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문제 정의
- 본 논문은 5MW(10MW Upgradable)급 요르단 연구용 및 교육용 원자로(Jordan Research & Training Reactor, JRTR)(1)에 설치되는 이차정지구동장치 (Second Shutdown Drive Mechanism, SSDM) 수력시스템(Hydraulic System)의 내진검증 시험과 결과를 보여주고 있다.
- 내진검증을 위해서 전체 시스템을 시험하는 것이 타당하나 원자로 수조 바닥과 상부의 통합된 동적 거동을 모사하는 내진검증시험장치(Test Rig)를 구현하기가 어려울 뿐만 아니라 해당 시험장치를 제작하더라도 높이와 무게를 수용할 있는 가진기(Shaker)는 국내에 존재하지 않아 수조 상부에 설치되는 수력시스템과 원자로 내부에 설치되는 기기들을 분리하여 내진검증을 수행하였다. 본 논문은 수조 상부에 설치되는 수력시스템의 내진검증에 대해 설명하고 있다.(2)
제안 방법
- (1) 수력시스템의 주밸브와 우회밸브는 Fig. 4와 같이 성능시험 결과와 동일한 밸브 개폐위치, 펌프압력, 초기지연시간을 가지도록 하여 각 지진 전/중/후 성능시험을 수행하였다.
- (3) 내진검증시험은 설계시방서에 제시된 수조 상부에서 층 응답스펙트럼(FRS)을 포괄하는 요구응답스펙트럼(RRS)을 도출하였고 도출된 RRS를 포괄하도록 인공지진파로 가진하여 출력된 시험 응답스펙트럼(TRS)이 RRS를 포괄하도록 수행하였다. Fig.
- 3과 같이 실제 현장에 설치될 수력 시스템과 수력시스템이 설치될 수조 상부(앵커볼트 포함)를 모사하는 어댑터 플레이트(Adapter Plate)로 구성된다. 가진대에 강체(Rigid)로 구속된 어댑터 플레이트 상면에 가속도 센서(AL1)를, 내진범주 I급인 솔레노이드-피스톤 밸브의 구조건전성을 확인하기 위해서 피스톤 밸브 지지 브라켓에 가속도 센서 (AL2)를 각각 설치하였다.(2)
- 공진탐색시험은 Acceleration sine sweep wave (Amplitude 0.1g, 1.0~50.0Hz, 2 Octave/Min)를 상호 직각을 이루도록 X, Y및 Z방향으로 각각 가진하여 수행되었다.
- 수력시스템의 피스톤 밸브 작동을 위해, 실제 현장에 설치될 공기조절시스템(Air Regulating System) 과 동일한 시스템으로 동일한 매개공압(Instrument Compressed Air)을 솔레노이드 밸브에 적용하였다. 그리고 물의 순환과 솔레노이드 밸브 작동을 위해서 수력시스템과 가진대 밖에 설치된 물탱크와 공기조절시스템을 플렉서블(Flexible) 호스로 각각 연결하여 내진 시험에 영향이 없도록 하였다. 또한 본 시험에서 수력시스템과 수력실린더가 연결되는 튜브 내 압력을 모사하기 위해 실린더와 연결되는 튜브라인에 조절밸브를 적용하였다.
- 내진검증(내진구조건전성 및 내진성능)시험은 설계시방서에서 제시된 수조 상부의 층 응답스펙트럼(FRS, Damping 5%)을 포괄하도록 도출된 각 축방향 요구응답스펙트럼(RRS)을 만족하는 인공지진파를 30초동안 X, Y와 Z축방향으로 동시에 가진하여 수행되었다.
