KR930009568B1 - 핵 연료봉의 진동으로인한 손상방지 및 보수 장치와 방법 - Google Patents

Abstract

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Description

핵 연료봉의 진동으로인한 손상방지 및 보수 장치와 방법

제 1 도는 유수(流水)가 반응로 노삼의 연료봉을 지나는 것을 예시한 통상적인 가압수형 반응로 노심의 개략적인 단면도.

제 2 도는 차폐판들의 차폐결합부에서의 틈 또는 분리로 인한 분출물의 문제를 예시한, 제 1 도 노심의 개략적인 부분 평면도.

제 3 도는 본 발명의 장치를 묘사하는, 제 1 도의 핵반응로 노심에 배치된 연료봉 조립체의 부분적인 사시도.

제 4 도는 조립체의 연료봉들 주위에 클립의 부착을 보여주는, 제 3 도의 선 4-4를 따라 취한 클립들중 하나의 확대된 평면도.

제 5 도는 제 3 도의 연료봉 조립체 일부분의 확대된 사시도.

제 6 도는 제 5 도에 도시딘 연료봉 조립체 일부분중 하나의 부분적인 사시도.

제 7 도는 손상된 연료봉이 연료봉 조립체로 부터 제거되는 것을 나타내는 사시도.

제 8 도는 보수된 연료봉 조립체의 사시도.

제 9 도는 본 발명의 한 실시예의 클립들중 하나의 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 노심(reactor core) 12 : 가압수형 반응로

13 : 인입구 14 : 노심 배럴

15 : 차폐판 18,19 : 차폐판 결합부

20,21 : 분출물 22 : 연료봉

23 : 환형판 24 : 판

30 : 연료봉 조립체 31,58 : 클립(clip)

40 : 핵반응력이 없는 봉 41 : 탭(tab)

42,43 : 스페이서(spacer) 44 : 노치(notch)

45 : 인접부 48 : 결합판

52 : 격자 스페이서 56 : 손상된 연료봉

본 발명은 핵 연료봉의 침식 또는 진동에 의한 손상을 제거 또는 감소 및 손상을 보수하는 방법과 장치에 관한 것이다.

가압수형의 핵 반응로는 노심의 연료봉으로 부터 열을 제거하기 위하여 고속의 유수(流水)를 사용한다. 냉각수는 여러 통로들을 통하여 노심으로 유동하는데 그 통로들 중 하나는 반응로 노심의 가장자리에 바로 인접해 있다. 노심 냉각수를 유입 냉각수로 부터 분리하는 재료는 약 2in두께의 스테인레스 강판으로서 차폐판으로 알려져 있다. 차폐판 외부에서의 물의 압력은 노심의 것보다 30ℓb/in²만큼 더 크다. 때로 노심을 차폐하는 여러 차폐판들 사이에 틈이 있게 된다. 차폐판의 외부와 내부 사이의 수압차는 물이 상기 틈을 통해 급히 흐르도록 야기한다. 이런 물의 흐름은 "분출물"로 언급되며, 반응로 노심은 연료봉으로 가득차 있기 때문에 분출물은 연료봉에 부딪히거나 스쳐지난다. 노심 안에서의 통상적인 물의 흐름은 저부에서 상부로 연료봉과 평행하다. 분출 흐름을 야기하는 차폐판의 틈은 보통의 물흐름에 수직이다. 분출물이 연료봉이 측면에 부딪힐 때 연료봉을 진동시킨다.

이런 진동은 연료봉이 스페이서(spacer)라고 하는 연료봉 지지구와 접촉하는 곳에서 연료봉의 심한 마모를 야기한다. 이같은 종류의 마모는 침식으로 알려져 있으며, 장비된 연료봉을 통해 전체적으로 진행되어 핵연료봉으로 부터 반응로 냉각수로 분열물질이 유출되게 한다. 냉각수의 분열물질은 정상적인 반응로 유지를 어렵게 하며, 사용 비용이 보다 많이 들게한다. 차폐판 틈을 막거나 생기지 않게 하는 시도는 만족스럽지 못하다. 냉각수를 노심으로 들어오기 전에 재순환시켜 물의 분출을 야기하는 압력차를 감소시키는 것을 고려하였으나, 이러한 재순환은 비용이 극히 많이들며 오랜시간의 반응로 가동중지가 요구된다.

