KR20170090454A

KR20170090454A - 제어봉 구동 장치의 내경 환형부를 위한 초고압 캐비테이션 피이닝

Info

Publication number: KR20170090454A
Application number: KR1020177017624A
Authority: KR
Inventors: 게리 알. 폴링; 더그 엠. 로렌스; 브래들리 에이치. 그레이엄; 데이비드 제이. 펙함
Original assignee: 아레바 인코포레이티드
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2017-08-07
Also published as: US20160358680A1; KR102103585B1; US10062460B2; WO2016085745A1

Abstract

서멀 슬리브(thermal sleeve)와 같은 내측 몸체와 제어봉 구동 하우징 노즐과 같은 외측 몸체 사이에 형성된 환형부에 대해 밀봉 영역을 생성하기 위해 밀봉 부재가 제공된다. 액체가 상기 밀봉 영역 내로 유입되어 침수 영역을 생성하고, 상기 침수 영역은 원하는 레벨로 가압된다. 상기 침수 영역 내에 노즐이 제공되고, 상기 노즐은 상기 환형부 내에 끼워지도록 구성된다. 가압 유체가 상기 노즐로부터 분출되어 캐비테이션 기포(cavitation bubble)를 형성시킨다. 상기 노즐로부터의 흐름은 상기 캐비테이션 기포가 상기 환형부를 형성하는 표면에 정착하도록 한다. 상기 캐비테이션 기포의 붕괴 충격은 상기 환형부를 형성하는 표면의 재료에 압축 응력을 작용시킨다. 툴링(tooling)이 제공되어 상기 침수 영역 내로 상기 노즐을 조작함으로써 상기 표면의 원하는 모든 부분을 처리한다.

Description

제어봉 구동 장치의 내경 환형부를 위한 초고압 캐비테이션 피이닝{CONTROL ROD DRIVE MECHANISM INNER DIAMETER ANNULUS ULTRA HIGH PRESSURE CAVITATION PEENING}

본 발명은 캐비테이션 피이닝(cavitation peening)을 수행하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 좁은 환형부 내에서 수행되는 캐비테이션 피이닝에 관한 것이다.

피이닝(peening)은 부분의 표면층에 기계적 응력을 인가하여 추후 발생될 수 있는 파손 및 마모에 대비하여 압축 및 강화하는 공정이다. 피이닝은 쇼트 피이닝(shot peening), 레이저 피이닝(laser peening) 및 캐비테이션 피이닝(cavitation peening)과 같이 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 캐비테이션 피이닝은 액체 환경을 갖는 상기 부분을 포함하는 표면에 기포를 제공하는 과정을 수반한다. 기포가 붕괴되면서 상기 부분에 충격력을 작용시킨다. 종래의 캐비테이션 피이닝 장치 및 방법이 겪는 한 가지 난점은 좁은 공간에서 피이닝하는 것이 어렵다는 것이며, 이는 피이닝 노즐이 이러한 조밀한 공간에 맞지 않기 때문이다.

본 발명은 다양한 산업 분야에서 사용될 수 있지만, 본원에서는 원자력 발전소의 환경이 예로서 설명될 것이다. 원자력 발전소는 압력 용기 내에 수용된 원자로 및 상기 원자로에서 열을 제거하고 전력을 생산하는 원자로 냉각재 계통(reactor coolant system; RCS)을 포함한다. 노즐은 배관 및 계기 연결, 통풍구 제공, 및 제어 요소 구동 장치 및 히터 요소의 보호 등 다수의 목적을 위해 용기 및/또는 배관에 부착된다.

원자력 산업에서는 이러한 노즐들뿐만 아니라 그 용접부도 검사해야 하는데, 이는 1차수 응력 부식 균열(primary water stress corrosion cracking; PWSCC)의 발생 때문이다. 응력 부식 균열은 부식성 환경 및 재료에 작용하는 인장력의 조합으로 인해 재료에서 발생하게 된다. 균열은 재료에 작용하는 다른 물리적 응력들과 마찬가지로, 냉간 성형, 용접, 연삭, 기계 가공 및 열처리 등과 같은 다양한 방식으로 재료에 유도될 수 있다. 원자로 환경에서의 응력 부식 균열은 원자력 발전소 설비를 성공적으로 작동시키기 위해 주의 깊게 모니터링해야 하는 중요한 현상이다. PWSCC를 주의 깊게 모니터링하지 않으면 재료 결함이 발생될 수 있으며, 궁극적으로 재료가 손상될 수 있다. 균열이 계속되면, 재료는 용도 폐기 및 교체해야 할 정도로 손상될 수 있다. 상기 원자로 환경에서 이러한 부품 교체는 극히 바람직하지 않은데, 이는 전반적인 발전소 경제 문제뿐만 아니라 작업자 및 설비 안전과 관련된 방사능 문제 때문이다.

