KR910007952B1 - 핵 연료봉들의 진동으로 인한 손상을 배제 또는 감소시키는 방법 및 장치 - Google Patents

핵 연료봉들의 진동으로 인한 손상을 배제 또는 감소시키는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

핵 연료봉들의 진동으로 인한 손상을 배제 또는 감소시키는 방법 및 장치
제1도는 노심의 연료봉들을 지나는 물의 흐름을 설명하는 통상적인 가압수형 반응로 노심의 개략적인 횡 단면도.
제2도는 배플판들의 접합부 틈새에 의해 야기되는 물 분사 문제를 보여주는, 제1도의 노심의 개략적이고 부분적인 평면도.
제3도는 제1도의 핵 반응로의 노심에 배치된 연료봉 조립체 및 본 발명의 장치를 보여주는 사시도.
제4도는 연료봉들의 조립체의 클립(clip)을 보여주는 제3도의 선4-4를 따라 취한 확대단면도.
제5도는 제3도에서 도시된 연료봉 조립체의 일부절취 사시도.
제6도는 제5도에서 도시된 부분(section)의 일부절취 사시도.
[발명의 분야]
본 발명은 핵 연료봉들의 마멸 및/또는 진동에 의한 손상을 제거 또는 감소시키는 장치에 관한 것이다.
[발명의 배경]
가압수(加壓水)형의 핵 반응로는 노심(the reactor core)의 연료봉으로부터 열을 제거하기 위하여 고속으로 흐르는 물을 이용한다. 냉각수는 여러 통로들을 통하여 노심으로 이동하며, 통로들중 하나는 노심의 가장자리에 바로 인접해 있다. 노심의 냉각수와 인입되는 냉각수를 분리시키는 요소는 배플 판(baffle plate)으로 알려진 약 2인치 두께의 스테인레스 강판이다. 배플 외부의 물의 압력은 노심의 물의 압력보다 301b/in2더 높을 수 있다. 노심 배플을 여러 가지의 판들 사이에 이따금 틈새(gap)들이 있다. 배플의 내측과 외측의 수압차 때문에 물이 이들 틈새를 급속하게 흐른다. 이러한 물의 흐름은 "물 분사류"로 언급되며, 노심에는 연료봉이 가득차 있기 때문에 물 분사류가 연료봉과 부딪힌다. 노심 안에서의 통상적인 물의 흐름은 바닥에서 위로, 연료봉들과 평행하게 흐른다. 물 분사류가 안내되는 배플 틈새는 통상의 물 흐름에 수직이다. 배플 틈새를 흐르는 물 분사류가 연료봉 측방에서 연료봉을 때리면 연료봉이 진동되는 경향이다. 이러한 진동은 스페이서(Spacers)라 불리는 연료봉들의 통상적인 지지점들과 접촉하는 곳에서 연료봉들을 과도하게 마모시키는 경향이 있다. 마멸 현상으로 알려진 이런 마모의 형태는 연료봉 피복 전체에 걸쳐 진행되어 결과적으로 핵 연료의 핵분열 생성물들이 반응로의 냉각수로 누출되게할 수 있다. 냉각수속에 존재하는 핵분열 생성물들은 통상 반응로의 유지를 매우 어렵게하며 그것의 이용에 더욱더 많은 비용이 들게한다. 배플 틈새들의 형성을 방지하거나 폐쇄하려는 시도가 있었으나 만족할만하지 못했다. 물의 분사를 야기시키는 압력차를 감소시키기 위하여 물의 노심에 들어가기 전에 냉각수를 다른 통로로 수송하는 방법이 고려되었지만, 그러나 이렇게 물을 다른 통로로 수송하기 위해서는 비용이 많이들고 반응로를 장시간 정지시켜야한다.
본 발명은, 횡방향으로 분사되는 물에 부딪혀 연료봉이 진동하는 경향을 완화시키기 위하여 몇 개의 핵 연료봉들을 함께 고정시키는 클립(clip)을 제공한다. 클립으로 여러개의 연료봉들을 함께 고정함으로서, 진동되기 쉬운 연료봉들의 질량을 증가시키며, 따라서 연료봉들의 진폭을 감속시킨다. 이러한 클립들은 통상 이미 알려진 또는 잠재적으로 발생될 배플 틈새에 인접한 선택된 위치에만 장착된다.
[발명의 요약]
본 발명은 핵 연료봉들이 진동하므로서 초래되는 손상 가능성을 배제시키거 나최소한 감소시키는 장치에 관한 것이다. 가압수형 핵 반응로의 연료봉들은 부딪히는 물 분사류 및 압력차에 의해 진동하여 결국은 마모되거나 손상된다.
