는 고정부이다. 상기 척은 공작기계의 하나인 선반의 주축 끝에 장치하여 공작물을 유지하는 부속장치이다.

척 고정부(110)는 척을 이용하여 연료봉(10)의 일단을 고정한다. 척 고정부(110)는 내부에 모터(미도시)를 포함한다. 척 고정부(110)는 상기 모터를 적어도 하나에 포함하여 연료봉(10)을 회전시킨다. 이 때, 상기 모터의 회전속도는 기 설정된 속도일 수 있다.

이송부(120)는 상기 회전되는 연료봉(10)에 기 설정된 피치(pitch)만큼 선재(20)가 감기도록 길이방향으로 이동한다. 이송부(120)는 척 고정부(110)에 포함된 모터의 회전속도를 기초로 이동될 수 있다. 이송부(120)는 하부에 바퀴를 구비하여 이동될 수 있다. 이송부(120)의 상부는 후술되는 연료봉 지지롤(130), 선재 지지부(140) 및 용접부(150)가 구비된다.

연료봉 지지롤(130)은 이송부(120)의 상부에 구비되고, 지지롤(roll)을 포함한다. 지지롤은 회전할 수 있도록 하여 연료봉과의 마찰을 최소화 시켜주고, 금속 압연 기계에서 작업하는 롤을 받쳐 주는 역할을 하는 롤이다. 연료봉 지지롤(130)은 선재(20)의 장력에 의해 연료봉(10)의 굽힘과 같은 변형되는 것을 방지한다.

여기서, 연료봉 지지롤(130)은 상기 지지롤을 적어도 한 개 이상 포함하고 있다.

선재 지지부(140)는 이송부(120)의 상부에 구비되고, 내부에 적어도 두 개의 롤러(roller)를 포함한다. 상기 롤러는 회전하는 원통형으로써, 미끄럼 마찰을 회전마찰로 바꾸어 운동의 저항을 줄이는 곳에 사용되는 기계부품이다. 선재 지지부(140)는 롤러를 이용하여 선재(20)를 지지한다.

용접부(150)는 이송부(120)의 상부에 구비되고, TIG(Tungsten Insert Gas) 용접을 하기 위한 토치(torch)를 포함한다. 상기 TIG 용접은 텅스텐 불활성 아크 용접이다. 용접부(150)는 선재(20)의 양 끝단을 용접한다. 이를 통해, 선재(20)는 연료봉(10)에서 빠지지 않고, 감겨있는 상태를 유지할 수 있다.

또한 용접부(150)는 상기 TIG 용접에 한정하지 않고, 다양한 용접 방법을 할 수 있다.

홀더 고정부(160)는 홀더(holder)를 포함하는 고정부이다. 홀더 고정부(110)는 홀더를 이용하여 연료봉(10)의 타단을 고정한다. 홀더 고정부(160)는 선재 지지부(140)에서 통과되어 나온 선재(20)를 통과시킨다.

여기서, 척 고정부(110) 및 홀더 고정부(160)는 하나로 합쳐져서 고정부로 분류할 수 있다. 또한 척 고정부(110) 및 홀더 고정부(160)는 연료봉(10)이 이동하거나 회전을 하는 경우, 흔들리지 않고 고정을 시킨다.

연결선(170)은 선재(20)와 후술되는 추(180)가 연결하는 선이다. 연결선(170)은 일단이 연결고리(175)를 포함한다. 여기서, 연결선(170)은 추(180)에 의한 장력을 버틸 수 있는 와이어이다. 예를 들면, 연결선(170)는 철재강선을 포함하는 와이어일 수 있다.

연결선(170)은 연결고리(175)에 선재(20)의 끝단이 끼워져서 연결이 된다. 이로 인해, 선재(20)는 추(180)의 무게에 해당하는 장력이 부여된다. 연결선(170)은 선재(20)가 연료봉(10)에 감길수록 점점 당겨져서 연료봉(10) 쪽으로 이동된다. 선재(20)이 연료봉(10)을 감김이 완료되면, 연결선(170)은 연료봉(10)의 끝단과 마주친다.

