KR20200089729A - 증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템 및 방법 - Google Patents

증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20200089729A
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조셉 더블유. 발렌타인
제임스 파소
마이클 아마랄
케네스 헬러
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포스터-밀러, 인코포레이티드
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Abstract

증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템 및 방법으로서, 곡선 레일이 증기 발생기의 핸드홀로부터 증기 발생기의 튜브 다발을 중심으로 증기 발생기 외피 내측의 외부 환형체 내에 그리고 그 주위에 배치되도록 구성된다. 로봇은 외부 환형체 주위의 레일에서 구동될 수 있고 랜스 드라이브를 포함한다. 랜스 헤드를 갖춘 가요성 랜스는 로봇 랜스 드라이브에 의해 구동되어 튜브 다발의 튜브들 사이에 가요성 랜스 헤드를 위치시킨다. 튜브 다발의 튜브들 사이의 이물질을 보고, 밀고 그리고/또는 파지하기 위해 하나 이상의 공구들이 가요성 랜스 헤드와 연관된다.

Description

증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템 및 방법
본 출원은 35 U.S.C. §§119, 120, 363, 365 및 37 C.F.R. §1.55 및 §1.78 하에서, 2017 년 11 월 27 일자로 출원된 미국 가 출원 일련번호 62/590,795 호에 대한 이득 및 우선권을 주장하며, 이는 인용에 의해 본원에 포함된다.
본 발명은 원자력 발전소 증기 발생기에 관한 것이다.
증기 발생기의 튜브(tube) 다발 내의 이물질들은 열 교환기 튜브들을 손상시키고 1 차 방사능 수가 2 차측으로 누수되게 할 수 있다. 그러한 물질들이 위치되고 만약 있다면, 제거하는 것이 긴요하다.
본 발명은 CE-80, OPR-1000, APR-1400 유형 증기 발생기들 및 그들 고유한 기하학적 구조가 기존의 입증된 이물질 검색 및 회수(oreign object search and retrieve; FOSAR) 기술들의 성능을 초과하기 위해 본 발명의 사용을 요구하는 다른 것들에 의해 제시된 문제점을 해결한다. 오늘날까지 원자력 발전소들에서 사용되는 거의 모든 다른 증기 발생기 설계들은 중앙을 통해 하나의 핸드홀(handhole)로부터 다른 핸드홀로 이어지는 노 튜브 레인(No Tube Lane)을 통해 접근할 수 있고 이물질 검색 및 회수 작동들을 수행하기 위해 종래의 FOSAR 장비를 배치하는 수단을 제공한다. 튜브시트(tubesheet)에 올라타거나 증기 발생기 외피의 내경 표면에서 기어다니는 원격 작동 장비를 배치함으로써 이러한 문제점을 해결하기 위해서 이전의 발명들에 의한 시도들이 이루어졌지만, 그 시도들의 성공은 제한적이었다. 종래 기술들은 로봇이 증기 발생기 환형 영역 주위를 예측 가능하고 정밀하게 주행하고 튜브 다발의 모든 구역들에 접근할 수 있는 고정된 안전한 레일(rail)을 제공하지 않는다. 기존 설계들의 이들 설계 결함들은 회수 장비가 튜브 다발 내측에 고착되어 손실된 생산성으로 높은 비용을 초래하고 열 교환기 튜브들을 위험에 빠뜨린다. 크롤링 로봇들(crawling robots)이 갖는 다른 문제점은 크롤링 로봇들이 외피 표면으로부터 환형 튜브시트로 떨어지고 손상을 입기 쉽다는 점이다. 예를 들어, 인용에 의해 본 발명에 포함되는 미국 특허 번호들 5,286,154; 4,702,878; 및 6,814,169 호가 참조된다.
본 발명의 고유한 특징들은 곡선 레일 설계, 세그먼트형(segmented) FOSAR 랜스(lance)를 이송 및 구동하는 로봇 차량의 랜스/틸트 모듈(tilt module)을 (방위각 회전 모듈을 사용하여) 피봇(pivot)하는 그의 능력, 튜브시트 위의 레일 위치 및 회수 공구의 각진 방향에 의해 제공되는 각도로 이물질에 대한 접근을 포함한다. 레일 설계는 외피 표면에 대해 자석들에 의해, 외피 표면에 대해 레일을 가압하는 공압 블래더들(bladders)에 의해 및/또는 레일을 튜브시트 위로 높게 유지하는 받침대들(kickstands)에 의해 고정될 수 있다.
본 발명에서의 곡선 레일 설계는 환형체 주위에 로봇을 안전하고 예측 가능하고 정밀하게 구동(이동)하여, 검사/회수 튜브 다발 레인(lane)에 대해 겨냥된 정면에 랜스 운반 로봇(lobot)을 위치시키고, 랜스가 튜브 다발 내측에 고착되거나 레인으로 진입하지 못하게 하는 오정렬을 피할 수 있게 하는 고유한 플랫폼(platform)을 제공한다. 로봇 피봇팅(방위각 회전)은 레인으로의 진입이 확실해 지도록 작동자가 FOSAR 랜스를 위치시켜, 랜스가 튜브 레인과 평행하게 진행되므로 랜스의 구동이 쉽고, 랜스 고착이 방지되고 이물질 회수가 쉽게 이루어지는 고유한 특징이다.
물질 회수는 또한, 양호한 시야와 회수성을 높이기 위한 이물질에 대한 입증된 접근 각을 FOSAR 랜스에 제공하는 튜브시트 위의 로봇 높이에 의해 쉽게 이루어진다.
다른 고유한 특징은 랜스 드라이브(lance drive)와 틸트 드라이브를 단일 모듈로 조합하는 것이다. 이러한 특징은 방위각 회전과 조합될 때 환형체 주위의 다중 위치들에서 랜스 레인 진입을 허용한다.
