KR930005577B1 - 원자로용 제어봉 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

원자로용 제어봉

제1도는 명확성을 위해 일부를 제거하고 수직으로 축소하여 도시된 연료 집합체의 정면도.

제2도는 연료 집합체의 제어봉을 지지하는 스파이더 조립체의 확대 평면도.

제3도는 제2도의 선 3-3을 따라 취한 스파이더 조립체의 단면도.

제4도는 본 발명을 실시하는 한 제어봉의 단부를 제3도의 선 4-4를 따라 취한 확대도.

제5도는 제4도의 선 5-5를 따라 취한 단부 플러그의 확대 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 연료 집합체 14 : 스파이더 조립체

18 : 안내 딤블 30 : 제어봉

50 : 클래딩 부재 52 : 단부 플러그

58 : 마모 슬리이브 66 : 환상부

72 : 쇼울더 74 : 본체부

본 발명은 일반적으로 원자로에 관한 것이며, 특히 개선된 제어봉에 관한 것이다.

전형적인 원자로에 있어서, 원자로심은 각각 각수의 긴 연료소자 혹은 봉을 가지고 있는 다수의 긴 연료집합체로 구성되어 있다. 액체 냉각제는 전기를 발생하기 위해 노심으로 부터 열을 추출하도록 노심을 통하여 상류한다.

노심의 열출력은 B₄C와 같은 중성자 흡수 물질을 함유하는 제어봉의 이동 혹은 미합중국 특허 제4,432,934호에 서술된 것과 같은 물 변위봉의 이동에 의해서 보통 조절 되어진다. 가압수형 원자로에 있어서, 각 연료 집합체는 전형적으로 제어봉 혹은 물 변위봉이 상호 이동할 수 있는 다수의 안내관 혹은 딤블을 포함하고 있다. 원자로 냉각재 중 일부는 보통 제어봉의 냉각을 위하여 안내 딤블의 하단부로 전환된다.

원자로가 운전되는 동안 대부분의 제어봉은 하단 플러그의 단부가 안내 딤블의 상단부에 놓여지도록 원자로심에서 철수된 상태로 유지된다. 이러한 철수 상태에 있는 동안 제어봉은 단부 플러그를 지닌 제어봉 부분을 지나 안내 딤블을 통과하는 냉각수의 흐름으로 인한 상당한 진동을 경험하게 된다.

상기 제어봉의 진동은 제어봉 단부 플러그가 안내 딤블의 내측벽 표면과 접촉하면서 진동을 일으키는 것에 기인한다. 이리하여 마로를 야기하고 딤블벽의 관통과 연료 집합체 구조물의 약화에 이르게 한다.

이러한 문제를 제거하기 위한 시도가 미합중국 특허 제4,292,132호와 4,311,560호에서 수행되었으며, 상기 두 특허에서는 그러한 제어봉이 안내 딤블 벽을 치는 것을 방지하므로서 안내 딤블벽상의 마모를 제거하는 것이 제안되어 있다. 따라서 미합중국 특허 제4,292,132호는 안내 딤블벽에 대해 균일한 탄성 피트를 제공하여 봉 단부가 충돌하는 것을 방지하는 스프링 장치를 각 제어봉은 하단부에 추가시키는 것을 제안하고 있다.

미합중국 특허 제4,311,560호의 기술에 따라서 제어봉은 그 하단부에 유압 베어링을 형성하였으며, 상기 베어링은 안내 딤블벽에 대해 제어봉 단부를 구동하려고 하는 힘과 대항하는 힘을 발생시키기에 적합한 것이다.

본 발명의 주 목적은 상기 언급된 마모 문제를 간단하고 적은 비용으로 효과적인 해결을 제공하는데 있다.

따라서, 본 발명은 안내 딤블내에서 축방향 이동을 위해 제어봉을 지지하는 장치를 갖는 원자로용 제어봉에 있으며, 상기 제어봉은 사용시 안내 딤블내에 위치된 제어봉 단부에 설치되며 제어봉의 횡방향 진동이 일어나면 안내 딤블을 칠수 있는 단부 플러그를 포함하며, 상기 단부 플러그는 안내 딤블과 단부 플러그 사이에 접촉부를 제공하며 안내 딤블과 유사한 물질로 구성되어 있는 슬리이브를 가지고 있는 것을 특징으로 한다.