추(180)는 선재(20)에 장력을 부여한다. 추(180)는 무게를 변경하여 선재(20)에 부여되는 장력을 조절할 수 있다.

추(180)는 2 내지 4 kg이다. 바람직하게는, 추(180)는 3 kg이다.

지지부(190)는 척 고정부(110) 및 홀더 고정부(160)를 포함하는 고정부 및 이송부(120)을 상부에 구비한다. 지지부(190)는 선재(20)가 연료봉(10)에 감길 수 있도록 전체 구성요소들을 지지한다. 지지부(190)는 레일(192), 지지롤러(194), 고정 도르래(196) 및 제어부(198)를 더 구비한다.

레일(192)은 지지부(190)의 상부에 구비되며, 이송부(120)가 길이방향으로 이동을 할 수 있도록 가이드라인을 역할을 한다. 이를 통해, 이송부(120)는 레일(192) 위로 이동이 되기 때문에, 진동이나 경로 이탈을 방지해준다.

지지롤러(194)는 지지부(190)의 상부에 구비되며, 선재(20)가 후술된 선재롤러로 평행하게 유지되도록 지지하는 역할을 한다.

고정 도르래(196)는 지지부(190)의 일 측면에 구비되며, 연결선(170)이 ??자로 방향이 전환되어 추(180)와 연결될 수 있게 한다.

제어부(198)는 지지부(190)의 구비되어 선재 감는 장치(1)의 구동 제어를 한다. 이 때, 제어부(198)의 위치는 사용자가 용이하게 구동시킬 수 있는 위치에 구비될 수 있다. 제어부(198)는 척 고정부(110)가 포함한 모터의 회전속도를 제어할 수 있다. 또한 제어부(198)는 이송부(120)의 이동속도를 제어할 수 있다.

도 4는 도 3의 A 영역을 확대한 단면도이다.

도 4를 참조하면, 선재 감는 장치(1)는 연료봉(10)의 변형없이 선재(20)를 감은 다음, 용접부(150)를 이용하여 연료봉(10)과 선재(20)를 용접한다. 이를 위해, 선재 감는 장치(1)는 선재(20)의 방향을 전환하여 높이 조절을 한 후, 용접을 할 수 있다

선재 감는 장치(1)는 선재(20)의 방향 전환을 하기 위해 선재 지지부(140)가 포함하는 롤러를 이용한다. 선재 지지부(140)는 제1 선재롤러(142) 및 제2 선재롤러(144)를 포함한다. 선재 지지부(140)는 제1 선재롤러(142)의 높이가 제2 선재롤러(144)의 높이와 동일하다. 이를 통해, 선재(20)는 제1 선재롤러(142)와 제2 선재롤러(144)에 의해 지지될 수 있다. 따라서, 선재(20)는 구부러지지 않는 상태로 연료봉(10)에 감길 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선재의 마무리 매듭을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 선재(20)가 연료봉(10)에 감김이 완료되면, 선재(20)의 끝단을 연료봉(10)의 마개구멍(35)에 끼워 넣어진다.

여기서, 선재(20)가 연료봉(10)의 타단에 형성된 마개구멍(35) 위치까지 감김이 진행되면, 추(180)에 연결된 선재(20)의 끝단은 마개구멍(35) 바로 위에 위치하게 된다. 이 때, 선재(20)는 추(180)와 연결되어 있기 때문에 기 설정된 장력을 유지하고 있다.

선재(20)는 감김이 완료된 후, ??자로 굽혀진 선재(20)는 마개구멍(35)에 반쯤 끼운 후, 장력이 유지된 상태에서 추(180)에 연결된 연결고리(175)가 이탈된다. 연결고리(175)로부터 이탈된 나머지 선재(20)는 마개구멍(35)에 밀어 넣으며, 반대쪽 구멍(미도시)에 선재(20)가 약 2㎜ 정도 나오도록 선재(20)의 끝단이 절단된다.

