이에 비해, 통합 원자로 주 볼트 수직 세척기의 최적 설계 방안이 제안되었습니다. 주 볼트와 볼트는 단 한 번의 점검 및 윤활만으로 충분합니다. 작동 원리는 스프레더를 이용하여 볼트를 수직으로 들어 올려 적재 및 하역하는 방식입니다. 너트는 능동적으로 점검 및 검사되며, 나사산 전개도를 생성합니다. 이 장비는 방사성 폐기물 발생량이 적고 설치 공간을 적게 차지합니다. 원자력 발전 분야에서 성공적으로 적용되어 왔으며, 원자로 압력 용기 주 볼트의 요구 사항을 충분히 충족할 수 있습니다.
대표적인 기존 RPV 주 볼트 및너트청소 장비는 다음과 같습니다.
(1) CNNC 우한 원자력 발전 운영 기술 유한회사(이하 CNPO라 칭함)의 1세대 세탁기는 수평형을 채택하고 있다.
(2) 중국과학원 광전자기술연구소는 수평 청소 방식을 채택하고 있으며 장비는 통합되어 있습니다.
(3) 중국 원자력 발전 연구 설계 연구소는 수직 청소를 채택합니다.
1. 연구 질문
원자력 발전소 원자로 압력 용기가 일정 기간 가동된 후에는 기름때와 기타 불순물이 표면에 쌓이게 됩니다.메인 볼트원자로 압력용기(RPV)의 주 볼트와 너트는 고온·고압 환경에서 경화됩니다. 따라서 제때 세척하지 않으면 나사산이 고착될 뿐만 아니라, 이후 가동 중 검사 시 신호 이상 및 오판단을 초래할 수 있습니다. RPV 주 볼트와 너트의 세척은 RPV 주 볼트가 장기간 안전하고 신뢰할 수 있는 상태를 유지하도록 보장하는 중요한 작업 중 하나입니다. 그러므로 RPV 주 볼트와 너트를 효율적으로 세척하는 것이 필수적입니다.
청소기의 효율을 향상시키고, 설치 공간 최소화, 폐액 발생량 감소, 높은 안전성을 요구하는 발전소의 요구사항을 충족시키기 위해 종합적인 비교 분석 결과, 고도로 통합된 시스템을 갖춘 수직형 청소기가 최적의 솔루션이라는 결론에 도달했습니다.
이러한 점을 고려하여 당사는 자동화 수준이 더욱 높아진 원자로 압력용기(RPV) 주 볼트 및 너트 수직 세척기를 자체 개발했습니다. 이 장비는 한 번의 인양 작업으로 자동 너트 적재 및 하역, 볼트 및 너트 세척 및 공기 건조, 나사산 가공 육안 검사 및 볼트 윤활까지 모두 완료할 수 있습니다.
2. 주요 문제점
본 연구에서는 수평형 청소기의 공통 기술 및 지식 성과를 계승하고 청소 효과를 확보하는 것을 기반으로 청소 공정을 최적화하고, 원자로 압력 용기(RPV)의 주 볼트와너트 수직자동화 수준이 높은 청소기를 설계 및 개발했으며, 특히 다음과 같은 사항들을 포함했습니다.
(1) 볼트 조립체의 인양 방법 설계.
(2) 너트의 자동 적재 및 하역의 구현 방법 설계.
(3) 볼트와 너트의 동시 수직 세척의 구현 방법 설계.
(4) 스레드 머신 비전 검사의 구현 방법 설계.
(5) 제어 시스템 구현 설계.
3. 연구 과정 및 방법
주력 볼트 및 너트 수직 세척기는 자동 너트 적재 및 하역, 나사산 세척, 공기 건조, 볼트 나사산의 기계식 육안 검사 및 윤활 기능을 갖추고 있습니다.
세척 시스템은 고도로 통합되어 있으며, 주요 구성은 다음과 같습니다. 볼트 및 너트 세척 장치는 세척기 중앙에 위치하고, 폐액 배출용 기어 펌프는 하단에 배치됩니다. 세척액 순환 시스템의 액체 저장 탱크와 필터는 각각 좌측 박스에 설치됩니다. 또한, 마그네틱 펌프, 폐액 탱크, 공압 공급 및 배기 시스템의 팬과 필터도 좌측 박스에 설치됩니다. 볼트 세척 박스 외부에는 나사산 가공기의 영상 검사를 위한 이미지 획득 장치가 설치되어 있습니다. 캐비닛 상단에는 캔틸레버 구조물이 설치되어 있으며, 캔틸레버 끝에 설치된 디스플레이 화면은 장비 작동에 사용됩니다. 볼트 세척 박스 후면에는 제어 부품이 설치됩니다. 볼트 세척 박스 전면에는 밀폐 도어가 설치되어 있으며, 도어에는 유리가 장착되어 세척 상태를 쉽게 관찰할 수 있습니다. 밀폐 도어는 3점에서 압착되어 밀폐 효과를 보장합니다(아래 그림 참조).
이 청소기의 주요 장점은 다음과 같습니다.
