제어봉구동장치는 운전 중 원자로의 출력을 조절하고 사고 발생 시 원자로 핵분열 반응을 중지시키는 역할을 수행하는 핵심 기기이다. 따라서 원자로의 안전한 운영을 위해서는 제어봉 구동장치(Control Element Drive ...
제어봉구동장치는 운전 중 원자로의 출력을 조절하고 사고 발생 시 원자로 핵분열 반응을 중지시키는 역할을 수행하는 핵심 기기이다. 따라서 원자로의 안전한 운영을 위해서는 제어봉 구동장치(Control Element Drive Mechanism, CEDM)를 구성하는 모든 요소 기술이 충분한 안전성을 가지고 개발되어야 한다. 현재 국내에서 개발 중인 일체형 원자로용 제어봉 구동장치의 압력용기 내부는 냉각재로 채워져 있고 볼베어링을 포함한 제어봉 구동장치를 구성하고 있는 모든 부품이 냉각재 환경에서 구동된다. 따라서 제어봉을 구동하는 핵심 부품 중 하나인 볼베어링은 일반적인 그리스 윤활 제품을 적용할 수 없으며 수윤활 환경에서 제어봉 구동장치의 상․하운동 시 발생하는 고하중을 견딜 수 있는 볼베어링이 적용되어야 한다. 본 연구에서는 고하중, 수윤활에 적합한 볼베어링을 개발하기 위해 먼저 운전 환경을 고려한 후보 소재 조합 및 볼베어링 형식을 결정하고, 제어봉 구동장치의 운전 환경을 모사할 수 있는 볼베어링 내구수명 시험 장치를 개발하였다. 그리고 개발된 시험 장치로 운전 조건에 따른 내구수명을 평가하여 제시된 볼베어링의 타당성을 평가하였다. 내구수명 평가 결과 앵귤러컨택 볼베어링이 깊은홈 레이디얼 후보 볼베어링에 비해 외관상태, 토크측정 및 단차측정 값, 낙하충격 저항성 등에 대해 우수한 것으로 평가되었다. 또한 앵귤러컨택 볼베어링 중 내․외륜이 초경합금이고 볼이 질화계 세라믹인 조합과 내․외륜과 볼이 모두 초경합금인 조합이 타 소재 조합에 비해 우수한 것으로 확인되었다. 비록 본 연구에서 고하중, 수윤활 조건에 적합한 볼베어링 소재 조합을 제시하고 내구수명 평가를 통해 타당성을 검증하였지만, 실제 적용을 위해서는 부식성 환경과 방사선에 대한 저항 등 실제의 제어봉 구동장치 조건 하에서 추가적인 연구가 필요한 것으로 생각된다.
제어봉 구동장치는 운전 중 원자로의 출력을 조절하고 사고 발생 시 원자로 핵분열 반응을 중지시키는 역할을 수행하는 핵심 기기이다. 따라서 원자로의 안전한 운영을 위해서는 제어봉 구동장치(Control Element Drive Mechanism, CEDM)를 구성하는 모든 요소 기술이 충분한 안전성을 가지고 개발되어야 한다. 현재 국내에서 개발 중인 일체형 원자로용 제어봉 구동장치의 압력용기 내부는 냉각재로 채워져 있고 볼베어링을 포함한 제어봉 구동장치를 구성하고 있는 모든 부품이 냉각재 환경에서 구동된다. 따라서 제어봉을 구동하는 핵심 부품 중 하나인 볼베어링은 일반적인 그리스 윤활 제품을 적용할 수 없으며 수윤활 환경에서 제어봉 구동장치의 상․하운동 시 발생하는 고하중을 견딜 수 있는 볼베어링이 적용되어야 한다. 본 연구에서는 고하중, 수윤활에 적합한 볼베어링을 개발하기 위해 먼저 운전 환경을 고려한 후보 소재 조합 및 볼베어링 형식을 결정하고, 제어봉 구동장치의 운전 환경을 모사할 수 있는 볼베어링 내구수명 시험 장치를 개발하였다. 그리고 개발된 시험 장치로 운전 조건에 따른 내구수명을 평가하여 제시된 볼베어링의 타당성을 평가하였다. 내구수명 평가 결과 앵귤러컨택 볼베어링이 깊은홈 레이디얼 후보 볼베어링에 비해 외관상태, 토크측정 및 단차측정 값, 낙하충격 저항성 등에 대해 우수한 것으로 평가되었다. 또한 앵귤러컨택 볼베어링 중 내․외륜이 초경합금이고 볼이 질화계 세라믹인 조합과 내․외륜과 볼이 모두 초경합금인 조합이 타 소재 조합에 비해 우수한 것으로 확인되었다. 비록 본 연구에서 고하중, 수윤활 조건에 적합한 볼베어링 소재 조합을 제시하고 내구수명 평가를 통해 타당성을 검증하였지만, 실제 적용을 위해서는 부식성 환경과 방사선에 대한 저항 등 실제의 제어봉 구동장치 조건 하에서 추가적인 연구가 필요한 것으로 생각된다.
