KR890004530B1 - 핵연료봉 말단캡 용접 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

핵연료봉 말단캡 용접 장치

제 1 도는 원통형 저장기가 주 체임버내에 위치하고 그의 부속품들이 작동상태에 있는 본 발명의 장치를 나타내는 사시도.

제 2 도는 저장기가 작동 사이클을 시작하는 방식으로 배치된 주 체임버를 저장기축선을 따라 수직으로 절단하여 나타낸 사시도.

제 3 도는 말단캡 용접 과정 동안에 두번째 용접기의 축선을 따라 수직으로 절단하여 나타내는 주 체임버의 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 주 체임버 2 : 원통형 저장기

4 : 공기 실린더 5 5' : 용접기

19 : 중심잡기 축 20 : 샤프트

23 : 인덱싱 기구 25 : 공기 실린더

27 : 위치결정돌기 32 : 안내봉

33 : 연료봉 지지체 34 : 탄성 클램프

35 : 탄성대 36 : 테

40 : 연료봉 안내부싱 41 : 슬로트

본 발명은 핵연료봉에 말단캠(end cap)들을 저항 용접하기 위한 장치에 관한 것으로, 본 발명은 그 장치의 특수한 구조, 높은 신뢰성, 높은 효율 및 자동 작동에 기인하여, 특히 CANDU형의 원자로 또는 짧은 길이의 원자로를 위한 핵연료의 제조 분야에 있어서의 기술적 개선을 제공한다.

핵연료봉 제조에 있어서는, 기생중성자 흡수(parasitic neutron absorption)가 낮은 가장 중요한 특성을 가지는 특성 합금으로된 얇은벽의 금속 클래드(clad)안에 원통형 펠릿형태의 연료를 넣는 것이 포함된다. 이러한 연료봉들은 그들의 단부들에서 유사한 재료의 말단 캡으로 밀봉되는데, 그 말단캡들은 진공처리후 불활성 기체를 충전한 분위기에서 클래드에 조심스럽게 용접되어야 한다. 현재, 연료봉 클래드에 말단캡을 저항 용접하기 위한 여러가지 장치들이 있다. 이러한 장치들에 있어서는, 다양한 작동들이 복잡한 방식으로 단계적으로 수행되는데, 그 이유는 평평한 쟁반(tray)이나 원통형 저장기(매거진)에 지탱된 클래드들이 체임버안에서 그 클래드들의 단부들중 하나에서 용접된 다음, 쟁반이나 저장기를 180°회전시켜 그클래드들을 제거한 후, 다시 클래드들을 체임버안으로 도입하여 진공 처리하고, 마지막으로 불활성 기체를 충전한 다음, 다른 단부가 용접되기 때문이다. 불활성 기체 분위기는 양 말단캡들을 용접하기 전에 그 기체를 튜브에 통과시킴에 의해 종종 얻어진다.

또한, 클래드들이 3개의 체임버를 통과하는 다른 공정들이 있는데, 이 공정에서는 클래드들의 양 말단캡들이 그 체임버들중 2개의 체임버에서 용접되고, 진공 처리와 불활성 기체 충전을 의한 중간 작동이 수행된다.

이와 같은 작동 형태에서는 연료봉이 너무 많이 회전하게 되고 생산성이 낮으며 많은 비용이 든다.

본 발명은 유익한 방식으로 상기 한 단점들을 극복한다. 그 이유는, 본 발명에서는 연료봉의 양단부들에 캡을 용접하고 진공 처리 및 불활성 기체 충전하는데 필요한 모든 장치를 가지는 단 하나의 체임버내에서, 부품들의 배치 방향을 바꾸지 않고 그 체임버내에서 연료봉들을 회전시키면서 연료봉들에 모든 작동을 수행하기 때문이다.

이와 같은 유익한 방식의 작동을 위해, 연료봉들은 그 장치외부에서 원통형 회전 저장기에 배치된 다음, 체임버내로 도입된다. 이런 작업은 어떤 캐리어(carrier)나 다른 적절한 장치의 도움으로 수행된다.

따라서, 본 발명의 목적중에 하나는, 회전하는 원통형 저장기에 배치된 연료봉들의 양단부를 동시에 용접할 수 있도록 설치된 2개의 용접기를 구비한 단지 하나의 체임버를 가지는, 핵연료봉에의 말단캡 용접장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 주 체임버의 진공처리가 연료봉에의 첫번째 말단캡의 용접과 동시에 수행되고, 불활성 기체 충전 과정이 연료봉에의 두번째 말단캡 용접 전에 수행되는, 핵연료봉에의 말단캡 용접장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면과 관련하여 이하 상세히 설명한다.