증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템은 증기 발생기의 튜브 다발을 중심으로 증기 발생기 외피 내측의 외부 환형체 내측 및 그 주위에 증기 발생기의 핸드홀로부터 배치되도록 구성된 곡선 레일을 포함하는 것이 특징이다. 로봇은 외부 환형체 주위의 레일에서 구동할 수 있고 랜스 드라이브를 포함한다. 랜스 헤드를 갖춘 가요성 랜스는 튜브 다발의 튜브들 사이에 가요성 랜스 헤드(head)를 위치시키기 위해 로봇 랜스 드라이브에 의해 구동된다. 하나 이상의 공구들이 튜브 다발의 튜브들 사이의 이물질을 보고, 밀고 그리고/또는 파지하기 위해 가요성 랜스 헤드와 연관된다.
레일은 연동 레일 섹션들(rail sections)을 포함할 수 있고 핸드홀에 부착될 수 있다. 바람직하게, 레일은 환형체에 레일을 지지하기 위해 증기 발생기 튜브 시트와 맞물리는 하나 이상의 휠 받침대들을 포함한다. 레일은 튜브 다발의 튜브들과 맞물리는 하나 이상의 팽창 가능한 블래더들(bladders) 및/또는 증기 발생기 외피와 맞물리는 라이딩 휠들(riding wheels)을 갖는 하나 이상의 자석들을 포함할 수 있다. 로봇을 레일을 따라 밀고 당기기 위해 이동 드라이브 테이프(locomotion drive tape)가 로봇에 연결될 수 있다.
로봇은 바람직하게, 레일 장축에 대해 회전 가능하고 또한 경사 가능하다.
시스템은 랜스에 대한 공구 수동 제어장치를 더 포함할 수 있다. 바람직하게, 랜스는 회수 그래플러(grappler), 푸셔 공구(pusher tool), 하나 이상의 파이버스코프들(fiberscopes) 및 각각의 파이버스코프용 퍼지 노즐(purge nozzle) 중 적어도 하나를 포함한다. 공구 제어장치는 수축 가능한 그래플러 공구를 연장 및 수축시키고 그래플러 공구를 개폐하도록 구성된다. 공구 제어장치는 바람직하게, 푸셔 공구를 연장 및 수축시키도록 추가로 구성된다.
증기 발생기에서 이물질들을 검색하고 회수하는 방법이 또한 특징이다. 상기 방법은 증기 발생기의 튜브 다발을 중심으로 증기 발생기 내측의 외부 환형체 내부 및 주위에 레일을 설치하는 단계; 레일을 따라 로봇을 구동시키는 단계; 및 튜브 다발의 튜브들 사이의 이물질을 보고, 밀고 그리고/또는 파지하도록 튜브 다발의 튜브들 사이에 가요성 랜스의 헤드를 위치결정하는 로봇에 대해 가요성 랜스를 구동시키는 단계를 포함한다.
레일을 설치하는 것은 다중 레일 섹션들을 서로 연동시키는 것, 레일을 증기 발생기의 핸드홀에 부착하는 것, 증기 발생기의 튜브 시트 위에 레일을 지지하는 것, 레일과 튜브 다발의 튜브들 사이에서 블래더들을 팽창시키는 것 및/또는 증기 발생기 외피의 내부에 레일을 자기적으로 부착하는 것을 포함할 수 있다. 레일을 설치하는 것은 증기 발생기 외피에 대해 레일을 롤링(rolling)하는 것을 포함할 수 있다.
레일을 따라 로봇을 구동시키는 것은 바람직하게, 구동 테이프를 로봇에 연결하여 구동 테이프를 밀고 당기는 것을 포함한다. 상기 방법은 레일에 대해 로봇을 회전 및/또는 피봇시키는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 바람직하게, 튜브 다발의 튜브들 사이의 이물질을 파지하거나 밀어넣기 위해 가요성 랜스를 구동하는 것을 더 포함한다.
하나의 증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템은 증기 발생기의 핸드홀로부터 증기 발생기의 튜브 다발을 중심으로 증기 발생기 외피 내측의 외부 환형체 내로 그리고 그 주위에 배치되도록 구성된 레일, 환형체 내에 레일을 지지하는 수단, 외부 환형체 주위의 레일에서 구동 가능하고 랜스 드라이브를 포함하는 로봇, 가요성 랜스 헤드를 튜브 다발의 튜브들 사이에 위치시키도록 로봇 랜드 드라이브에 의해 구동되고 랜스 헤드를 갖춘 가요성 랜스, 및 튜브 다발의 튜브들 사이의 이물질을 보고, 밀고 그리고/또는 파지하기 위해 가요성 랜스 헤드와 연관된 하나 이상의 공구들을 포함한다. 레일을 지지하는 수단은 바람직하게, 증기 발생기 튜브 시트와 맞물리는 하나 이상의 레일 받침대들, 레일과 튜브 다발의 튜브들 사이의 하나 이상의 팽창 가능한 블래더들, 및/또는 레일 상의 하나 이상의 자석들을 포함한다.
증기 발생기의 튜브 다발을 중심으로 증기 발생기 내측의 외부 환형체 내부 및 주위에 레일을 설치하는 단계, 환형체 내에 레일을 지지하는 단계, 레일을 따라 로봇을 구동시키는 단계, 및 튜브 다발의 튜브들 사이의 이물질을 보고, 밀고 그리고/또는 파지하도록 튜브 다발의 튜브들 사이에 가요성 랜스의 헤드를 위치결정하는 로봇에 대해 가요성 랜스를 구동시키는 단계를 포함하는 증기 발생기에서 이물질들을 검색하고 회수하는 방법이 또한 특징이다.
그러나, 본 발명은 다른 실시예에서 이들 모든 목표들을 달성할 필요는 없으며, 본 발명의 청구범위는 이들 목표들을 달성할 수 있는 구조들 또는 방법들로 제한되지 않아야 한다.
다른 목적, 특징 및 장점은 바람직한 실시예에 대한 다음의 설명 및 첨부 도면들로부터 당업자에게 발생할 것이다.
