원자력 발전소에서 증기발생기를 장기간 운영할 경우 슬러지가 증기발생기 내부에 축적되어 좋지 못한 영향을 미치게 된다. 본 논문은 이러한 슬러지를 효율적으로 제거할 수 있는 슬러지 세척장치의 설계 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 논문에서는 슬러지 세척장치 설계를 위해, 첫째, 수학적 모델 적용과 랩테스트를 통해 고압수 분사를 위한 노즐을 설계하고, 둘째, 슬러지 세척장치 구동에 필요한 성능 파라미터에 대한 수학적 이론을 정립한다. 셋째, 정립된 성능파라미터에 기반하여 세척장치의 물리적 구조체를 설계하고, 마지막으로 장치의 구동방법을 제시한다. 본 논문에서 제시하는 슬러지 세척장치는 증기발생기의 벽면을 따라 이동하면서 전열관 배열 틈사이에 대응하여 고압수를 분사하는 방식으로 슬러지를 제거함으로써 상대적으로 슬러지가 다량 형성되는 내측 바닥면이 매우 효과적으로 세척될 수 있다.
원자력 발전소에서 증기발생기를 장기간 운영할 경우 슬러지가 증기발생기 내부에 축적되어 좋지 못한 영향을 미치게 된다. 본 논문은 이러한 슬러지를 효율적으로 제거할 수 있는 슬러지 세척장치의 설계 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 논문에서는 슬러지 세척장치 설계를 위해, 첫째, 수학적 모델 적용과 랩테스트를 통해 고압수 분사를 위한 노즐을 설계하고, 둘째, 슬러지 세척장치 구동에 필요한 성능 파라미터에 대한 수학적 이론을 정립한다. 셋째, 정립된 성능파라미터에 기반하여 세척장치의 물리적 구조체를 설계하고, 마지막으로 장치의 구동방법을 제시한다. 본 논문에서 제시하는 슬러지 세척장치는 증기발생기의 벽면을 따라 이동하면서 전열관 배열 틈사이에 대응하여 고압수를 분사하는 방식으로 슬러지를 제거함으로써 상대적으로 슬러지가 다량 형성되는 내측 바닥면이 매우 효과적으로 세척될 수 있다.
In the case of operating steam generators for long periods in nuclear power plants, sludge is accumulated inside the steam generator. This phenomenon could adversely affect the operation of the steam generator. This paper is about the design of a sludge washing apparatus which can remove the sludge ...
In the case of operating steam generators for long periods in nuclear power plants, sludge is accumulated inside the steam generator. This phenomenon could adversely affect the operation of the steam generator. This paper is about the design of a sludge washing apparatus which can remove the sludge efficiently and the control methods of the apparatus. In this paper, to design the sludge washing apparatus, firstly, we design nozzles for spraying high-pressure water through applying mathematical models and lab tests. Secondly, we establish the mathematical theory for performance parameters required to drive the sludge washing apparatus. Thirdly, we design physical structures of the apparatus based on the established performance parameters. Finally, we present the control methods of the apparatus. The sludge washing apparatus presented in this paper moves along the walls of the steam generator according to cracks in the tube array, and spray the high pressure water to remove the sludge. By this way, a relatively large amount of sludge formed in the inner surfaces can be washed very effectively.
In the case of operating steam generators for long periods in nuclear power plants, sludge is accumulated inside the steam generator. This phenomenon could adversely affect the operation of the steam generator. This paper is about the design of a sludge washing apparatus which can remove the sludge efficiently and the control methods of the apparatus. In this paper, to design the sludge washing apparatus, firstly, we design nozzles for spraying high-pressure water through applying mathematical models and lab tests. Secondly, we establish the mathematical theory for performance parameters required to drive the sludge washing apparatus. Thirdly, we design physical structures of the apparatus based on the established performance parameters. Finally, we present the control methods of the apparatus. The sludge washing apparatus presented in this paper moves along the walls of the steam generator according to cracks in the tube array, and spray the high pressure water to remove the sludge. By this way, a relatively large amount of sludge formed in the inner surfaces can be washed very effectively.
