KR101080937B1 - 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자로 헤드 관통관의 건전성을 검사, 보수하기 위하여 원격 제어 가능한 머니퓰레이터를 사용하는 유지보수 시스템에 관한 것으로, 특히 각 관통관에 검사 또는 보수 장치를 접근시키는 머니퓰레이터에서 발생되는 처짐, 진동을 가급적 줄이도록 하여 작동 제어 성능을 향상시킨 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템에는 내측원통체를 포함하는 안착구조물에 안착된 원자로 헤드의 다수 관통관을 유지보수하기 위한 유지보수 시스템에 있어서, 내측원통체의 상단면에 설치되는 환형 레일부에 따라 이동되는 대차가 설치되고, 대차에는 각 관통관을 유지보수하는 다관절 머니퓰레이터가 구비되는 것을 특징으로 한다.

원자로 헤드, 관통관, CRDM 노즐, 검사, 유지보수

Description

원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템{Maintenance System for CRDM Nozzles of Reactor Head}

본 발명은 원자로 헤드 관통관의 건전성을 검사, 보수하기 위하여 원격 제어 가능한 머니퓰레이터를 사용하는 유지보수 시스템에 관한 것으로, 특히 각 관통관에 검사 또는 보수 장치를 접근시키는 머니퓰레이터의 발생되는 처짐, 진동을 가급적 줄이도록 하여 작동 제어 성능을 향상시킨 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템에 관한 것이다.

도 11은 원자로 헤드의 단면과 원자로 헤드의 건전성을 점검하기 위하여 원자로 헤드를 안착하는 안착구조물의 사시도이다.

원자로 헤드(200)는 반구형상이며, 이 원자로 헤드에는 제어봉(control rod)이 상하 이동되는 다수의 관통관(control rod drive mechanism, CDRM)(210)이 수직되게 고정되어 있다. 이때 원자로 헤드(200)와 관통관(210)은 원자로 헤드의 내주면에서 하부로 돌출되는 관통관(210)의 둘레를 따라 용접하여 고정하는데, 이 관통관(210)은 통상 원자로 헤드(200)와 이종(異種) 금속으로 이루어진 것이며 원자로의 운영에 따른 내압, 고온 및 고 방사선의 환경에서 관통관 둘레의 용접부위에 손 상이 발생될 수 있다.

용접부위가 손상되면 손상부위를 통해 감속제인 붕산수가 원자로 헤드 외부로 누출될 수 있으며, 원자로 헤드의 외부가 부식될 위험이 있다. 고 방사선이 발생되는 원자력 발전에서는 건전성이 매우 중요하기 때문에, 정기적으로 관통관의 용접부위를 검사하고 손상된 부분을 보수하도록 규정되어 있다.

원자로 헤드(200)는 하중이 매우 크므로 공중에 매단 채 검사를 하지 아니하고, 전용 안착구조물(300)에 안착시킨 후 검사를 수행하게 된다. 이에 사용되는 안착구조물(300)은 원자로 헤드(200)에서 방출되는 방사선의 외부 노출을 방지하기 위하여 벽면이 두껍게 형성된 내측원통체(310)와 외측원통체(320)로 이루어져 2중 원통형상의 스테인레스 스틸로 표면처리된 콘크리트 블록을 형성하고, 내,외측원통체의 사이에 철골로 이루어져 원자로 헤드의 가장자리를 지지하는 지지대(330)로 구성된다.

이때 내측원통체(310)와 외측원통체(320)의 높이는 사람이 출입할 수 있도록 충분히 높게 형성되며, 직진성을 갖는 방사선이 외부로 방사되는 것을 방지하기 위하여 내측원통체(310)에 형성되는 출입구와 외측원통체(320)의 출입구는 서로 어긋나게 형성된다.

원자로 헤드의 검사, 보수 작업 시 작업자를 방사능 피폭으로부터 보호하고, 작업자의 안전을 위하여 인력을 대체하여 원격제어가 가능한 검사, 보수 장치를 개 발하게 되었다.

이러한 원격제어가 가능한 검사, 보수 장치 중 하나를 도 12에 도시하였다.

도 12는 대한민국 등록특허 제10-0834686호(발명의 명칭 : 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템)로, 안착구조물(100)의 내부로 삽입될 수 있도록 형성되는 수평 가이드(500)와, 원자로 헤드 관통관(210)을 보수하는 보수 로봇을 고정하는 로봇 고정부(410)를 포함하며 수평 가이드 레일 상을 이동할 수 있도록 형성되는 대차(470), 그리고 대차에 고정되며 로봇 고정부를 수직 방향으로 이동시키는 수직 가이드(400)와, 대차 및 각 구동장치의 작동을 제어하는 제어부(600)로 이루어진다.

대차의 슬라이딩 이동에 따라 수평방향 이동을 하여 수직가이드를 따라 보수 로봇을 수직으로 상승시켜 해당 원자로 헤드 관통관에 접근시키는 작용을 갖는다. 이러한 종래의 기술에 따르면 원거리에서 작업자가 대차 및 각 구동장치와 보수 로봇을 조작하므로 작업자가 직접 방사능 피복의 염려가 없는 장점을 갖는다.