- (1,2) 여기서 수력시스템은 원자로 수조 상부에 설치되고 나머지 기기는 원자로 내부에 설치된다. 내진검증을 위해서 전체 시스템을 시험하는 것이 타당하나 원자로 수조 바닥과 상부의 통합된 동적 거동을 모사하는 내진검증시험장치(Test Rig)를 구현하기가 어려울 뿐만 아니라 해당 시험장치를 제작하더라도 높이와 무게를 수용할 있는 가진기(Shaker)는 국내에 존재하지 않아 수조 상부에 설치되는 수력시스템과 원자로 내부에 설치되는 기기들을 분리하여 내진검증을 수행하였다. 본 논문은 수조 상부에 설치되는 수력시스템의 내진검증에 대해 설명하고 있다.
- 또한 본 시험에서 수력시스템과 수력실린더가 연결되는 튜브 내 압력을 모사하기 위해 실린더와 연결되는 튜브라인에 조절밸브를 적용하였다.
- 밸브내진시험유닛 (Valve Seismic Test Unit)를 이용하여 이차정지구동장치의 하위 집합체로써 수조 상부에 설치되는 수력시스템 특히, 솔레노이드-피스톤 밸브의 내진구조건전성과 내진성능시험을 수행하였다.
- 수력시스템의 피스톤 밸브 작동을 위해, 실제 현장에 설치될 공기조절시스템(Air Regulating System) 과 동일한 시스템으로 동일한 매개공압(Instrument Compressed Air)을 솔레노이드 밸브에 적용하였다. 그리고 물의 순환과 솔레노이드 밸브 작동을 위해서 수력시스템과 가진대 밖에 설치된 물탱크와 공기조절시스템을 플렉서블(Flexible) 호스로 각각 연결하여 내진 시험에 영향이 없도록 하였다.
- 단순히 내진 전/후 구조적 변화만을 확인하면 되므로 공진주파수는 가진대에 입력된 신호(AL1, X방향 가속도)에 대한 피스톤 밸브 지지 브라켓에서 응답신호(AL2, Y방향 가속도)의 전달함수와 간섭성(Coherence)을 산정함으로써 산출되었다. 전달함수는 입력-응답신호의 크로스 파워 스펙트럼 밀도(CPSD)에 입력신호의 파워 스펙트럼 밀도(PSD)를 나누어 계산되고, 간섭성은 입력-응답신호의 CPSD 절대값의 제곱에 입력신호와 응답신호의 각 PSD곱을 나누어 계산되었다. 공진 분석의 정밀도를 향상시키기 위해 각 신호는 Symmetric Hanning Window가 적용되었다.
대상 데이터
- 수조 상부에 설치되는 수력시스템의 구조건전성과 낙하성능시험을 위하여 본 내진시험에Acceleration sine sweep wave 또는 인공지진파를 사용하였다.
- 수조 상부에 설치되는 수력시스템의 내진검증 시험장치(Test Rig)인 밸브내진시험유닛(Valve Seismic Test Unit)은 Fig. 3과 같이 실제 현장에 설치될 수력 시스템과 수력시스템이 설치될 수조 상부(앵커볼트 포함)를 모사하는 어댑터 플레이트(Adapter Plate)로 구성된다. 가진대에 강체(Rigid)로 구속된 어댑터 플레이트 상면에 가속도 센서(AL1)를, 내진범주 I급인 솔레노이드-피스톤 밸브의 구조건전성을 확인하기 위해서 피스톤 밸브 지지 브라켓에 가속도 센서 (AL2)를 각각 설치하였다.
데이터처리
- 6은 SSE 내진시험을 위한 RRS와 실제 밸브내진시험 유닛에 가진된 TRS와 시간이력 곡선을 보여주고 있다. 도출된 RRS에 대한 출력된 TRS의 포괄 여부를 확인하기 위하여 IEEE 344-2004에 제시된 1/6 Octave로 분석/비교하였다. 일부 포괄하지 못하는 포인트는 IEEE 693-2005의 8.