이러한 선재(20)의 마무리 매듭과정이 완료된 후, 선재 감는 장치(1)는 용접부(150)를 통해 용접을 수행한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선재 감는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 6을 참조하면, 선재 감는 방법은 장력을 부여하는 추(180)를 사용하여 간단한 구조 및 매우 낮은 가격으로 제작이 가능하다. 선재 감는 방법은 추(180)를 사용함으로 장력값이 변화없이 일정하기 때문에 장력을 유지하는데 더욱 정밀하다.

제1 단계는 연료봉을 고정을 한다(S100). 제1 단계는 연료봉(10)의 일단을 척 고정부(110)에 고정하고, 연료봉(10)의 타단을 홀더 고정부(160)에 끼워 고정시킨다. 제1 단계는 연료봉(10)을 고정부에 고정시키기 전에 연료봉(10)의 일단과 선재(20)를 연결한다.

여기서, 선재(20)는 제1 단계를 수행되기 전, 선재(20)의 전체길이를 결정하여 절단된다. 상기 전체길이는 연료봉(10)의 양단 마개까지의 거리 및 감기는 피치를 고려하여 산출된 길이일 수 있다. 또한 선재(20)의 일끝단을 ??자로 꺽어 상기 연료봉(10)의 일단에 대한 마개구멍에 끼워넣는다.

제2 단계는 선재와 추를 연결한다(S110). 제2 단계는 장력을 부여하는 추(180)을 선재(20)와 연결한다. 이 때, 추(180)와 선재(20)가 바로 연결되지 않고, 연결선(170)을 매개체로 연결이 된다. 제2 단계는 선재(20)의 타끝단을 ??자로 꺽어 이송부의 롤러를 통과 시킨 후, 추(180)에 연결되어 있는 연결고리(175)에 끼워 넣는다. 상기 연결고리(175)는 한쪽이 터진 형상을 가진다. 이 때, 추(180)는 무게를 변경하여 선재(20)에 부여되는 장력을 조절할 수 있다.

제3 단계는 연료봉에 선재를 감는다(S120). 제3 단계는 연료봉(10)의 회전속도 및 이송부(120)의 이동속도를 기초로 연료봉(10)에 선재(20)를 감는다. 이 때, 연료봉(10)에 감기는 선재(20)는 일정한 피치를 유지한다.

제3 단계는 제어부(198)에 의해 피치를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(198)는 연료봉(10)의 회전속도 및 이송부(120)의 이동속도를 제어할 수 있다.

제4 단계는 연료봉 타 구멍에 선재를 끼워 넣는다(130). 제4 단계는 연료봉(10)의 타단에 대한 마개구멍(35)까지 감기 작업을 되었을 때, 수행된다. 상기 시점은 선재(20)의 타끝단이 마개구멍(35) 바로 위에 위치하며 이 때, 마개구멍(35)에 선재(20)의 일부를 넣고, 연결고리에 연결된 선재(20)를 이탈시킨 후, 선재(20)의 나머지를 끼워넣고, 반대쪽 구멍에 선재가 약 2㎜ 정도가 나오도록 끝단을 절단한다.

여기서, 연결고리에 연결된 선재(20)를 이탈시키기 전까지 선재(20)와 추(180)가 연결되기 때문에 선재(20)에 기 설정된 장력이 부여된다.

