KR101648439B1 - 전열관의 절단 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전열관을 절단하는 장치에 관한 것으로서, 직경 방향으로 관통홈이 형성되고 전열관 내부에 삽입되어 전열관과 동축으로 배치되는 하우징, 상기 관통홈을 따라 이동 가능하게 배치되어 이 관통홈을 통하여 하우징의 외측 표면으로부터 돌출하는 위치와 외측 표면 내측으로 수축되는 위치 사이에서 이동 가능하며 상기 하우징의 외측으로 향하는 제1 단부에 절단 날이 마련되는 절단 공구, 및 상기 하우징 내에 배치되어 상기 하우징의 길이 방향으로 이동함으로써 상기 절단 공구를 상기 돌출하는 위치로 압박하는 작동 축을 포함하는 절단 헤드; 상기 작동 축을 하우징의 길이 방향으로 이동시키는 작동축 구동 수단; 상기 절단 헤드를 상기 전열관의 길이 방향으로 이송하고 상기 전열관의 원주 방향으로 회전시키는 절단 헤드 구동 수단을 포함하고, 상기 절단 헤드 구동 수단에 의해 상기 절단 헤드가 상기 전열관의 길이 방향으로 이송되어 상기 절단 날이 상기 전열관의 절단 위치에 대응하는 위치에 배치되고, 상기 작동축 구동 수단에 의해 상기 작동 축이 상기 하우징의 길이 방향으로 이동함으로써 상기 절단 날이 상기 하우징의 외측 표면으로 돌출하여 상기 전열관의 내측 표면에 압박되고, 상기 절단 헤드 구동 수단에 의해 상기 절단 헤드를 회전시킴으로써 상기 전열관이 상기 절단 날에 의해 절단되도록 구성된다.

Description

전열관의 절단 장치{TUBE CUTTING DEVICE FOR HEAT EXCHANGER}

본 발명은 전열관을 절단하는 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 발전소의 증기 발생기에 마련되어 있는 전열관과 같이 사람과 장비가 근접하기 어려운 위치에 배치되어 있는 전열관을 절단하는 장치에 관한 것이다.

원자력 발전소의 증기 발생기는 원자로에서 생성된 방사능이 함유된 고온 고압의 1차 유체가 전열관 내부를 흐르면서 이 전열관의 외부에 공급되는 2차 유체에 열을 전달하여 증기를 발생시키고, 이 증기를 발전기의 터빈으로 공급되도록 하는 설비이다.

이러한 증기 발생기의 통상적인 구조가 도 1에 도시되어 있다.

도 1에는 1차 유체로부터의 열을 전달하여 2차 유체를 기화시키는 데 필요한 열전달 표면을 형성하도록 관 다발(tube bundle, 12)을 형성하는 복수의 U자형 전열관을 이용하는 증기 발생기(10)가 도시되어 있다. 이 증기 발생기(10)는 수직으로 형성된 관형 쉘(14) 및 관형 쉘(14)의 하단부를 형성하는 반구형의 채널 헤드(20)를 갖는 용기로 이루어져 있다.

관형 쉘(14)의 하부는 관 다발(12)이 배치되어 1차 유체로부터 2차 유체로 열 전달이 이루어지는 부분으로 형성되고, 관형 쉘(14)의 상부는 2차 유체로부터 수분을 제거하는 습분 분리기(50)가 배치되어 증기를 발전기 터빈(미도시)를 이송하는 부분을 형성하고 있다.

관형 쉘(14)의 하부와 상부는 데크 패널(40)로 분리되며, 데크 패널(40)에는 복수의 개구(42)가 형성되고, 이 개구(42)에는 습분 분리기(50)에 2차 유체를 이송하는 복수의 라이저 튜브(52)가 결합되어 있다.

관형 쉘(14)의 하단과 채널 헤드(20) 사이에는 튜브 시트(22)가 부착되는데, 이 튜브 시트(22)에는 복수 개의 개구(24)가 형성되어 이 개구에 관 다발(12)의 각각의 전열관의 단부가 수용되어 있다.

채널 헤드(20)는 분할판(26)에 의해 2개의 격실(28, 30)로 분리되는데, 일측의 격실(28)에는 1차 유체 입구(32)가 형성되어 있고, 다른 일측 격실(30)은 1차 유체의 출구(34)가 형성되어 있다.

이러한 통상의 증기 발생기에 있어서, 증기 발생기의 관 다발(12)에 포함되어 있는 각각의 전열관은 고온 고압에서 내식성이 우수한 금속 튜브로 형성되지만, 장기간의 운전 중에 부식 또는 충격 등에 의해 전열관에 손상이 발생할 수 있다.