따라서, 응력 부식 균열의 발생을 완화 또는 방지하는 장치 및 방법이 필요하다.

서멀 슬리브(thermal sleeve)와 같은 내측 몸체와 제어봉 구동 노즐과 같은 외측 몸체 사이에 형성된 환형부에 대해 밀봉 영역을 생성하기 위해 밀봉 부재가 제공된다. 액체가 상기 밀봉 영역 내로 유입되어 침수 영역을 생성하고, 상기 침수 영역은 원하는 레벨로 가압된다. 상기 침수 영역 내에 노즐이 제공되고, 상기 노즐은 상기 환형부 내에 끼워지도록 구성된다. 가압 유체가 상기 노즐로부터 분출되어 캐비테이션 기포(cavitation bubble)를 형성시킨다. 상기 노즐로부터의 흐름은 상기 캐비테이션 기포가 상기 환형부를 형성하는 표면에 정착하도록 한다. 상기 캐비테이션 기포의 붕괴 충격은 상기 환형부를 형성하는 표면의 재료에 압축 응력을 작용시킨다. 툴링(tooling)이 제공되어 상기 침수 영역 내로 상기 노즐을 조작함으로써 상기 표면의 원하는 모든 부분을 처리한다.

이하, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 첨부 도면은 예시적인 실시예를 도시하며, 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본원에 개시된 실시예 및 도면은 예시로서 간주되어야 하며, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도 1은 원자로 압력 용기 헤드 내의 서멀 슬리브(thermal sleeve)를 갖는 제어봉 구동 노즐의 일반적인 배열을 도시한 횡단면도이다.
도 2는 도 1의 제어봉 구동 노즐, 서멀 슬리브 및 원자로 압력 용기 헤드를 도시한 확대 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 노즐 부재를 도시한 제1 도면이다.
도 4는 도 3의 노즐 부재를 도시한 제2 도면이다.
도 5는 도 3의 노즐 부재를 도시한 횡단면도이다.
도 6은 도 3의 노즐 부재용 오리피스 인서트(orifice insert)를 도시한다.
도 7은 도 6의 오리피스 인서트를 도시한 단면도이다.
도 8은 도 3의 피이닝 노즐을 이동시키는 툴링 어셈블리(tooling assembly)를 도시한다.
도 9는 도 3의 피이닝 노즐과 함께 사용하기 위한 밀봉 어셈블리를 도시한 제1 도면이다.
도 10은 도 9의 밀봉 어셈블리를 도시한 제2 도면이다.
도 11은 도 1의 제어봉 구동 노즐과 서멀 슬리브 사이에 형성된 환형부 내에 삽입되는 사용 위치에 있는 도 3의 노즐 부재를 도시한다.

본 발명은 내측 몸체와 외측 몸체 사이의 환형부와 같은 좁은 공간 내에서 캐비테이션 피이닝(cavitation peening)을 하기 위한 장치 및 방법이다. 본 발명의 노즐은 환형부 내에 끼워지도록 구성된 세장형 본체를 갖는다. 상기 본체는 제1 폭 및 제1 두께를 갖는 제1 단부, 및 제2 폭 및 제2 두께를 갖는 제2 단부를 갖는다. 상기 본체는 상기 제2 폭이 상기 제1 폭보다 크고 상기 제2 두께가 상기 제1 두께보다 크게 형성되도록, 폭 및 두께가 모두 테이퍼된다. 상기 본체는 상기 환형부와 조립되는 아치형 프로파일을 더 포함한다. 배출 오리피스(discharge orifice)는 상기 본체의 좁게 형성된 상기 제1 단부에 위치한다.

