KR920009647B1 - 액체 냉각식 원자로 제어봉의 구동 및 고정 기구 - Google Patents

액체 냉각식 원자로 제어봉의 구동 및 고정 기구 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

액체 냉각식 원자로 제어봉의 구동 및 고정 기구
제1도는 로드가 높은 위치(일점쇄선)에 고정되고 또 상부 접촉위치(실선)에 있는 것을 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 제1기구의 수직 단면도.
제2a도 및 제2b도는 제1도 기구의 작동을 설명하는 유압 설명도.
제3a도 및 제3b도는 2개의 작동 상태에 있는 제1도 기구의 변형된 기구의 일부 확대도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 봉합체 14 : 제어로드
18 : 라이너 20 : 환형공간
22 : 가로캠 형성핀 24 : 제2라이너
26 : 제2환형공간 35 : 집합실
36 : 작동코일 38 : 고정지주부
46 : 감압실 50 : 구멍
52 : 깃 54 : 통체
58 : 코일 60 : 고정지주부
62 : 가동지주부 68 : 플런저
70 : 펌핑실 74 : 흡입비귀환 체크밸브
78 : 송출체크 밸브 82, 84 : 내부도관
본 발명은 가압된 냉각제를 포함하는 탱크를 가진 원자로의 제어봉의 구동로드를 길이 방향으로 이동시키고 또 고정시키기 위한 기구에 관한 것으로서, 상기 기구는 로드와 동축인 봉합체를 가지고 또 로드를 미끄럼가능하게 수용하는 유압 실린더를 형성하여 로드와 함께 감압실을 규정하며, 높은 위치에서 로드를 기계적으로 고정하는 수단을 가지고 있다.
본 발명은 원자로의 라이트 사이클중 제어봉이 원자로의 코어에 삽입된 낮은 위치와, 그것이 코어의 외부에 있는 높은 위치의 어느 위치에서도 제어봉이 위치되도록 되어 있는 제어봉 작동기구에 사용하는데 특히 적합하다. 이것은 전형적인 연료가 점차적으로 소모될 때 원자로내의 중성자 에너지 스펙트럼을 변경하기 위한 연료친 물질을 포함하는 요소를 갖는 제어봉의 경우이다.
상기 언급된 형태의 기구는 이미 알려져 있다. 예를 들어, 프랑스공화국 특허 제 2,496,193호에는 그 감압실이 솔레노이드나 전자밸브를 가지는 파이프 수단에 의해 저압 배출조에 연결되어 있는 기구가 기술되어 있다. 로드에 상향력을 부여하는 압력차를 형성하기 위해 전자밸브를 개방시킴으로써 제어봉이 상승된다. 높은 위치에서 로드를 기계적으로 고정하기 위한 수단은 전자밸브의 각 개방 빛 폐쇄 사이클시 위치를 바꾸는 쌍안정 토글장치로 형성된다.
이와 같은 기구의 이점은 설계상의 단순화이나, 반면 다음과 같은 결정을 갖는다. 첫째 결점으로는 제어봉을 상승시키려는 힘과 봉의 상승 속도를 임의로 또 독립적으로 제어할 수 있다는 점이다. 사실, 양쪽 값은 전자밸브 개방도의 증가 함수 및 로드와 실린더간 누설의 감소 함수이다. 예를 들어 속도를 감소시키면서 상승력을 증가시키는 것이 가능하지 않다. 게다가, 전자밸브 개방도와 힘(또는 속도)간에 존재하는 관계는 특히 마모 또는 클로깅(clogging)에 의해 시간상 변한다.
다른 결점으로는 원자로가 수십개의 제어봉을 전형적으로 포함한다는 사실이다. 만일 각 구동기구가 파이프 수단 및 저압 펌프조에 연결된 전자밸브를 포함한다면, 다수의 주 냉각제의 흐름을 보내기 때문에, 매우 엄격한 안전수칙에 따르고 또 지진 및 가능한 미사일에 보호되어야 할 다수의 파이프 길이가 제공되어야만한다. 파이프 길이 및 그 전자밸브는 제어봉의 제어되지 않은 상승을 일으킬 것 같은 누설의 포테셜 원이다.