그러나, 지면에서 원자로 헤드 관통관까지 보수 로봇을 상승 이동시키기 위한 수직 가이드의 인장 거리가 길어짐에 따라 구조적으로 수직 가이드의 부피가 커져야 하고, 그에 따라 하중에 의한 처짐이 크게 발생되는 문제점이 있다.

특히 보수 로봇의 작업 중에는 하중의 이동에 따른 진동이 발생되며 이러한 진동이 길게 늘어난 수직 가이드에 영향을 미쳐, 보수 로봇의 정밀한 위치제어가 제대로 이루어지기 어려운 단점을 갖는 것이다.

한편, 다른 종래의 기술로 대한민국 등록실용신안 제20-0216705호(고안의 명칭 : 원자로 클로우저 헤드의 검사장치)가 있다. 다른 종래의 기술에는 내측원통체의 바닥 중심에서 회전가능하게 설치되는 회동테이블회동수단과, 이 회동테이블회동수단 상에서 회전 중심에서 외측으로 슬라이딩 가능한 가동판전후진수단과, 이 가동판전후진수단의 위에 설치되어 승강 가능하며 검사수단을 포함하는 승강판승강수단이 구비된다.

이로써 회동테이블수단이 지면에서 회전하면서, 가동판전후진수단이 슬라이딩됨에 따라 각 원자로 헤드 관통관의 아래에 검사수단을 위치시키고, 승강판승강수단이 검사수단을 원자로 헤드 관통관의 검사부위까지 상승시켜 검사 보수 작업이 이루어지게 된다.

이러한 다른 종래의 기술은, 도 13에 도시된 바와 같이, 안착구조체(103)의 높이를 낮추어 검사수단이 상승하여야 하는 높이를 가능한 줄인 것인데, 이는 도시된 바와 같이 각 관통관(101) 하단의 높이가 같은 원자로 헤드(100)에만 사용될 수 있는 것이고, 이에 사용되는 안착구조물(103)의 높이를 줄여 사람이 직접 접근할 수 없도록 형성되는 것이다. 즉 안착구조물에는 작업자가 아예 들어갈 수 없는 구성으로 유사시에 작업자가 직업 개입할 수 있는 가능성이 배제된 것이다.

한편, 또 다른 종래의 기술로 대한민국 등록실용신안 제20-0328011호(고안의 명칭 : 원자로 클로우저 헤드용 검사장비의 턴 테이블승강장치)가 있다.

또 다른 종래의 기술에는 좌대와, 좌대 위에 탑재된 전동식 턴 테이블과, 턴 테이블에 실린 캐리어 이송용 베드, 베드 상에서 직선상으로 이동하는 캐리어, 세척노즐이 딸린 카메라 홀더 및 나팔관 조오를 구비한 채로 캐리어에 탑재된 검사장치로 구성된 것에 있어서, 턴 테이블의 저면 중심을 유압잭을 이용하여 작업 가능 높이까지 상승시키는 것인데, 좌대가 설치되는 바닥에서 작업 가능 높이까지의 높은 경우에는 유압잭을 사용하더라도 종래 기술과 같은 처짐과 진동에 취약한 문제점을 갖는 것이다.

한편, 본 발명과 관련된 공지된 기술로, 원자로 헤드 관통관의 검사 장치에 대하여 대한민국 등록특허 제10-0625438호(발명의 명칭 : 원자력발전소의 원자로 헤드의 액체침투검사장치 및 검사방법)이 있고, 대한민국 등록특허 제10-0713954호(발명의 명칭 : 원자로 헤드에 설치된 관통관의 노즐 및 관통관 용접부위의검사시스템)이 있다.

또한, 승하강을 위한 마스트 장치로 대한민국 등록특허 제10-0235184호(발명의 명칭 : 나선홈을 응용한 승하강 마스트)가 있다.

본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 실시예는 원자로 헤드에 구비된 각 관통관에 검사 또는 보수 장치를 접근시키는 머니퓰레이터의 발생되는 처짐, 진동을 가급적 줄이도록 하여 작동 제어 성능을 향상시키는 목적을 갖는다.

보다 구체적으로 검사 또는 보수를 위한 작업툴이 상승되어야 할 높이를 줄여 하중에 의한 처짐, 진동에 대한 강성을 증대시키는 목적을 갖는다.

또한, 원자로 헤드의 모든 관통관에 대한 작업툴의 접근이 용이하게 이루어지면서, 제어 계통이 너무 복잡하지 아니하도록 적당한 수의 다관절 머니퓰레이터의 구조를 제시하는 목적도 갖는다.

또한, 작업툴의 짧은 거리의 상하 이동은 별도의 승강 수단을 구비하여 처짐과 진동을 가능한 적게 발생시키는 목적을 갖는다.

또한, 작업툴의 교체가 용이하게 이루어질 수 있게 하는 목적도 갖는다.