본 발명은 진동으로 인한 핵 연료봉의 손상 가능성을 제거 또는 감소시키기 위한, 그리고 그러한 손상을 보수하는 장치에 관한 것이다. 가압수형 핵 반응로의 연료봉은 부딪히는 분출물 및 압력차에 있게되어 진동이 야기되어서 연료봉이 마모 또는 손상을 입게된다.

침식으로 알려진 진동으로 인한 연료봉의 마모로 인한 연료봉의 마포로 인한 손상을 감소 또는 제거하기 위하여, 본 발명의 한 실시예에서는 적어도 2개, 바람직하게는 4개 또 5개의 연료봉들을 한데 묶어 고정시키는 다수의 클립(clip)들을 이용한다. 연료봉들은 연료봉조립체의 중간부 또는 길이를 따라 여러곳에서 고정된다. 바람직한 실시예에서, 클립들은 항상 조립체의 구석에 설치되며, 이것은 조립체의 모퉁이 부분이 항상 분출물과 부딪히기 때문이다.

연료봉들이 한데 묶어 고정되면 증가된 또는 결합된 질량은 침식의 문제가 제거되는 매우 작은 진폭으로 진동하게 된다.

핵반응력이 없는 봉이 클립으로 고정된 연료봉들 가운데에 배치되어 연료봉조립체를 따라 축방향으로의 이동에 대해 각기 클립을 고정한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 핵반응력이 없는 봉은 연료봉 조립체를 보수하도록 손상된 연료봉과 교체되어 클립들과 결합되어 사용된다.

본 발명은 첨부된 도면을 참고한 상세한 설명을 통해서 보다 잘 이해될 것이다. 상기 도면에서 같은 부분 또는 요소들은 동일 부호로 표시되어 있다.

본 발명은 가압수형 핵반응로에 배치된 연료봉들의 "분출물"에 의해 야기되는 공진(resonance)의 문제를 해결하고자 하는 것이다. 노심의 차폐판들의 결합부에 생기게되는 분리 또는 틈들은 연료봉들에 부딪히는 물의 분출을 허용한다. 연료봉들은 이런 분출 물에 의한 횡방향의 분력을 견디도록 고인되지 않는다.

본 발명은 연료봉들의 진폭을 변화시키도록 틈에 인접한 연료봉들을 한데 묶어 고정함으로써 상기 문제를 극복한다. 본 발명을 시험한 결과 0.030in의 차폐판 틈을 통해 2ℓb/in²의 작은 입력차로 인한 엄격한 연료봉 진동이 나타났다. 규정의 연료봉 스페이스를 사이에 연료봉 축방향으로 1/3 및 2/3되는 지점에 2개의 클립을 설치함으로써 0.03in의 틈을 통해 작용한는 압력차가 12ℓb/in²에 이를 때까지 주목할 만한 연료봉 진동이 생기지 않는다. 진동상태를 교정하는데 필요한 클립들의 수는 각기 클립에 의해 한데 묶여지는 연료봉들의 수와 연료봉 조립체 주변에 설치되는 곳의 수에 의존한다.