모든 도면에 있어서 동일한 참조부호는 동일한 부품을 나타낸다. 제 1 도는 본 발명에 따른 장치를 나타낸다. 이 장치는 주 체임버(1)를 포함하며, 이 주 체임버는 그 체임버안에서 연료봉들(3)이 배치되어 작동 위치에 있는 회전하는 원통형 저장기(매거진)(2)를 나타내도록 문이 제거된 채 도시되어 있다. 주 체임버(1)의 양측부로 부터, 각 측부에 하나씩 2개의 공기 실린더(4)(도면이 사시도로 나타내어져 있기 때문에 단지 하나의 실린더(4)만이 보인다)가 돌출하여 있는데, 그 공기 실린더들은 원료봉들(3)을 이동시키는데 사용된다. 또한 캡들을 연료봉의 양단부에 용접하는 용접기(5)(5')가 도시되어 있고, 저장기 회전장치가 참조 부호(6)으로 표시되어 있다.

또한, 제 1 도에, 저장기 운반차(7), 총괄 지령 패널(8), 2개의 진공 펌프(9), 각 용접기를 위한 2개의 제어판(10), 및 프레임(11)내에 점선으로 표시되고 프로젝션 용접(projection welding)과정중에 사용되는 트랜스포머(transformer)(12)가 도시되어 있다.

참조 부호(13)은 용접기(5')의 말단캡 공급기를 나타내는데, 그 공급기가 클래드(clad)용 공압 클램프(14), 캡 안내 헤드(15), 전자석(16), 및 트랜스듀서(17)를 볼수 있게 하기 위해 절제되어 도시되어 있다. 참조부호(18)은 도관 및 밸브를 통해 주 체임버에 연통하는 한쌍의 불활성 기체용기를 나타낸다.

제 2 도는 제 1 도에서 이미 나타낸 참조 부호들을 제외하고, 회전장치(6)의 부분을 형성하는 주 요소들, 즉, 중심잡기(센터링) 축(19), 베어링 박스(22), 및 입방체(24)에 의해 상기 중심잡기 축(19)에 연결된 인덱싱(indexing)기구(23)를 나타낸다. 중심잡기 축(19)이 저장기(2)의 샤프트(29)의 일단부에 맞물리고 그 샤프트의 타단은 공기 실린더(44)에 의해 작동되는 누름대(21)에 맞물린다.

주 체임버(1)의 상부에는 위치결정용 실린더(25)가 배치되어 있다(이 공기 실린더는 도시의 명료화를 위해 제 1 도와 제 3 도에는 도시되지 않았다). 그 공기 실린더(25)의 축의 끝에는, 2개의 위치결정 돌기(27)를 붙잡을 수 있는 포오크(fork)(26)가 설치되어 있다. 그 돌기(27)들 각각은 링(28)에 부착되어 있고, 그 링(28)은 저장기(2)의 양측부(30)들 각각의 돌출부(29)의 원통형표면위에 왕관형 마찰 시이트(seat)를 제공한다.

그 링(28)과 돌출부(29)사이에, 저장기의 초기 위치결정을 위한 장치(31)가 배치되며, 그장치(31)은 압축 스프링에 의해 압축되어 상기 링(28)의 원통형 공동부내에 수행되는 작은 볼(ball)들로 형성된다.

상기 돌출부(29)들과 관련하여 여러개(2n 개)의 안내봉(32)이 배치되어 있고, 그 안내봉은 동일한 개수의 연료봉 지지체(33)를 안내한다. 그 연료봉 지지체(33)는 그의 단부들에 원료봉(3)을 보유하는 2개의 탄성 클램프(34)를 가지며, 이 탄성 클램프들은 탄성대(스트립)(35)에 의해 서로 연결되고, 그 탄성대는 보유수단으로서 저장기(2)의 드럼(37)의 외측 원통형 표면상에 배치된 테(36)에 결합될 수 있다.

제 1 도의 용접기들(5, 5')중의 하나의 용접기(5')의 축선은 제 2 도의 선(38')와 일치한다. 마지막으로, 참조부호(39)는 저장기(2)을 이동시키고 위치 결정하는 가이드르 나타낸다.