이론/모형
- 전달함수는 입력-응답신호의 크로스 파워 스펙트럼 밀도(CPSD)에 입력신호의 파워 스펙트럼 밀도(PSD)를 나누어 계산되고, 간섭성은 입력-응답신호의 CPSD 절대값의 제곱에 입력신호와 응답신호의 각 PSD곱을 나누어 계산되었다. 공진 분석의 정밀도를 향상시키기 위해 각 신호는 Symmetric Hanning Window가 적용되었다.
성능/효과
- (1) 이차정지구동장치는 모든 운전상태와 사고조건에서 예비, 고유의 안전, 독립적 방식을 제공하며, 그 후 정지 상태를 유지한다.
- (2) 이차정지구동장치는 원자로보호계통, 대체보호계통, 자동지진정지계통 또는 운전원의 수동정지에 의해 이차정지봉을 자유 낙하로 노심에 삽입시킬 수 있어야 한다.
- (3) 운전기준지진 (OBE 5회) 발생 동안 및 그 후에 수력시스템의 성능과 기능이 유지되어야 한다.
- (4) 안전정지지진 (SSE 1회) 발생 시 모든 솔레노이드-피스톤 밸브의 안전정기기능이 작동되어야 하며 밸브의 초기작동지연시간을 포함하여 이차정지봉이 요구되는 시간 이내에 자유낙하로 노심 내로 삽입될 수 있어야 한다.
- (6) 수력시스템의 구조건전성을 추가적으로 확인하기 위하여 내진 시험 후 기능시험과 육안검사를 수행한 결과, 수력시스템은 모든 내진시험 후에도 올바르게 작동되었으며 앵커 볼트를 포함한 어떠한 볼트의 풀림, 누수 또는 기계적인 손상도 없었다.
- 본 결과로부터 2개 한쌍의 솔레노이드-피스톤 밸브의 작동지연시간차이는 경향성이 없으며 내진 영향이 무시될 수 있음을 확인하였다. 그리고 가진 전/중/후에도 수력시스템의 성능 및 기능이 유지됨을 확인하였다.
- 076 sec로 측정되었다. 본 결과로부터 2개 한쌍의 솔레노이드-피스톤 밸브의 작동지연시간차이는 경향성이 없으며 내진 영향이 무시될 수 있음을 확인하였다. 그리고 가진 전/중/후에도 수력시스템의 성능 및 기능이 유지됨을 확인하였다.
- 38 Hz로 측정되었다. 본 결과로부터 OBE 5 회와 SSE 1회의 내진시험 후에도 수조 상부에 설치 되는 수력시스템 특히, 솔레노이드 밸브, 피스톤 밸브 및 이를 지지하는 브라켓은 해당 내진환경에서 구조건전성이 유지됨을 확인하였다.
- 본 밸브내진시험유닛으로 이차정지구동장치의 하위 집합체로써 수조 상부에 설치되는 수력시스템의 내진구조건전성과 내진성능이 모두 만족됨을 확인하였다.
- 수력시스템 특히, 피스톤 밸브를 지지하는 브라켓의 공진탐색시험을 수행한 결과, 브라켓의 고유진동수(Y 방향)는 시험 전 25.75/26.88 Hz, 시험 후 26.00/27.38 Hz로 측정되었다. 본 결과로부터 OBE 5 회와 SSE 1회의 내진시험 후에도 수조 상부에 설치 되는 수력시스템 특히, 솔레노이드 밸브, 피스톤 밸브 및 이를 지지하는 브라켓은 해당 내진환경에서 구조건전성이 유지됨을 확인하였다.
후속연구
- 검증시험은 IEEE 323(12)(KEPIC END 1100(13))의 6절 요건과 부합되도록 수행된다. 따라서 설계의 타당성을 증명하기 위해 해석을 통한 구조건전성 평가와 더불어 원형 이차정지구동장치 (Prototype SSDM)를 이용한 검증시험이 수행되어야 한다. 여기서 원형기기는 본품 기기와 동일한 재료, 설계, 제작, 검사, 시험 및 품질로 건조된다.
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