(1) 모든 기능은 한 번의 들어올리기로 완료할 수 있습니다.
(2) 너트는 자동으로 적재 및 하역될 수 있습니다.
(3) 너트와 수직 볼트를 동시에 청소합니다.
(4) 나사 기계 비전 검사 기능을 가지고 있으며 나사 전개도를 생성합니다.
아래에서는 이러한 주요 장점과 기능의 구현 과정을 자세히 소개합니다.
3.1 볼트 어셈블리 들어올리기
볼트와 너트 조립체는 특수 C자형 스프레더(그림 2 참조)를 통해 볼트 보관 바구니에서 볼트 및 너트 세척기 내부의 메인 볼트 트레이로 들어 올려집니다.
3.2 너트의 자동 적재 및 하역
(1) 장비 구성
너트 자동 적재 및 하역 장치는 세척 상자 내부에 통합되어 있습니다. 이 장치는 주로 볼트 구동 메커니즘, 너트 인양 메커니즘 및 볼트 클램핑 메커니즘으로 구성됩니다.
볼트 구동 메커니즘은 주로 메인 볼트 트레이와 볼트 구동 기어드 모터로 구성됩니다.
너트 리프팅 메커니즘은 주로 메인 너트 고정 클립, 구동 슬라이더, 추종 슬라이더, 사다리꼴 나사, 가이드 광축 및 스크류 구동 모터로 구성됩니다.
스터드 클램핑 메커니즘은 박스 내부의 메인 스크류 클램프를 고정하는 데 사용됩니다. 이는 두 개의 반원형 호로 이루어진 클램핑 구조이며, 청소 박스의 내부 프레임에 설치됩니다.
(2) 기능적 현실
볼트, 너트, 너트의 체결 및 해제에 사용되는 능동 메커니즘은 나사산 손상을 방지할 수 있습니다. 동시에 사용자는
너트 제거 절차는 다음과 같습니다.
메인 볼트가 시계 반대 방향으로 회전하면 바늘이 회전하고, 너트가 회전하고, 바늘이 회전한 다음 원주 방향으로 회전합니다. 회전만 가능하며 회전 방향으로만 움직일 수 있습니다. 축을 따라 이동하는 동안 이동 가이드가 상승하고 바가 회전을 구동합니다. 모터 슬라이더 하나가 동일하게 상승하고 두 개의 수동 슬라이더가 회전하면서 회전하여 트립 시 너트의 첫 번째 나사산에 충격이 가해지는 것을 방지합니다.
너트가 나사산 부분에서 분리되고, 메인 볼트가 회전하며, 능동적인 회전과 움직임이 발생하고, 후속 슬라이드 블록이 접촉면을 밀어내고, 후속 슬라이드 블록을 밀어냅니다. 이로써 메인 너트의 자동 분해 작업이 완료됩니다.
프로그램을 설치했고, 반대로 프로그램도 설치했습니다.
세척은 주로 메인 너트의 내부 나사산 세척과 메인 볼트의 3단계 외부 나사산 세척으로 나뉩니다. 메인 너트는 메인 볼트 바로 위에 위치하므로, 세척액이 메인 너트를 타고 흘러내려 세척된 볼트를 오염시키는 것을 방지하기 위해 볼트와 너트 세척이 완료된 후 볼트 세척 단계를 추가합니다.
(1)견과류 세척
너트 세척은 주로 너트 세척 브러시와 너트 들어올리기 메커니즘의 협력으로 이루어집니다. 너트 세척 브러시와 구동 모터는 세척기 상단 덮개에 설치되어 있습니다.
너트 청소용 브러시는 주로 청소용 브러시 헤드, 메인 샤프트 및 지지 실린더로 구성됩니다. 청소용 브러시 헤드는 원심 구조입니다. 회전하지 않을 때는 청소용 브러시의 외경이 너트의 내경보다 작습니다. 브러시 헤드가 회전하면 원심력에 의해 브러시 고정 시트가 열리고, 고정 시트에 장착된 나일론 브러시가 너트의 내부 나사산 표면에 밀착됩니다.
너트를 청소하기 전에 너트 리프팅 메커니즘을 사용하여 너트를 들어 올려 청소 브러시 헤드에 삽입한 다음, 너트 청소 브러시 구동 모터를 작동시켜 청소 브러시 헤드를 회전시킵니다. 브러시 헤드가 회전하는 동안 리프팅 메커니즘의 구동력에 의해 메인 너트가 위아래로 움직여 나사산 전체 부분을 청소합니다.
(2)볼트 청소
볼트 청소 장치는 주로 롤러 브러시 어셈블리, 롤러 브러시 스윙 메커니즘, 메인 볼트 고정 장치 및 메인 볼트 구동 장치로 구성됩니다. 롤러 브러시 어셈블리는 롤러 브러시 스윙 로드를 통해 스윙 실린더의 피스톤 로드와 연결됩니다. 롤러 브러시 실린더의 피스톤 로드가 밀려 나오면 롤러 브러시 어셈블리가 메인 볼트의 나사산 부분 가까이로 이동하고, 수축되면 메인 볼트에서 멀어집니다. 롤러 브러시 구동 모터는 벨트 풀리를 통해 롤러 브러시를 회전시킵니다.