제 3 도는 제 1 도 및 2도에서 이미 설명된 참조 부호들외에, 연료봉 안내 부싱(40)을 나타내며, 그 연료봉 안내 부싱(40)은 그의 중앙부분에, 주 체임버(1)와 용접기(5)안에서 연료봉(3)을 통과시키기 위한 구멍을 가진다. 참보 부호(41)은 연료봉(3)을 통과시키기 위해 링(28)에서 절제되어 형성된 슬로트를 나타낸다. 이 도면에서는 보이지 않는 또 다른 슬로트들이 도시된 슬로트(41)로 부터 180°되는 곳에서 링(28)에 형성된다. 이도면에서, 공기 실린더(4)의 축(42)의 끝에는 연료봉 파지 클램프(43)가 설치되어 있다.

작동에 대해 설명한다. 용접될 2n개의 연료봉(3)이 이미 조립되고 돌기(27)가 미리 배치되고 초기 위치결정장치(31)가 고정된 저장기(2)가 주 체임버(1)안에 저장기 운반차(7)에 의해 넣어진다. 다음, 그 저장기는 공기 실린더(44)에 의해 작동되는 누름대(21)에 의해 작업위치까지 가이드(39)에 의해 안내되며 그때, 중심 잡기축(19)이 저장기(2)의 샤프트(20)를 조정할 수 있다. 다음 저장기 운반차(7)가 제거되고 주 체임버(1)의 문(도시되지 않음)이 잠겨져 그 체임버가 공기 밀폐 상태로 되게 한다.

이 상태로부터 시작하여, 총괄 지령 패널(8)에 의해 자동적으로 제어되는 일련의 작동순서들이 시작된다.

먼저, 슬로트들(41)이 용접기의 축선(38), (38')과 일치한때, 공기 실린더(25)가 포오크(26)를 작동시켜 돌기(27)를 붙잡고 링(28)을 고정시킴과 동시에, 주 체임버에 도관 및 밸브를 통해 연결된 2개의 진공 펌프(9)중 하나의 작동에 의해 진공처리가 시작된다. 얻어지는 진공 수준은 0.001토르(Torr)가 되게 하며, 그 진공 펌프는 얻어질 진공 수준과 진공처리에 요구되는 시간에 따라서 선택될 수 있다.

진공 작동과 나중의 불활성 기체 충전 과정 동안에, 연료봉의 말단캡들중의 하나의 말단캡이 저장기(2)의 절반부에서는 용접기(5)안에서 n개의 연료봉에 용접되고, 저장기(2)의 다른 절반부의 같은 개수의 연료봉은 다른 용접기(5')안에서 똑같은 과정으로 용접된다. 각 연료봉의 다른 말단 캡들이 불활성 기체 분위기에서 같은 순서로 중단없이 용접된다. 그러한 진공 처리및 불활성 기체 충전 과정은 진공 펌프(9) 및 불활성 기체 용기(13)을 도관들 및 밸브들을 통하여 주 체임버(1)에 연결하고 총괄 지령 패널(8)의 지령에 따라 적절히 제어되면서 수행된다. 이 장치는 하나 또는 2가지 기체를 동시에 이용할수 있게 한다. 그리하여, 종래 기술과 같이 용접 작동전에 주 체임버(1)를 채우고 비우는 작업에 의한 지연이 제거된다.

연료봉의 한끝에 하나의 캡을 용접하는 것은 공기 실린더(4)의 축(42)을 작동시킴으로써 시작되며, 이 축(42)이 연료봉 파지 클램프(43)에 의해 연료봉을 용접기(5)안으로 도입시킨다. 항상 이 클램프(43)는 말단에 용접된 캡을 갖거나 갖지 않은 클래드의 한끝에서 연료봉을 붙잡는다. 그 축(42)은 계속 전진하여 탄성 대(35)가 테(36)에서 벗어나게 하여 연료봉을 용접기(5)안으로 부분적으로 도입시킨다. 이 용접기 내에서, 연료봉이 공안 클램프(14)에 의해 파지 보유된다.

용접기(5)안에서 그 연료봉의 각 말단에 캡을 용접하는 작동이 제어판(10)들중 하나에 의해 자동제어되는 통상의 방식으로 물질 보급 없이 전기적으로 수행된다. 용접이 수행된 후, 축(42)이 후퇴하여 그 연료봉을 다시 원래의 위치로 복귀시킨다.