또한, 상기 노즐은 상기 본체의 상기 제2 단부에서 상기 본체에 결합된 베이스를 포함한다. 상기 베이스에는 피이닝 유체의 공급원을 연결하기 위한 입구가 형성된다. 상기 베이스 및 상기 본체에는 유로가 관통 형성되어 상기 배출 오리피스에 연결된다.

본 발명의 우선적 적용 대상은 가압수형 원자로(pressurized water reactor; PWR)의 원자로 용기 폐쇄 헤드(reactor vessel closure head; RVCH)용 제어봉 구동 하우징(control rod drive housing; CRDH) 노즐의 내경(inner diameter; ID) 표면을 완화하는 것이다. 노즐 재료, 용접 재료, 및 베이스 금속 피복재의 잔여 인장 응력은 PWSCC에 기여하여 악화시킨다. 응력 상태를 인장에서 압축으로 변경하면 PWSCC의 발생을 방지할 수 있어 많은 비용과 시간이 소요되는 수리의 필요성을 완화한다. 피이닝은 대상에 잔류 압축 응력을 작용시킴으로써 분해 공정을 없애 자산 수명을 연장한다.

서멀 슬리브(thermal sleeve)는 CRDH 노즐의 내부면에 대한 접근을 제한하는 많은 CRDH 노즐 설계에 통합된다. 도 1은 원자로 압력 용기 헤드(4)를 통과하는 서멀 슬리브(2)를 갖는 CRDH 노즐(1)의 일반적인 배열을 도시한 횡단면도이고, 도 2는 도 1의 CRDH 노즐(1), 서멀 슬리브(2) 및 원자로 압력 용기 헤드(4)를 도시한 확대 횡단면도이다. 상기 CRDH 노즐(1)의 내경과 상기 서멀 슬리브(2)의 외경 사이에 환형부(3)가 형성된다. 제한된 접근으로 인해, 상기 CRDH 노즐(1)의 내경과 관련된 작업은 일반적으로 상기 서멀 슬리브(2)를 제거해야 한다. 상기 서멀 슬리브(2)의 재부착은 일반적으로 작업 완료 후에 요구된다. 서멀 슬리브 공정의 이러한 제거 및 재부착은 많은 비용 및 시간이 소요되며, 위험을 초래할 수 있다. 본 발명은 환형부(3)내의 표면에 작용하는 응력을 완화시키고, 상기 서멀 슬리브(2)를 제거할 필요가 없게 만든다.

캐비테이션 피이닝 공정은, 작은 오리피스를 통해 배출되는 고압 및 고속의 물이 통과하는 작업 표면에 노즐을 향하게 하는 단계를 포함한다. 이로 인해 생성된 고속 워터 제트 스트림이 저압에서 물과 접촉함에 따라, 상기 고속 워터 제트 스트림 내에 증기 기포들이 형성된다. 각 기포 내의 압력은 주변 물 매체의 증기압 미만이다. 상기 기포들은 표면에서 붕괴되어 작업 표면에 고압 충격파를 발생시키고, 이는 표면에 압축 응력을 작용시킨다. 일반적으로, 상기 공정은 상기 기포들이 조기에 붕괴되는 것을 방지하기 위해 배압(back pressure)을 필요로 한다.

밀봉부가 상기 CRDH 노즐(1)의 베이스 주위에 설치되어 환형 갭(annular gap)을 밀봉함으로써, 상기 영역은 물로 침수되고 원하는 배압(특정 용도에 따라 1 내지 100 psi 이상)으로 가압될 수 있다. 상기 캐비테이션 워터 제트 스트림을 전달하기 위하여, 캐비테이션 피이닝 노즐은 상기 밀봉부를 침투하여 상기 환형 갭으로 접근한다. 상기 캐비테이션 피이닝 공정이 시작되고 상기 피이닝 노즐(피이닝 헤드)이 상기 CRDH 노즐(1)의 축을 중심으로 툴링(tooling)에 의해 회전 구동됨으로써 상기 CRDH 노즐(1)의 전체 ID 표면이 피이닝될 수 있다. 상기 피이닝 헤드가 회전함에 따라, 상기 피이닝 노즐도 최적의 공정 효율을 위해 필요에 따라 수직 위아래로 작동한다. 이러한 방식으로, 상기 캐비테이션 피이닝 공정은 전체 부품을 물에 침수시키지 않고 구현된다.

