KAERI/CM-1258/2009

RCP 배관 유동 특성 및 유량 측정 방법론 연구

Study on the floating characteristic and flow measurement methodology of

RCP Piping

경희대학교

한국원자력연구원

제 출 문

한국원자력연구원장 귀하본 보고서를 2010 연도 “ RCP 배관 유동 특성 및 유량 측정 방법론 연구” 과제의 1단계 종료보고서로 제출합니다.

2010. 2.

과 제 명 : RCP 배관 유동 특성 및 유량 측정 방법론 연구

과제책임자 : 김상녕

참 여 자 : 지준석 윤형주

박준석 김희철

김희영 이신애

- i -

요 약 문

Ⅰ. 제 목

RCP 배관 유동 특성 및 유량 측정 방법론 연구

Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성

RCP 및 관련 배관의 실험장치를 설계하여 최적의 tap 위치 선정 및 유

동분포 실험을 통해 유량측정 방법 개발을 수행한다.

○ 기술적측면

- 유동분포 함수를 생산하기 위해서 최적의 tap 위치 선정 및 유동분

포 실험은 필수적으로 요구됨.

○ 산업ㆍ경제적측면

- 실험결과를 바탕으로 해외로 수출되거나 해외에서 제작되는 RCP

배관의 유동특성 및 유량측정과 같은 성능시험을 수주하여 국내 산업에

기여할 수 있음.

○ 정책적측면

- 국내원전 주요 기기의 대부분이 국산화가 완료된 현 시점에 RCP와

같은 계통 성능 및 안전에 막대한 영향을 미치는 기기를 해외 특정 선

진업체에 의존함으로서 이에 따른 경제적인 손해가 막대하였으며 플랜

트 전체에 대한 성능 보증 역할 또한 제한적일 수밖에 없었다. 따라서

유량측정 방법을 개발하여 실질적인 플랜트 성능 보증 역할 수행이 바

람직하다.

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위

○ 1차년도에는 RCP 배관내의 유동분포, 압력 tap의 위치, 유량측정 관

련 RCP 관련 문헌, 자료 수집 및 분석, 정상/과도시 운전 변수 파악, 상

온 대기압에서 상사성에 입각한 Scaled Model의 실험 장치 설계, 예비

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실험 Matrix, 실험방법 및 측정 변수를 결정함.

○ 2차년도에는 RCP 유동 실험에 최적의 압력 강하 장치 선정, Scaled

Model의 실험 장치 설치, 계기 보정, 시운전, 실험 장치 보완, 실험

Matrix 및 실험 방법 확정, 최적의 tap 위치 선정 및 유동분포 실험을

수행함.

○ 3차년도에는 유동분포 함수 생산, 유동분포 함수를 유동면적에 대해

적분하여 유량 결정, CFD코드(CFX or FLUENT코드)를 이용한 유동분

포, 유량 실험 검증 계산, 측정(계산된) 유량의 오차범위를 확정함.

Ⅳ. 연구개발결과

○ RCP 실험장치 설계: 국내외에서 수집한 자료들과 기존의 실험결과들

을 분석한 결과 원자력 선진국들에 비해 RCP에 대한 연구가 그동안 너

무 미흡했다고 생각되며, 상용 RCP의 제원과 모델펌프를 상사성을 이용

하여 비교한 결과가 매우 만족스럽게 도출되었다.

○ RCP 주위 배관 유동분포 해석: 본 실험에서는 Outlet 배관주위에

유동을 관찰하기위해 압력모듈 4개를 장착하여 측정하였다. 더 많은 모

듈도 장착이 가능하지만 더 많은 모듈을 장착했을 경우 유동에 영향을

주게 될 것으로 예상되어 실험장치 제작과정에서 가정 적합한 4개의 모

듈만을 장착한 것이다. 이번 실험을 통해 펌프의 특성과 Outlet 배관의

유동분포의 파악이 가능했다. 30% 이하의 유량에서는 각 모듈에서 측

정되는 압력의 차가 높이에 의한 차이 외엔 거의 없기에 유동 분포 및

특성을 파악하기 어려웠다. 최소 50% 이상의 유량이 되어야 Flow에 의

해 각 모듈마다 다른 압력이 표시 되었고 70% 이상의 유량부터는 실험

마다 각각 다른 압력이 측정되어 Pitot Tube로 측정된 유속과 실험을

통해 얻어진 데이터를 통한 계산유속을 비교 할 수 있었고 가장 적절한

위치를 파악 할 수가 있었다. 이 결과는 향후 전산해석을 통해 확인을

할 예정이다.

Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획 및 건의사항

○ 현재 RCP의 이상류상태에서의 거동을 예측하고 배관내 유동 분포

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및 압력 Tap의 위치를 찾아내기 위한 실험장치가 구상이 되었다. 앞으

로 실험장치 제작에 있어 배관의 길이와 공기 유량 측정에 대해서는 조

금 더 연구가 되어야겠지만 2단계 준비에는 큰 무리가 없다고 생각된다.

독자적인 유량 측정방법의 개발로 유량측정 능력 확보 및 계통적합성

평가기술 향상으로 원자로의 해외 수출 경쟁력 확보로 수출기반 조성이

가능할 것이다.

○ 디테일한 유동분포 측정을 위해 모듈이 장착되는 곳을 정밀하게 연

마하여 유동에 영향을 주지 않도록 실험장치의 Outlet 부분을 다시 설

계할 예정이다. 또한, 이번 실험은 Outlet 배관의 10cm에서 측정된 자

료만 수집된 상태라서 차후 측정위치를 변경하여 재 실험 할 예정이다.

초기 압력의 측정위치도 Inlet 배관이 끝나는 부분만이 아니라 Outlet

배관이 시작되는 부분에도 설치하여 다양한 환경에서의 실험결과를 제

시하도록 하겠다.

- iv -

SUMMARY

(영문요약문)

Ⅰ. Project Title

Study on the floating characteristic and flow measurement methodology of

RCP Piping

Ⅱ. Objective and Importance of the Project

RCP and associated piping system design of the experiment, the optimal

positioning of the tap and the fluid flow through the distribution of

experimental methods to perform the development.

○ Technical aspects: Flow distribution function in order to produce the

optimal positioning and flow distribution of the tap test essentially required.

○ industrial and economic aspects: on the basis of results exported abroad

or produced in the RCP pipe flow, such as the flow characteristics and

performance tests in order to contribute to the domestic industry.

○ political aspect: Most of the domestic nuclear localization of the main unit

is completed at the time of the current system performance and safety, such

as RCP huge impact on the international instruments by certain leading

companies rely on the bar and subsequent financial losses for the whole

plant In addition, limited performance, the role had to be guaranteed.

Therefore, the development of flow measurement and plant performance

guarantees substantive role is desirable.

Ⅲ. Scope and Contents of Project

○ 1 year the flow distribution of RCP Pipe and pressure tap location,

flow-related RCP literature, data collection and analysis, and normal /

excessive determine the operational parameters, room temperature,

atmospheric pressure, based on similarities in the Scaled Model of the

experiment design, Preliminary experiments Matrix, test methods and

measurements to determine the parameters.

○ 2 year experiment, the RCP flow pressure drop in the optimal device

selection, Scaled Model of the experimental device installation, instrument

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calibration, commissioning and complementary experiment, experiments

confirmed Matrix and experimental methods, the optimal positioning of the

tap and the flow distribution conducted should.

○ 3 year production of the fluid distribution function, the area for fluid flow

distribution function determined by integrating the flow, CFD code (CFX or

FLUENT code) using the flow distribution and flow verification test

calculation, measurement (computed) error range of flow to be confirmed.

Ⅳ. Result of Project

○ RCP experiment design: the data collected at home and abroad with the

existing analysis of the experimental results compared to the nuclear

countries of the RCP, as far as you think it is insufficient, specifications and

models of commercial RCP pump for similarities derived by comparison was

very satisfactory.

○ RCP flow distribution around the pipe Interpretation: In this experiment,

Outlet pipe to observe the flow around the pressure was measured by

attaching one module 4. But more can be equipped with modules mounted

module if more flow is expected to have an impact on the making of

experimental devices for the home will be equipped with only 4 modules.

Through this experiment, and the Outlet of the pump characteristics

determine the distribution of pipe flow was possible. In less than 30% of the

flow in each module, the pressure measured by the height of the car is

almost no difference except in the flow distribution, and it was difficult to

characterize. At least 50% or more of the flow to be Flow by for each

module, the other pressure display and more than 70% of the flow from

every experiment different pressures are measured Pitot Tube measured

velocity and experimental data obtained through the calculated flow rate to

compare could not do was to identify the most appropriate location. This

finding confirmed by computational analysis that will be.

Ⅴ. Proposal for Applications

○ In the current state of RCP flow of the above behavior to predict the

flow distribution and pressure Pipe Tap experimental device designed to

detect the location of the plan was. In producing the next experiment with

the length of piping for the air flow a little more research should be ready

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to step 2, but there will not be a problem. Independent flow measurement

flow measurement capability with the development of skills to acquire and

conformity assessment system of the reactor exports to overseas export

competitiveness will be based on composition.

○ For detailed measurements of the flow distribution module is equipped

with precision where the ground does not affect the flow experiment is

scheduled to redesign part of the Outlet. In addition, this experiment was

measured at 10cm Outlet pipe because the state collected only those

materials are measured by changing the future is expected to re-do the

experiment. Initial pressure measurements are not only part of the end of a

pipe Inlet Outlet pipe installed in the beginning part of the experimental

results in various environments will be presented.