제 1 도에서, 가압수형 반응로(12)의 노심(10)이 부분적으로 도시되어 있다. 노심(10)을 통과하는 냉각수가 화살표(11)로 표시되어 있다. 냉각수는 인입구(13)로 들어와서 노심 배럴(barrel)(14)과 차폐판(15)의 외측에서 하향으로 통과한다. 물은 노심지지판(16)과 하부 노심판(17)을 각기 지나서 노심(10)에 들어간다. 물은 노심(10)의 저부에서 상부로 평행하게(제 2 도의)연료봉을 지나 흐른다. 반응로(12)의 정상조작은 연료봉들에 대한 횡 또는 수직의 물의 흐름을 고려하지 않는다. 그러므로 연료봉과 연료봉 조립체는(도시되지 않음) 횡방향으로 발생되는 압력차 또는 힘을 견디도록 고안되지 않는다.

제 2 도에서는 제 1 도의 반응로(12)에서 분출물이 연료봉과 충돌하는 상태를 도시되어 있다. 차폐판(15)은 세부분(15a,15b,15c)으로 평면도로 도시되어 있다. 차폐판 결합부(18,19)들에서 물분출이 생기게 틈이 생길 수 있다. 분출물의 흐름 경로는 각기 화살표(20,21)들로 표시되어 있다. 이러한 분출물은 연료봉들(22)에 횡방향 또는 수직으로 충돌하여 상술한 공진 현상을 생기게 한다.

분출물(20,21)은 배럴(14), 과 환형판(23) 및 판(24)들 사이의 하향흐름(11)과 배럴(14) 내측의 노심(10)을 통해 흐르는 상향흐름(11)사이의 압력차 때문에 고속으로 분출된다. 고속의 분출물(20,21)은 연료봉(22)을 과도하게 움직여서 심한 마모와 품성저하를 초래한다.

제 3 도에서, 통상의 연료봉 조립체(30)가 제 1 도와 2 도의 노심(10)용으로 도시되어 있으며 연료봉조립체(30)의 연료봉(22)들은 모퉁이부분(32)에서 클립(31)으로 한데 묶여 고정되어 있다. 클립(31)은 제 4 도에 상세히 도시된 바와같이 4개 또는 5개의 연료봉(22)들을 함께 고정시켜 진동하는 전체 질량을 변화시킴으로써 연료봉(22)의 진폭에 영향을 준다. 따라서, 고정된 연료봉(22)들은 결합된 또는 증가된 질량으로 작용하여 연료봉들의 진폭을 감소시킨다. 이러한 진동의 변화는 연료봉들을 마모 및 침식시키는 심각한 공진현상을 방지한다.

중앙부(19)의 연료봉들로 심각한 진동을 감소시키도록 또는 방지하도록 비슷하게 고정될 수 있다.

클립(31)들은 도시된 바와같이 연료봉들의 중간부분 또는 길이를 따라 설치되어 있으며 연료봉 조립체(30)의 주변의 클립수와 위치는 클립(31)으로 고정되는 연료봉들의 수와 연료봉조립체(30)의 길이 및 압력차의 크기에 따른다.

분출물에 의해 야기되는 진동을 받는 각기 연료봉 조립체(30)에 대하여 10-25개의 클립들이 필요함을 알았다.

클립(31)들은 연료봉(22) 또는 조립체(30)를 노심속에 설치하기 전에 연료봉 또는 조립체에 설치한다. 클립(31)들은 인코넬(inconel) 또는 스테인레스강으로 만들어질 수 있다.

클립(13)들이 연료봉 조립체(30)에 대하여 축방향으로 이동하는 것을 막도록 핵 반응력이 없는 봉(40)이 제 3 도-5 도에 도시된 바와같이 연료봉조립체(30)에 고정된 연료봉(22)들 가운데 놓여있다. 제 5 도와 제 6 도에서와 같이, 핵반응력이 없는 봉(40)은 길이를 따라 용접된 탭(tab)(41)을 지니며, 탭(41)은 조립체 스페이서(spacer)(42),(43)들에 대해 접한다. 상기 탭(41)은 연료봉들 다발 내에서 봉(40)의 회전을 방지하며, 노치(notch)(44)를 각기 클립(31)의 오목한 인접부(45)와 접촉하도록 유지한다. 노치(44)에 대하여 각기 클립(31)의 인접부(45)의 접촉은 방열에 의한 클립의 탄력의 감소 또는 분출물에 의한 진동으로 인하여 클립(31)이 연료봉 조립체(30)에 대하여 (화살표(47) 방향으로) 미끄러지거나 이동하는 것을 방지해준다.