안내 딤블과 제어봉 단부 플러그 사이의 직접적인 진동 접촉을 방지하기 위해 특별한 장치를 필요로 하는 상기 시도와는 달리 본 발명은 안내 딤블과 유사한 물질로 만들어지는 간단한 슬리이브에 의해 형성된 접촉부를 제공하여, 제어봉 단부 플러그와 안내 딤블 사이의 진동 접촉에 기인한 마모를 최소화 한다.

안부 플러그와 제어 딤블상의 슬리이브는 스테인레스 스틸과 같은 동일한 물질로 만들어졌지만, 그가 부착되고 밀봉되어 있는 단부 플러그 자체와 제어봉 클래딩은 슬리이브의 물질과는 다른 지르칼로이와 같은 물질로 구성된다.

상이한 물질은 용접을 통해 잘 결합되지 않기 때문에 슬이이브는 홈에 적재되어 슬리이브의 내측 표면에 형성된 단일 주변 벌지와 단부 플러그의 주변 표면에 형성된 환상 홈을 포함하는 인터록 연결에 의해 단부 플러그에 부착되어 진다.

슬리이브는 그와 단부 플러그 사이에 원자로 냉각재가 도입되어 슬리이브와 안내 딤블 사이에 충격을 완화하기에 충분한 갭을 남겨두도록 한 내경을 가지고 있다.

본 발명의 양호한 실시예가 부수 도면을 참고로 서술될 것이다.

하기 설명에서, 동일한 참고 번호는 전 도면에 걸쳐 동일하거나 상응하는 부품을 지적하는 것이며, “전방”, “후방”, “좌측”, “우측”, “상향”, “하향”등과 같은 용어는 제한적인 용어로 간주 되어서는 안되며 편의상 사용한 것임을 밝혀둔다. 제1도에는 일반적인 참고번호(10)으로 지적된 완전히 결합된 연료 집합체를 도시하고 있다.

상부 노심 지지판(12)은 연료 집합체(10)의 정부를 가로질러 설치되어 있으며, 스파이더 조립체(14)는 상부 노심 지지판 위에 설치되어 있다.

연료 집합체(10)는 원자로(도시안됨)의 노심 지역에 있는 하부 노심판(도시안됨)상에 집합체를 지지하기 위한 하단 구조를 혹은 저부노즐(16), 저부 노즐(16)에서 상향 돌출된 다수의 안내관 혹은 딤블(18), 안내 딤블(18)을 따라 축방향으로 간격진 다수의 횡방향 격자(20), 격자(20)에 의해 지지되고 횡방향으로 간격져 조직적으로 배열된 긴 연료봉(22), 연료 집합체(10)의 중앙에 있는 기구관(24), 안내 딤블(18)의 상단부에 부착된 상단 구조를 혹은 정부 노즐(26)등으로 구성되어 있다.

상부 노심 지지판(12)은 원자로심 내에 있는 집합체(10)와 같은 모든 연료 집합체를 가로질러 뻗어 있다. 그속에는(28)과 같은 다수의 냉각제 흐름 통로를 가지고 있으며, 각 안내 딤블(18)은 제어봉(30)의 삽입을 가능하게 하도록 그와 축방향 일선상에 있는 하나의 그러한 통로(28)를 가지고 있다.

제어봉(30)의 상단부는 안내 딤블(18)내에서 축방향 이동을 위해 제어봉을 지지하는 스파이더 조립체(14)에 연결되어 있으며, 상기 이동은 종래의 구동기구(도시안됨)의 영향을 받는다.

제2도 및 3도에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이, 스파이더 조립체(14)는 중앙 허브(32)와, 허브(32)에서 방사상 외측으로 뻗어 있는 다수의 베인(34)과, 베인(34)상에 있는 다수의 핑거(36)로 구성되어 있으며, 각 핑거는 그에 연결된 하나의 제어봉(30)을 가지고 있다. 중앙 허브(32)는 구동기구(도시안됨) 의 연결을 위해 그 상단부에 내측 나선부(40)를 갖는 관의 형태로 되어 있는 것이 바람직하며, 상기 구동 기구는 스파이더 조립체(14) 및 그에 의해 지지되는 제어봉(30)을 상하로 이동시키기 위해 작동된다.