본 발명의 목적은 유압 냉각제 배출에 의한 제어 설계상의 단순화를 상승 속도의 제어와 관련시킨 구동 및 고정 기구를 제공하는데 있다.
본 발명의 보다 특수한 목적은 다수의 제어봉을 가지는 원자로에서 기구의 제어를 단순화시키고, 그 몇 개의 제어봉은 원자로 코어에서 중성자 플럭스의 대칭적인 분포를 유지하도록 동시에 배치되도록 하는데 있다. 공통 전자밸브를 통해 동시에 작동되는 모든 기구의 감압실을 동일 매니폴드에 연결시킴으로써 배출 파이프 및 전자밸브를 가지는 형태의 구동 기구일 때 상기 결과가 얻어질 수 있음을 생각할 수 있다. 그런, 만일 어떤 이유로 정확한 고정 또는 해제가 기구중의 하나에서 일어나지 않는다면 후에 동일 매니폴드에 연결된 다른 기구에 관해 상과 반대로 작동하기 때문에 고정수단이 전자밸브의 각 작동 사이클에서 제어되는 쌍안정 형태일때는 그와 같은 설계가 회피되어야만 한다.
본 발명의 첫째 특징에 의하면, 상기 언급된 형태의 기구는 봉합체 외부에 위치한 제1전자식 제어수단과, 예정된 단계로 로드의 단계식 상승을 일으키도록 감압실내의 냉각제 압력을 감소시키기 위해 상기 전자식 제어수단으로 제어되는 유압수단과, 제1의 것과는 다르나 역시 봉합체 외부에 위치하면서 로드의 하방이동과 상기 고정수단의 해제를 일으키도록 감압실을 펌프 탱크와 통하게하는 유압수단을 제어하기 위한 제2전자식 제어수단을 포함하며, 상기 유압수단은 봉합체내에 위치된다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 언급된 형태의 기구는 감압실과, 탱크 내부사이에 삽입된 정변위 왕복 펌프를 가지며, 그 피스톤은 제1전자식 제어수단에 의해 작동되고, 왕복 운동시 예정된 진폭의 로드 상승을 일으키며, 제2전자식 제어수단에 의해 해제 가능한 높은 위치에서의 로드 고정용 수단을 포함하고 있다.
이러한 배치로, 상승힘 및 상승속도가 독립적으로 제어될 수 있다. 상승힘은 주로 제1전자식 제어수단에 의해 가해진 힘에 의존된다. 상승속도는 상기 수단의 작동 비율에 필수적으로 의존된다. 코어내의 삽입을 위한 제어봉의 하방 속도는, 감압실과 탱크간의 유로에서의 헤드 손실을 조정함으로써 독립적으로 제어될 수 있고, 상기 유로는 제2전자식 제어수단이 여기될 때 개방된다.
본 발명의 기구는 탱크 외부로 주 냉각제를 보내는 파이프 길이를 포함하지 않으며, 전체의 설계를 단순화시키고 제어봉의 제어되지 않는 철수 또는 누설을 영구적으로 보충할 필요성을 생기게하는 누설의 위험을 제거한다. 결국, 로드를 상승시키는 기능과 로드를 고정시키는 기능은 분리되어 있기 때문에, 만일 기구중의 한 고정 시스템이 한 작동중에 고장난다면 여러봉의 제1전자식 제어수단은 상작업으로 부터의 위험 없이 동일 발전기에 의해 제어될 수 있다.
봉 낙하는 탱크의 내부와 감압실간의 냉각제 유로를 개방함으로써 중력에 의해 일어날 수 있다. 다른 실시예에서는 낙하 속도를 가속화하기 위해 펌프가 사용된다.
단지 예로서만 주어진 특수한 실시예의 후술로부터 본 발명을 보다 잘 이해할 것이다. 그 설명은 첨부도면을 참고한다.
