KR910005925B1 - 노심 배럴 플러그 - Google Patents

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KR910005925B1
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이.퍼리 허버트
알. 와그너 토마스
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웨스팅하우스 일렉트릭 코오포레이숀
피. 이. 레고우
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Abstract

내용 없음.

Description

노심 배럴 플러그
제1도는 하류 형상을 설명하는 가압수형 원자로의 단면도.
제2도는 상류 형상을 설명하는 가압수형 원자로의 단면도.
제3도는 플러그의 정면도.
제4도는 제3도의 선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 취한 도면.
제5도는 신장 위치에 있는 플러그의 도면.
제6도는 플러그의 등방도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
28 : 노심배럴 42 : 출입구
52 : 본체 54 : 맨트렐
56 : 공동 58 : 플랜지
60 : 원통형부분 62 : 개방선단부
64 : 슬롯 74 : 신장부
76 : 채널 90 : 단부플러그
92 : 구멍 94 : 환기창
본 바명은 플러그 장치에 관한 것이며, 특히 원자로에서 냉각재의 흐름을 바꾸기 위한 플러그에 관한 것이다.
종래의 가압수형 원자로는 원자로 용기를 포함하고 있으며, 원자로 용기는 잘 알려진 바와 같이 열을 발생하는 노심을 내부에 구비하고 있다. 물로된 냉각재는 원자로 용기를 통해 순환하며, 노심과 열교환 관계를 가지기 때문에 열은 노심에서 냉각재로 전달된다. 노심에는 핵연료를 포함하는 다수의 연료집합체를 가지고 있다. 연료 집합체는 노심의 외부 한계를 규정하는 다수의 수직 금속 방지체판으로 싸여져 있다.
방지체판은 노심의 외주를 형성하기 위해 같이 결합되어 있지만 하나하나가 서로 용접되어 있지는 않다.
방지체판이 서로 용접되어 있지 않기 때문에 두 개의 인접 방지체판 사이에는 작은 틈이 존재하게 된다. 방지체판은 노심을 통해 냉각수가 흐르도록 해야하기 때문에 방지체판들 사이의 이러한 작은 틈은 냉각수의 흐름을 방해해서는 안된다. 그러나 실제로 방지체판 앞뒤에는 압력 차이가 존재하기 때문에 고속 냉각제의 작은 흐름이 방지체판들 사이의 틈을 통해 만들어지는 것이 가능하다. 냉각제의 이러한 흐름은 연료 집합체가 진동하는 원인이 되거나 연료 조립체의 손상 원인이 될 수도 있다.
이러한 방지체의 냉각재 분사에 대한 하나의 해결책이 ＂방지체 보존장치＂란 제목으로 이.피이.쉴드에 의해 1981년 4월 8일 출원된 미합중국 출원번호 제252,116호에 설명되어 있으며, 이는 웨스팅하우스 일렉트릭 코오포레이숀에 양도되었다. 위의 계류중인 출원에서는 방지체판들 사이의 틈의 크기를 감소하기 위한 장치가 설명되어 있으며, 그리하여 통과하는 냉각재의 분사량을 줄이게 된다.
방지체 분사 문제에 대한 또다른 해결책은 ＂노심 배럴 플러그＂란 제목으로 알.더불류.톨리노 등에 의해 1983년 2월 15일자로 출원된 미합중국 특허출원 제466,464호에 설명되어 있으며, 또한 웨스팅하우스 일렉트릭 코오포레이숀에 양도되었다. 톨리노등에 의한 계류중인 출원에서는 바이패스 하류 형상으로부터 바이패스 상류 형상으로 원자로를 바꾸기 위해 가압수형 원자로 노심배럴의 출입구에 원격 설치될 수 있는 노심 배럴 플러그를 설명하고 있다. 그리하여 방지체 분사 문제를 줄이기 위해 방지체판 양쪽의 압력차이를 줄이게 된다. 그러나 톨리노 등에 의한 노심 배럴 플러그는 그의 과도한 팽창을 자동으로 방지할 수 있는 수단을 구비하지 못하고 있다.