전열관을 흐르는 1차 유체는 높은 수준의 방사능을 함유하고 있어 전열관이 손상되어 이 1차 유체가 누출되는 일은 중대한 사고이므로, 원자력 발전소의 증기 발생기는 정기적 또는 수시로 점검이 이루어지고 그러한 점검에서 손상되거나 노후화한 전열관은 절단되어 제거되어야 한다.

그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 전열관의 관 다발(12)은 매우 밀집된 상태로 배치되어 있을 뿐만 아니라 관 다발(12)과 증기 발생기(10)를 둘러싸는 관형 쉘(14) 사이의 공간이 매우 협소하기 때문에 이 관 다발(12)에 사람과 절단 장비가 근접하여 전열관을 제거할 수 없다.

그러한 전열관 제거 작업은 사람과 작업자가 출입 가능한 수준의 공간을 제공하는 채널 헤드(20)에서 튜브 시트(22)의 개구(24)를 통하여 이루어지는데, 채널 헤드(20)는 고 방사능의 제1 유체가 유동하여 방사능 수준이 매우 높은 구역이므로, 이 공간에 사람이 들어가서 장비를 설치하고 장시간의 전열관의 제거 작업을 수행할 수는 없다.

따라서, 그러한 작업은 작업자의 방사능 피폭 제한량에 맞추어 짧은 시간 간격을 두고 수많은 작업자에 의해 이루어질 수 밖에 없기 때문에 상당히 많은 시간을 요하는 작업이었고, 작업하는 사람은 필연적으로 한계치까지 방사능에 노출될 수 밖에 없었다.
이러한 전열관에 작업자가 접근하는 일이 없이 원격 조작에 의해 전열관을 절단할 수 있는 장치가 대한민국 등록실용신안 공보 제20-0431176호(문헌 1)에 개시되어 있다.
이 장치는 원격 조작을 위한 구성 및 절단 헤드를 전열관에 고정할 수 있는 구성을 갖추고, 절단날이 구비된 절단 헤드는 절단봉과 결합되어 절단봉의 회전에 따라 전열관 내에서 회전하여 전열관을 절단한다.
문헌 1에서는 절단 장치에서 절단날이 절단봉에 연결되어 절단봉의 회전에 따라 펼쳐지고 절단봉의 회전이 멈추면 오므라들어서 원위치로 복귀하는 것으로 설명하고 있으나, 이것이 어떠한 원리와 구성에 의해 그러한 작용을 하는 지에 대해서는 아무런 설명이나 개시가 없다.

문헌 1: 대한민국 등록실용신안 공보 제20-0431176호

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 고려하여 원자력 발전소의 증기 발생기에서 전열관의 관 다발에 직접 접근하지 않고 관 다발의 하부를 통하여 전열관의 내부에서 전열관을 절단할 수 있는 장치를 제공하려는 것이다.

특히, 본 발명은 사람에 의하지 않고 자동화 또는 원격으로 전열관의 절단 작업을 수행할 수 있는 구성의 절단 장치를 제공하려는 것이고, 전열관의 하단 측에 설치되어 작업을 할 수 있는 구성의 절단 장치를 제공하려는 것이다.

또한, 본 발명은 증기 발생기의 전열관에 삽입되어 전열관의 절단 작업을 수행할 수 있는 구성의 절단 장치를 제공하려는 것이다.

본 발명자들은 전술한 과제의 해결과 관련하여, 다음의 요건들을 갖춘 절단 장치를 고려하였다.

첫째로는, 원자력 발전소의 증기 발생기의 전열관을 절단하는 작업을 전열관 내부에 삽입되어 전열관의 내부로부터 전열관을 절단할 수 있는 장치

둘째로는, 전열관의 하단, 즉 1차 유체가 전열관으로 공급되거나 배출되는 공간인 채널 헤드에 설치될 수 있는 장치

셋째로는, 간단하고 컴팩트한 구성을 갖추어 사람이 이를 설치하는 일이 없어 채널 헤드 내에 로봇에 의해 원격으로 설치되고 절단 작업이 수행될 수 있는 구성의 장치

본 발명자들은 전술한 장치로서 이하의 구성을 갖는 본 발명의 절단 장치를 안출하였다.