또한, 원자로 헤드의 어느 한 관통관에 접근하기 위한 머니퓰레이터의 평균 이동거리를 가능한 줄여, 작업툴의 이송에 소요되는 시간을 저감시키는 목적도 갖는다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 실시예로 내측원통체를 포함하는 안착구조물에 안착된 원자로 헤드의 다수 관통관을 유지보수하기 하기 위한 유지보수 시스템에 있어서, 상기 내측원통체의 상단면에 설치되는 환형 레일부에 따라 이동되는 대차가 설치되고, 상기 대차에는 각 상기 관통관을 유지보수하는 다관절 머니퓰레이터가 구비되고, 상기 머니퓰레이터에는 유지보수를 위한 작업툴(T)을 수평면 상에서 위치 이동시키는 링크부(32)와 상기 링크부(32)를 승강시키는 마스트(31)가 포함되는 것을 특징으로 하는 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템을 제시한다.

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또한, 상기 링크부에는 상기 마스트 상단에서 일측이 회전가능하게 결합되는 제1링크와, 상기 제1링크의 타측 상부면에서 일측이 회전가능하게 결합되는 제2링크가 포함되는 것을 특징으로 하는 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템을 제시한다.

또한, 상기 제2링크의 타측에는 상기 작업툴을 승강시키는 수직이송대가 더 결합되는 것을 특징으로 하는 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템을 제시한다.

또한, 상기 수직이송대는 제2링크에 대하여 경사각도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템을 제시한다.

또한, 상기 제1링크와 제2링크가 상하로 겹쳐진 때에 작업툴의 중심은 상기 마스트의 중심과 일치되는 것을 특징으로 하는 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템을 제시한다.

또한, 상기 마스트는 일측이 상기 대차에 고정되며 상기 내측원통체의 내측 하부로 돌출되는 조립대에 결합되는 것을 특징으로 하는 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템을 제시한다.

또한, 상기 조립대에 의하여 상기 마스트는 상기 원자로 헤드의 중심 관통관과 최외각 관통관의 중간 지점에 위치되는 것을 특징으로 하는 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템을 제시한다.

또한, 상기 레일부는 상기 내측원통체의 상단면에 대어지는 바닥면과, 상기 바닥면의 양측에서 상기 내측원통체의 내측벽과 외측벽의 따른 곡면을 가지며 상부로 연장되는 한 쌍의 레일과, 각 상기 레일의 하부로 연장되어 상기 내측벽과 외측벽에 고정되는 고정면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템을 제시한다.

또한, 상기 레일은 서로 마주보는 내측면이 함몰되어 결합홈을 형성하고, 상기 대차에는 상기 결합홈에 삽입되는 다수의 회전바퀴와, 일부 상기 회전바퀴를 회전시키는 구동부가 포함되는 것을 특징으로 하는 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템을 제시한다.

또한, 상기 구동부는 상기 내측원통체의 외측벽 쪽의 레일에 결합된 외측 회전바퀴 중 어느 한 외측 회전바퀴를 회전시키는 구동모터와, 상기 외측 회전바퀴에는 스프로킷이 결합되고, 각 상기 스프로킷은 체인으로 결합되는 것을 특징으로 하는 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템을 제시한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템에 따르면, 머니퓰레이터가 내측원통체의 상단면에 따라 이동되는 대차에 결합되어 있어 작업툴을 상승시켜야 하는 높이를 단축할 수 있게 됨에 따라 머니퓰레이터의 마스트의 부피와 하중을 줄일 수 있게 되어, 작업툴의 이동에 대한 하중에 의한 처짐이나 휨을 줄여 위치 제어 성능을 크게 향상시키는 효과를 갖는다.

또한, 제1링크와 제2링크가 상하로 겹쳐진 때에 작업툴의 중심은 상기 마스트의 중심과 일치되어 링크부의 회전반경 내의 모든 작업대상에 대한 접근이 마스트의 승강 및 제1,2링크의 회전에 의하여 가능해지는 효과를 갖는다.

또한, 수직이송대에 의하여 작업대상 근처로 이송된 작업툴의 짧은 거리 상하 이동은, 상대적으로 하중이 큰 링크부를 포함한 마스트의 승강작동 없이 이루어지게 되어, 작업툴에서의 진동 발생을 줄일 수 있게 되는 효과를 갖는다.

또한, 수직이송대를 경사각도를 조절하여 이송플레이트를 수평되게 할 수 있어, 무거운 작업툴을 분리 교체가 용이하게 이루어지게 되는 효과를 갖는다.

또한, 조립대를 통하여 마스트를 원자로 헤드의 중심 관통관과 최외각 관통관의 중간 지점으로 위치이동 시킴에 따라 원자로 헤드의 중심과 가장자리 모두에 작업툴을 접근시키는 링크부의 수평 인장 길이를 줄여 처짐과 휨을 더욱 작게 하며, 작업툴이 해당 작업공간까지 이송되는데 소요되는 평균 이송시간을 최소화하는 효과를 갖는다.

이하, 첨부도면의 바람직한 실시예를 통하여, 본 발명인 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템의 기능, 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 의한 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템(100)은 원자로 헤드(200)가 안착되는 안착구조물(300)의 내측원통체(310) 상에 설치되는 것이다.