따라서 본 발명의 주목적은 장치의 과도항 팽창을 방지하면서 문제의 원인을 제거하거나 감소하기 위해 방지체판 양쪽의 압력 차이를 변화할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적으로 본 발명은 가압수형 원자로의 노심배럴에서 출입구를 통한 흐름을 방지하기 위한 플러그에 있으며, 원통형부분과 플랜지로 형성되어 뾰족한 개방 선단부를 규정하는 본체를 포함하고 있으며; 상기 본체는 개방 단부에서 플랜지까지 뻗어있는 공동을 가지고 있으며, 공동의 직경이 플랜지 근처에서 보다 개방 단부 근처에서 더 작은 것과, 상기 원통형부분은 개방단부에서 플랜지를 향해 뻗어있는 다수의 종방향 슬롯을 구비하고 있는 것과, 관통구멍을 갖는 단부 플러그가 플랜지에 부착되어 있으며, 맨드렐은 본체내에 활주할 수 있게 속박 설치되어 있을뿐만 아니라 또한, 구멍을 통해 활주할 수 있게 설치된 신장부를 가지고 있으며, 신장부는 채널을 가지고 있으며, 유체가 채널을 관통하여 맨드렐이 본체의 개방 단부로 이동하도록 단부플러그와 맨드렐 사이의 공간으로 흐르도록 하며, 유체가 공간으로 흡입되었을 때 원통형부분이 출입구의 내부표면과 접하도록 신장되는 것과, 환기창이 유체를 환기하고 플러그의 과도한 팽창을 방지하기 위해 단부 플러그에 연결되어 있는 것 등을 특징으로 한다.
본 발명은 부수 도면을 참고로 단지 한예로서 주어진 실시예의 하기 설명으로부터 좀더 명확하게 될 것이다.
제1도에서 전형적인 가압수형 원자로는 약 158kg/㎠으로 가압된 물이 원자로 냉각제가 원자로 용기(20)로 들어가게 되는 입구(22)를 갖는 원자로 용기(20)로 구성되어 있다. 원자로 용기(20)는 노심지지판(24)를 가지고 있으며, 노심지지판 바로 위에는 하부노심판(26)이 설치되어 있다. 실제로 원통형인 노심배럴(28)이 원자로 용기(20)내에 설치되어 있으며, 노심지지판(24)과 하부노심판(26)에 부착되어서 노심배럴(28)과 원자로 용기(20) 사이에서 다운커머(30)라 불리는 환상 공간을 규정하고 있다. 상부노심판(32)은 하부노심판(26)위에서 노심배럴(28)에 부착되어 있으며, 하부노심판(26)과 상부노심판(32) 사이의 지역을 노심(34)이라 부른다. 노심(34)은 공지된 것으로부터 선택된 핵연료 집합체(도시안됨)를 포함하고 있다.
열차폐체(36)는 원자로 용기(20)를 노심(34)에서 생성된 열을 차폐하기 위하여 원자로 용기(20)와 노심배럴(28)사이의 다운커머(30)에 설치된다.
또한 제1도에서 실제 수직으로 배열된 일련의 금속 방지체판(38)은 노심(34)의 외주를 한정하기 위해 노심(34)과 노심배럴(28)사이에 설치된다. 일련의 구성자(40)들은 방지체판(38)을 지지하기 위해 노심배럴(28)과 방지체판(38)에 수평으로 부착되어 있다. 방지체판(38)들은 보통 그들의 수직 연부를 따라 서로 보울트로 조여져 있으며, 서로 정상적인 용접이나 밀봉은 되어 있지 않다. 노심배럴(28)은 또한 몇몇 수평 흐름 출입구(42)를 가지고 있으며, 이 출입구의 수는 약 16개 정도로 노심배럴(28)의 주위에 대략 동일한 거리로 간격져 있다. 출입구(42)는 노심배럴(28)를 관통하며, 냉각재가 출입구(42)를 통하여 다운커머(30)로 흐르도록 하고, 노심배럴(28) 및 방지체판(38)을 냉각하도록 노심배럴(28)과 방지체판(38) 사이로 흐르도록 하기 위해 상부노심판(32) 아래로 위치되어 있다.