바람직하게, 상기 피이닝 노즐의 수압은 약 50 ksi 내지 60 ksi이며, 이때 배압은 약 30 psi 내지 50 psi이다. 이러한 작동 파라미터는 캐비테이션 기포가 바람직한 크기로 형성되도록 할 뿐만 아니라, 상기 캐비테이션 기포의 붕괴시 처리 표면에 바람직한 양의 충격 압력이 작용하도록 한다. 그러나, 이러한 작동 조건은 상기 노즐이 사용 중에 진동하게 한다. 이 진동으로 인해 노즐이 고장을 일으킬 수 있다. 따라서, 견고한 노즐 설계가 필요하다. 도 3은 본 발명의 바람직한 노즐(10)을 도시한 제1 도면이고, 도 4는 상기 노즐(10)을 도시한 제2 도면이다. 상기 노즐(10)은 배출 오리피스(15)를 포함하는 근위 단부(proximal end; 12) 및 원위 단부(distal end; 13)를 갖는 본체(11)를 포함한다. 지지력 및 내구성을 제공하기 위해, 상기 본체(11)는 상기 노즐 원위 단부(13)가 상기 근위 단부(12)보다 큰 폭을 갖도록 테이퍼된다. 바람직하게, 원위 단부 폭은 근위 단부 폭의 2 내지 4 배이다. 상기 노즐(10)의 두께는 상기 노즐(10)이 상기 환형부(3) 내에 끼워질 수 있도록 최소화되어야 하지만, 바람직한 실시예에서는, 상기 원위 단부(13)가 상기 근위 단부(12)보다 큰 두께를 갖도록 두께도 테이퍼된다. 바람직하게, 상기 노즐(10)의 최대 두께는 환형부 표면으로 삽입 및 피이닝하기 위해 1/8 인치 미만이다.

상기 노즐(10)은 상기 원위 단부(13)에 베이스(14)를 더 포함한다. 상기 베이스(14)에는 파지면(gripping surface)이 형성됨으로써, 상기 노즐(10)이 툴링에 의해 파지 및 유지될 수 있도록 하여 상기 노즐(10)을 위치시키고 조작한다. 도 8은 이러한 툴링(20)의 예를 도시한다. 상기 툴링은 밀폐 영역을 한정하는 본체(21)를 포함한다. 베이스 플레이트(22)는 상기 본체(21)에 회전 가능하게 결합되어 상기 본체(21)를 회전시킨다. 링 베어링은 본체-베이스 플레이트 접합부의 수밀 무결성(watertight integrity)을 유지하기 위해 사용된다. 캐리지 어셈블리(carriage assembly; 23)는 상기 노즐(10)을 리드 스크류(24)에 연결하여 상기 노즐(10)을 수직 이동하게 한다. 추가적인 구동에 의해 상기 캐리지 어셈블리(23) 및 노즐(10)이 회전된다. 또한, 상기 캐리지 어셈블리(23)는 가변 직경의 환형부들을 피이닝할 수 있도록 상기 본체(21)에 대해 반경 방향으로 이동할 수 있다.

노즐 베이스(14)는 피이닝 유체의 공급원이 부착되는 오리피스(16)를 더 포함한다. 상기 오리피스(16)는 상기 노즐 본체(11) 내부의 통로(17)를 통해 상기 배출 오리피스(15)에 유체 연결된다(도 5 참조). 바람직하게, 상기 피이닝 유체는 고압 피이닝 유체에 의해 작용되는 압력을 견딜 수 있는 금속 튜브(25)에 의해 제공된다. 상기 노즐(10)의 수직 변위를 위해 튜빙(tubing; 25)은 코일에 제공될 수 있으며, 이때, 코일 스택은 그 중심축이 수직이 되도록, 즉, 상기 리드 스크류와 평행하고 상기 베이스 플레이트(22)와 수직이 되도록 배치된다. 따라서, 상기 코일 중심축은 상기 툴링 본체(21)의 종축과 평행하거나 동일 선상에 있다. 상기 노즐(10)이 상방(즉, 상기 베이스 플레이트(22)로부터 멀어지는 방향)으로 이동함에 따라, 상기 코일은 인접 코일 사이의 간격이 증가하도록 탄성 변형된다. 상기 노즐(10)의 하방 이동은 상기 코일을 그 디폴트 위치로 복귀시킨다. 튜빙 코일(25)은 상기 노즐(10)이 상기 코일 중심축을 따라 직선 운동하도록 한다.