제1도에서, 작동 및 고정 기구는 함께 조립된 여러 부품으로 이루어진 관형 봉합체(10)내에 수용된다. 봉합체는 원자로의 두 냉각제의 압력에 견딜 수 있게 만들어진 원자로 탱크의 덮개(12)를 통해 돌출한다. 봉합체는 도시되지 않은 해제 가능한 커플링에 의해 제어봉에 연결되면서 제어봉을 구동하는 로드(14)를 수용한다. 로드는 그 상단부 근방에서 밀봉링(16)을 가지면서 피스톤을 형성하는 확대부(15)를 가진다. 라이너(18)는 봉합체(10)내부에 끼워지고 그 상부에서 제2라이너(24)에 고정된다. 이것을 링(16)이 라이너상을 거의 밀봉적으로 미끄러지도록된 내경을 가진다. 라이너(18)의 외경은 탱크로 통하는 환형 공간(20)이 라이너(18)와 봉합체(10)사이에 존재하도록 되어 있다. 라이너(18)는, 로드가 제1도에 도시된 높은 위치를 점할때라도 세그먼트가 접촉이 계속 이루어질 정도로 충분히 높게 연장한다. 이러한 높은 위치에 있을 때 구동로드(14)는 봉합체에 가로질러 위치하는 가로켐 형성핀(22)과 접합한다. 제2라이너(24)는 라이너(18)의 연장으로 봉합체(10)내부에 끼워진다. 봉합체에서 이것은 반경방향 홈(28)을 통해 공간(20)과 통하는 제2환형공간(26)을 규정한다.
봉합체(10)의 상부는 밀봉 플러그(30)로 폐쇄되고 여기에는 스크류(33)로 폐쇄된 드레인구멍(32)이 형성되어 있다.
원자로 주회로의 충전중에 기구의 가압 봉합체에 공기가 트랩될 수 있다. 정상 운전 압력에서 공기가 차지하는 것보다 상당히 큰 용적을 가지는 집합실(35)이 플러그 아래에 구비된다.
본 발명의 기구는 한편으로는 높은 위치에서 제어로드를 고정하는 해제 가능한 장치와, 다른 한편으로는 단계식 상승 장치를 포함한다. 두 기구에 대해서 계속해서 기술한다.
고정 장치는 라이너(24)내에 위치한다. 이것은 고정 유니트와 가동 유니트를 가지는 전자식 작동 수단을 포함한다. 고정 유니트는 봉합체 외부에 위치하고 이 봉합체와 동축인 작동 코일(36)과, 라이너(24)내부에 고정된 고정지주부(38)을 포함한다. 가동 유니트는 낮은 위치(제1도)와 고정지주부(38)에 접촉하는 높은 위치 사이를 움직일 수 있는 지주부(40)를 포함한다. 2개의 지주부는 고정지주부(38)위에 위치하는 용적과 함께 감압실(46)을 형성하는, 로드와 라이너(24)로 규정된 용적과 통하도록 형성된 축방향 통로(42,44)를 가진다. 복귀스프링(47)은 제1도에 도시된 낮은 위치로 가동지주부(40)를 오게 해서 유지시킨다.
가동지주부(40)는 분배 밸브와 로드를 고정하기 위한 해제가능한 파지 기구를 형성한다. 이것이 분배 밸브로서 작동하기 위해서는 서로 축방향으로 이격되어 라이너(24)의 내연상을 밀봉적으로 미끄러질 수 있는 2개의 밀봉링(48)을 가진다. 구멍(50)은 지주부(40)가 그 낮은 위치에 있을 때 링(48)사이에서 개방되는 위치에서 라이너(24)를 통해 형성되며, 따라서 지주부(40)가 상승될 때 즉 작동코일(36)이 여기될 때 환형공간(26)을 감압실(46)과 통하게 한다.
지주부(40)가 파지 기구로서 작동하기 위해서 단부에 파지 캐치를 형성한 가요성 하향 깃(52)을 갖는다. 이러한 캐치는 통제가 그 주행의 상단부에 도달할 때 로드(14)상의 통제(54)에 의해 떨어져 이동될 수 있는 형상을 하며, 그러나 깃은 로드의 게에 의해 벌어질 수는 없다.
가동지주부(40)를 상승시킴으로써 강제적으로 깃을 개방하는 수단이 제공된다. 제1도에 도시된 바와 같이, 핀(22)과 깃상의 내향 보스(56)가 존재한다. 보스(56)는 가동지주부(40)가 낮은 위치에 있을 때 핀(22)바로 아래에 있도록 위치되고, 가동지주부(40)가 상승될 때 핀과 정렬되도록 위치된다.