도 1은 증기 발생기 핸드홀로부터 증기 발생기 튜브 다발 주위의 증기 발생기 외피 내측의 외부 환형체 내에 그리고 그 주위에 배치되도록 구성된 바람직한 레일을 도시한 개략도이다.
도 2a 내지 도 2f는 레일 섹션의 설치를 도시하는 개략도들이다.
도 3은 증기 발생기 외부 환형체 내측에 현재 설치된 레일을 도시한 개략적인 3 차원 도면이다.
도 4는 레일에서 구동 가능한 로봇의 예를 도시한 개략도이다.
도 5는 레일에서 구동 가능하고 가요성 랜스를 배치하는 로봇을 도시한 다른 개략도이다.
도 6은 로봇이 방위각 모터를 통해 어떻게 회전될 수 있는 지를 도시하는 개략도이다.
도 7은 가요성 랜스 헤드의 예를 도시한 개략도이다.
도 8은 FOSAR 랜스 회수 공구들에 대한 수동 제어장치들의 예를 도시한 개략도이다.
도 9 내지 도 11은 FOSAR 랜스 회수 공구들의 추가 세부사항들을 도시한 개략도들이다.
도 12는 증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템 수동 제어 유닛(unit)의 도면이다.
도 13은 바람직한 증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템과 관련된 주요 구성요소들을 도시하는 블록도이다.
이하에 개시된 바람직한 실시예 또는 실시예들 이외에도, 본 발명은 다른 실시예들이 가능하고 다양한 방식들로 실시 또는 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명은 다음의 설명에 기재되거나 도면들에 예시된 구성의 세부사항들 및 구성요소들의 배열들에 대한 본 발명의 적용으로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 하나의 실시예만이 본 명세서에서 설명되더라도, 본 발명의 청구범위는 그 실시예로 제한되지 않아야 한다. 또한, 특정한 배제, 제한 또는 면책사항을 나타내는 분명하고 설득력있는 증거가 없는 한, 본 발명의 청구범위는 제한적으로 판독되지 않아야 한다.
도 1은 증기 발생기 핸드홀(12)을 통해 증기 발생기(15) 외피(16) 내측의 외부 환형체(14) 내에 그리고 그 주위에 및 개별 튜브들(20)을 포함한 증기 발생기(15)의 튜브 다발(18) 주위에 설치된 곡선 레일(10)을 도시한다. 각각의 레일 세그먼트는 설치를 용이하게 하는 길이를 가질 수 있다. 레일의 목적은 로봇이 레일을 따라 이동하게 하여 로봇 스스로 튜브 다발(18)의 개별 튜브들(20) 사이에서 가요성 랜스를 구동하게 하는 것이다.
레일(10)은 환형체(14)에서 레일을 제자리에 지지하기 위해 증기 발생기 외피(16)의 내부에 부착된 자석(22) 및/또는 튜브 다발(18)의 튜브들(20)과 맞물리는 팽창성 블래더들(24)을 포함할 수 있다. 각각의 자석은 발생기 외피에 대해 지탱되는 하나 이상의 휠들을 포함할 수 있다.
도 2a 내지 도 2f는 레일 세그먼트(10b)가 포지티브(positive) 맞물림 시스템을 사용하여 레일 세그먼트(10a)에 커플링되고(coupled) 고 강도 핀들(pins)(11)로 고정되는 방법을 도시한다.
도 3은 환형체 내에 레일을 추가로 지지하기 위해 레일 아래에서 증기 발생기 튜브 시트와 맞물리는 휠들(31)을 갖는 받침대들(30)을 도시한다. 도 3은 또한, 핸드홀(12)에 부착된 레일 섹션(10c)을 도시한다.
도 4 내지 도 6의 로봇(40)은 레일(10)과 맞물리고 증기 발생기 환형체에서 레일을 따라 구동 가능하다. 일 예에서, 테이프 드라이브(42)는 로봇 프레임 부분(46)에 연결되고 대향 테이프 안내 롤러 세트들(sets)(48) 사이에서 레일을 따라 연장하고 전동 테이프 드라이브 스프로킷(sprocket)(50)에 의해 구동되는 테이프(44)(예를 들어, 스테인리스 스틸(stainless steel)를 포함한다. 또한, 로봇 프레임(robot frame)(46)은 레일의 각각의 측면에서 레일 슬롯들(slots)을 타고 올라가는 롤러들(52)을 포함한다. 이러한 방식으로, 테이프(44)는 레일을 따라 로봇(40)을 밀고 당긴다.
도 5는 랜스 드라이브 모터(64)에 의해 구동되는 로봇 랜스 구동 스프로킷 자체에 의해 구동되는 가요성 랜스(60)를 도시하며, 이는 랜스 헤드를 증기 발생기 튜브 레인 내외로 연장 및 수축시킨다. 틸트 드라이브 모터(66) 및 로봇 방위각 드라이브 모터(68)는 로봇(40)을 각각 그의 수평 및 수직 축들을 중심으로 회전시켜 랜스가 튜브들과 평행한 레인으로 항상 진입하도록 허용함으로써 튜브 갭(gap) 진입 및 수동 랜스 제거를 더욱 신뢰할 수 있게 한다. 랜스(60)는 랜스 관리 슬리브(sleeve)를 사용하여 환형체에서 손상되는 것이 보호될 수 있다. 도 5는 또한, 로봇(40)과 함께 이동하고 프레임 부재(46)에 부착되는 이물질 트레이(tray)(63)를 도시한다. 도 6은 방위각 모터가 로봇을 회전시켜 랜스가 90°로 튜브 레인으로 진입하는 방법을 추가로 도시한다.