제5 단계는 선재 양단을 용접한다(S140). 제5 단계는 제5 단계는 연료봉(10)에 감긴 선재(20)가 구멍으로 빠져 풀리지 않고 유지될 수 있게 한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 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 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

1: 선재 감는 장치
10: 연료봉
20: 선재
30: 선재 끝단 용접부분
35: 마개구멍
110: 척 고정부
120: 이송부
130: 연료봉 지지롤
140: 선재 지지부
142: 제1 선재롤러
144: 제2 선재롤러
150: 용접부
160: 홀더 고정부
170: 연결선
175: 연결고리
180: 추
190: 지지부
192: 레일
192: 지지롤러196: 고정 도르래
198: 제어부

Claims (10)

1. 연료봉의 양단을 고정하고, 상기 고정된 연료봉을 회전시키는 고정부;
   상기 회전되는 연료봉에 기 설정된 피치(pitch)만큼 선재가 감기도록 길이방향으로 이동하는 이송부;
   상기 선재에 장력을 부여하는 추;
   상기 이송부의 상부에 구비되고, 상기 선재의 장력에 의해 상기 연료봉의 변형이 방지하는 연료봉 지지롤;
   상기 이송부의 상부에 구비되고, 상기 선재를 롤러를 이용하여 지지하는 선재 지지부;
   상기 이송부의 상부에 구비되고, 상기 연료봉와 상기 선재를 용접하는 용접부; 및
   상기 고정부 및 상기 이송부를 상부에 구비하는 지지부;를 포함하는 추를 이용한 연료봉에 선재 감는 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 선재와 상기 추가 연결되도록 일단에 연결고리를 구비하는 연결선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 추를 이용한 연료봉에 선재 감는 장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 고정부는,
   상기 연료봉의 일단을 척(chuck)으로 고정하는 척 고정부; 및
   상기 연료봉의 타단을 홀더(holder)로 고정하는 홀더 고정부; 를 포함하는 추를 이용한 연료봉에 선재 감는 장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 척 고정부는,
   내부에 모터를 포함하여 상기 연료봉을 기 설정된 속도로 회전시키는 것을 특징으로 하는 추를 이용한 연료봉에 선재 감는 장치.
   
5. 제1 항에 있어서,
   상기 추는,
   2 내지 4 kg 인 것을 특징으로 하는 추를 이용한 연료봉에 선재 감는 장치.
   
6. 제 2항에 있어서,
   상기 선재 지지부는,
   내부에 두 개의 롤러를 포함하고, 상기 선재가 상기 두 개의 롤러를 통과하면서 상기 연료봉보다 낮은 높이로 상기 연결선과 연결되는 것을 특징으로 하는 추를 이용한 연료봉에 선재 감는 장치.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 용접부는,
   상기 연료봉에 상기 선재의 감김이 완료되면, 상기 선재 끝단을 용접하는 것을 특징으로 하는 추를 이용한 연료봉에 선재 감는 장치.
   
8. 제 2항에 있어서,
   상기 선재는,
   상기 연료봉에 감김이 완료되면, 상기 연결선과 연결된 상태로 상기 연료봉의 마개구멍에 일부를 넣은 후, 상기 연결선을 제거하고 상기 마개구멍에 나머지를 끼워 넣는 것을 특징으로 하는 추를 이용한 연료봉에 선재 감는 장치.
   
9. 연료봉의 일단에 선재를 연결하고, 상기 연료봉의 양단을 고정하는 단계;
   추와 연결된 연결선을 상기 선재와 연결하는 단계;
   상기 연료봉에 기 설정된 피치(pitch)만큼 상기 선재를 감는 단계;
   상기 연료봉에 상기 선재의 감김이 완료되면, 상기 선재를 연료봉의 마개구멍에 끼워 넣는 단계; 및
   상기 끼워진 선재와 연료봉을 용접하는 단계;를 포함하는 추를 이용한 연료봉에 선재 감는 방법.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 선재를 연료봉의 마개구멍에 끼워 넣는 단계는,
    상기 연결선과 연결된 상태에서 일부 선재를 상기 연료봉의 마개구멍에 넣은 후, 상기 연결선을 제거하고 나머지 선재를 상기 마개구멍에 끼워 넣는 것을 특징으로 하는 추를 이용한 연료봉에 선재 감는 방법.
    

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