로드 변위 기구는 기본적으로 고정부와 가동부를 가지는 전자식 제어 피스톤 펌프를 포함한다.
펌프의 고정부는 코일(36)과 유사한 코일(58)과, 라이너(24)내의 고정지주부(60)를 포함한다. 라이너(24)와 지주부(60)간의 밀봉은 하나 이상의 링이 구비된다.
펌프의 가동부는 휴지위치(제1도)와 고정지주부(60)에서의 작업위치 사이를 움직일 수 있는 지주부(62)로 형성한다. 지주부(62)는 코일(50a)이 여기될 때 코일에 의해 작업 위치로 이동된다. 지주부 사이에서 압축된 복귀 스프링(64)은 지주부(62)를 그 낮은 위치로 편의시킨다. 그 표면상에 작용되는 유체 압력을 균형 맞추기 위해 통로(66)가 가동지주부(62)내에 형성된다.
가동지주부(62)는, 펌핑실(70)을 규정하는 고정지주부(60)내의 홈으로 돌출하는 밀봉링 구비의 플런저(68)를 형성하면서 확대 또는 감소된 직경을 가진다. 펌프의 유압 회로는 플러저내의 축방향 통로(72)를 포함하며, 흡입 비귀환 체크밸브(74)가 구비되어 펌핑실(70)을 가동지주부(62)아래에 위치하는 용적과 그리고 감압실로 연결시켜 주고 있다. 또 이러한 회로는 펌핑실(71)로부터 시작해서 송출 체크 밸브(78)가 구비된 도관(76)을 포함한다. 이러한 도관(76)은 라이너(24)에 형성된 하나 이상의 구멍에 의해 연장되고, 따라서 도관(76)은 원자로 탱크의 내부와 영구적으로 통하고 있다.
흡입 및 송출 밸브는 종래의 구조로 될 수 있으며, 예를 들어 복귀 스프링에 의해 자리로 가게되는 보올로 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 펌프는 작동코일(58)을 제외하고 라이너(24)내에서 전적으로 일체화되어 있음을 알 수 있다.
기구의 작동을 제2a도, 2b도를 참조하여 기술하고, 여기서 기구의 주요소만 도시하며, 보다 명확히 하기 위해 척도는 고려하지 않는다.
구동로드는 단계적으로 상상되며, 각 단계느느 코일(58)의 여기-비여기 사이클에 해당하는 코일(58)의 각 여기는 지주부(62)를 제2a도에 도시된 위치로부터 고정지주부(60)와 접촉하는 위치로 이동시킨다. 펌핑실(70)의 내용물은 도관(76), 환형공간(26,20)을 통해 탱크로 배출된다. 상승 이동은 로드(14)상의 상향힘을 일으킨다. 만일 누설이 무시될 수 있다면 그 힘은 가동지주부(62)상에 가해지는 힘에 비 S1/S0을 곱한 값과 같으며, 이때 S1은 피스톤(15)의 링으로 규정된 단면적이고, S0는 플런저(68)의 단면적이다. 로드(14)의 행정은 가동지주부(62)의 행정에 비 S0/S1을 곱한 값과 같다.
코일(58)이 비여기될 때, 가동지주부(62)는 그 휴지 위치로 돌아간다. 액체는 흡입밸브(74)를 통해 감압실(46)로부터 펌핑실(70)로 흐른다. 가동지주부(62)의 하방 운동은 로드(14)상부의 액체에 제공된 용적의 변동없이 이루어지기 때문에 로드는 제자리에 있다.
따라서, 코일(58)의 각각의 여기-비여기 사이클은 가동지주부의 행정에 비 S0/S1를 곱한 값과 같은 높이로 구동로드(14)를 상승 이동 시킨다.
구동로드(14)의 상승 행정의 최종 부분중에 상기 로드는 깃(62)사이에 늘어간다. 통체(54)가 깃(52)을 벌어지게하는 수직힘보다 더 큰 값으로 스프링(47)의 프리스트레스가 선택된다. 따라서, 통체(54)는 가동지주부(40)를 구동함이 없이 깃을 지난다. 통체(54)의 하부 견부가 가요성 깃(52)의 단부 케치를 넘어 이동되자마자 단부 캐치는 다시 닫히며 제1도 실선으로 도시된 바와 같이 구동로드가 하방으로 이동되는 것을 방지한다.