도 7은 이물질들을 파지하고 이들을 이물질 트레이(63, 도 5)에 배치하거나 증기 발생기로부터 이물질을 제거하기 위한 연장 가능하고 수축 가능한 파지기(72)와 같은 공구들을 갖는 랜스(60) 헤드(70)를 도시한다. 랜스 헤드(70)는 2 개의 인접한 증기 발생기 튜브들 사이에서 이물질을 변위시키도록 이물질을 밀기위한 연장 가능하고 수축 가능한 푸셔 공구(74)를 더 포함할 수 있다. 파이버스코프들(76)은 이물질들 및 증기 발생기 튜브들의 뷰(view)를 제공한다. 가스(예를 들어, 질소) 퍼지 호스(purge hose)(78)는 노즐에서 종결될 수 있다.
도 8은 그래플러 공구를 연장 및 수축시키는 공구 드라이브(92), 그래플러의 조들(jaw)을 개폐하는 공구 드라이브(94), 및 푸셔 공구를 연장 및 수축시키는 공구 드라이브(96)를 갖춘 랜스(60)의 FOSAR 회수 공구들에 대한 수동 제어장치(90)를 도시한다. 또한, 도 9 내지 도 11 참조.
도 12는 이동 및 랜스 조이스틱들(joysticks), 틸트 및 방위각 회전 스위치들(switches) 그리고 로봇 및 랜스로부터 작동자 시각 및 데이터 피드백(data feedback)을 제공하는 컴퓨터 디스플레이 스크린(display screen)을 포함하는 수동 제어 유닛(100)을 도시한다. 도 13은 바람직한 시스템과 관련된 주요 구성요소들을 도시하는 블록도이다.
CE-80, OPR-1000, APR-1400과 같은 증기 발생기들용 인-번들(In-Bundle) FOSAR 시스템은 바람직하게, 다음과 같은 하위 시스템들: 1) 모든 인-번들 접근 가능한 레인들로부터 느슨한 이물질들을 검사/제거하기 위한 인-번들 FOSAR 가요성 레인, 2) 환형체 레일, 3) 환형체 영역에 배치된 로봇 모듈, 4) 로봇 및 랜스 제어 박스(box), 및 5) 핸드홀 지지 장비를 포함한다.
FOSAR 시스템 설계의 목적은 임의의 이들 증기 발생기들의 인-번들 구역을 검사하고 느슨한 이물질들을 식별/제거하는 기능을 제공하는 것이다.
바람직한 인-번들 FOSAR 시스템은 로봇 운송 차량을 사용하여 튜브-시트 레인들 내외로 구동되는 가요성 랜스 조립체를 포함한다. 로봇은 입증된 견고하고 신뢰성 있는 설계를 사용하여 CECIL® 워터랜싱 로봇(waterlancing robot)을 기반으로 한다. 이는 컴퓨터 및/또는 수동 작동 원격 제어 박스를 사용하여 제어될 수 있다. 인-번들 FOSAR 작동들은 수동이고 핸드 홀에 위치된 작동자들에 의해 수행된다. 가요성 랜스 조립체는 랜스 헤드, 랜스 주 본체, 회수 공구, 파이버스코프/카메라, 광-파이프(light-pipe) 및 회수 공구 수동 제어장치로 구성된다.
바람직한 FOSAR 시스템 장비 속성들은 안전한 설치 및 제거, 수동 공구들의 최소 사용, 시각적 피드백, 그래플러 공구들로부터의 손쉬운 변경, 작동들 전반에 걸쳐 청결을 유지하는 절차들, 손쉬운 오염 제거 그리고 작동 및 문제 해결 절차들을 포함한다.
인-번들 FOSAR는 증기 발생기의 환형체 영역으로부터 접근 가능한 모든 레인들의 증기 발생기 튜브 다발 내에서 작동하도록 설계된다. 환형체 구역에는 튜브 시트로부터 그 위의 403 mm(TYP)까지 임의의 장애물들이 없고 청결해야 한다. 인-번들 FOSAR 랜스는 환형체 영역으로부터 튜브 다발에 접근한다. 이는 증기 발생기의 환형체 영역에 배치된 임시 레일을 따라 이동하는 로봇에 의해 튜브 레인들 내외로 구동된다. 랜스 및 로봇 운동은 컴퓨터 및/또는 수동 작동 원격 제어 박스를 사용하여 제어된다. 이물질 검색 작동들은 핸드홀 구역에 위치된 기술자들에 의해 수행된다. 전형적으로 가요성 FOSAR 랜스 구성요소들은 FOSAR 랜스 헤드(스테인리스 스틸), 이물질 회수 그래플러(고강도 경화 스틸), 푸셔 공구(스테인레스 스틸 및 희토류 자석), 광 다발을 갖춘 카메라(또는 파이버스코프), 에어(또는 질소) 퍼지, 1 차 및 2 차 호스바들(hosebars)(고강도 스테인리스 스틸 및 플라스틱), 인장/안전 케이블들(cables)(항공기 품질의 다중-스트랜드(multi-strand) 스테인리스 스틸), 중간-랜스 전환/텐션 블록(tensioning block)(스테인레스 스틸), 및 수동 FOSAR 제어 박스(양극처리된 알루미늄)를 포함한다.
랜스 헤드는 직선과 측면 모두의 뷰 파이버스코프를 수용하도록 설계된다. 도 7에 도시된 바와 같은 랜스 헤드는 푸셔 공구 및 그래플러 조립체를 모두 가진다. 푸셔 공구는 물질이 느슨하거나 튜브 시트에 고정되어 있는지 결정하는데 도움이 된다. 이는 또한, 물질의 손쉬운 파지를 위해 물질을 재위치시킬 수 있다. 일단 물질이 그래플러 조들에 고정되면, 랜스 헤드는 환형체로 후퇴하여 로봇과 함께 이동하는 캐치 컨테이너(catch container) 내에 물질을 해제하거나 해제를 위해 증기 발생기 밖으로 물질을 이송할 수 있다. 주어진 증기 발생기 사분면에 대한 작동들 말기에서, 로봇은 물질들이 캐치 컨테이너로부터 제거되는 핸드홀 구역으로 구동된다. FOSAR 랜스 헤드 설계의 주요 특징은 랜스 헤드가 각을 이루고 그래플러가 다발의 모든 구역들에서 위로부터 이물질에 접근할 수 있다는 점이다. 그래플러 유지 강도는 물질들을 캐치 컨테이너로 안전하게 이송하고 증기 발생기 외측으로 안전하게 이송하는 것을 보장한다.