본 발명의 전열관의 절단 장치는,

직경 방향으로 관통홈이 형성되고 전열관 내부에 삽입되어 전열관과 동축으로 배치되는 하우징, 상기 관통홈을 따라 이동 가능하게 배치되어 이 관통홈을 통하여 하우징의 외측 표면으로부터 돌출하는 위치와 외측 표면 내측으로 수축되는 위치 사이에서 이동 가능하며 상기 하우징의 외측으로 향하는 제1 단부에 절단 날이 마련되는 절단 공구, 및 상기 하우징 내에 배치되어 상기 하우징의 길이 방향으로 이동함으로써 상기 절단 공구를 상기 돌출하는 위치로 압박하는 작동 축을 포함하는 절단 헤드; 상기 작동 축을 하우징의 길이 방향으로 이동시키는 작동축 구동 수단; 상기 절단 헤드를 상기 전열관의 길이 방향으로 이송하고 상기 전열관의 원주 방향으로 회전시키는 절단 헤드 구동 수단을 포함하고,

상기 절단 헤드 구동 수단에 의해 상기 절단 헤드가 상기 전열관의 길이 방향으로 이송되어 상기 절단 날이 상기 전열관의 절단 위치에 대응하는 위치에 배치되고, 상기 작동축 구동 수단에 의해 상기 작동 축이 상기 하우징의 길이 방향으로 이동함으로써 상기 절단 날이 상기 하우징의 외측 표면으로 돌출하여 상기 전열관의 내측 표면에 압박되고, 상기 절단 헤드 구동 수단에 의해 상기 절단 헤드를 회전시킴으로써 상기 전열관이 상기 절단 날에 의해 절단되도록 구성된다.

이러한 구성에 따르면, 본 발명의 절단 장치에서 절단 헤드는 증기 발생기의 전열관 내부로 삽입된다.

절단 헤드 구동 수단에 의해 절단 헤드가 전열관 내부에서 그 길이 방향으로 이송되어 절단 공구의 절단 날이 전열관의 절단 위치에 도달하면 작동축 구동 수단에 의해 작동축이 길이 방향으로 이동하여 하우징의 관통홈으로부터 절단 공구의 절단 날이 하우징의 외측으로 돌출하여 전열관의 내측 표면 상의 절단 위치에 압박된다.

이어서, 절단 헤드 구동 수단에 의해 절단 헤드를 회전시키면 절단 공구의 절단 날이 전열관의 내측 표면으로부터 전열관을 절단하기 시작하여 계속된 회전에 따라 전열관이 절단된다.

본 발명의 절단 장치는 원자력 발전소의 증기 발생기에서 제1 유체가 출입하는 채널 헤드 내의 공간에 배치되어 튜브 시트의 개구를 통하여 전열관의 절단 작업을 수행할 수 있다.

본 발명의 절단 장치에서 절단 헤드 구동 수단은 튜브 시트에 부착되고 튜브 시트의 개구를 통하여 절단 헤드가 전열관의 내측에 삽입될 수 있다. 절단 헤드 구동 수단을 튜브 시트에 배치하는 작업 및 이후의 절단 헤드의 삽입과 전열관의 절단은 고방사능 영역인 채널 헤드 내의 공간에서 이루어지지만, 이러한 작업이 사람에 의해 이루어질 필요는 없다.

채널 헤드 내의 공간에 배치되는 로봇 등에 의해 절단 헤드 구동 수단이 튜브 시트에 부착될 수 있고, 이후의 절단 헤드의 삽입 및 전열관의 절단 작업은 절단 헤드 구동 수단 및 작동축 구동 수단에 대한 원격 제어에 의해 채널 헤드의 공간 외부에서 이루어질 수 있다.

이와 같이 본 발명의 구성과 작용에 따르면, 원자력 발전소의 증기 발생기에서 전열관의 관 다발에 직접 배치되지 않고 관다발의 하부 공간에 배치되는 본 발명의 절단 장치에 의해 전열관의 절단 작업이 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 구성과 작용에 따르면, 간단한 구조를 갖는 절단 기구에 의해 전열관을 그 내부로부터 절단해 낼 수 있으므로, 장치의 전체적인 구성이 매우 간단해지고 컴팩트해지므로, 이러한 작업을 원격으로 수행할 수 있고 로봇에 의한 작업으로 대체할 수 있다.

특히, 본 발명의 절단 장치는 사람이 이를 직접 배치하거나 사람이 장시간 머무를 수 없는 공간에서 절단 장치를 조작할 필요 없이 원격 또는 자동으로 전열관의 절단 작업을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 하나의 실시 양태에 따르면, 상기 절단 공구의 제1 단부와 대향하는 제2 단부에 경사면이 형성되고 상기 작동 축에 상기 절단 공구의 경사면과 맞닿는 경사면이 형성되어, 상기 작동 축이 상기 하우징의 길이 방향으로 이동하면 상기 작동 축의 경사면이 상기 절단 공구의 경사면을 상기 하우징의 직경 방향으로 밀어 상기 절단 공구가 상기 관통홈의 외측으로 이동하여 상기 절단 날이 상기 전열관에 대해 압박되는 것으로 구성할 수 있다.