내측원통체(310)는 원자로 헤드(200)에서 방사되는 방사선을 차폐하기 위하여 스테인레스 스틸이 피복된 충분한 두께를 갖는 견고한 철근 콘크리트 구조를 갖는다. 이러한 내측원통체(310)의 평탄한 상단면에 따라 환형인 레일부(1)를 장착하고, 이 레일부(1)를 따라 내측원통체의 상단면에서 슬라이딩 이동되는 대차(2)가 설치된다. 또한 대차(2)에는 안착구조물(300)에 안착되는 원자로 헤드(200)의 관통관(210)에 접근 가능하고, 관통관을 유지보수하는 작업툴을 포함하는 다관절 머니퓰레이터(3)가 장착된다.

이때, 다관절 머니퓰레이터(3)는 공지된 구성을 갖는 로봇으로 구성되며, 그 끝단에는 다양한 목적에 따라 작업툴(T)이 교체 가능하게 결합되는 것이다. 여기서 작업툴(T)은 용접부위를 검사하는 장치 또는 필요에 따라 기존 용접부위를 보수할 수 있는 장치, 또는 관통관의 표면 부식을 검사할 수 있는 장치 등 다양한 검사 또는 보수를 수행할 수 있는 공지된 구성을 갖는 작업수단이다.

이와 같이 내측원통체(310)의 상단면을 따라 이동하는 대차(2)에 구비되는 머니퓰레이터(3)는 지면에서 높게 위치되는 것이다. 따라서 종래의 기술에서와 같이 지면에 설치되는 승강부재가 작업툴을 지면에서 원자로 헤드의 내벽면까지 상승시켜야 하는 높이의 부담이 줄어들게 된다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템(100)에 따르면 머니퓰레이터(3)가 작업툴(T)을 작업대상 위치까지 상승시켜야 하는 높이는 내측원통체가 형성되는 높이만큼 줄어들게 된다. 따라서 종래의 기술에 따른 작업툴을 높게 올리기 위한 승강부재에 비하여, 본 발명에 따른 머니퓰레이터의 승강부재는 상대적으로 소형으로 제작 가능하고 그에 따라 승강부재의 하중이 작아지므로, 중력의 영향에 의한 처짐의 발생을 줄일 수 있게 되는 것이다.

또한, 상부로 신장되는 승강부재의 길이가 줄어듦에 따라 작업툴의 작동으로 발생되는 진동에 대하여 강성이 커져 정밀한 제어가 가능해지는 장점도 갖는 것이다. 또한, 작업툴이 승강되어야 할 높이가 낮아짐에 따라 종래의 기술에 비하여 보다 신속하게 작업툴을 작업대상으로 이동시킬 수 있게 되는 효과도 갖게 된다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 구성을 보다 자세히 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템을 분해한 사시도이다. 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템(100)에는 전술된 바와 같이 내측원통체(310)에 설치되는 레일부(1), 대차(2), 머니퓰레이터(3)가 포함되며, 머니퓰레이터(3)에는 마스트(31)와, 링크부(32)가 포함된다.

이때, 마스트(31)는 링크부(32)를 상승시키는 승강 부재로 공지된 바와 같이 유압을 이용하여 링크부를 상승시키는 구성을 갖거나, 보다 바람직하게는 방사선에 의한 후처리가 용이하도록 기계적인 요소만으로 상승 또는 하강이 이루어지게 하는 구성을 가질 수 있다.

이러한 기계적 요소만으로 승강이 이루어지게 하는 마스트는 일례로 대한민국 등록특허 제10-0235184호에 기재된 구성에 따라 외경 치수가 서로 다른 다수개의 링크를 순차적으로 삽입하고, 모터의 구동력에 의하여 나선축을 회전시켜 각 링크가 상승 또는 하강하게 되는 나선홈을 응용한 승하강 마스트가 될 수 있다.

또는 전술된 구성 외에도 기계적 요소만으로 승강이 이루어지는 마스트는 다수의 링크가 엇갈려지게 결합되어 승강되는 시저 타입으로 전용되는 등 공지된 다양한 구성을 가질 수 있는 것이다.

한편, 링크부(32)는 마스트(31)의 상부에 구비되며, 작업툴(T)을 지면과 평행한 수평면 상에서 위치 이동시키는 것이다.

즉, 링크부(32)는 다수의 링크가 지면과 수직한 회전축을 갖도록 힌지 결합되어 각 링크가 수평면 상에서 회전가능하여, 마스트를 통하여 상승된 작업툴을 원자로 헤드의 어느 한 관통관으로 수평 이동시킬 수 있게 된다.

이러한 링크부(32)는 구체적으로 2 관절을 갖도록 구성될 수 있는데, 도시된 바와 같이 마스트(31) 상단에서 일측이 회전가능하게 결합되는 제1링크(321)과, 제1링크(321)의 타측 상부면에서 일측이 회전가능하게 결합되는 제2링크(322)로 이루어질 수 있다.

이때, 제1링크(321)의 일측은 마스트(31)의 상단에 힌지 결합되어 전 방위를 향할 수 있게 구성된다. 또한 제2링크(322)는 그 일측이 제1링크(321)의 타측과 힌지 결합되며, 제2링크(322)의 하부면은 제1링크(321)의 상부면 위에 올려진 형상으로 힌지 결합되기 때문에 제2링크(322)도 전 방위를 향할 수 있게 된다.