인-번들 FOSAR는 느슨한 이물질들을 집어 튜브 다발 내에서 제거할 수 있다. 이는 물질의 전체 폭과 그래플러 핑거들(fingers)의 두께를 더 한 값이 튜브-간 갭 폭을 초과하지 않는다고 가정한다.
랜스의 단부에 위치된 FOSAR 공구 제어 박스(그림 8)는 사용자에게 물질을 회수하기위한 가요성 랜스 기능들을 조작할 수 있는 능력을 제공한다. 이들 기능들은 그래플러를 연장/수축하고, 푸셔 공구를 연장/수축하고, 그리고 물질을 캡처하고 해제하기 위해 그래플러를 개폐하는 능력을 포함한다.
레일 조립체는 바람직하게, 증기 발생기 핸드홀로부터 용이한 설치를 허용하는 길이의 짧은 세그먼트들을 포함한다. 짧은 세그먼트들은 핸드홀에서 조립된 다음 환형체 내로 그리고 그 주위로 밀린다. 한 쌍의 독특한 레일 섹션은 환형체로부터 핸드홀을 통해 그리고 핸드홀 밖으로 레일을 천이시킨다. 레일 섹션은 서로 연동하며 추가 안전을 위해 레일 핀들이 이들을 제자리에 유지하는데 사용된다. 레일 섹션의 조립은 기술자에 의해 핸드홀에서 수행된다. 두 개의 레일 섹션들을 정합시키는 동안에, 사전 설치된 한 쌍의 RIDs(레일 삽입 장치들(Rail Insertion Devices)이 핸드홀 플랜지(flange)에 부착되어, 섹션들이 놓이는 수평면을 제공하고 항상 이들에 대한 기술자의 유지 제어를 돕게 할 수 있다. 레일은 증기 발생기의 하나의 전체 사분면에 걸쳐 있으며 핸드홀에 단단히 부착된다. 이는 튜브 시트에 올라타서 튜브들에 대해 고무 블래더들을 팽창시킬 수 있어 FOSAR 작동 중에 안정성을 제공하는 받침대(들)에 의해 지지된다.
또한, 자석들 및 라이딩 휠들(riding wheels)은 증기 발생기 외피에 대해 레일 측에 통합되어 설치 및 작동들 중에 레일을 그에 대해 단단히 고정한다. 블래 더들과 조합된 자석들은 안전한 작동을 제공하는데 충분한 힘을 가진다. 라이딩 휠들은 레일이 환형체 내로 쉽게 미끄러지게 한다. 레일은 환형체 영역에서 로봇 이동을 위한 수단을 제공하고 랜스가 각각의 튜브 레인과 정렬되게 한다. FOSAR 시스템 레일 설계는 독특하며 세 가지 증기 발생기 유형들: CE-80, OPR-1000, APR-1400에 모두 적응될 수 있다.
로봇 조립체는 바람직하게, 안전한 인-번들 FOSAR 작동들을 위해 필요한 기능들을 지원하는 하우징(housing)을 포함한다. 바람직하게, 로봇 모듈을 위해 제공된 4 개의 축들: 즉, 테이프 드라이브를 통한 로봇 이동, 로봇 틸트, 로봇 방위각 회전 및 랜스 연장-수축을 위한 축들이 있다.
로봇 이동 드라이브는 증기 발생기 환형체 내외로 레일에서 로봇을 이동시킨다. 이동 드라이브 모터 조립체는 핸드홀 외측에 위치된다. 이는 외부 레일 섹션에 부착된다. 로봇에 단단히 부착된 천공 스테인리스 스틸 드라이브 테이프는 테이프 드라이브 하우징에 위치된 드라이브 조립체 스프로킷(sprocket)에 의해 전후로 구동된다. 테이프는 수동 제어 박스에서 비례 제어를 사용하여 로봇을 증기 발생기 내외로 밀고 당기며, 작동자가 진입을 위해 목표 튜브 레인 정면에 로봇을 위치시키게 한다. 드라이브 모터가 오작동하는 경우에, 드라이브는 핸드홀에서 쉽게 분리될 수 있다. 이는 필요한 수리들이 드라이브에서 수행되게 한다. 필요한 경우에, 간단히 테이프를 당김으로써 로봇을 증기 발생기에서 꺼낼 수 있다.
로봇 틸트는 랜스가 증기 발생기 튜브시트에 대해 원하는 각도로 빠져나가도록 로봇을 회전시킨다. 레인 내로 초기 랜스 진입 중에, 랜스는 랜스가 고착되어 좌굴되는 것을 방지하기 위해서 튜브시트와 거의 평행할 필요가 있다. 작동들 중에, 로봇이 기울어져 랜스가 튜브시트를 비스듬히 볼 수 있다. 이는 작동자들이 짧은 이격 거리(standoff distance)에서 튜브시트를 검사할 수 있으며 튜브시트 동작과 평행하게 접근하기보다는 위로부터 물질의 회수를 시도할 수 있다.
로봇 틸트 드라이브 오작동으로 인해 증기 발생기로부터 장비가 제거되는 것을 방지할 수 있는 시나리오(scenario)는 없는 것이 바람직하다. 틸트 모터가 오작동하는 경우에, 드라이브 분리를 위한 준비가 필요하지 않다.