"분출물"로 인한 진동에 의한 손상 때문에 발생되는 연료봉 조립체(30)의 손상은 항상 연료봉 조립체의 주변에 위치한 연료봉(22)에 한정된다. 연료봉조립체(30)의 주변에 위치한 손상된 연료봉(22)을 교체하기 위하여 먼저 조립체의 상부에 있는 결합판(48)을 (제 7 도 참조) 분리 해체하여 손상된 연료봉(22)이 격자스페이서(52)로부터 빼내질 수 있게한 다음 연료봉을 교체한다. 그러한 보수공정은 시간소비와 비용이 많이 든다.

제 4 도, 7 도, 8 도 및 9 도에 있어서, 핵반응력이 없는 연료봉(40)을 결합한 클립(31 또는 58)은 연료봉 조립체(30)의 손상된 주변 연료봉(56)의 교체를 쉽게 한다. 보수방법은 손상된 연료봉(56)의 일부에 걸쳐 놓은 영역(54)의 최상부 격자 스페이서(52)를 절단하는 것을 포함한다. 연료봉(56)의 상부는 연료봉 조립체(30)의 잘려진 부분을 통하여 당겨진 다음 화살표(60)방향으로 당겨져서 연료봉조립체(30)로 부터 제거하기 위해 하부 격자 스페이서(52)밖으로 손상된 연료봉(56)을 빼낸다. 이 실시예에서, 연료봉의 클립(31 또는 58)은 제 9 도에 도시된 바와같이 핵반응력이 없는 봉(40)에 적당한 위치에서 용접된다.

핵반응력이 없는 봉(40)은 하부 격자 스페이서(52)속으로 끼워진다. 봉(40)의 상부는 최상부의 격자 스페이서(52)의 절단부를 통하여 측방으로 끼움과 함께 클립(38 또는 58)을 눌러 제 8 도에 도시된 바와같이, 봉(40)에 인접하여 나란히 배치된 연료봉(22)들과 맞물리게 한다. 이런식으로 클립(31 또는 58)은 인접하여 나란히 배치된 연료봉들에 봉(40)을 거기에 부착하여 지지한다. 바람직한 실시예에서, 클립(58)은 동력이 발생되지 않고 있는 연료봉(22)을 클립이 결합시키는 영역에서 최상부의 격자 스페이서(52)에 인접하여 위치한다. 따라서 연합된 연료봉들(22)의 국부적인 과열을 피할 수 있다.

본 발명의 특정한 실시예가 도시되고 설명되었지만, 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상의 범위내에서 다른 실시예가 본 기술분야의 숙련자에 의해서 가능하다.

Claims (9)