구동로드가 캐치의 높이를 지날 때 신호를 공급하는 감지기가 구비된다. 감지기는 예를 들어 로드(14)의 상부에 설치된 영구 자석으로 작동시키기 위해 봉합체(10)외부의 밀봉된 밸브에 놓인 가요성 깃 스위치(도시되지 않음)이다. 감지기에 의해 공급된 신호는 코일(58)의 여기-비여기 사이클의 반복을 정지시키는데 사용될 수 있다.
만일 밀봉링이나 보올 밸브에서 누설이 없다면 구동로드(14)는 제2a도에서 일점쇄선으로 도시된 바와 같이 그 높은 위치 즉 핀(22)에 접촉한 상태에 있게된다. 만일 누설이 존재한다면 구동로드와 제어봉의 무게로 제1도에서 일점쇄선으로 도시된 바와 같이 깃을 닫게하려는 형상인 가요성 깃(52)의 캐치에 지탱될때까지 로드(14)는 하방으로 천천히 이동한다. 이와 같이 제어봉은 코어 외부에 있는 위치에서 유지된다.
해제 작동은 보통 부품이 제1도에서 일점쇄선으로 도시된 초기 위치에 있을시 일어난다. 이때 로드가 깃(52)의 캐치로부터 해제되고 있음을 감지기(도시되지 않음)가 표시할 때 까지 상승 기구를 작동시킴으로써 로드(14)는 상승되어 있다. 도 이때 제어 코일(36)은 가동지주부(40)를 상승 시키도록 여기된다. 상방 이동중, 가요성 깃(52)은 핀(52)에 의해 떨어져 움직이고 감압실(46)은 환형공간(20,26)을 통해 탱크에 연결된다. 이때 구동로드와 제어봉은 그 무게의 작용으로 천천히 하방으로 움직이고, 낙하 속도는 구멍(50)의 흐름 면적을 적절히 규제함으로써 조정될 수 있는 헤드 로스에 의해 결정된다.
고정수단 및 로드 변위수단에 대해서는 여러 가지 변경이 가능하다. 제3a도 및 제3b도는 로드와 제어봉의 하방 운동을 가속하기 위해 펌프를 사용한 고정수단의 변경을 개략적으로 도시한 것이다.
제3a도 및 3b도에서, 제1도에 도시된 것에 해당하는 부품은 동일 참조번호로 표시한다. 변위수단은 변경되지 않고 있다. 고정수단은 또 가동지주부(40)를 포함한다. 한편, 이것은 밀봉링(48)뿐만 아니라 밀봉링(46)가까이에 있으면서 지주부의 중간으로부터 보다 작은 거리로 위치된 2개의 링(80)을 포함한다. 지주부(40)에는 2개의 내부도관(82,84)이 형성된다. 도관(82)은 한쌍의 상부링(48,80)사이의 공간과, 링(80)간의 공간을 연결한다. 도관(84)은 지주부(40)의 중심구멍(42)(이때 블라인드 호울인)을 한쌍의 하부리(80,48)으로 규정된 공간에 연결시킨다.
제3a도 및 3b도에 도시된 바와 같이, 환형공간(26)은 밀봉체(86)에 의해 상부와 저부로 분리된다. 구멍(50)은 하부를, 지주부가 휴지상태에 있을 때 (제3a도) 링(80)사이에 위치하고 이 지주부가 제어 코일의 여기에 따라 고정지주부(38)와 접촉할 때(제3a도) 도관(84)과 변하게 되는 라이너(24)내의 보어 지역에 연결시켜준다. 이송구멍(88)은 상부(26a)를, 가동지주부(40)가 어떤 위치에 있건 링(80) 사이에 위치한 라이너(24)내의 보어지역에 연결시킨다.
마지막으로, 라니너(24) 몸체에 형성된 내부 이송 채널(90)은 감압실(46)을, 가동부재(40)가 휴지상태(제3a도)에 있을 때 링(48,80)위에 위치하고 제어코일(36)이 여기될 때 한쌍의 상부링(48,80)사이에 위치하는 라이너(24)보어 지역과 통하게 한다.