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문제 정의
본 논문은 원자력 발전소 설비 중의 하나인 증기발생 기의 전열관 배열 틈사이로 고압수를 분사하여 장기간 운영 중에 축적된 이물질을 효율적으로 제거하는 증기 발생기의 슬러지 세척장치 설계 및 그 제어방법에 관한 것이다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 논문에서는 증기발생기의 벽면을 따라 이동하면서 원격제어기의 제어신호에 따라 노즐이 전열관 배열 틈 간격에 대응되도록 고압분사부의 분사 방향을 조절하여 고압 세척수를 분사하는 증기발생기의 슬러지 세척장치를 설계하고 그 제어방법을 제시하고자 한다.
가설 설정
2) 노즐의 형상비가 L/do = 0 인 경우에 유속과 압력 손실이 가장 적다.
제안 방법
이상에서 도출된 랩 테스트 결과를 바탕으로 여러 가지 환경을 고려하여 노즐형상비를 0으로 설정하여 최종적으로 노즐을 설계하였다. 노즐의 외형은 테스트용으로 제작하여 실험 후 Spray head chamber에 적합한 형태로 재설계하였다. 최종적으로 설계한 노즐 및 Spray head chamber의 구성도는 [그림 5]와 같다.
슬러지 세척장치가 증기발생기 내벽에 수직으로 설치된 상태에서 네 개의 자석휠(magnetic wheel)로 몸체의 무게를 지탱한다. 따라서 슬러지 세척장치의 몸체의 무게와 자세를 유지하고 작업 수행에 필요한 성능을 유지하기 위해 슬러지 세척장치 구동에 요구되는 성능 파라미터를 다음과 같이 설계한다.
세부적 내용으로 세척장치의 핵심인 고압 분사 노즐을 랩테스트를 거쳐 최적의 형태로 설계하였다. 또한, 수식모델에 기반하여 슬러지 세척 장치를 구동시키는 각 성능 요소의 제원을 설계하였고, 설계된 성능요소의 제원을 바탕으로 증기발생기 벽면을 따라 이동가능하게 하는 운송 구동부, 고압수를 발사하는 복수의 노즐로 구성된 고압분사부, 고압분사부를 배열축 방향 기준으로 선택적으로 회전되도록 지지하는 회전지지체로 구성된 슬러지 세척 장치의 구조체를 설계하였다. 마지막으로 설계된 본 구조체의 동작제어 방법을 제시하였다.
슬러지 세척장치의 구동을 위해 두 개의 모터가 사용되는데 하나의 모터로 좌측 앞바퀴를 움직이고, 다른쪽 모터로는 우측 앞바퀴를 움직인다. 또한, 장치가 정속으로 주행하기 위해 뒤 바퀴도 앞바퀴와 동일한 속도로 움직여야 하는데 앞과 뒤 바퀴 간에는 체인을 연결하는 방식을 채택한다. 그 이유는 체인방식이 벨트 방식에 비해 전달하중이 크고 부피도 작아 효율적이기 때문이다.
또한, 수식모델에 기반하여 슬러지 세척 장치를 구동시키는 각 성능 요소의 제원을 설계하였고, 설계된 성능요소의 제원을 바탕으로 증기발생기 벽면을 따라 이동가능하게 하는 운송 구동부, 고압수를 발사하는 복수의 노즐로 구성된 고압분사부, 고압분사부를 배열축 방향 기준으로 선택적으로 회전되도록 지지하는 회전지지체로 구성된 슬러지 세척 장치의 구조체를 설계하였다. 마지막으로 설계된 본 구조체의 동작제어 방법을 제시하였다.