관형 허브(32)는 압축 상태로 간직된 코일 스프링(42)을 포함하는 공동 하중 흡수 기구를 내장하고 있으며, 니플(44)은 제어봉(30)이 노심판 통로(28) 및 안내 딤블(18)과 적절한 정열 상태를 유지하도록 노심판(12)의 정부 표면에 구비된 얇은 공동(도시안됨)에 안착되도록 되어 있다. 하중 흡수 기구의 1차 목적은 제어봉(30)이 안내 딤블(18)속으로 완전히 삽입되어 스파이더 조립체(14)가 노심판(12)의 정부와 접하게 될때 연료 집합체(10)의 하중과 노심판(12)의 하중 사이에 충격이 일어나는 것을 방지해 준다.

각각의 제어봉(30)은 스파이더 조립체(14)의 한 핑거(36)로 부터 지지되며, 각 핑거(36)의 하단부(46)에는 관련 제어봉(30)의 상단부(48)를 나선 수용하기 위한 내부 사선 축방향 개구를 가지고 있다. 각 제어봉(30)은 관형 클래딩 부재(50)와 클리딩 부재의 하단부(54)(제4도 참조)에 부착된 단부 플러그(52)를 포함하고 있다.

일부 제어봉의 설계에서, 클래딩은 단부대 단부로 쌓여 있는 펠릿(56)과 같은 펠릿 형태의 중성자 흡수 물질을 포함하고 있는 반면, 다른 제어봉 설계는 상술한 미합중국 특허 제4,432,934호에 서술된 바와 같이 중성자 감속 냉각재의 일부를 변위함에 의해 원자로를 제어하는데 사용되는 변위봉으로 사용하기 위한 것을 나타내고 있다.

상술한 바와 같이, 원자로의 출력 레벨은 안내 딤블 안팎으로 봉(30)과 같은 제어봉을 삽입 및 철수함에 의해 조절되며, 제어봉은 원자로 가동정지중 완전히 삽입되어지며, 원자로가 최대 출력으로 운전될때 그들의 일부는 철수된다. 상기 문장에서 “철수”란 제어봉(30)이 안내 딤블(18)에서 완전히 철수되었다는 것이 아니고 약 15cm 정도의 짧은 거리만큼 여전히 삽입되어 있다는 뜻으로 이해해야 할 것이다.

제어봉(30)이 안내 딤블(18) 즉, 원자로심(도시안됨)속으로 완전히 삽입되었을 때 그들은 상당한 열을 받기 때문에 펠릿이 용융되는 것을 방지하도록 그들을 냉각하기 위한 설미가 제공되어야 한다.

전형적으로 안내 딤블의 하부는 이러한 목적을 의해 개구(도시안됨)를 구비하고 있으며, 상기 개구는 연료 집합체(10)의 저부로 들어온 원자로 냉각제의 일부를 안내 딤블(18)로 들어오도록 하여 제어봉(30)위로 상류하게 한다.

상술한 바와 같이, 딤블을 통해 제어봉의 단부를 지나가는 냉각제의 상기 흐름은 특히 제어봉이 철수 위치에 있을 때 봉의 하단부에서 진동을 야기시키는 경향이 있다.

이리하여 상이한 물질의 경계면에서 진동 접촉이 일어나며 그 결과 과도한 마모가 생기게 된다. 예를들어 일부 원자로에서 제어봉의 스테인레스 스틸 단부가 지르칼로이 딤블에 대해 진동하게 되어 딤블벽이 과도하게 마모 되었다. 또다른 원자로에서, 딤블은 스테인레스 스틸로 만들고 제어봉은 지르칼이로 만들었다. 어떤 물질이 그 부품을 제작하는데 사용 되었는가에 관계없이 상이한 물질 사이에 진동 접촉이 일어나면 과도한 마모가 발생되는 것이다.

제4도 및 5도를 참고하면, 본 발명은 안내 딤블(18)과 제어봉(30)의 접촉부에 마모 슬리이브(58)를 제공하게 되며, 상기 마모 슬리이브는 안내 딤블과 동일한 물질로 구성된다. 예시된 실시예에서, 안내 딤블(18)이 스테인레스 스틸로 만들어진 반면 제어봉(30)의 단부 플러그(52)와 클래딩(50)은 지르칼로이로 만들어졌다고 하면, 마모 슬리이브(58)는 스테인레스 스틸로 만들어지게 된다.

단부 플러그(52)는 동체 용접(60)에 의해 클래딩 부재(50)의 하단부(54)에 강력하게 부착되어 밀봉되어 있다. 그러나 용접부(60)는 플러그의 내측 단부(68)와 좁은 환상부(66)의 결합부에서 단부 플러그(52)상에 형성된 쇼울더(64)와 클래딩 부재(50)의 하측연부(62) 사이의 접촉 원주 위치에 형성되어 있다. 플러그 환상부(66)의 외경은 클래딩 부재(50)의 외경과 실제 동일하다.