이때, 각 힌지 결합되는 힌지축에는 원격 제어되는 구동모터가 구비되어 제1,2링크의 회전을 작업자가 원거리에서 제어할 수 있게 구성된다.

또한, 제2링크(322)의 타측 끝단에는 작업툴(T)이 구비되어, 제1링크 또는 제2링크의 회전 작동으로 작업툴은 요구되는 작업 위치로 이동할 수 있게 된다.

한편, 도 3을 참고하여, 레일부를 구체적으로 설명한다.

레일부(1)에는 내측원통체(310)의 상단면(311)에 대어지는 바닥면(11)과, 이 바닥면(11)의 양측에서 내측원통체(310)의 내측벽(312)과 외측벽(313)의 따른 곡면을 가지며 상부로 연장되는 한 쌍의 레일(12)과, 각 상기 레일(12)의 하부로 연장되어 내측벽(312)과 외측벽(313)에 고정되는 고정면(13)이 포함된다.

이때, 레일부(1)는 전후 길이가 짧게 다수로 분할 제작되어, 내측원통체(310)의 상단면(311)에 차례로 안착, 고정됨으로써 레일부(1)의 형성이 용이하게 하는 것이 바람직하다.

레일부(1)의 바닥면(11) 및 양 고정면(13)은 내측원통체(310)의 상부를 감싸 지지하는 것으로, 대차(2) 및 머니퓰레이터(3)의 하중에 의하여 레일부(1)가 내측 원통체(310)에서 이탈되지 아니하게 하는 것이다.

이때, 보다 확실하게 레일부(1)의 고정력을 얻기 위하여 고정면(13)에 형성된 볼트결합공(131)에 볼트(B)가 삽입 결합되어 견고하게 고정하는 것이 바람직하다.

이로써 추후 설명되는 바와 같이 머니퓰레이터가 내측원통체의 중심을 향하여 편중되게 설치되는 경우에도 레일부가 내측원통체의 상부에서 이탈되지 아니하고 견고하게 고정되게 하는 것이다.

한편, 도 4는 도 1에 도시된 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템에 채용된 대차와 조립대를 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 대차와 레일부의 결합을 나타낸 일부 단면도이다.

대차(2)에는 레일부(1)에 형성된 한 쌍의 레일(12)에 접촉되는 다수의 회전바퀴(21)가 구비되고, 그 중 일부의 회전바퀴를 회전시키는 구동부(22)가 포함된다.

머니퓰레이터의 링크부가 내측원통체의 중심을 향하도록 회전된 경우에는 머니퓰레이터의 무게 중심이 대차의 외측으로 이동된다. 따라서 레일부(1)에서 대차를 들리도록 하는 모멘트가 발생된다.

이러한 모멘트 의하여 대차(2)가 레일부(1)에서 이탈되는 것을 방지하기 위하여, 레일부(1)에서 상부로 돌출된 한 쌍의 레일(12)의 서로 마주는 내측면에는 함몰된 결합홈(121)이 형성되고, 대차(2)의 회전바퀴(21)는 결합홈(121)에 삽입되 도록 구성된다.

즉, 대차(2)에 구비되는 회전바퀴(21)는 수평면 상에서 회전되게 구비되고, 각 회전바퀴(21)는 레일의 'ㄷ' 자형 결합홈(121)에 삽입되어 대차(2)가 레일부(1)에서 이탈되지 아니하게 구성된다.

한편, 구동부(22)에는 내측원통체(310)의 외측벽 쪽의 레일(12)에 결합된 외측 회전바퀴(211) 중 어느 한 외측 회전바퀴(211)를 회전시키는 구동모터(221)와, 각 외측 회전바퀴(211)에 결합되는 스프로킷(222)과, 각 스프로킷(222)을 연결하는 체인(223)이 포함된다.

전술된 바와 같이 대차(2)를 내측원통체(310)의 중심 쪽으로 이동시키는 모멘트가 크게 작용되는 외측 회전바퀴(211)에 구동모터(221)를 연결하여 회전시킴으로써, 외측 회전바퀴(211)가 결합홈(121)에서 미끄러지지 않고 회전되어 정확한 대차(2)의 이동이 이루어지게 된다. 이때, 구동모터의 회전력은 공지된 바와 같이 토크를 크게 얻기 위한 감속기를 거쳐 회전바퀴에 전달되게 구성할 수 있다.

한편, 구동모터(221)로부터 동력을 전달받는 외측 회전바퀴(211)와 나머지 외측 회전바퀴(211)는 스프로킷(222)과 체인(223)에 의하여 동시에 회전되게 하여 대차(2)의 이송이 보다 원활하게 이루어지게 한다.

나아가 대차(2)에 작용하는 모멘트를 줄이기 위하여 구동부(22)는 외측 회전바퀴(211)의 상부에 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 도 2 및 도 6 내지 도 7을 참고하여, 링크부와 작업툴의 결합관계를 보다 자세히 설명한다.

작업툴(T)은 전술된 바와 같이 제2링크(322)의 타측 끝단에 바로 결합될 수도 있으나, 마스트(31)의 상승 작동없이 해당 작업툴(T)을 작업대상 위치에서 상하로 짧게 이동하기 위하여, 제2링크(322)의 타측에는 작업툴(T)을 승강시키는 수직이송대(33)가 더 결합되는 것이 바람직하다.