용접기(5)에서의 상술한 작동과 동시에, 정반대 위치에서 자장기(2)에 배치된 연료봉의 반대측 단부에 대한 유사한 용접 작동이 다른 용접기(5')내에서 수행된다. 두 용접기(5)와(5')는 자동적으로 제어되는 말단 캡공급기(13)를 가지고 있다. 말단캡들은 운동 균등화 장치를 구비한 낮은 관성의 슬라이딩 캐리지에 부착된 노즐에 의해 공급된다. 이 저관성 슬라이딩 캐리지의 운동은 용접시 공기 실린더의 작동과 전자석(16)의 작동에 의해 유발된다.

상술한 작동이 끝나면, 지령 패널(8)이 인덱싱 기구(23)로 하여금 입방체(24)를 통해 중심잡기 축(19)을 제동하면서 회전시키게한다. 이것에 의해 저장기(2)가 두용접기(5)와(5')내의 다음번 연료봉을 위한 용접위치로 180°/n의 각도만큼 회전하게 된다.

각각 두 말단캡이 모든 연료봉에 용접된후, 주 체임버(1)는 다시 대기압 상태로 되고, 위치결정용 공기 실린더(25)는 부작동 상태로 되고, 문이 개방되며, 저장기(2)가 제거되고, 작동 사이클이 끝나게 된다.

Claims (3)

1. 축방향 샤프트를 가지고 양측부에 왕관형 돌출부를 가진 원통형 드럼으로 형성되는 연료봉 저장기로서, 초기 위치결정용 장치를 통해 상기 돌출부들의 원통형 표면에 마찰 결합하고 위치결정 돌기를 가지며 연료봉 통과를 위한 2개의 180 떨어진 슬로트들을 가진 링들과, 상기 드럼의 외표면 주위에 일정하게 배열되고 상기 돌출부들에 견고하게 연결된 2n개의 안내봉과, 이들 안내봉 각각에 축방향으로 미끄러질 수 있게 각각 결합되고, 상기 드럼의 외표면에 연결되는 탄성 보유 수단을 가지며, 각 연료봉을 보유하는 2개의 탄성 클램프를 가진 2n개의 연료봉 지지체를 구비한 연료봉 저장기와 ; 상기 연료봉 저장기가 통과할 수 있고 문으로 폐쇄되는 개방부를 가지며, 평행한 2개의 수직면을 가지고, 상기 연료봉 저장기를 그의 축선이 상기 수직면에 수직이 되게 수용할 수 있으며, 도관 및 밸브를 통해 불활성 기체 공급원 및 진공 펌프에 연결도는 주 체임버와 ; 상기 주 체임버의 수직면들중 한 수직면 쪽에 설치되어 상기 원통형 드럼의 샤프트의 일단부에 맞물리는 중심잡기 축과, 그 중심잡기 축에 연결되어 저장기를 180°/n씩 회전시키는 인덱싱 기구와, 주 체임버의 다른 수직면쪽에 설치되어 그 수직면 외부의 공기 실린더와 작동에 따라 상기 드럼의 샤프트의 타단부에 물리는 누름대를 포함하는 회전 장치와 ; 상기 저장기의 링에 있는 2개의 슬로트들 각각과 정렬되게 상기 주 체임버의 수직면들 각각에 형성된 구멍들을 통하여 주 체임버내로 연통하도록 상기 수직면들 각각에 하나씩 접하여 설치되고, 말단캡 공급기를 각각 가지는 2개의 용접기와 ; 상기 용접기들 각각과 정렬되게 각 용접기의 반대쪽 주 체임버의 수직면에 설치된 공기 실린더들의 축의 끝에 각각 부착되어 연료봉을 파지하여 각 용접기내로 도입시키는 연료봉 파지 클램프들과 ; 상기 저장기의 링의 위치결정 돌기들에 결합하는 축을 가지고 주 체임버 외부에 설치된 2개의 위치결정용 공기 실린더들로 구성된 것을 특징으로 하는 핵연료봉 말단캡 용접 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 초기위치결정용 장치는 각각의 압축 스프링에 의해 압압되어 상기 링의 원통형 공동부들내에 수용된 소형의 볼들로 형성되며, 이들 소형의 볼은 원통형 드럼의 왕관형 돌출부의 원통형 외표면에 제공된 시이트에 결합됨을 특징으로 하는 핵연료봉 말단캡 용접장치.
3. 제 1 항에 있어서, 연료봉 지지체의 상기 탄성 보유 수단이 탄성대로 형성되고, 그 탄성대가 원통형 드럼의 외표면의 중앙에 배치된 테에 연결됨을 특징으로 하는 핵연료봉 말단캡 용접장치.

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