전형적인 가압수형 원자로에서 원자로 냉각재는 입구(22)를 통하여 원자로 용기(20)로 들어가며, 다운커머(30)를 통해 하류하며, 노심지지판(24) 및 하부노심판(26)의 구멍(도시안됨)을 통해 위로 올라온다. 그때 냉각재는 노심(34)를 통해 위로 진행하면서 노심(34)에서 열을 전달받는다. 그런 다음 냉각재는 원자로 용기(20)를 나와 증기 공급 시스템으로 들어가게 된다.
제1도에 도시된 것과 같이 다운커머(30)에서 냉각재의 일부분이 출입구(42)를 통해 흐르며, 노심배럴(28)과 방지체판(38) 사이의 공간으로 들어간다. 그런다음 이 바이패스 흐름은 구성자(40)에 있는 구멍(도시안됨)을 통하여 아래로 흐르며, 하부노심판(26) 근처에 있는 방지체판(38)의 저부를 돌아서 냉각재의 본류와 합해진다. 바이패스 흐름의 목적은 노심배럴(28)과 방지체판(38)을 냉각하는 것이다. 그러나 바이패스 흐름의 압력이 실제로 노심 지역의 냉각재 압력보다 높고, 방지체판(38)이 그들 사이에 작은 개구를 가지고 있기 때문에 적은량의 냉각제 고속분사가 방지체판(38) 사이의 흐름에 형성되며, 노심을 향하게 된다. 이런 냉각재의 고속분사는 방지체판(38) 근처에 위치한 핵연료 조립체에 손상을 야기하기 때문에 이러한 냉각재의 분사는 제거되어야 한다.
제2도에서 냉각재의 고속분사를 제거하는 한 방법으로 플러그(50)를 출입구(42)에 끼우고 최상부의 구성자(40)에 구멍을 만들어 놓고 있다. 출입구(42)를 플러그(50)로 막으며, 어떠한 냉각재로 출입구(42)를 통해 흐를 수 없게 된다. 그러나 제2도에 도시된 것과 같이 출입구(42)가 막혀지기 때문에 적은량의 바이패스 흐름이 노심배럴(28)과 방지체판(38)을 냉각하기 위해 그들 사이를 상류하며 형성된다. 이러한 흐름의 형태에서 상류 바이패스 흐름의 압력은 노심(34)의 냉각재 압력과 실제 동일하기 때문에 어떠한 고속분사도 형성될 수 없다. 그리하여 출입구(42)를 막고 최상부 구성자(40)에 구멍을 만들어 바이패스 흐름을 하류 흐름에서 상류 흐름으로 변화시키며, 따라서 노심배럴(28)과 방지체판(38)에 필요한 냉각을 제공함과 동시에 분사문제를 제거할 수 있게 되었다.
상기 바이패스 흐름을 변화하기 위해 플러그(50)는 원자로 내부에 존재할 수 있게 만들어져야 하며 5kg/㎠의 정상상태의 압력차와 약 63kg/㎠의 일시적인 압력 차이에 견딜 수 있게 제조되어야 한다. 추가로 플러그(50)는 열차폐체(36)와 노심배럴(28)사이에 원격으로 설치될 수 있어야 하며, 그들 사이의 거리는 5cm 이하이고, 설치작업은 높은 방사능이 존재하는 약 6.10m의 물속에서 수행되어야 한다.
이제 제3도에서 6도를 참고하면, 플러그(50)는 본체(52)를 포함하고 있으며, 본체(52)는 그의 공동(56)에 활주할 수 있게 설치된 맨드렐(54)을 구비하고 있다. 304 스테인레스강형으로 제조될 수 있는 본체(52)는 직경이 약 10cm 이고 길이가 약3.8cm 이다. 본체(52)는 플랜지(58) 및 원통형부분(60)으로 구성되어 있다. 플랜지(58)의 외부 직경을 출입구(42)의 직경보다 더 크게 만들어 제4도에 도시된 것과 같이 플랜지(58)가 출입구(42)의 외부에 안착하도록 한다. 또한 플랜지(58)는 공동(56)을 한정하는 내부 직경을 가져야 한다. 원통형부분(60)은 그가 출입구(42)로 용이하게 들어가도록 뾰족한 개방 선단부(62)를 가지고 있다.