이와 같은 구성에 따르면, 작동축이 하우징 내에서 길이 방향으로 이동하면, 그 경사면이 절단 공구의 경사면을 밀어 절단 공구가 하우징의 직경 방향으로 이동하여 절단 날이 전열관이 내측 표면으로 이동하여 압박하게 된다. 이와 같은 구성에서 작동축 구동 수단은 단지 작동축을 길이 방향으로 이동시키는 힘을 작동축에 가하도록 구성될 수 있다.

따라서, 본 발명의 장치가 매우 간단하게 구성될 수 있고 그 작동이 오류없이 확실하게 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 절단 장치에서 상기 절단 날은 상기 전열관의 직경보다 작은 직경의 원호형으로 형성할 수 있다.

원자력 발전소의 증기 발생기에 사용되는 전열관은 고열 고압의 유체가 흐르기 때문에 상당히 강도와 경도가 높은 소재로 이루어진다. 따라서, 이러한 재료의 전열관을 절단하는 공구는 매우 높은 강도와 경도의 소재로 이루어져야 하고, 구조적으로도 높은 강도를 갖도록 구성되어야 한다.

전술한 구성에 따르면, 본 발명에서 절단 날을 원호형으로 함으로써 절단 날은 절단을 위한 회전에 있어서 회전 방향에 대하여 높은 강도와 강성을 가지게 된다.

또한, 본 발명의 실시 태양으로서, 상기 하우징은 상기 전열관의 내측 직경보다 작은 직경으로 형성되고, 상기 하우징의 둘레에는 상기 전열관의 내측 표면과 접촉하여 상기 전열관 내에서의 상기 하우징의 회전을 안내하는 지지 링이 마련될 수 있다.

절단 헤드가 전열관 내부로 원할하게 삽입되고 회전하기 위해서는 하우징의 직경이 전열관의 내경보다 작게 형성될 필요가 있다. 그러나, 그와 같이 구성하는 경우, 전열관의 절단 작업에 있어서 절단 날이 전열관의 내측 표면에 압박되어 회전하면서 하우징을 포함한 절단 헤드 전체가 전열관 내부에서 요동하여 절단 날이 전열관 내측 표면에 충분히 압박되지 않고 일정한 위치를 절단하지 못하게 될 가능성이 있다.

그러나, 전술한 지지 링의 구성에 따르면, 지지 링이 전열관의 내측 표면에 접촉하여 하우징의 회전을 안내하므로 절단 헤드 및 절단 날이 전열관 내에서 요동하는 일이 없이 일정한 위치에서 절단 작업이 수행될 수 있고, 절단 날이 전열관의 내측 표면을 압박하는 힘에 대한 충분한 반력이 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면으로서, 상기 하우징의 단부로부터 동축으로 연장되며 그 축선 방향으로 변형가능한 중공의 안내 튜브가 더 포함되고, 이 안내 튜브는 상기 절단 헤드 구동 수단에 의해 회전하거나 길이 방향으로 이동함으로써 상기 절단 헤드를 회전시키거나 상기 전열관의 길이 방향으로 이송시키고, 상기 작동축 구동 수단에는 상기 작동축에 결합되어 상기 작동축을 그 길이 방향으로 이동시키는 가요성의 와이어가 포함되고, 이 와이어는 상기 안내 튜브의 내부를 따라 연장될 수 있다.

전열관에서 증기 발생기의 튜브 시트로부터 먼 위치를 절단하고자 하는 경우에 절단 헤드는 해당 위치까지 도달하도록 길게 형성되어야 한다. 그러나, 전열관은 직선으로 연장되지 않고 약간의 굴곡이 있는 경우에는 절단 헤드가 절단 위치까지 도달하지 못할 수도 있고, 절단 헤드를 길게 형성하면 높이가 충분하지 않은 채널 헤드에서 절단 헤드를 튜브 시트의 개구로부터 전열관으로 삽입할 수 없는 경우가 발생할 수도 있다. 또한, 절단 헤드를 길게 형성하면 절단 헤드의 제조 원가가 높아지는 문제도 있다.

그러나, 전술한 본 발명의 일 양태에 따르면, 절단 헤드로부터 연장되는 안내 튜브와 작동축으로부터 연장되는 와이어를 채용함으로써, 굴곡이 있는 전열관의 경우에도 절단 헤드가 절단 위치까지 이동하여 절단 작업을 수행할 수 있고 좁은 공간인 채널 헤드 내에서 절단 헤드가 전열관의 내부로 삽입될 수 있다. 또한, 가요성 와이어를 채용함으로써 작동축 안내 수단을 절단 헤드 및 절단 헤드 구동 수단으로부터 이격된 위치에 배치할 수 있게 된다.