제3a도 및 3b도에 도시된 변경에서 봉의 상승은 펌프에 의해 제공되고 가동 지지부(40)를 휴지상태(제3a도)에서 유지시킨다. 봉의 하방 이동은 가동 지지부(40)를 제3b도에 도시된 위치로 오게함으로써 생긴다. 제1도에 도시된 경우와 같이 만일 펌프가 휴지 상태에서 유지되고 그러나 밸브(74, 78)를 통해서라면 하방이동이 생긴다는 것을 알수 있다.
봉의 하방 이동을 가속시키길 원한다면 펌프를 충분히 작동시킨다.
양쪽의 경우, 물 흐름은 제3b도에서 화살표 f1으로 표시된 통로를 따라 생기고, 제3a도에서 화살표 f0로 표시된 상승 통로와 비교될 수 있다.
사용된 실시예가 어떻던 간에, 조립된 후 가압된 액체 냉각제로 초기에 충전되어야 한다. 이를 위해서, 감압실(46)과 환형공간(26)을 통하도록 제어코일(36)이 여기된다. 이때 주 냉각제의 압력이 증가될 때 펌핑실(70)의 충전이 일어난다. 이러한 충전을 허용하기 위해 밸브(74)가 개방한다. 이때 집합실(35)은 환형공간(26)과 도관(76)을 통해 충전되고 스크류(33)를 개방함으로써 배출된다.

Claims (4)

  1. 각각 구동로드가 구비된 제어봉과 가압된 냉각제를 포함하는 탱크와, 로드와 동축인 봉합체를 가지고 또 로드를 미끄럼 가능하게 수용하는 유압 실린더를 형성하여 로드와 함께 감압실을 한정하는 구동로드의 길이 방향 이동 및 고정용 기구와, 높은 위치에서 로드를 기계적으로 고정시키는 수단을 가지는 원자로에 있어서, 상기 기구는, 봉합체 외부에 위치한 제1전자식 제어수단과, 예정된 단계로 로드의 단계적 상승을 일으키도록 감압실내의 냉각제 압력을 감소시키기 위해 상기 전자식 제어수단으로 제어되는 유압수단과, 제1전자식 제어수단과는 다르나 역시 봉합체 외부에 위치하면서 로드의 하방 이동과 상기 고정수단의 해제를 일으키도록 감압실을 덤프탱크와 연통시키는 유압수단을 제어하기 위한 제2전자식 제어수단을 포함하며, 상기 유압수단은 봉합체내에 위치되는 것을 특징으로 하는 구동로드의 길이방향 이동 및 고정용 기구.
  2. 제1항에 있어서, 제1 및 제2전자식 제어수단은 독립적으로 여기는 1차 코일 및 2차 코일을 포함하며, 상기 2차 코일은 로드를 해제시키고 코일이 여기되었을때 감압실을 탱크에 연결시키는 것을 특징으로 하는 기구.
  3. 각각 구동로드에 의해 지지된 수직이동 가능한 제어봉과 가압된 액체 냉각제를 포함하는 탱크와, 로드와 동축인 봉체를 가지고 또 로드를 미끄럼 가능하게 수용하는 유압실리더를 형성하여 로드와 함께 감압실을 한정하는 구동로드의 수직 이동 및 고정용 기구와, 높은 위치에서 로드를 기계적으로 고정시키는 수단을 가지는 원자로에 있어서, 상기 기구는, 감압실과 탱크 내부 사이에 삽입되고 그 피스톤이 제1전자식 제어수단에 의해 작동되어 왕복 운동시 예정된 진폭의 로드 상승을 일으키는 정변위 왕복 펌프와, 제2전자식 제어수단에 의해 해제가능한 높은 위치에 로드를 고정시키기 위한 로드 고정용 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동로드의 수직이동 및 고정용 기구.
  4. 제3항에 있어서, 상기 펌프는, 예정된 위치사이에서 제1전자식 제어수단에 의해 이동가능한 지주부와, 흡입밸브에 의해 유압실린더에 연결되고 배출 밸브에 의해 탱크에 연결되는 가변 용적 펌핑실을 한정하기 위해 공정부와 공동작용하는 플런저를 포함하는 것을 특징으로 하는 기구.
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