원통형부분(60)의 내부 직경에 의해 한정된 공동(56)의 부분은 원통형부분(60)의 선단부 근처에서 약간 더작은 내부 직경을 갖도록 하여 뾰족하게 되어 있다. 또한 원통형부분(60)은 그속에 다수의 슬롯(64)을 가지고 있으며, 슬롯(64)은 원통형부분(60)의 선단부에서 뻗어 있으며, 외부 직경으로부터 그의 내부 직경까지 뻗어 있다. 슬롯(64)은 맨드렐(54)의 작용하게 원통형부분(60)이 팽창할 수 있도록 원통형부분(60)에 충분한 유연성과 탄성을 제공한다. 또한 원통형부분(60)은 맨드렐(54)을 본체(52)에 유지하고 원통형부분(60)의 과도한 팽창을 막기위해 그 선단부 근처에 립(66)을 형성하고 있다. 추가로 원통형부분(60)은 그속에 제1홈(68)을 가지고 있으며, 홈(68)은 전체 원주의 둘레로 뻗어 있으며 슬롯(64)을 가지고 있는 원통형부분(60)을 제외한 최선단에 위치하고 있다.
제1홈(68)은 또한 원통형부분(60)에 유연성을 제공하며, 원통형부분(60)이 팽창할 때 원통형부분(60)과 출입구(42)의 내부표면 사이에 밀보을 강화한다. 제1홈(68)의 양측상에 있는 상승늑재(69)는 그 사이의 밀봉을 강화하도록 출입구(42)의 내부표면에 대향하여 압력을 받기 위해 제공된다. 또한 원통형부분(60)은 한세트의 제2홈(70)을 가지고 있는데, 제2홈(70)은 전체 원주 둘레로 뻗어 있으며, 슬롯(64)을 가지고 있는 원통형 부분에 위치하고 있다. 각각의 제2홈(70)은 내부에 설치된 금속링(72)을 가지고 있으며, 금속링은 시효 경화한 스테인레스강으로 제조되어, 원통형부분(60)이 팽창하여 플러그(50)를 제자리에 유지하도록 출입구(42)의 내부표면으로 만입될 때, 출입구(42)의 내부표면과 접촉하도록 배열된다.
여전히 제3도에서 6도를 참고하면, 맨드렐(54)은 실제로 스테인레스강으로 제조되며 본체(52)의 원통형부분(60)에 활주할 수 있게 설치된 원통형 부재이다. 맨드렐(54)은 원통형부분(60)의 선단부를 향해 이동할 때 원통형부분(60)이 출입구(42)의 내부표면과 접촉하여 신장하도록 하는 역할을 한다.
맨드렐(54)은 뒷면의 중심에서 뻗어있는 원통형 신장부(74)를 가지고 있다. 신장부(74)는 내부에 한정되어 신장부(74)의 외부표면으로 뻗어 있는 채널(76)을 가지고 있다. 또한 신장부(74)는 맨드렐(54)의 본체 근처에서 채널(76)을 신장부(74)의 외부 표면에 연결시키는 다수의 통로(78)를 가지고 있다. 채널(76)과 통로(78)는 플러그(50)를 팽창하기 위해 물과 같은 유체가 플러그(50)로 도입되도록 하는 수단을 제공한다.
맨드렐(54)은 또한 유체가 통로(78)로부터 흘러 들어가는 공간을 제공하기 위해 맨드렐(54)의 뒷면에서 신장부(74)의 둘레에 한정된 요부(80)를 가지고 있다.