랜스 회전 위치(방위각)는 안내를 위해 로봇 모듈에 장착된 관찰 카메라를 사용하여 로봇 제어 박스로부터 비례 제어되는 DC 모터 드라이브를 사용하여 변경된다. 카메라는 랜스를 구동하기 전에 작동자가 랜스 헤드를 튜브 레인에 평행하고 완전 정렬되게 위치시키는 것을 보장하도록 시각적 피드백을 제공한다. 증기 발생기 곡률을 보상하여 적절한 랜스 레인 진입을 허용하기 위해서 방위각 운동이 필요하다. 이러한 시스템에 제공되는 특별히 설계된 비례 랜스 헤드 운동은 각각의 튜브 레인에서 부드럽게 전후로 이동하고 랜스의 고착 및 좌굴 위험을 최소화하는 능력을 랜스에게 부여한다. 방위각 모터 오작동이 발생하는 경우에, 핸드홀에서 케이블을 당기면 드라이브 기어(drive gear)가 모터 기어로부터 분리된다. 케이블은 디텐트 드라이브 기어 조립체(detente drive gear assembly)에 부착되며 그의 후방 단부는 핸드홀에서 완전히 접근될 수 있다. 분리가 발생하면, 로봇-랜스 조립체는 증기 발생기로부터 안전하게 제거될 수 있다.
랜스 드라이브는 로봇 내측에 수용되고 제어 박스에서 비례 제어되는 DC 모터 및 랜스 호스바들과 포지티브 맞물림을 제공하는 스프로킷 조립체를 포함한다. 스프로킷 피치(pitch)는 호스바 피치와 일치하여 랙과 피니언(rack and pinion) 방식으로 랜스 동작을 정방향과 역방향으로 제공한다. 비례 제어 및 작동자의 기술을 사용하여, 랜스는 레인 검사 또는 이물질 회수를 위해 원하는 위치에 정밀하게 위치될 수 있다. 스프로킷 조립체는 랜스-스프로킷 분리를 가능하게 하는 이동 가능한 디텐트 슬레드(detente sled)에 장착된다. 분리를 위해서, 설계는 스프로킷 슬레드 디텐트에 부착되는 케이블을 제공하며 그의 후방 단부는 핸드홀에서 접근할 수 있다. 랜스 모터가 오작동하고 랜스가 안전 장비 제거를 위해 그의 홈(home) 위치로 당겨질 수 있는 경우에 케이블을 당기면 랜스 스프로킷이 분리된다.
이동, 로봇 틸트, 랜스 연장/수축 및 방위각을 포함한 모든 드라이브들은 로봇 제어 박스로부터 수동으로 활성화된 DC 모터들을 사용하여 비례 제어될 것이다. 모든 모터들은 시스템 컴퓨터 디스플레이 모니터를 통해 작동자에게 위치 피드백을 제공하는 인코더들(encoders)을 포함한다. 또한, 3 개의 증기 발생기들: CE-80, OPR-1000, APR-1400 FOSAR 장비 또는 증기 발생기 튜브들 중 어느 하나의 손상을 방지하기 위해서 힘들과 드라이브 속도들이 안전한 값들 내에 유지되도록 보장하기 위해서 전류 및 전압 한계들이 이들 드라이브들에 부과된다.
도 12의 수동 제어 유닛은 핸드홀 근처에 또는 원격 위치에서 그로부터 최대 50 m 이격되게 위치된다. 작동자는 회전 및 조이스틱 장치들(joystick devices)을 사용하여 다음 기능들: 즉 레일을 따라 로봇을 구동하고, 튜브 다발 내외부로 랜스를 연장하고, 랜스를 기울이고/이거나, 랜스 회전(방위각) 위치를 조정하는 기능들을 수행할 수 있다.
위의 작동들 중에 작동자를 보조하기 위해서, 설계는 드라이브 모터 인코더로부터 피드백을 제공하고 환형체 내로의 로봇 이동 길이(mm), 레인 내로의 랜스 연장 길이(mm), 로봇 틸트 회전(도) 및 방위각 회전(도) 중 어느 하나를 표시한다.
핸드홀 장비는 바람직하게, 핸드홀 어댑터 플레이트(adaptor plate), 랜스 관리 시스템(필요에 따라 그리고 각각의 증기 발생기 유형에 대해 다를 수 있음), 로봇 탯줄(robot umbilical), 수동 제어 유닛 케이블 상호연결 박스, 공압 박스, 핸드홀 및 제어 모니터들, 기록 장치, 레일 삽입 장치, 카메라 박스 및 카메라 광원들을 포함한다.
핸드홀 어댑터는 증기 발생기 핸드홀 플랜지(flange)에 볼트로 고정되는 인터페이스(interface) 플레이트이다. 이는 외측 레일 섹션, 레일 설치 및 제거 중 RID, 랜스 관리 장비 및 안전한 장비 설치 및 제거에 필요할 수 있는 임의의 다른 특수 공구들을 부착하는데 사용된다. 랜스 관리 시스템은 랜스 지지를 제공하고 작동들 중 적절한 랜스 장력을 유지한다. 케이블 상호연결 박스는 수동 제어 유닛으로 전송하기 위한 인코더 피드백을 향상시키기 위해서 전기 단자 블록들(blocks) 및 변환기들을 수용한다. 공압 박스는 카메라 퍼지 및 레일 블래더 제어 기능들을 제어하기 위한 압력 조절기들과 온-오프 스위치들을 수용한다. 설계는 랜스 파이버스코프와 로봇 카메라로부터의 이미지들을 표시하는 두 개의 모니터들(monitors)을 제공한다. 하나의 모니터는 FOSAR 공구 제어 작동자에 의해 사용되고 다른 모니터는 수동 제어 유닛 작동자에 의해 사용될 것이다. 파이버스코프 및 로봇 카메라로부터 수신된 이미지들을 기록하기 위한 기록 장치가 제공된다. RID는 핸드홀의 좌측과 우측으로 증기 발생기 환형체에 설치되고 인터페이스 플레이트에 부착되는 다중 플랫폼들(고정 및 조정 가능함)을 포함한다. 2 개의 레일 섹션들이 증기 발생기에 삽입될 때, 기술자는 RID를 사용하여 섹션들을 지지하고 연동 및 체결 기능들을 수행한다.