도 6은 상기 노즐(10)을 위한 오리피스 인서트(15)를 도시하고, 도 7은 상기 오리피스 인서트(15)를 도시한 횡단면도이다. 상기 인서트(15)는 나사형 중앙부(32)를 갖는 본체(31)를 포함한다. 헤드(33)는 상기 인서트(15)의 근위 단부에 제공된다. 상기 헤드(33)는, 상기 나사형부(32)가 상기 노즐 본체(11)의 대응 스레딩(threading)과 결합될 수 있도록 공구에 의해 결합되는, 육각형 헤드 볼트와 같은 결합면을 포함하는 것이 바람직하다. 밀봉부(34)는 상기 인서트(15)의 원위 단부에 제공된다. 바람직하게, 상기 밀봉부(34)는 폴리머 소재로 형성된다. 상기 인서트(15)가 상기 노즐 본체(11) 내에 존재하는 그 작동 위치에 있을 때, 상기 밀봉부(34)는 상기 노즐 본체(11)의 대응면에 인접한다. 이는, 상기 오리피스 인서트(15)와 상기 노즐 본체(11) 사이가 수밀 밀봉(watertight seal)되는 것을 보장한다. 보어(35)가 상기 인서트(15) 내의 중심에 형성되어, 상기 인서트(15)를관통하는 유로를 형성한다. 보어가 관통 형성된 보석 부재(미도시)가 상기 인서트(15)의 근위 첨단부(proximal tip)에 위치될 수 있다.

캐비테이션 피이닝에서는 노즐과 피처리면이 액체 환경에 존재해야 한다. 원자로 압력 용기 헤드 전체를 수중에 배치하기보다는 밀봉 어셈블리가 사용되는데, 상기 수중 배치는 상당한 시간과 노력을 필요로 할 뿐만 아니라 폐기되어야 하는 많은 양의 폐수를 생성한다. 도 9는 이러한 밀봉 어셈블리(40)의 하나를 도시한다. 상기 밀봉 어셈블리(40)는, 상기 툴링(20) 및 노즐(10)을 수용하고 둘러싸도록 구성된 하우징(41)을 포함한다. 상기 본체(41)는 작동 근위 단부(42) 및 원위 단부(43)를 포함한다. 상기 근위 단부(42)는, 설치 중에 서멀 슬리브 퍼널들(thermal sleeve funnel)을 피하기 위해 개방되고 상기 CRDH 노즐(1)의 저부에 대해 밀봉하기 위해 폐쇄되는 세 개의 평탄 밀봉면들(flat sealing surface; 44)을 포함한다. 가스켓(gasket) 또는 밀봉부(45)는 상기 밀봉 어셈블리(40)의 수밀 무결성을 보장하기 위해 상기 밀봉면(44) 내로 몰딩된다. 상기 밀봉 어셈블리(40)의 다른 예가 본원과 동일자 출원된 대리인 참조 번호 103-0061 및 미국 특허 출원 제14/554,525의 공동 소유 특허 출원에 개시되어 있으며, 상기 출원은 그 전체가 본원에 참조로서 포함된다.

18-8 스테인레스강과 같은 스테인레스강은 상기 툴링(20) 및 밀봉 어셈블리(40)의 재료로서 바람직하다. 17-4 PPH 스테인레스강과 같은 스테인레스강은 상기 노즐(10)의 재료로서 바람직하다. 실리콘은 상기 밀봉부(45)의 재료로서 바람직하다.

사용시, 상기 원자로 압력 용기 헤드는 원자로로부터 제거되어 격납 건물 내의 저장 위치에 배치된다. (이는 연료봉과 원자로 코어에 접근하기 위해 연료재장전용 운전정지를 하는 동안 수행되는 통상적인 단계이다.) 상기 노즐(10)은 상기 밀봉 어셈블리(40) 내에 위치된 상기 툴링(20)에 결합된다. 이후, 상기 결합된 어셈블리는, 상기 밀봉부(45)가 상기 CRDH 노즐(1)의 외부면 또는 상기 헤드(4)의 내부면과 접촉하도록, 사용될 CRDH 노즐(1) 및 서멀 슬리브(2) 주위에 배치된다. 이와 같이, 상기 본체(41)는 상기 툴링(20), 상기 CRDH 노즐(1) 및 상기 서멀 슬리브(2)를 둘러싸며, 이에 따라 상기 CRDH 노즐(1)의 저부에 대해 밀봉 영역을 형성한다.