세부적 내용으로 세척장치의 핵심인 고압 분사 노즐을 랩테스트를 거쳐 최적의 형태로 설계하였다. 또한, 수식모델에 기반하여 슬러지 세척 장치를 구동시키는 각 성능 요소의 제원을 설계하였고, 설계된 성능요소의 제원을 바탕으로 증기발생기 벽면을 따라 이동가능하게 하는 운송 구동부, 고압수를 발사하는 복수의 노즐로 구성된 고압분사부, 고압분사부를 배열축 방향 기준으로 선택적으로 회전되도록 지지하는 회전지지체로 구성된 슬러지 세척 장치의 구조체를 설계하였다.
이상에서 도출된 랩 테스트 결과를 바탕으로 여러 가지 환경을 고려하여 노즐형상비를 0으로 설정하여 최종적으로 노즐을 설계하였다. 노즐의 외형은 테스트용으로 제작하여 실험 후 Spray head chamber에 적합한 형태로 재설계하였다.
장치의 이동속도는 별도의 기준은 없으나 최고 속도 범위에서 가변적으로 움직일 수 있도록 설계하였다. 모터의 부하가 작용하는 상태에서 모터 회전속도가 4000RPM 일때, 최고속도를 가진다.
제안된 세척장치는 다수의 전열관 틈 사이에서 두 방향 이상으로 고압 세척수를 분사하도록 설정된 지점에서는 다방향으로 분사가 이루어진다. 이를 통해 전열 관이 배치되어 상대적으로 슬러지가 많이 축적되는 내측 바닥면을 중복 세척할 수 있어 매우 효과적이다.
성능/효과
1) 노즐 형상비가 적을수록 고압액체 분사의 직진성이 높아진다.
후속연구
향후 과제로는 본 논문에서 설계된 슬러지 세척장치의 제작과 현장 테스트를 통해 품질 개선이 지속적으로 이루어져야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
노즐의 성능은 무엇에 영향을 받는가?
노즐의 성능은 수축비(Contraction ratio), 수축각 (Contraction angle), 형상비(Aspect ratio), 입구길이비 (Inlet length ratio)등에 밀접한 영향을 받는다[7-11].
원자력 발전소는 어떻게 전기를 생산하나?
원자력 발전소는 우라늄의 핵분열 시 발생하는 열로 물을 가열함으로써 발생되는 증기의 힘으로 돌린 터빈의 회전력을 통해 발전기를 가동하여 전기를 생산한다.
본 논문에서 슬러지를 효율적으로 제거할 수 있는 슬러지 세척장치를 어떻게 설계했나?
본 논문은 이러한 슬러지를 효율적으로 제거할 수 있는 슬러지 세척장치의 설계 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 논문에서는 슬러지 세척장치 설계를 위해, 첫째, 수학적 모델 적용과 랩테스트를 통해 고압수 분사를 위한 노즐을 설계하고, 둘째, 슬러지 세척장치 구동에 필요한 성능 파라미터에 대한 수학적 이론을 정립한다. 셋째, 정립된 성능파라미터에 기반하여 세척장치의 물리적 구조체를 설계하고, 마지막으로 장치의 구동방법을 제시한다. 본 논문에서 제시하는 슬러지 세척장치는 증기발생기의 벽면을 따라 이동하면서 전열관 배열 틈사이에 대응하여 고압수를 분사하는 방식으로 슬러지를 제거함으로써 상대적으로 슬러지가 다량 형성되는 내측 바닥면이 매우 효과적으로 세척될 수 있다.
참고문헌 (11)
이은철, 원자력이 궁금해요(그린에너지 생생원자력2), 상수리출판사, 2009.
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김석태, 정우태, 강덕원, "초음파 변환기를 이용한 증기발생기 슬러지 침적 방지 방법", 한국정밀공학회 학술대회 논문집, 제2007권, 제6월호, pp.557-558, 2007.
김석태, 정우태, "수압구동 전열관다발 부분 삽입형 증기발생기 세정장비 설계", 대한기계학회, 제 2008권, 제11월호, pp.1132-1135, 2008.
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