1. 진동에 의한 가능한 손상을 제거하거나 적어도 감소시키기 위하여 다수의 연료봉들이 함께 고정되는 적어도 하나의 연료봉 조립체를 지니는 핵반응로 노심에 있어서, 다수의 연료봉들을 함께 묶어 고정시키는 장치와, 상기 연료봉조립체에 대하여 고정장치의 이동을 막도록 다수의 연료봉들내에 배치된 핵반응력이 없는 봉을 포함하는 핵반응로 노심.
2. 진동에 의한 손상을 받을 수 있는 연료봉 조립체에서 다수의 연료봉들을 함께 고정시키며 진동을 받을 연료봉들의 질량을 변화시키는 작용을 하여 진동에 의한 손상을 감소시키도록 진폭을 변화시키며, 고정된 다수의 연료봉들에 배치된 핵반응하지 않는 봉에 의해 고정되는 클립(clip).
3. 핵반응로 노심속에서 진동에 의한 손상을 받을 수 있는 연료봉 조립체에서 다수의 연료봉들을 함께 고정시켜 상기 연료봉들에 손상을 덜 주는 진폭으로 상기 연료봉들이 진동하게 하며, 상기 다수의 연료봉들에 배치된 핵반응하지 않는 봉에 의해서 상기 연료봉 조립체에 대한 이동을 막도록 고정되는 클립.
4. 핵반응로의 노심 속에서 진동에 의한 손상을 받을 수 있는 연료봉 조립체에서 다수의 연료봉들을 함께 고정시켜 연료봉들이 손상을 입을 수 있는 진동을 변화시키기 위하여 연료봉들의 진동 질량을 증가시키며, 상기 다수의 연료봉들에 배치된 핵반응하지 않는 봉에 의해서 연료봉 조립체에 대한 이동을 막도록 고정되는 클립.
5. 연료봉 조립체의 손상된 연료봉을 대신하며 그 자리에 고정되는 핵반응하지 않는 봉, 핵반응하지 않는 봉과 그 봉에 나란히 놓인 다수의 연료봉들을 함께 고정시키며 이로써 핵반응하지 않는 봉을 연료봉 조립체에 고정시키며 연료봉 조립체의 진폭을 감소시키도록 상기 연료봉의 질량을 변화시킴으로써 진동에 의한 손상을 감소시키는 클립장치를 포함하며, 진동에 의한 손상을 야기시키는 차폐판 틈의 물분출로 손상된 연료봉 조립체를 보수하고 앞으로의 진동에 의한 손상가능성을 감소시키는 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 진동과 그에 의한 연료봉들의 손상을 감소시키도록 연속적으로 나란히 배치된 연료봉들과 핵반응하지 않는 봉의 어느하나 또는 양쪽의 다른 결합으로 고정시키는 연료봉 조립체의 다른 위치들에서 설치된 다수의 상기 클립장치들을 포함하는 장치.
7. 연료봉 조립체 속의 설절된 위치에 다수의 연료봉들을 붙잡아 지지하는 다수의 이격된 격자 스페이서(spacer)들과 상기 연료봉들의 단부에 견고하게 고정되며 연료봉조립체의 상부에 위치하는 결합판들을 포함하는 연료봉 조립체에서, 다수의 격자 스페이서의 최상부의 것으로 부터 손상된 연료봉의 위에 놓인 격자 스페이서 부분을 제거하고, 상기 손상된 연료봉의 자유롭게된 상부분을 격자 스페이서의 제거된 부분을 통하여 연료봉 조립체로 부터 끄집어내고, 손상된 연료봉을 격자 스페이스들중 다른 것을 밖으로 궁극적으로는 연료봉 조립체 밖으로 끄집어내며, 핵반응하지 않는 봉을 손상된 연료봉에 의해 점유되었던 격자 스페이서 위치와 공간 속으로 집어 넣으며, 상기 격자 스페이서들의 최상부의 제거된 부분을 통하여 상기 핵반응하지 않는 봉의 상단부를 누르며, 상기 핵반응하지 않는 봉의 어느 한 측방에 나란히 배치된 연료봉들중 선택된 것들에 핵반응하지 않는 봉을 고정시켜 연료봉 조립체 고정시키는 단계들로 구성된, 손상된 연료봉을 핵반응 하지 않는 봉으로 대체하여 주변에 위치한 손상된 연료봉을 지니는 연료봉 조립체를 보수하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 고정시키는 단계는 핵반응하지 않는 봉을 연료봉들중 선택된 것들과 함께 클립하는 것을 포함하는 방법.
9. 제 7 항에 있어서, 고정시키는 단계는 차폐판틈의 물분출로 인한 연료봉 조립체의 진폭을 감소시키도록 다수의 연료봉들의 질량을 변화시키며, 이로써 하수의 연료봉과 연료봉 조립체에서의 진동에 의한 손상을 감소시키는 것을 포함하는 방법.

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