또한 맨드렐(54)은 뒷면 내부에 제1노치(82)를 가지고 있으며, 상기 노치(82)는 그속에 설치된 로킹링(84)을 구비한 맨드렐(54)의 전원주상에 뻗어 있다. 로킹링(84)은 스피로록스(spirolox) 유지링 또는 그와 유사한 형태의 링이다. 원통형부분(60)은 또한 내부표면상에 제2노치(86)을 가지고 있으며, 상기 노치(86)는 맨드렐(54)이 원통형부분(60)에 관해 전진 이동할 때 로킹링(84)의 삽입을 돕기 위해 전체 내부 원주상에 뻗어 있다.
플러그(50)는 또한 플랜지(58)의 내부 직경에 의해 한정되는 공동(56)의 부분에 설치된 단부 플러그(90)를 포함하고 있다. 단부 플러그(90)는 플랜지(58)에 나사 접속 또는 용접되어진다. 단부플러그(90)는 신장부(74)가 활주할 수 있게 내부에 설치되도록 원통형구멍(92)를 가지고 있다. 또한 단부플러그(90)는 구멍(92)내의 유체를 환기하여 플러그(50)의 과도한 팽창을 방지하기 위해 구멍(92)과 단부플러그(90)의 외측 사이에 연결된 다수의 환기창(94)을 가지고 있다.
맨드렐(54)이 제4도에 도시된 것과 같이 신장되지 않은 위치에 있을 때 물과 같은 유체는 맨드렐(54)과 단부플러그(90)사이를 가압하고 제5도에 도시된 것과 같이 원통형부분(60)에 관해 맨드렐(54)을 이동하기 위해 채널(76)과 통로(78)를 통과하여 구멍(92)으로 도입된다. 맨드렐(54)은 로킹링(84)이 제2노치(86)와 일직선이 될 때까지 이런 식으로 전진 이동한다. 로킹링(84)이 제2노치(86)와 일직선이 되었을 때 로킹링(84)은 제2노치(86)로 튕겨져 원통형부분(60)에 관한 맨드렐(54)의 이동을 방지하게 된다. 이때 플러그(50)는 제5도에 도시된 것과 같은 형상을 가지게 된다. 이런 형상에서 신장부(74)는 단부 플러그(90)에 대해 이동하여 환기창(94)이 구멍(92)과 채널(760로 유체 전달을 한다. 이 위치에 있을 때 환기창(94)은 가압유체를 단부플러그(90)의 외부로 배출하여 플러그(50)의 더 이상 팽창이나 과압을 방지하게 된다. 그리하여 제5도에 도시된 것처럼 플러그(50)가 잠긴 위치에 유지되는 동안 로킹링(84)과 환기창(94)은 플러그(50)가 과팽창되고 과압되는 것을 방지하는 수단을 제공하게 된다.
[작동]
가압수형 원자로에서 제1도에 도시된 하류형상을 제2도에 도시된 상류 형상으로 변화하고자 할 때 먼저 원자로는 정지되어야 하고 노심배럴(28)에 접근할 수 있도록 원자로 용기 헤드는 제거되어야 한다. 그런다음 적당한 설치 기구에 의해 원격에서 플러그(50)가 위치되어지며, 플러그(5)의 원통형부분(60)이 출입구(42)에 삽입되도록 배열된다. 이 위치에서 설치기구는 플러그(50)를 적절히 위치시키기 위해 고방사능이 수중으로 20피이트 이상 뻗어내려 가야 한다.
일단 플러그(50)가 출입구(42)의 근처에 위치되어 지면, 설치기구는 원통형부분(60)을 출입구(42)로 삽입하는데 사용된다. 원통형부분(60)이 출입구(42)에 삽입되어지면 약 211-422kg/㎠ 사이의 압력을 갖는 유체가 유체도관 및 채널(76)을 통해 도입된다. 유체는 맨드렐(54)을 플러그(50)의 선단부로 이동하므로서 제4도에 도시한 위치로부터 제5도에 도시한 위치로 맨드렐(54)을 이동하게 된다.
맨드렐(54)이 이동함에 따라 원통형부분(60)은 출입구(42)의 내부표면에 접하게 된다. 동시에 링(72) 과 늑재(69)는 확고히 출입구(42)의 내부표면과 접속하게 되어 원자로 냉각재가 출입구(42)를 통해 흐르는 것을 방지하게 된다. 맨드렐(54)이 전진하게 되면 로킹링(84)은 제2노치(86)에 삽입되어 지며, 제2노치(86)는 환기창(94)이 플러그(50)의 과압을 방지하는 동안 맨드렐(54)을 신장된 위치에 고정한다.