도 1은 원자력 발전소의 통상적인 증기 발생기의 구조를 개략적으로 보여주는 부분 파단 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절단 장치에서 절단 헤드를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 절단 장치에서 작동축 구동기를 보여주는 측면도와 정면도이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시에에 따른 절단 장치에서 절단 헤드 구동 수단을 보여주는 정면도와 사시도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 구성과 작동을 설명한다.

본 실시예의 전열관 절단 장치는 도 1에 도시한 통상적인 구조를 갖는 원자력 발전소의 증기 발생기에서 전열관을 절단하는 데 이용되는 것이다.

본 실시예의 절단 장치에서 절단 헤드(110) 및 그 단부터부터 연장되는 안내 튜브(130)와 와이어(140)가 도 2에 도시되어 있다.

절단 헤드(110)에는 중공형의 파이프 형태로 구성되는 하우징(111), 하우징(111)의 직경 방향으로 이동 가능하게 구성되는 절단 공구(115) 및 하우징(111)의 길이 방향으로 이동 가능하게 하우징 내에 배치되어 있는 작동축(120)이 마련되어 있다.

하우징(111)에는 직경 방향으로 그 내부로로부터 외부로 관통하는 관통홈(112)이 형성되어 있는데, 절단 공구(115)는 하우징(111)의 내부로부터 관통홈(112)을 따라 하우징(111)의 직경 방향으로 이동 가능하게 배치되어 있다.

절단 공구(115)는 홀더(116)와 절단 날(118)로 구성되는데, 홀더(116)는 그 외측 표면의 일부가 관통홈(112)에 접촉하는 상태로 배치되며, 하우징(111) 내측으로 배치되는 단부면이 경사면(117)으로 형성되고 반대측 단부에는 절단 날(118)이 고정되어 있다.

절단 날(118)은 전열관(13)의 직경보다 작은 곡률을 갖는 원호형으로 형성되어, 절단 날(118)의 외측 둘레의 일부가 전열관(13)의 내측 표면에 압박된 상태로 회전하면서 전열관(13)을 절단하게 되어 있다.

작동축(120)의 선단 측에서 일측의 원주면이 경사면(121)으로 형성되어 있는데, 이 경사면(121)은 절단 공구(115)의 홀더(116)의 경사면(117)과 서로 맞닿도록 형성되고, 경사면들(117, 121)은 서로 슬립이 될 수 있다.

경사면들(117, 121)은 하우징(111)의 선단 쪽으로 하우징(111)의 축선을 향하도록 경사지게 형성되어, 작동축(120)을 하우징(111)의 선단측으로 밀면, 홀더(116)는 경사면들(117, 121) 사이의 하우징(111)의 직경 방향 분력에 의해 관통홈(112)의 외측으로 이동하게 되고, 이에 따라 홀더(116)의 일 단부에 고정된 절단 날(118)은 하우징(111)을 둘러싸는 전열관(13)의 내측 표면에 압박된다.

하우징(111)의 관통홈(112) 부근에는 링 형태로 구성되어 하우징(111)을 둘러싸는 상태로 하우징(111)에 부착되는 지지 링(113)이 마련되어 있다.

본 실시예에서 지지 링(113)은 1개가 마련되어 있지만, 이러한 지지 링은 하우징의 길이 방향에 대해 관통홈(112)의 앞과 뒤에 1개씩 배치될 수도 있고, 더 많은 수의 지지링이 하우징의 외측 표면에 마련될 수 있다.

절단 헤드(110)가 전열관(13) 내측으로 삽입되고 작동축(120)이 이동하여 절단 날(118)이 전열관(13)의 내측 표면에 압박된 상태에서 회전할 때, 절단 날(118)에 가해지는 반력은 절단 헤드(110)의 원주 방향에 대해 편심되게 작용하므로, 절단 헤드(110)가 전내에서 요동할 수 있다.

그러나, 지지 링(113)이 관통홈(112)의 주변, 즉 절단 날(118)에 가깝게 배치되어 있으므로, 절단 날(118)이 가해지는 반력은 지지 링(113)에 의해 절단 날(118) 반대측의 전열관(13)의 내측 표면에 전달되므로, 하우징(111)이 전열관(13) 내에서 요동하지 않고 원할하게 회전하게 안내된다.

별도의 지지링(113)을 부착하는 대신에 하우징(111)의 일부 표면이 전열관(13)의 내측 표면에 접촉하도록 구성할 수도 있다.