마멸현상으로 알려진, 진동 마모에 기인된 손상을 감소 또는 배제시키기 위하여, 본 발명은 적어도 2개, 바람직하게는 4개 또는 5개의 연료봉들을 함께 고정시키기 위하여, 복수의 클립들을 사용한다. 그 봉들은 연료봉 조립체의 중간부분 또는 길이를 따라서 여러 위치에서 고정된다. 클립들은 대개 조립체의 코너부분에 배치되는데, 그러한 지역이 통상 물 분사류가 부딪히는 부분이기 때문이다.
연료봉들은, 함께 고정되면, 그들의 결합된 또는 증가된 질량 때문에 매우 작은 진폭으로 진동할 것이며, 따라서 마멸 문제를 제거한다. 각각의 클립이 연료봉 조립체를 따라 축방향으로 이동하는 것을 방지하기 위하여 클립으로 고정되는 연료봉중에는 불활성 연료봉을 배치한다.
본 발명의 목적은, 핵 연료봉들의 진동으로 인한 손상을 감소시키는 개량된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가압수형 반응로에 배치된 핵 연료봉들의 가능한 마멸 또는 진동으로 인한 손상을 막는데 있다.
[바람직한 실시예의 설명]
본 발명의 상기 목적들과 그 밖의 다른 목적들은 첨부된 도면을 참고로 후술되는 상세한 설명으로 더욱 명확히 또 잘 이해될 것이다.
일반적으로 말해서, 본 발명은 가압수형 반응로에 배치된 여료봉들의 공진 (resonance)의 문제를 해결하고자한 것이다. 공진의 문제는 "물 분사류"에 의해 야기된다. 노심 배플판들의 배플 연결지점에서 틈새 및/또는 분리 현상이 발생한다. 이러한 틈새들은 연료봉들과 인접하여 물 분사류가 연료봉에 충돌하는 것을 허용한다. 연료봉들은 이러한 물 분사류에 의한 횡단력에 견디도록 설계되어 있지않다.
본발명은 연료봉들의 진폭을 변화시키기 위하여 틈새들에 인접한 지점에서 연료봉들을 함께 고정시킴으로써 상기 문제를 극복한다. 실험에 의하면, 0.03인치의 배플 틈새를 통하여 작용하는 2 1b/in2정도의 작은 압력차에 의해 연료봉의 심한 진동이 시작될 수 있었다. 연료 봉 스페이서들 사이의 축방향 거리의 약 2/3 및 1/3지점에 2개의 클립들을 장착함으로써, 0.03인치의 틈새를 통하여 작용하는 압력차가 12 1b/in2에 이를때까지 현저한 연료봉 진동이 발생하지 않는다. 진동조건을 수정하기 위하여 필요한 클립의 실제적인 수는 클립으로 묶여진 연료봉들의 수와, 연료봉에 대하여 선택된 고정 위치들에 의존한다.
제1도에는 , 가압수형 핵 반응로 (12)용의 통상적인 노심(10)이 도시되어있다. 노심(10)으로 흐르는 냉각수 통로는 화살표(11)로서 도시되어있다. 냉각수는, 인입구(13)으로 들어가서 노심 벽 (14)과 배플판(15)의 외측을 지나 하방으로 진행한다. 물은 노심 지지판(16)과 하부 노심판(17)을 각기 통하여 노심(10)에 들어간다. 물은 밑에서 위로 평행한 방향의 연료봉들(22)(제2도)을 지나 흐른다. 반응로(12)의 통상적인 조작은 연료봉들에 대한 횡방향, 즉, 수직방향의 물 흐름을 고려하지 않는다. 그러므로 연료봉들과 연료 조립체들은(도시되지 않았음) 횡방향으로 발생되는 어떤 힘 또는 압력차를 견디도록 설계되지 않는다.
제2도에서는 제1도의 반응로(12)에서의 물 분사류의 충돌상태를 보여준다. 배플판(15)의 부호(15a), (15b), (15c)으로 도시된 3부분이 평면도로 도시되어있다. 틈새들이 각기 배플 접합 부분들(18,19)에서 생길 수 있어서 물 분사류가 발생될 수 있다. 이러한 물 분사류(20,21)가 각기 연료봉들(22)에 횡방향으로, 즉, 수직방향으로 부딪혀서 전술한 공진현상이 일어난다.
물 분사류(20,21)는 빠른 속도로 분사되는데 그것은 벽(14)과 형성 구 (former) 판(24) 및 환형부(23)사이의 하향의 흐름(11)과 벽(14)의 내측 노심(10)을 통과하는 상향의 흐름(11)사이에 압력차가 발생되기 때문이다. 빠른 속도의 분사류(20,21)는 연료봉들(22)을 과도하게 이동시켜 심한 마모와 붕괴를 야기시킨다.