따라서 본 발명은 노심배럴의 구멍을 막아 원자로 냉각재의 흐름을 방지하기 위한 노심배럴 플러그를 제공하게 된다.

Claims (9)

  1. 원통형부분(60)과 플랜지(58)로 형성되어 뾰족한 개방선단부(62)를 규정하는 본체(52)를 포함하며, 가압수형 원자로의 노심배럴(28)에서 출입구(42)를 통해 흐르는 유체를 차단하기 위한 플러그에 있어서, 상기 본체는 개방단부에서 플랜지(58)까지 뻗어있는 공동(56)을 가지고 있으며, 공동(56)의 직경은 플랜지(58) 근처에서 보다 개방단부 근처에서 더 적은 것과 상기 원통형부분(60)은 개방단부에서 플랜지(58)을 향해 뻗어 있는 다수의 종방향 슬롯(64)을 형성하고 있는 것과, 관통구멍(92)을 갖는 단부플러그(90)는 플랜지(58)에 부착되어 있으며, 맨드렐(54)은 본체내에 활주할 수 있게 속박설치되어 있을뿐만 아니라, 또한 구멍(92)을 통해 활주할 수 있게 설치된 신장부(74)를 가지고 있으며, 신장부(74)는 채널(76)을 가지고 있으며, 유체가 채널(76)을 관통하여 맨드렐(54)이 본체의 개방단부로 이동하도록 단부플러그(90)와 맨드렐(54)사이의 공간으로 흐르도록 하며, 유체가 공간으로 흡입되었을 때 원통형부분(60)이 출입구(42)의 내부표면과 접하도록 확장되는 것과, 환기장치가 플러그의 과도한 팽창을 방지하고 유체를 환기하기 위해 단부플러그(90)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 노심배럴 플러그.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플러그는 맨드렐(54)을 신장된 위치에 고정하기 위해 맨드렐(54)에 연결된 로킹장치(82,84,86)를 포함하는 것을 특징으로 하는 노심배럴 플러그.
  3. 제2항에 있어서 환기장치를 로킹장치(82-86)가 잠겨진 위치에 있을 때 구멍(92)에서 나온 유체를 환기하기 위해 구멍(92)에서 단부플러그의 외측까지 뻗어있는 환기창(94)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 노심배럴 플러그.
  4. 제3항에 있어서, 환기창(94)은 로킹장치(82-86)가 잠겨진 위치에 있을 때 구멍(92)과 채널(76)로 유체를 전달하는 것을 특징으로 하는 노심배럴 플러그.
  5. 제2항에 있어서, 로킹장치(82-86)는 맨드렐(54)에 설치되어 외측 원주로 뻗어있는 제1노치(82)와, 원통형부분(60)에 설치되어 내측 원주로 뻗어있는 제2노치(86)와, 제1노치에 설치되어 맨드렐이 개방단부를 향해 이동할 때 제2노치에 삽입되어 질수 있는 로킹링(84)등으로 구성된 것을 특징으로 하는 노심배럴 플러그.
  6. 제5항에 있어서, 원통형부분(60)은 맨드렐(54)을 본체에 간직되도록 개방단부 근처에 립(66)을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 노심배럴 플러그.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 원통형부분(60)은 신장 되었을 때 원통형부분(60)과 출입구(42)의 내부 표면 사이를 밀봉하기 위해 외측 원주상에 다수의 슬롯(64)을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 노심배럴 플러그.
  8. 제7항에 있어서, 슬롯(64)은 슬롯(64)을 가진 원통형부분을 제외한 그의 최전방 부분 근처에 위치한 제1홈(68)과 슬롯(64)을 가진 원통형부분에 위치한 다수의 제2홈(70)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 노심배럴 플러그.
  9. 제8항에 있어서, 금속링(72)은 제2홈(70)에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 노심배럴 플러그.
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