도 2에서는 그 일부만을 나타내었는데, 절단 헤드(110)의 후단측에는 안내튜브(130)과 와이어(125)가 부착되어 있다.

안내 튜브(130)는 중공의 파이프 형태로 길게 연장되도록 형성되며, 그 축선에 대해 구부러질 수 있는 가요성을 갖는 합성수지로 이루어져 있다. 안내 튜브(130)의 선단은 하우징(111)과 안내 튜브(130)을 서로 연결하여 주는 금속재의 연결 튜브(131) 내에 삽입되어 나사(132)로 고정되며, 연결 튜브(131)에는 하우징(111)의 후단이 삽입되어 나사(미도시)로 결합되어 있다. 이에 의해 안내 튜브(130)와 하우징(111)은 동축으로 결합되어 있다.

하우징(111)의 내측과 안내 튜브(130)의 내측에는 와이어(140)가 연장되어 배치되는데, 와이어(140)는 그 선단에 장착된 볼트(141)가 작동축(120)의 후단에 나사 결합되어 있다.

안내 튜브(130)와 와이어(140)는 전열관(13)에 삽입되는 절단 헤드(110)가 전열관(13)의 절단 위치에 도달할 수 있는 길이로 형성된다.

절단 헤드(110)는 절단 헤드 구동 수단인 도 4와 도 5에 도시한 절단 헤드 구동기(150)에 의해 전열관(13)의 절단 위치까지 도달하여 회전하고, 작동축(120)은 절단 헤드(110)가 전열관(13)의 절단 위치에 도달한 상태에서, 도 3에 도시한 작동축 구동 수단인 작동축 구동기(160)에 의해 하우징(111)의 길이 방향으로 이동된다.

후술하겠지만, 안내 튜브(130)는 절단 헤드 구동기(150)에 의해 이송 및 회전하여 절단 헤드(110)가 절단 위치까지 이송되어 회전하도록 절단 헤드 구동기(150)에 의해 구동되고, 와이어(140)는 작동축 구동기(160)에 의해 안내 튜브(130)를 따라 전진 및 후진하여 절단 위치로 이격되어 있는 작동축(120)을 구동한다.

도 3에는 작동축 구동기(160) 및 안내 튜브(130)와 와이어(140)의 종단이 도시되어 있다.

작동축 구동기(160)에는 원통형의 프레임(161) 및 이 프레임(161)의 내측에 배치되는 장착 브래킷(162)이 마련되어 있다. 장착 브래킷(162)에는 전동 모터(163)가 장착되어 있고, 전동 모터(163)의 출력축에는 제1 기어(164)가 장착되어 있다.

제1 기어(164)와 맞물리는 제2 기어(165)가 전동 모터(163) 및 제1 기어(164)와 평행한 축선으로 장착 브래킷(162)에 장착되어 있고, 제2 기어(165)과 동축으로 너트 스크류 기구가 마련되어 있다. 너트 스크류 기구에서 스크류(166)는 제2 기어(165)에 부착되어 제2 기어(165)에 의해 회전할 수 있고, 너트(167)는 장착 브래킷(162)에 결합되어 있는 선형 이동 가이드(168)에 의해 그 축선 방향으로는 이동할 수 있고 회전은 방지되도록 설치되어 있다. 따라서, 작동축 구동기(160)의 전동 모터(163)가 회전하면 스크류(166)가 회전하면서 너트(167)를 일방향으로 밀거나 당기게 된다.

안내 튜브(130)의 종단에는 금속재의 연결 파이프(133)가 결합되고 이 연결 파이프(133)는 작동축 구동기의 프레임(161) 내측까지 연장되어 스크류(166)를 둘러싸도록 배치되지만, 스크류(166)와 결합되지는 않는다. 또한, 와이어(140)의 종단에는 금속 재의 연결봉(143)가 결합되는데, 연결봉(143)은 와이어(140)의 종단에 길이 방향으로 구속되지만, 와이어(140)의 회전에 따라 회전하지 않는 방식으로 결합되어 있다.

연결봉(123)은 너트(167)의 선단에 결합되어 있다. 따라서, 너트(167)가 밀리는 방향으로 이동, 즉 도 3에서 왼쪽으로 이동하면, 와이어(140)가 절단 헤드(110)쪽으로 이동하여 작동축(120)을 절단 헤드(110)의 선단 쪽으로 밀고, 작동축의 경사면(121)이 절단 공구의 홀더(116)의 경사면(117)을 밀어서 절단 공구의 절단 날(118)이 돌출하면서 전열관(13)의 내측 표면을 압박하게 된다.