Recently, there is on-going effort that is developing integral reactor which contains the main components, i.e., steam generator, reactor coolant pump and pressurizer, in the reactor vessel. A Control Element Driving Mechanism (CEDM) is one of important elements in this integral reactor. The CEDM is...
Recently, there is on-going effort that is developing integral reactor which contains the main components, i.e., steam generator, reactor coolant pump and pressurizer, in the reactor vessel. A Control Element Driving Mechanism (CEDM) is one of important elements in this integral reactor. The CEDM is typically used either to control the heat generating capacity of nuclear reactor during its normal operation or to safely shut down in impact condition. Therefore, for the safe operation of nuclear reactor, the all elements consisting of CEDM should maintain their integrity. Since the CEDM is filled with reactor coolant in an integral reactor, all elements in the CEDM including ball bearing should be operated in the reactor coolant. Therefore, a typical ball bearing which is used in general lubrication condition, i.e. grease lubrication, can not be applied to this CEDM, then the ball bearing subjected to high axial load in water lubrication condition should be newly developed. In the present study, in order to develop ball bearing that can sustain high axial load in the water (reactor coolant) lubrication condition, the possible bearing materials and types are selected considering operating condition. Then, the applicability of selected materials and types is evaluated via durability testing either in normal operating condition or in impact condition, for which testing apparatuses simulating actual operating environment of the CEDM are also developed in the present study. Based on the testing results, it is revealed that the type 5210 angular contact ball bearing is more robust than the type 6010 deep groove radial ball bearing in terms of visual inspections after tests, variations of values of torque during tests, wear resistance and maximum impact loads. Furthermore, the type 5210 ball bearings either using hard metal for inner and outer races and nitride-based ceramic for ball or using hard metal for races and ball provide excellent performance compared with other ball bearings considered in the present study.
Recently, there is on-going effort that is developing integral reactor which contains the main components, i.e., steam generator, reactor coolant pump and pressurizer, in the reactor vessel. A Control Element Driving Mechanism (CEDM) is one of important elements in this integral reactor. The CEDM is typically used either to control the heat generating capacity of nuclear reactor during its normal operation or to safely shut down in impact condition. Therefore, for the safe operation of nuclear reactor, the all elements consisting of CEDM should maintain their integrity. Since the CEDM is filled with reactor coolant in an integral reactor, all elements in the CEDM including ball bearing should be operated in the reactor coolant. Therefore, a typical ball bearing which is used in general lubrication condition, i.e. grease lubrication, can not be applied to this CEDM, then the ball bearing subjected to high axial load in water lubrication condition should be newly developed. In the present study, in order to develop ball bearing that can sustain high axial load in the water (reactor coolant) lubrication condition, the possible bearing materials and types are selected considering operating condition. Then, the applicability of selected materials and types is evaluated via durability testing either in normal operating condition or in impact condition, for which testing apparatuses simulating actual operating environment of the CEDM are also developed in the present study. Based on the testing results, it is revealed that the type 5210 angular contact ball bearing is more robust than the type 6010 deep groove radial ball bearing in terms of visual inspections after tests, variations of values of torque during tests, wear resistance and maximum impact loads. Furthermore, the type 5210 ball bearings either using hard metal for inner and outer races and nitride-based ceramic for ball or using hard metal for races and ball provide excellent performance compared with other ball bearings considered in the present study.
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