카메라 박스는 파이버스코프와 로봇 카메라 모두를 위한 부속품 구성요소들을 수용한다. 카메라 박스 외측에는 카메라와 파이버스코프 조명을 독립적으로 제공하는 2 개의 광원들이 있다. 여러 특수 공구들로는 수동 제거 공구들, 설치/제거 공구들 및/또는 특수 시스템 유지관리 공구들을 포함할 수 있다.
강력하고 신뢰성 있는 FOSAR는 시스템 설계의 주요 구성요소이다. FOSAR 장비는 발전기 내에서 사용하도록 의도되었으며 다음과 같은 특성들: 즉 1) 정전 중에 예상되는 바와 같은 전형적인 증기 발생기 조건들을 견딜 수 있는 특성을 가진다. 이들 조건들은 온도 = 60 ℃; 습도 = 100 %; 방사선 수준 = 0.01 Sv/시간이다. 2) 증기 발생기 제작업체의 기술 사양의 요건들에 따른 재료들로 구성되고, 3) FOSAR 시스템 또는 증기 발생기 구성요소들을 손상시킴이 없이 접근 핸드홀 구역에 원활하게 진입/퇴출하도록 설계된다.
증기 발생기로의 진입 구성요소들 또는 그에 대한 부착 구성요소들은 합의된 공차들 내에서 증기 발생기 접근 구멍 치수 불규칙성들을 수용하기 위해서 조정들을 제공하여 최대한 실용적으로 설계된다.
로봇 모듈은 전력 손실의 경우에도, 이동 테이프 드라이브, 랜스 드라이브 및 방위각 메커니즘들의 해제에 의해 증기 발생기 내에서 가요성 랜스와 로봇의 수동 제거하기 위한 대비책을 가져야 한다.
로봇 구성요소들 및 지지 레일은 최대한 실용적으로 오염 제거가 용이하도록 설계된다.
로봇 및 지지 장비는 증기 발생기 접근 개구로부터 1 ½ 미터 정도 떨어진 곳에 물리적 장애물이 있는 증기 발생기 핸드홀 플랫폼들의 제한된 공간들 내에 신속하게 설치하도록 설계된다.
설치에 필요한 공구들의 수를 최소화함으로써 로봇, 지지 레일 및 지지 장비의 설치가 용이해진다. 증기 발생기 접근 홀들에 사용하기 위해 제공된 설치 공구들은 끈들이 부착되어 손실을 방지할 수 있다.
본 발명의 특정 특징들이 몇몇 도면들에 도시되고 다른 도면들에는 도시되지 않았지만, 각각의 특징이 본 발명에 따라 다른 특징들 중 어느 하나 또는 모두와 조합될 수 있기 때문에, 이는 단지 편의를 위한 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 "포함하는(including)", "포함하는(comprising)", "갖는(having)" 및 " ~와 함께(with)"라는 단어들은 광범위하고 포괄적으로 해석되어야 하며 임의의 물리적 상호연결로 제한되지 않는다. 또한, 본 출원에 개시된 임의의 실시예들은 오직 가능한 실시예들로서 간주되지 않아야 한다. 다른 실시예들이 당업자들에게 발생할 것이다.

Claims (31)

  1. 증기 발생기(steam generator) 이물질 검색 및 회수 시스템으로서,
    증기 발생기의 핸드홀(handhole)로부터 증기 발생기의 튜브(tube) 다발을 중심으로 증기 발생기 외피(shell) 내측의 외부 환형체(outer annulus) 내에 그리고 그 주위에 배치되도록 구성된 곡선 레일(curved rail);
    상기 외부 환형체 주위의 레일에서 구동 가능하고 랜스 드라이브(lance drive)를 포함하는 로봇(lobot);
    랜스 헤드(head)를 갖추고 로봇 랜스 드라이브에 의해 구동되어 튜브 다발의 튜브들 사이에 가요성 랜스 헤드를 위치결정하는 가요성 랜스(flexible lance); 및
    튜브 다발의 튜브들 사이의 이물질을 보고, 밀고 그리고/또는 파지하기 위해 가요성 랜스 헤드와 연관된 하나 이상의 공구들(tools)을 포함하는,
    증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 레일은 연동 레일 섹션들(interlocking rail sections)을 포함하는,
    증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 레일은 핸드홀(handhole)에 부착되는,
    증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 레일은 환형체에 레일을 지지하기 위해 증기 발생기 튜브 시트(tube sheet)와 맞물리는 하나 이상의 휠 받침대들(wheeled kick stands)을 포함하는,
    증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 레일은 튜브 다발의 튜브들과 맞물리는 하나 이상의 팽창 가능한 블래더들(bladders)을 포함하는,
    증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 레일은 증기 발생기 외피와 맞물리는 라이딩 휠들(riding wheels)을 갖춘 하나 이상의 자석들을 포함하는,
    증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 로봇(robot)을 레일을 따라 밀고 당기기 위해 로봇에 연결된 이동 드라이브 테이프(locomotion drive tape)를 더 포함하는,
    증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 로봇은 레일 장축에 대해 회전 가능한,
    증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 로봇은 기울임 가능한,
    증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 랜스용 공구 수동 제어장치를 더 포함하는,
    증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 랜스는 회수 그래플러(retrieval grappler), 푸셔 공구(pusher tool), 하나 또는 두 개의 파이버스코프들(fiberscopes) 및 각각의 파이버 스코프용 퍼지 노즐(purge nozzle) 중 적어도 하나를 포함하는,
    증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 공구 제어장치는 수축 가능한 그래플러 공구를 연장 및 수축시키고 그래플러 공구를 개폐하도록 구성되는,
    증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 공구 제어장치는 푸셔 공구를 연장 및 수축시키도록 추가로 구성되는,
    증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템.