도 4 및 도 5에는 절단 헤드 구동기(150)가 도시되어 있다. 절단 헤드 구동기(150)는 도 1에 도시한 증기 발생기(10) 하부의 채널 헤드(20)에서 튜브 시트(22)의 하면에 장착되고, 안내 튜브(130)를 이송하고 회전시켜서 안내 튜브(130)의 선단에 결합된 절단 헤드(110)를 이송 및 회전시킨다.

절단 헤드 구동기(150)는 안내 튜브를 회전시키는 구성과 안내 튜브를 그 길이 방향으로 이송하는 구성을 갖추고 있다.

절단 헤드 구동기(150)의 프레임(151)의 상면은 튜브 시트(22)의 하면에 밀착하도록 평면으로 형성되어 있다. 프레임(151) 상면의 양측으로는 프레임(151)을 튜브 시트(22)에 진공으로 고정하는 그립 실린더(152)가 배치되어, 진공으로 튜브 시트(22)의 하면을 흡착한다. 그립 실린더(152)의 상면에는 튜브 그립퍼(153)가 배치되어 있다. 튜브 그립퍼(153)는 절단하려는 전열관에 인접한 전열관에 삽입되어 절단 헤드 구동기(150)의 평면 상에서의 위치를 고정하는 기능을 한다.

프레임(151)의 상면으로부터 아래쪽을 향하여 다음의 구성들이 배치되어 있다. 회전 구동 모터(154)로부터 벨트(155)를 통하여 회전력을 전달받는 피동 풀리(171), 안내 튜브(130)를 길이 방향으로 이송하며 서로 대향하여 배치되는 롤러들(172), 슬립링(177) 및 안내 튜브(120)의 외측 표면을 고정하는 공압척(178)이 회전 조립체(170)를 이루어 함께 회전하도록 구성되어 있다.

안내 튜브(130)는 하단의 공압척(178)과 슬립링(177)을 관통하여 롤러들(172) 사이를 지나 피동 풀리(171)를 관통하여 프레임(151)의 상면을 통하여 전열관을 내부로 삽입된다

회전 조립체(170)는 이것과 평행하게 배치되는 회전 구동 모터(154)와 이 회전 구동 모터(154)의 회전력을 피동 풀리(171)에 전달하는 벨트(155)에 의해 회전 구동되고, 안내 튜브(130)는 공압척(178)에 의해 회전 조립체(170)에 대해 고정된 상태에서 회전 조립체(170)의 회전에 따라 회전하게 된다.

한편, 롤러들(172)은 안내 튜브(130)의 통로를 사이에 두고 양측에 각각 2개의 롤러(172)가 서로 대향하도록 배치되고, 이들 롤러들(172)은 이송 모터(173) 및 구동 기어들(174)에 의해 정역 회전함으로서 안내 튜브(130)를 전열관 내측으로 삽입하거나 인출하도록 동작한다.

슬립링(177)은 회전 조립체(170)에 인입하는 제어 케이블(미도시), 이송 모터(173) 및 공압척(178)의 구동에 요하는 전원선(미도시)과 공압 튜브(미도시)가 회전 조립체(170)의 회전에 의해 꼬이지 않도록 하는 기능을 한다.

이러한 구성을 갖는 절단 헤드 구동기(150)에서 절단 헤드(110)와 안내 튜브(130)가 회전 조립체(170)를 관통하여 전열관 내부로 삽입되어 배치되고, 이송 모터(173)가 롤러들(172)을 구동하여 절단 헤드(110)가 전열관의 절단 위치까지, 구체적으로는 절단 날(118)이 절단 위치에 도달하도록 안내 튜브를 밀어 올린다.

절단 날(118)이 절단 위치에 도달하면, 안내 튜브(130)의 종단에 배치되어 있는 작동축 구동기(160)가 작동하여 와이어(140)를 절단 헤드(110)의 방향으로 민다. 이에 의해 와이어(140)가 작동축(120)을 밀어 절단 공구(115)가 절단 헤드의 하우징(111)의 외측으로 돌출되면서 절단 날(118)이 전열관의 내측 표면에 압박된다.

이 상태에서 공압척(178)이 작동하여 안내 튜브(130)가 회전 조립체(170)에 대해 회전하지 않도록 고정되고, 이어서 회전 구동 모터(154)가 구동되어 회전 조립체(170)가 회전한다.

회전 조립체(170)가 회전하면 이에 구속되어 있는 안내 튜브(130)가 회전하여 절단 헤드(110)가 회전하면서 절단 날(118)에 의해 전열관이 그 내측 표면으로부터 절단된다.

절단이 완료된 후에는 작동축(120)이 후퇴하고 공압척(178)에 의한 안내 튜브(130)의 고정이 해제되면서 롤러(172)가 구동되어 절단 헤드(110)가 다음의 절단 위치로 이동하거나 전열관으로부터 인출된다.