제4도에 도시된 바와같이, 마모 슬리이브(58)는 슬리이브의 내측 단부(70)가 동체 용접부(60)에서 조금 떨어진 단부 플러그(52)상의 또다른 쇼울더(72)와 접하게 되는 위치에서 단부 플러그(52)상에 설치되어 있다. 쇼울더(72)는 단부 플러그의 긴 본체부(74)와 환상부(66)의 결합부에 형성되어 있으며, 상기 본체부는 플러그의 내측단부(68)와 동일한 외경을 가지고 있으며, 상기 외경은 클래딩 부재(50)의 내경보다 약간 작다.

단부 플러그의 긴 본체부(74)를 둘러싸는 마모 슬리이브(58)(제5도 참조)는 제4도에 도시된 것처럼 플러그(52)의 뾰족한 단부(76)를 향해 본체부(74)길이의 약 1/3정도로 방사상 플랜지 혹은 환상부(66)에서 뻗어있다. 마모 슬리이브(58)는 클래딩(50)과 동일한 외경을 가지고 있다.

슬리이브(58)는 일반적인 참고번호(78)로 지적된 인터록 연결부를 통해 단부 플러그(52)에 부착되어 있으며, 인터록 연결부는 쇼울더(72)로 부터 간격진 위치에서 플러그 본체부(74)에 적당히 형성된 원주상 홈(84)과, 홈(84)과 인터록 되는 위치에서 슬리이브(58)상에 기계적으로 압연되거나 스웨지 되어 형성된 하나의 원주상 내부 벌지(80)로 구성되어 있다.

하나의 벌지(80)는 슬리이브(58)와 플러그(52)의 축방향 열차이를 제거하는데 바람직하다. 또한 인토록 연결부는 서로 상이한 물질 사이의 용접의 어려움으로 인해 용접 대신 사용된다.

마모 슬리이브(58)는 여기서 단부 플러그(52)와 완전히 표면 대 표면의 접촉 상태로 도시되어 있지만, 슬리이브와 플러그 사이에 얼마간의 횡방향 상대 운동을 허용하도록 이들 사이에 작은 방사상 갭을 제공하는 것도 바람직하다. 사용시 안내 딤블을 통해 흐르는 냉각재의 일부는 슬라이브와 단부 플러그 사이의 방사상 갭으로 들어가게 된 것이며, 따라서 진동 충격을 완화하는 역할을 수행하게 될 것이다.

본 발명에 따른 설비를 사용하면 딤블과의 진동 충격에 기인하는 어떠한 마모도 안내 딤블과 동일한 물질, 즉 서술된 실시예에서 스테인레스 스틸로 구성되는 마모 슬리이브(58)에 의해 최소화 된다는 것을 알수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 사용시 안내 딤블내에 위치된 제어봉 단부상에 설치되며 제어봉의 축방향 진동으로 인해 안내 딤블을 타격할 수 있는 단부 플러그를 포함하며, 안내 딤블 내에서 수직 운동을 하는 제어봉을 지지하기 위한 장치를 갖는 원자로용 제어봉에 있어서, 상기 단부 플러그(52)는 단부 플러그와 안내딤블(18)사이에 접촉부를 제공하는 슬리이브(58)를 가지고 있으며, 상기 슬리이브는 안내 딤블과 유사한 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 원자로용 제어봉.
2. 제1항에 있어서, 상기 물질은 단부 플러그(52)의 물질과는 상이하며, 상기 슬리이브(58)는 인터록 연결부(78)에 의해 단부 플러그(52)에 부착되는 것을 특징으로 하는 원자로용 제어봉.
3. 제2항에 있어서, 인터록 연결부(78)는 단부 플러그(52)의 주변 표면에 형성된 환상홈(84)과, 상기 환상홈(84)에 적재되어 슬리이브(58)의 내측 표면상에 형성된 하나의 주변 벌지(80)로 구성되는 것을 특징으로 하는 원자로용 제어봉.
4. 제1항, 2항 또는 3항에 있어서, 안내 딤블은 원자로가 운전중일 때 딤블을 통해 흐르는 냉각재를 가지고 있으며, 슬리이브(58)와 단부 플러그(52)는 액체 냉각제가 그속으로 도입되어 슬리이브와 안내 딤블 사이의 충격을 완화하기에 충분한 방사상 갭을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 원자로용 제어봉.

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