  14. 증기 발생기에서 이물질을 검색하고 회수하는 방법으로서,
    증기 발생기의 튜브 다발을 중심으로 증기 발생기 내측의 외부 환형체 내에 그리고 그 주위에 레일을 설치하는 단계;
    레일을 따라 로봇을 구동시키는 단계; 및
    튜브 다발의 튜브들 사이의 이물질을 보고, 밀고 그리고/또는 파지하기 위해서 튜브 다발의 튜브들 사이에 가요성 랜스의 헤드를 위치결정하는 로봇에 대해 가요성 랜스를 구동시키는 단계를 포함하는,
    증기 발생기에서 이물질을 검색하고 회수하는 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 레일을 설치하는 단계는 다중 레일 섹션들을 서로 연동시키는 단계를 포함하는,
    증기 발생기에서 이물질을 검색하고 회수하는 방법.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 레일을 설치하는 단계는 레일을 증기 발생기의 핸드홀에 부착하는 단계를 포함하는,
    증기 발생기에서 이물질을 검색하고 회수하는 방법.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 레일을 설치하는 단계는 증기 발생기의 튜브 시트 위에 레일을 지지하는 단계를 포함하는,
    증기 발생기에서 이물질을 검색하고 회수하는 방법.
  18. 제14 항에 있어서,
    상기 레일을 설치하는 단계는 레일과 튜브 다발의 튜브들 사이에서 블래더들을 팽창시키는 단계를 포함하는,
    증기 발생기에서 이물질을 검색하고 회수하는 방법.
  19. 제14 항에 있어서,
    상기 레일을 설치하는 단계는 레일을 증기 발생기 외피의 내부에 자기적으로 부착하는 단계를 포함하는,
    증기 발생기에서 이물질을 검색하고 회수하는 방법.
  20. 제14 항에 있어서,
    상기 레일을 설치하는 단계는 증기 발생기 외피에 대해 레일을 롤링(rolling)시키는 단계를 포함하는,
    증기 발생기에서 이물질을 검색하고 회수하는 방법.
  21. 제14 항에 있어서,
    상기 레일을 따라 로봇을 구동시키는 단계는 드라이브 테이프(drive tape)를 로봇에 연결하고 구동 테이프를 밀고 당기는 단계를 포함하는,
    증기 발생기에서 이물질을 검색하고 회수하는 방법.
  22. 제14 항에 있어서,
    상기 레일에 대해 로봇을 회전 및/또는 피봇시키는(pivoting) 단계를 더 포함하는,
    증기 발생기에서 이물질을 검색하고 회수하는 방법.
  23. 제14 항에 있어서,
    상기 튜브 다발의 튜브들 사이의 이물질을 파지하거나 밀기 위해서 가요성 랜스를 구동시키는 단계를 더 포함하는,
    증기 발생기에서 이물질을 검색하고 회수하는 방법.
  24. 증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템으로서,
    증기 발생기의 핸드홀로부터 증기 발생기의 튜브 다발을 중심으로 증기 발생기 외피 내측의 외부 환형체 내에 그리고 그 주위에 배치되도록 구성된 레일;
    환형체 내에 레일을 지지하는 수단;
    상기 외부 환형체 주위의 레일에서 구동 가능하고 랜스 드라이브(lance drive)를 포함하는 로봇;
    랜스 헤드(head)를 갖추고 로봇 랜스 드라이브에 의해 구동되어 튜브 다발의 튜브들 사이에 가요성 랜스 헤드를 위치결정하는 가요성 랜스; 및
    튜브 다발의 튜브들 사이의 이물질을 보고, 밀고 그리고/또는 파지하기 위해 가요성 랜스 헤드와 연관된 하나 이상의 공구들을 포함하는,
    증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템.
  25. 제24 항에 있어서,
    상기 레일을 지지하는 수단은 증기 발생기 튜브 시트와 맞물리는 하나 이상의 레일 받침대들을 포함하는,
    증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템.
  26. 제24 항에 있어서,
    상기 레일을 지지하는 수단은 레일과 튜브 다발의 튜브들 사이에 하나 이상의 팽창 가능한 블래더들을 포함하는,
    증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템.
  27. 제24 항에 있어서,
    상기 레일을 지지하는 수단은 레일에 하나 이상의 자석들을 포함하는,
    증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템.
  28. 증기 발생기에서 이물질을 검색하고 회수하는 방법으로서,
    증기 발생기의 튜브 다발을 중심으로 증기 발생기 내측의 외부 환형체 내에 그리고 그 주위에 레일을 설치하는 단계;
    환형체 내에 레일을 지지하는 단계;
    레일을 따라 로봇을 구동시키는 단계; 및
    튜브 다발의 튜브들 사이의 이물질을 보고, 밀고 그리고/또는 파지하기 위해서 튜브 다발의 튜브들 사이에 가요성 랜스의 헤드를 위치결정하는 로봇에 대해 가요성 랜스를 구동시키는 단계를 포함하는,
    증기 발생기에서 이물질을 검색하고 회수하는 방법.
  29. 제28 항에 있어서,
    상기 레일을 지지하는 단계는 레일과 튜브 다발의 튜브들 사이에서 블래더들을 팽창시키는 단계를 포함하는,
    증기 발생기에서 이물질을 검색하고 회수하는 방법.
  30. 제28 항에 있어서,
    상기 레일을 지지하는 단계는 증기 발생기 외피의 내부에 레일을 자기적으로 부착시키는 단계를 포함하는,
    증기 발생기에서 이물질을 검색하고 회수하는 방법.
  31. 제28 항에 있어서,
    상기 레일을 지지하는 단계는 증기 발생기 튜브 시트에 맞물리도록 레일로부터 아래로 받침대들을 배치하는 단계를 포함하는,
    증기 발생기에서 이물질을 검색하고 회수하는 방법.
KR1020207018140A 2017-11-27 2018-11-26 증기 발생기 이물질 검색 및 회수 시스템 및 방법 KR20200089729A (ko)

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