이상 본 발명의 절단 장치가 원자력 발전소의 증기 발생기에서 전열관을 절단하는 데 사용되는 실시예를 설명하였다. 본 실시예의 절단 장치는 증기 발생기 하부의 채널 헤드에 배치되고 절단 헤드가 절연관 내부로 삽입되어 절단 작업을 수행하는 것으로 설명하엿다.

그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 전열관이 다발을 형성하여 증기 발생기 등에 배치됨으로써 전열관의 주위로 사람과 장비의 접근이 어려운 경우에 전열관의 관 다발의 외측에서 전열관의 내부로 장비를 삽입하여 절단을 행하는 방식의 작업에 폭 넓게 이용될 수 있다.

110: 절단 헤드 120: 작동축
130: 안내 튜브 150: 절단 헤드 구동기
160: 작동축 구동기

Claims (6)

1. 전열관의 절단 장치로서,
   직경 방향으로 관통홈이 형성되고 전열관 내부에 삽입되어 전열관과 동축으로 배치되는 하우징, 상기 관통홈을 따라 이동 가능하게 배치되어 이 관통홈을 통하여 하우징의 외측 표면으로부터 돌출하는 위치와 외측 표면 내측으로 수축되는 위치 사이에서 이동 가능하며 상기 하우징의 외측으로 향하는 제1 단부에 절단 날이 마련되는 절단 공구, 및 상기 하우징 내에 배치되어 상기 하우징의 길이 방향으로 이동함으로써 상기 절단 공구를 상기 돌출하는 위치로 압박하는 작동 축을 포함하는 절단 헤드;
   상기 작동 축을 하우징의 길이 방향으로 이동시키는 작동축 구동 수단;
   상기 절단 헤드를 상기 전열관의 길이 방향으로 이송하고 상기 전열관의 원주 방향으로 회전시키는 절단 헤드 구동 수단
   을 포함하고,
   상기 절단 헤드 구동 수단에 의해 상기 절단 헤드가 상기 전열관의 길이 방향으로 이송되어 상기 절단 날이 상기 전열관의 절단 위치에 대응하는 위치에 배치되고, 상기 작동축 구동 수단에 의해 상기 작동 축이 상기 하우징의 길이 방향으로 이동함으로써 상기 절단 날이 상기 하우징의 외측 표면으로 돌출하여 상기 전열관의 내측 표면에 압박되고, 상기 절단 헤드 구동 수단에 의해 상기 절단 헤드를 회전시킴으로써 상기 전열관이 상기 절단 날에 의해 절단되도록 구성되고,
   상기 절단 공구의 제1 단부와 대향하는 제2 단부에 경사면이 형성되고 상기 작동 축에 상기 절단 공구의 경사면과 맞닿는 경사면이 형성되어, 상기 작동 축이 상기 하우징의 길이 방향으로 이동하면 상기 작동 축의 경사면이 상기 절단 공구의 경사면을 상기 하우징의 직경 방향으로 밀어 상기 절단 공구가 상기 관통홈의 외측으로 이동하여 상기 절단 날이 상기 전열관에 대해 압박되는 것인 절단 장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 절단 날은 상기 전열관의 직경보다 작은 직경의 원호형으로 형성되는 것인 절단 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 하우징은 상기 전열관의 내측 직경보다 작은 직경으로 형성되고, 상기 하우징의 둘레에는 상기 전열관의 내측 표면과 접촉하여 상기 전열관 내에서의 상기 하우징의 회전을 안내하는 지지 링이 마련되는 것인 절단 장치.
5. 청구항 1, 청구항 3 또는 청구항 4 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
   상기 작동축 구동 수단에는 상기 작동축의 말단에 결합되어 상기 작동축을 그 길이 방향으로 이동시키는 가요성의 와이어가 포함되는 것인 절단 장치.
6. 청구항 1, 청구항 3 또는 청구항 4 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
   상기 하우징의 단부로부터 동축으로 연장되며 그 축선 방향으로 변형가능한 중공의 안내 튜브가 더 포함되고, 이 안내 튜브는 상기 절단 헤드 구동 수단에 의해 회전하거나 길이 방향으로 이동함으로써 상기 절단 헤드를 회전시키거나 상기 전열관의 길이 방향으로 이송시키도록 구성되고,
   상기 작동축 구동 수단에는 상기 작동축에 결합되어 상기 작동축을 그 길이 방향으로 이동시키는 가요성의 와이어가 포함되고, 이 와이어는 상기 안내 튜브의 내부를 따라 연장되는 것인 절단 장치.

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