이때, 수직이송대(33)에는 상하 방향의 가이드레일(331)과, 이 가이드레일(331)에 따라 승강되며 작업툴(T)이 고정되는 이송플레이트(332) 및 이송플레이트(332)를 승강하게 하는 구동모터가 포함된다. 구체적으로 구동모터와 이송플레이트의 결합관계는 구동모터의 회전력을 직선운동으로 변환하는 다양한 공지된 구성 중 어느 하나를 채택하여 이루어질 수 있으며, 일례로 수직이송대는 공지된 직선 운동 가이드(LM 가이드)로 이루어질 수 있다.

이로써 작업툴(T)을 해당 작업위치로 상승시키는 데는 상하 방향 승강 범위가 큰 마스트를 사용하고, 작업툴(T)이 원자로 헤드의 곡면진 내벽면에 따라 짧게 승강하는 데에는 수직이송대(33)를 사용하는 것이다.

이로써, 수직이송대(33)를 통하여 작업툴(T)이 짧은 높이 구간에서 승강될 때에 제1,2링크(321, 322)의 승강을 수반하는 마스트(31)의 승강 작동이 생략될 수 있으므로, 마스트가 매번 승강 됨에 따라 링크부를 포함한 하중의 승강에 따른 진동의 발생을 배제할 수 있게 된다. 따라서 보다 정밀한 작업툴의 위치이동이 가능해지는 것이다.

한편, 도 2와 도 7을 참고하면, 이러한 수직이송대(33)는 제2링크(322)에 대하여 경사각도를 조절할 수 있는 것이 바람직하다. 이를 위하여 수직이송대(33)는 제2링크(322)의 끝단에서 제2링크(322)의 길이 방향과 수직된 방향으로 힌지 결합된다.

이로써 수직이송대(33)가 회전되어 제2링크(322)에 완전히 접혀진 때에, 이송플레이트(332)는 수평 또는 수평에 가깝게 되며, 이후 이송플레이트(332)에 고정된 작업툴(T)의 교환이 용이하게 이루어질 수 있게 된다. 즉, 지면과 평행한 이송플레이트 상에 작업툴이 올려지므로, 볼트와 너트 등의 체결수단으로 이송플레이트와 작업툴을 고정하거나 그 고정을 해제함에 있어 별도의 수단으로 작업툴을 공중에 매달아 둘 필요가 없게 되는 것이다.

이때, 이송플레이트(332)가 완전히 수평되게 하기 위하여, 제2링크(322)의 몸체에는 접혀진 수직이송대(33)가 수용되는 수용홈(322a)을 형성할 수 있다.

한편, 도 8을 참고하면, 제1링크(321)와 제2링크(322)가 상하로 겹쳐진 때에 작업툴(T)의 중심은 상기 마스트(31)의 중심과 일치되도록 구성될 수 있다.

즉, 제2링크(322)가 회전되어 제1링크(321)와 상하로 겹쳐지는 경우에 수직이송대(33)에 결합된 작업툴(T)의 중심이 마스트(31)의 중심 위에 위치하도록 제2링크(322)의 길이는 제1링크(321)의 길이에 비하여 짧게 형성된다.

이로써 대차의 추가 이동 없이도 마스트(31)의 수직상에 위치한 관통관을 포 함하여 제1,2링크(321, 322)가 최대 길이로 신장되는 범위 내에 위치한 모든 관통관에 대한 유지보수 작업이 가능해지는 것이다. 따라서 전체 관통관을 유지보수함에 있어서 대차의 이동을 최소로 할 수 있어, 제어 계통을 단순화할 수 있게 된다.

다시 도 2를 참고하면, 마스트(31)는 일측이 대차(2)에 고정되며 내측원통체(310)의 내측 하부로 돌출되는 조립대(23)에 결합되도록 구성될 수 있다.

이때, 조립대(23)는 일측이 대차(2)에 결합되는 것으로 마스트(31)를 내측원통체(310)의 중심으로 이동시키는 것이다.

보다 바람직하게는 조립대(23)에 의하여 마스트(31)는 원자로 헤드(200)의 중심 관통관과 최외각 관통관의 중간 지점에 위치되어, 원자로 헤드(200)의 중심에 위치된 관통관과 가장자리에 결합된 관통관까지 작업툴을 접근시키기 위하여 링크부(32)가 신장되어야 하는 거리를 거의 동일하게 형성하게 된다.