메인 볼트를 청소할 때, 메인 볼트 구동 모터가 트레이 위의 메인 볼트를 회전시키고, 스윙 실린더가 롤러 브러시 어셈블리를 메인 볼트의 3분할 나사산에 더 가깝게 이동시키면서 롤러 브러시 구동 모터를 작동시켜 롤러 브러시가 메인 볼트 표면을 따라 회전하게 합니다. 이렇게 하면 메인 볼트를 청소할 수 있습니다.
세척 과정 동안 세척액 순환 시스템은 세척액을 액체 분사 파이프로 공급하고, 액체 분사 파이프에는 여러 개의 노즐이 설치되어 볼트 표면에 세척액을 고르게 분사합니다.
4. 문제점 및 해결책
연구 및 설계 과정에서 장비 성능을 검증하기 위해 장비 제작 후 볼트와 너트 모의체를 사용하여 다수의 테스트를 수행했으며, 그 과정에서 몇 가지 문제점을 발견하고 이에 대한 해결책을 마련했습니다.
(1) 청소 상자의 누출
해당 장비는 수직 구조이므로 밀폐성에 대한 요구 사항이 더욱 높습니다. 청소 과정에서 세척액 일부가 밀폐 도어와 프레임 안쪽에 튀어 흘러내려 누출이 발생한 것이 확인되었습니다. 이에 대해 다음과 같은 조치를 취하십시오.
(2) 전체 세척 및 건조 과정 동안 팬은 항상 흡입 상태로 유지되어 세척 상자 내부의 공기압이 대기압보다 낮고 음압 상태가 되도록 하여 상자 내부의 폐액 및 폐가스가 넘치지 않도록 효과적으로 방지하고 작업자의 안전을 완벽하게 보장합니다.
(3) 세척 상자의 밀폐 도어 내부 스테인리스 부품의 표면에는 초소수성 코팅을 분사하고 도어 유리에도 소수성 처리를 하여 세척 과정에서 밀폐 도어에 튀는 물방울이 도어 패널과 유리에 달라붙지 않도록 하여 도어 패널에 남아 있는 물방울이 떨어지는 문제를 개선합니다.
(2) 볼트 미끄러짐 현상
초기에 메인 볼트 트레이는 금속 부품에 고무판을 접착하는 구조를 채택했습니다. 체결 토크가 너무 크면 고무와 볼트 하단이 미끄러지면서 보호 역할을 합니다.
시운전 초기에는 세척액으로 물을 사용했는데, 주 볼트의 체결력이 양호했습니다. 그러나 후기에 원자력 발전소에서 실제로 사용하는 세척액으로 교체한 후에는 주 볼트가 체결되지 않고 미끄러지는 현상이 발생했습니다. 분석 결과, 세척액의 윤활 효과 때문에 기존의 볼트 체결 방식이 부적절했던 것으로 밝혀졌습니다.
메인 볼트 트레이의 금속 부품에 고무판을 접착하는 구조를 없애고, 4개의 구형 플런저를 메인 볼트 트레이에 직접 설치했습니다. 메인 볼트를 조일 때, 2개의 구형 플런저가 메인 볼트 하단의 홈으로 미끄러져 들어가 메인 볼트를 조입니다. 조임 토크가 과도할 경우를 대비한 보호 기능도 제공합니다. 동시에 메인 볼트 구동 서보 모터에도 토크 보호 기능이 탑재되어 있어, 메인 볼트 구동 토크가 설정값을 초과하면 작동을 멈추고 경보음을 울립니다.
(4) 자연 건조 효과가 좋지 않음
디버깅 결과, 볼트가 완전히 건조되지 않았으며, 이 부분을 개선해야 할 필요가 있음을 발견했습니다.
장비의 공기 건조 과정을 연구한 결과, 시운전 초기에는 볼트 표면의 오염물을 제거하기 위해 볼트를 세척할 때만 볼트 롤러 브러시가 볼트에 가까이 이동하여 고속으로 회전하는 것으로 나타났습니다. 공기 건조 과정이 시작되면 볼트 롤러 브러시는 볼트에서 떨어져 나가고, 볼트는 고속 압축 공기 분사에 의해서만 건조됩니다.
이러한 이유로 저자는 공기 건조 공정을 개선했습니다. 세척 후 공기 건조가 시작되면 롤러 브러시가 볼트에 가까이 이동하여 고속으로 회전하며 표면의 액체를 제거합니다. 공기 건조 사이클의 1/3이 지나면 볼트 롤러 브러시가 볼트에서 떨어져 회전을 멈추고, 이후 고속 압축 공기 분사로 볼트를 건조합니다.
실제 실험을 통해 개선 후 자연 건조 효과가 크게 향상되었음이 입증되었습니다.
게시 시간: 2022년 11월 17일