이후, 물과 같은 액체가 상기 밀봉 영역으로 유입되어 침수 영역을 형성한다. 이는 상기 밀봉부 본체(41)에 밸브를 통해 물의 공급원을 연결하고 상기 밸브를 개방하는 것과 같은 공지된 방식으로 달성될 수 있다. 그 후, 상기 밀봉 영역은 약 30 psi 내지 50 psi와 같은 소정의 압력 레벨로 가압된다. 이는 상기 침수 영역에 물을 지속적으로 공급하고, 그 중량이 원하는 압력 레벨이 될 때까지 액체 레벨을 상승시킴으로써 달성될 수 있다. 이로 인해, 상기 액체 레벨이 상기 환형부(3)의 수준까지 양호하게 상승될 수 있다.

그 다음, 상기 툴링(20)은 상기 노즐(10)을 상기 환형부 내에 삽입하도록 결합된다. 이는 도 11에 도시된다. 상기 노즐 본체(11)는 상기 CRDH 노즐(1) 및 서멀 슬리브(2)의 곡선에 정합 대응하도록 만곡된다. 바람직하게, 상기 노즐 본체(11)의 내부면(11A)은 상기 노즐 본체(11)의 외부면(11B)보다 큰 곡률 반경을 갖는다. 본원에 설명된 상기 CRDH 노즐(1) 및 서멀 슬리브(2)와 연동하여 사용되는 특정 실시예에서, 상기 내표면(11A)의 곡률 반경은 약 2 인치일 수 있고, 상기 외표면(11B)의 곡률 반경은 약 1.13 인치일 수 있다. 상기 곡률 반경은 상기 노즐(10)이 사용될 공간, 즉, 이 예에서는 환형부(3)인 공간과 일치하도록 선택된다. 상기 노즐 본체(11)의 로우 프로파일(low profile) 두께는 상기 환형부(3) 내에 끼워 맞출 수 있도록 한다.

선택적으로, 상기 툴링(20)은, 상기 CRDH 노즐(1) 내의 상기 서멀 슬리브(20)를 상기 노즐(10)에 직경 방향으로 대향하는 위치로 이동시켜, 상기 환형부(3) 내에 상기 노즐을 삽입하기 위한 별도의 간격을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 상기 툴링은, 상기 서멀 슬리브(2)의 내경을 파지하고 이를 상기 노즐(10)로부터 멀어지는 방향으로 이동시키는 척(chuck; 26)을 포함할 수 있다.

상기 노즐(10)이 위치된 상태에서, 상기 가압 피이닝 유체의 흐름이 시작됨에 따라 피이닝 공정이 시작된다. 상기 노즐(10)을 통한 상기 가압 흐름은 캐비테이션 기포를 형성시킨다. 상기 흐름은 약 5 인치 내지 7 인치의 스탠드오프 거리(즉, 상기 노즐 배출 오리피스(15)와 피처리면의 부분 사이의 거리)를 가지고 피처리면(들)에 실질적으로 평행하게 향하게 된다. 상기 캐비테이션 기포의 붕괴 충격은 상기 환형부(3)를 형성하는 표면의 재료에 압축 응력을 작용시킨다. 상기 툴링(20)은, 상기 서멀 슬리브(2)에 대하여 상기 노즐(10)을 원주 둘레 및 수직 상하로 조작하여, 상기 서멀 슬리브(2)의 원하는 모든 표면을 처리하기 위해 사용된다. 또한, 상기 노즐(10)은 상기 서멀 슬리브(2)의 외부면 및 상기 CRDH 노즐(1)의 내부면을 처리하기 위해 상기 환형부(3) 내에 삽입된다. 상기 노즐(10)은 세장형, 바람직하게는 약 5 인치에서 6 인치의 종방향 길이를 갖는 세장형으로 형성되어 상기 환형부(3) 내에서 양호하게 연장되도록 한다. 상기 노즐 길이와 스탠드오프 거리(standoff distance)는 상기 환형부 내로 10 인치 이상의 피이닝이 가능하게 한다.