이로써 마스트(31)의 상부에 구비된 링크부(32)의 최대 신장 길이, 즉 작업툴(T)이 마스트(31)의 상단에서 가장 멀리 신장되어야 하는 길이를 가장 짧게 형성할 수 있게 된다. 이러한 링크부(32)의 최대 신장 길이가 짧을 수록 마스트(31)에 작용하는 모멘트가 작아져 휨과 처짐에 대한 영향을 최소화시킬 수 있게 구성된다. 또한, 각 관통관에 작업툴을 접근시키기 위하여 링크부가 작동되어야 하는 구간과, 작동에 소요되는 작동시간을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 구체적으로 도시하지 아니하였으나 대차(2)의 구동부, 마스트(31)에 구비되어 승강되게 하는 모터 등 동력원, 제1링크(321)를 마스트(31)에서 회전되도록 마스트(31)의 상단 힌지축에 구비되는 구동모터, 제1링크(321)에 대하여 제2링크(322)를 회전시킬 수 있도록 제1링크(321)와 제2링크(322)의 회전축 상에 구비되는 구동모터, 수직이송대(33)에서 이송플레이트(332)를 승강시키는 구동모터 및 수직이송대(33)의 경사각도를 변형시키는 구동모터는 그 작동을 제어하는 제어부에 연결되며, 작업자는 원거리에서 조작기를 통하여 작동명령을 제어부에 입력하고, 이 작동명령에 의하여 제어부는 해당 구동모터 또는 동력원을 작동되게 구성된다. 이러한 제어부의 구성은 다관절 로봇의 제어에 사용되는 공지된 알고리즘을 갖는 것으로 본 발명에서 자세한 설명은 생략한다.

이하, 도 9와 도 10을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템의 작동관계를 설명한다.

도 9는 도 1에 도시된 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템의 사용상태를 나타낸 정단면도이고, 도 10은 도 1에 도시된 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템의 사용상태를 나타낸 평단면도이다.

내측원통체(310)의 상단면에 설치된 레일부(1)를 따라 슬라이딩 이동되는 대차(2)에 의하여 머니퓰레이터(3)는 원자로 헤드(200)의 하부에서 원형 궤적을 따라 이동된다.

대차(2)의 이동에 의하여 작업대상으로 선택되는 관통관의 주변에까지 머니퓰레이터(3)가 이동된 다음에는 마스트(31)가 작동되어 링크부(32)를 관통관 아래 까지 승강시킨다.

이때, 마스트(31)는 내측원통체의 상단면에 위치한 대차(2)에 연결되어 그 위치가 높게 형성되어 있으므로 마스트(31)가 작업대상에까지 링크부(32)를 승강시키는 높이는, 종래의 기술에 따른 승강부재가 링크부를 작업대상에까지 상승시켜야 하는 높이보다 낮다. 따라서 종래의 기술에 따른 승강부재보다 짧은 높이로 승강되는 마스트(31)는 보다 소형으로 제작할 수 있게 됨에 따라 작은 하중에 의한 처짐이나 휨이 작게 발생되어 보다 정밀한 위치 제어가 가능해진다.

이후, 제1링크(321)와 제2링크(322)를 수평면 상에서 적당히 회전시켜 작업대상인 관통관의 하부에 작업툴(T)을 이동시킨다. 이때, 링크부의 최대 신장한 길이를 반지름으로 하는 수평 원형 면적이, 대차의 추가 이동없이 마스트의 승강높이, 제1,2링크의 회전에 의하여 작업툴(T)이 접근가능한 범위가 된다.

제2링크(322)의 끝단 즉 수직이송대(33)가 작업대상 관통관의 하단에 위치된 다음에는 수직이송대(33)의 이송플레이트를 상승시켜 작업대상에까지 작업툴(T)을 추가 상승시켜 유지보수 작업을 수행하게 된다. 이때, 수직이송대(33)에는 영상카메라를 부착하여 작업자가 원거리에서 영상카메라로 촬영한 영상을 보면서 작업툴을 조작할 수 있게 구성할 수 있다.

일례로, 관통관의 용접부에 대한 건전성을 검사하기 위하여 작업툴이 용접부위와 일정 거리를 유지하면서 관통관의 외주면을 1회전할 필요가 있는 경우에, 작 업툴(T)은 수직이송대(33)에 의한 상하방향 이동과 아울러 제1링크(321)와 제2링크(322)의 수평상 이동의 조합으로 원자로 헤드의 곡면진 내벽면을 따라 형성된 용접부위를 검사할 수 있게 된다.

이렇게 국지적인 작업툴의 상하 이동에는 마스트의 작동을 배제할 수 있게 되어 마스트의 작동에 따라 발생 가능한 미세 진동에 의한 작업툴의 진동발생을 배제할 수 있게 되고, 그에 따라 유지보수의 작업의 정확성, 신뢰성이 향상되는 것이다.

한편, 마스트(31)는 조립대(23)에 의하여 전술된 바와 같이, 원자로 헤드의 중심 관통관과 최외각 관통관의 중간 지점에 머물고, 링크부(32)의 최대 신장으로 작업툴(T)이 원자로 헤드의 중심에 위치되도록 제1,2링크의 길이가 조절됨으로써 제1,2링크의 길이를 최소화할 수 있으며 그에 따라 처짐의 발생을 최소화 시킬 수 있게 된다.

이와 같은 본원의 발명에 따라 종래의 기술의 한계를 개선하면서, 원자로 헤드의 유지보수에 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템이 장착된 상태를 나타낸 개략적인 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템을 분해한 사시도.

도 3은 도 1에 도시된 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템에 채용된 레일부를 나타낸 일부 분해 사시도.

도 4는 도 1에 도시된 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템에 채용된 대차와 조립대를 나타낸 사시도.