제3도에는 제1도와 2도의 노심(10)에 장착되는 통상의 연료봉조립체(30)가 도시되어있다. 조립체(30)의 연료봉들(22)은 코너 부분(32)에서 클립(31)에 의해 함께 고정되어 있는 것으로 도시되어있다. 이 코너 부분(32)은 제2도에 도시된 코너 부분 (32)과 대응한다. 클립(31)은, 제4도에 보다 자세히 도시된 바와같이, 4개 또는 5개의 연료봉들(22)을 함께 고정하도록 설계되어 있다. 클립(31)은 연료봉들의 전체 질량을 변화시킴으로써 연료봉들(22)의 진폭에 영향을 준다. 더구나 고정된 연료봉들(22)은 결합된 또는 증가된 질량의 집합체로서 작용하여 진폭을 감소시킨다. 이러한 진동의 변화는 심한 공진현상을 막아서 연료봉들의 마모 또는 마멸을 방지한다.
심각한 진동을 막거나 감소시키기 위하여, 중앙 틈새(19)에 인접한 연료봉들 (22)을 전술한 바와 마찬가지로 고정시킬 수 있다.
클립(31)은 도시된 바와같이 조립체(30)의 중간부분에 또는 길이를 따라서 배치된다. 클립들의 수와 그들의 장착 위치는 압력차의 정도와, 클립(31)으로 고정된 봉들(22)의 수 및 조립체(30)의 길이에 종속한다.
일반적으로 말해서, 물 분사류에 의해 진동되는 각각의 조립체마다 10 내지 25개의 클립들이 필요한 것으로 판명됐다.
클립들(31)은 일반적으로 연료봉들 또는 조립체들을 노심에 설치하기 전에 연료봉들(22)과 조립체(30)에 고정된다.
클립(31)은 인커넬(inconel)강 또는 스테인레스강으로 만들어질 수 있다.
클립(31)이 상기 조립체(30)에 대하여 일반적으로 축방향으로 이동하는 것을 막기 위하여, 제3도 내지 제5도에 도시된 바와같이, 불활성 봉(40)이 조립체(30)의 고정된 연료봉들(22)사이에 배치되어 있다.
제5도와 6도에서, 불활성 봉(40)은 길이 방향으로 용접된 탭(tab)(41)을 지며, 그 탭(41)은 조립체 스페이서(42,43)와 (42,43)과 접촉한다. 탭(41)은 연료봉 다발에서 봉(40)이 회전하는 것을 막아서 각각의 클립의 딤플(dimpel)형 결합부(45)와 접촉하는 노치(notch)(44)들을 보유한다. 각각의 클립(31)의 결합부(45)와 각각의 노치와의 접촉에 의해, 열 방사로 인한 클립들의 탄력 이완 및/또는 분사류에 의한 클립의 슬립 또는 화살표(47)방향의 이동이 방지된다.

Claims (9)

  1. 핵반응로용 연료봉 조립체에 있어서, 연료봉들의 진폭을 변화시킴으로서 연료봉의 진동에 의한 손상을 감소 또는 배제시키기 위하여 연료봉 조립체내의 2개 이상의 연료봉을 단일 질량체로서 결합 고정하는 고정수단이 제공된 것을 특징으로 하는 핵반응로용 연료봉 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고정 수단에 의해 4개 이상의 연료봉들이 함께 고정되어있는 것을 특징으로 하는 연료봉 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고정 수단에 의해 5개 이상의 연료봉들이 함께 고정되어 있는것을 특징으로 하는 연료봉 조립체.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 고정 수단이 복수개의 클립으로이루어진 것을 특징으로 하는 연료봉 조립체
  5. 제4항에 있어서, 상기 클립들이 연료봉 조립체의 코너부분에 배치되어있는 것을 특징으로 하는 연료봉 조립체.
  6. 제4항에 있어서, 상기 복수의 클립들이 연료봉 조립체의 길이 방향 중간 지점에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료봉 조립체.
  7. 제4항에 있어서, 상기 클립들이 연료봉 조립체에 대하여 축방향으로 이동하는 것을 방지하기 위하여 하나 이상의 불활성 봉(inertrod)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료봉 조립체.
  8. 핵 반응로용 연료봉 조립체내의 연료봉들의 진동에 한 손상을 방지 또는 감소시키는 방법에 있어서, 연료봉 조립체내의 2개이상의 연료봉들을 단일의 결합된 질량체로서 고정하여 상기 연료봉들의 진폭을 감소 시킴으로써 상기 연료봉들의 진동에 의한 손상을 방지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 핵 연료봉 조립체내에서 진동에 의해 손상될 가능성이 있는 복수의 연료봉을 함께 고정시키는 클립에 있어서, 상기 연료봉들을 하나의 결합된 질량체로서 고정하여 상기 연료봉들의 진폭을 변경시킴으로써 진동에 의한 손상을 감소시키는 작용을 하며, 상기 연료봉 조립체 속에 배치되는 불활성 봉과 결합되어 상기 불활성 봉에 의해 상기 연료봉 조립체에 대해 축방향으로 이동되지 않도록 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 클립.
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