피이닝 노즐 수압, 유속, 배압, 피이닝 노즐 위치, 및 피이닝 노즐 속도와 같은 작동 파라미터들은, 목업 예시 어셈블리(mock-up example assembly)에서 캐비테이션 피이닝을 수행하고, 그 후 목업 부품(mock-up part)들에 파괴 검사를 실시하여 상기 부품들에 작용된 잔류 압축 응력을 측정함으로써 획득될 수 있다. 이러한 파라미터들은 사용 중에 측정되고 기록되며, 이러한 기록은 고객에게 제공되어 의도한 표면이 실제로 의도대로 처리됐는지 보증한다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예에 따라 설명하였지만, 상기 실시예는 예시로서 제시된 것이며, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니다. 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위에서 형태 및 세부 사항을 다양하게 변경할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 전술한 예시적인 실시예에 의해 제한되어서는 안되며, 후술하는 특허 청구 범위 및 그 등가물에 의해서만 정의되어야 할 것이다. 또한, 본원에서 본 발명의 특정 이점이 설명되었지만, 그러한 이점 모두를 반드시 본 발명의 임의의 특정 실시예에서 달성해야 하는 것은 아니다. 따라서, 예를 들어, 당업자는 본 발명이 본원에 교시된 바와 같은 하나 또는 여러 장점들을 달성하거나 최적화하는 방식으로 구현되거나 수행될 수 있으며, 본원에 교시되거나 제안될 수 있는 다른 장점들을 반드시 달성해야 하는 것은 아니라는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims

내측 몸체와 외측 몸체 사이에 형성된 환형부의 표면재를 피이닝(peening)하는 노즐로서,
상기 환형부 내에 끼워지도록 구성되며, 제1 폭과 제1 두께를 갖는 제1 단부 및 제2 폭과 제2 두께를 갖는 제2 단부를 가지고, 상기 제2 폭이 상기 제1 폭보다 크고 상기 제2 두께가 상기 제1 두께보다 크게 형성되며, 상기 환형부와 조립되는 아치형 프로파일을 가지고, 상기 제1 단부에 배출 오리피스(discharge orifice)를 구비하는 세장형 본체; 및
상기 제2 단부에서 상기 본체에 결합되고, 피이닝 유체의 공급원을 연결하기 위한 입구가 형성된 베이스를 포함하며,
상기 베이스 및 상기 본체에는 유로가 관통 형성되어 상기 배출 오리피스에 연결되는 것을 특징으로 하는 노즐.
제1항에 있어서,
상기 본체와 상기 베이스는 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 노즐.
제1항에 있어서,
상기 본체의 두께는 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부로 점차적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 노즐.
제3항에 있어서,
상기 제1 두께는 1/8 인치 미만인 것을 특징으로 하는 노즐.
제1항에 있어서,
상기 제2 폭은 상기 제1 폭의 2배 내지 4배인 것을 특징으로 하는 노즐.
제1항에 있어서,
상기 본체는 제1 면 및 제2 면을 가지며,
상기 제1 및 제2 면은 상기 제1 및 제2 단부의 사이에서 연장되고, 상기 노즐이 상기 환형부와 조립되도록 만곡되는 것을 특징으로 하는 노즐.
제6항에 있어서,
상기 제1 면은 제1 곡률 반경을 갖는 내부면이고, 상기 제2 면은 제2 곡률 반경을 갖는 외부면이며, 상기 제1 곡률 반경은 상기 제2 곡률 반경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 노즐.
제1항에 있어서,
상기 본체 제1 단부에 결합되며 상기 배출 오리피스를 구성하는 인서트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐.
제8항에 있어서,
상기 인서트는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 세장형 본체를 포함하고, 상기 본체는:
상기 제1 인서트 본체 단부에 배치되며, 하나 이상의 결합면을 포함하는 헤드;
상기 노즐 본체에 형성된 대응 나사산에 정합하는 나사형 영역을 포함하는 중심부; 및
상기 제2 인서트 본체 단부에 배치되며, 폴리머 소재로 형성된 밀봉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐.
내측 몸체와 외측 몸체 사이에 형성된 환형부의 표면재를 피이닝(peening)하는 피이닝 어셈블리에 있어서,
아치형 본체와 베이스를 가지며, 상기 아치형 본체는 상기 환형부 내에 끼워지도록 구성되는 노즐;
상기 노즐을 상기 환형부의 내외로 이동시키도록 구성되며,
종축을 갖는 세장형 툴링 본체,
상기 툴링 본체에 결합되고, 상기 노즐베이스에 결합되도록 구성되며, 상기 툴링 본체에 대해 종방향으로 이동 가능하게 구비된 캐리지(carriage), 및
상기 툴링 본체에 회전 가능하게 결합된 툴링 베이스를 포함하는 툴링(tooling); 및
상기 내측 및 외측 몸체에 대해 밀봉 영역을 한정하도록 상기 노즐 및 상기 툴링을 둘러싸는 밀봉 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 피이닝 어셈블리.
제10항에 있어서,
상기 툴링은 피이닝 유체를 이송하기 위한 도관을 포함하고,
상기 도관은, 금속 소재로 형성되며 상기 툴링 본체 종축과 실질적으로 평행하게 또는 동일 선상으로 형성된 종축을 갖는 코일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 피이닝 어셈블리.
제11항에 있어서,
상기 도관은 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고, 상기 제1 단부는 피이닝 유체의 공급원에 연결되고, 상기 제2 단부는 상기 노즐에 연결되는 것을 특징으로 하는 피이닝 어셈블리.
제10항에 있어서,
상기 툴링은, 상기 내측 몸체 내에 끼워지며 상기 내측 몸체를 상기 노즐로부터 멀어지는 방향으로 이동시키는 척을 포함하는 것을 특징으로 하는 피이닝 어셈블리.
제10항에 있어서,
상기 노즐 본체는 제1 폭과 제1 두께를 갖는 제1 단부 및 제2 폭과 제2 두께를 갖는 제2 단부를 가지고, 상기 제2 폭이 상기 제1 폭보다 크고 상기 제2 두께가 상기 제1 두께보다 크게 형성되며,
상기 노즐은 상기 제1 단부에 배출 오리피스(discharge orifice)를 구비하는 것을 특징으로 하는 피이닝 어셈블리.
제14항에 있어서,
상기 제1 두께는 1/8 인치 미만인 것을 특징으로 하는 피이닝 어셈블리.
제14항에 있어서,
상기 본체 제1 단부에 결합되며 상기 배출 오리피스를 구성하는 인서트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐.
내측 몸체와 외측 몸체 사이에 형성된 환형부의 표면재를 피이닝(peening)하는 방법에 있어서,
상기 내측 몸체와 상기 외측 몸체의 대응 단부들에 대해 밀봉 영역을 형성하기 위한 밀봉부를 제공하는 단계;
침수 영역을 형성하도록 상기 밀봉 영역 내로 액체를 유입시키는 단계;
상기 침수 영역을 소정의 압력 레벨로 가압하는 단계;
상기 침수 영역 내로 로우 프로파일(low profile)을 갖는 세장형의 노즐을 안내하는 단계; 및
캐비테이션 기포(cavitation bubble)의 붕괴 충격이 상기 환형부 내에서 상기 외측 몸체의 내부면의 물질 및 상기 내측 몸체의 외부면의 물질에 압축 응력을 작용시키도록, 상기 캐비테이션 기포를 발생시키기 위해 상기 노즐로부터 가압 유체를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 가압 단계는,
상기 침수 영역이 상기 환형부 내로 연장되어 상기 소정의 압력 레벨에 도달될 수 있도록, 상기 밀봉 영역 내로 상기 액체를 유입시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 주입 단계 동안 하나 이상의 동작 파라미터를 측정하고 기록하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 밀봉부 제공 단계는:
내부 체적을 한정하는 하나 이상의 측벽을 갖는 하우징을 포함하는 밀봉 어셈블리를 제공하는 단계로서, 상기 하우징은 폐쇄 단부 및 개방 단부를 가지고, 상기 개방 단부는 상기 내측 및 외측 몸체가 관통 연장되는 천장부와 정합하는 밀봉면을 포함하며, 상기 밀봉면은 내부에 개스킷(gasket)을 포함하도록 구성된 단계; 및
상기 내측 및 외측 몸체를 둘러싸는 상기 천장부와 림이 결합하고, 상기 천장부를 관통 연장하는 상기 내측 및 외측 몸체가 상기 내부 체적 내에 수용되도록, 상기 밀봉 어셈블리를 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.