도 5는 도 4에 도시된 대차와 레일부의 결합을 나타낸 일부 단면도.

도 6은 도 1에 도시된 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템에 채용된 머니퓰레이터를 나타낸 사시도.

도 7은 도 1에 도시된 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템에 채용된 링크부의 작동 상태를 나타낸 측면도.

도 8은 도 1에 도시된 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템에 채용된 링크부의 다른 작동 상태를 나타낸 측면도.

도 9는 도 1에 도시된 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템의 사용상태를 나타낸 정단면도.

도 10은 도 1에 도시된 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템의 사용상태를 나타낸 평단면도.

도 11은 원자로 헤드와 안착구조물을 나타낸 사시도.

도 12는 종래의 기술을 나타낸 도면.

도 13은 다른 종래의 기술을 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 유지보수 시스템

1 : 레일부

11 : 바닥면 12 : 레일 121 : 결합홈

13 : 고정면 131 : 볼트결합공 B : 볼트

2 : 대차

21 : 회전바퀴 211 : 외측 회전바퀴

22 : 구동부 221 : 구동모터 222 : 스프로킷 223 : 체인

23 : 조립대

3 : 머니퓰레이터

31 : 마스트 32 : 링크부 321 : 제1링크

322 : 제2링크 332a : 수용홈

33 : 수직이송대 331 : 가이드레일 332 : 이송플레이트

T : 작업툴

200 : 원자로 헤드

210 : 관통관

300 : 안착구조물

310 : 내측원통체 311 : 상단면 312 : 내측벽

313 : 외측벽 320 : 외측원통체 330 : 지지대

Claims (11)

1. 삭제
2. 내측원통체(310)를 포함하는 안착구조물(300)에 안착된 원자로 헤드(200)를 유지보수하기 하기 위한 유지보수 시스템에 있어서,

   상기 내측원통체(310)의 상단면(311)에 설치되는 환형 레일부(1)에 따라 이동되는 대차(2)가 설치되고, 상기 대차(2)에는 상기 원자로 헤드(200)의 내면을 유지보수하는 다관절 머니퓰레이터(3)가 구비되고,

   상기 머니퓰레이터(3)에는 유지보수 작업을 위한 작업툴(T)을 수평면 상에서 위치 이동시키는 링크부(32)와,

   상기 링크부(32)를 승강시키는 마스트(31)가 포함되는 것을 특징으로 하는 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템.
3. 제2항에서,

   상기 링크부(32)에는

   상기 마스트(31) 상단에서 일측이 회전가능하게 결합되는 제1링크(321)과,

   상기 제1링크(321)의 타측 상부면에서 일측이 회전가능하게 결합되는 제2링크(322)가 포함되는 것을 특징으로 하는 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템.
4. 제3항에서,

   상기 제2링크(322)의 타측에는 상기 작업툴(T)을 승강시키는 수직이송대(33)가 더 결합되는 것을 특징으로 하는 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템.
5. 제4항에서,

   상기 수직이송대(33)는 제2링크(322)에 대하여 경사각도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템.
6. 제4항에서,

   상기 제1링크(321)와 제2링크(322)가 상하로 겹쳐진 때에 상기 작업툴(T)의 중심은 상기 마스트(31)의 중심과 일치되는 것을 특징으로 하는 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템.
7. 제2항에서,

   상기 마스트(31)는 일측이 상기 대차(2)에 고정되며 상기 내측원통체(310)의 내측 하부 돌출되는 조립대(23)에 결합되는 것을 특징으로 하는 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템.
8. 제7항에서,

   상기 조립대(23)에 의하여 상기 마스트(31)는 상기 원자로 헤드(200)의 중심 관통관과 최외각 관통관의 중간 지점에 위치되는 것을 특징으로 하는 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템.
9. 제2항에서,

   상기 레일부(1)는

   상기 내측원통체(310)의 상단면에 대어지는 바닥면(11)과,

   상기 바닥면(11)의 양측에서 상기 내측원통체(310)의 내측벽(312)과 외측벽(313)의 따른 곡면을 가지며 상부로 연장되는 한 쌍의 레일(12)과,

   각 상기 레일(12)의 하부로 연장되어 상기 내측벽(312)과 외측벽(313)에 고정되는 고정면(13)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템.
10. 제9항에서,

    상기 레일(12)은 서로 마주는 내측면이 함몰되어 결합홈(121)을 형성하고,

    상기 대차(2)에는 상기 결합홈(121)에 삽입되는 다수의 회전바퀴(21)와, 일부 상기 회전바퀴(21)를 회전시키는 구동부(22)가 포함되는 것을 특징으로 하는 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템.
11. 제10항에서,

    상기 구동부(22)는

    상기 내측원통체(310)의 외측벽 쪽의 레일에 결합된 외측 회전바퀴(211) 중 어느 한 외측 회전바퀴를 회전시키는 구동모터(221)와,

    각 외측 회전바퀴(211)에는 스프로킷(222)이 결합되고, 각 상기 스프로킷(222)은 체인(223)으로 연결되는 것을 특징으로 하는 원자로 헤드 관통관의 유지보수 시스템.

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