- vii -

CONTENTS

Summary ································································································································· ⅳ

Contents ·································································································································· ⅶ

Chapter 1. Introduction ········································································································· 1

Section 1. The importance and necessity of developing technology ···················· 1

Section 2. Status of domestic and foreign-related technology ······························ 1

Section 3. Development of technical and economic ripple effects of the expected

··················································································································································· 2

Chapter 2. Development of information and methods ···················································· 4

Section 1. Final objective and evaluation methods ··················································· 4

Section 2. Step objective and evaluation methods ···················································· 4

Section 3. Annual contents and development scope ··············································· 5

Chapter 3. Conclusion and next plan ················································································ 7

Section 1. Step research and development results ··················································· 7

- Step research and development timelines ····················································· 7

- Step research and development performance ··············································· 8

- Development results ························································································· 41

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목 차

요약문 ······································································································································ⅰ목차 ··········································································································································ⅷ

제 1 장 서론 ·····························································································································1

제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ·············································································1

제 2 절 국내 ․ 외 관련 기술의 현황 ·················································································1 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적 ․ 경제적 파급 효과 ············································2

제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ······························································································4

제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ·······················································································4

제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ·······················································································4

제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ··········································································5

제 3 장 결과 및 향후 계획 ·····································································································7

제 1 절 단계 연구개발 결과 ······························································································7

- 단계 연구개발 추진 일정 ················································································7

- 단계 연구개발 추진 실적 ················································································8

- 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재 ······································41

- 1 -

제 1 장 서론

제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성

(1) 기술적 측면

○ 유동분포 함수를 생산하기 위해서 최적의 tap 위치 선정 및 유동분포 실험은 필수적으로 요구됨.

(2) 산업ㆍ경제적 측면 ○ 실험결과를 바탕으로 해외로 수출되거나 해외에서 제작되는 RCP 배관의 유동특

성 및 유량측정과 같은 성능시험을 수주하여 국내 산업에 기여할 수 있음.

(3) 정책적 측면

○ 국내원전 주요 기기의 대부분이 국산화가 완료된 현 시점에 RCP와 같은 계통 성능 및 안전에 막대한 영향을 미치는 기기를 해외 특정 선진업체에 의존함으로서

이에 따른 경제적인 손해가 막대하였으며 플랜트 전체에 대한 성능 보증 역할

또한 제한적일 수밖에 없었다. 따라서 유량측정 방법을 개발하여 실질적인 플랜

트 성능 보증 역할 수행이 바람직하다.

제 2 절 국내 ․ 외 관련 기술의 현황

(1) 국외기술현황

○ 미국의 경우 원자력발전소 건설이 활발히 진행된 1960년대 및 1970년대에 RCP 기술개발 및 제작 또한 Westinghouse EMD, Flowserve, KSB 및 Andritz사 등에

의해 주도되어 활발히 진행되었다.

○ 전 세계적으로 RCP를 자체 설계 및 제작 가능한 나라는 미국 외에 프랑스, 독일, 오스트리아, 일본 정도이다.

○ Westinghouse EMD가 개발한 RCP 모델들은 Framatome 및 MHI로, KSB가 개발

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한 RCP는 ABB-CE로 전수되어 개량 발전되어 왔으며 특히 1980년대 후반 미국

원전건설이 중단됨에 따라 프랑스 및 일본 RCP 업체들이 미국 Westinghouse 및

Flowserve로부터 전수받은 모델을 기반으로 개량모델을 발전시켜 자국 및 제3세

계 국가에 RCP를 활발하게 공급하고 있는 상황이다.

(2) 국내기술현황

○ 경수로용 RCP 기반 기술 중 계통설계 관련 분야기술은 외국 원천설계자로부터의 기술 전수 및 영광 3,4호기 이후 계속적인 원자력발전소 건설 및 계통설계 수행

으로 인해 많은 부분이 기술 자립되어 RCP를 계통에 적용하는 설계기술은 상당

한 수준에 도달한 것으로 평가되며 현장에서의 독립적인 RCP 유량측정 기술 및

안전해석을 위한 이상 유동 상태 하에서의 펌프의 특성변화를 추가 보완할 경우

계통설계 관점에서의 RCP 기반 기술 확보는 충분한 것으로 평가된다.

제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적 ․ 경제적 파급 효과

(1) 기술적 측면

○ 독자적인 유량 측정방법 개발 ○ 국내 원자력산업계의 기기설계, 계통설계, 연계평가기술 및 검증기술을 한 차원

향상

○ 국내 기술로 발전소 운영 지원으로 발전소 가동률 향상 및 안정적인 전력공급 ○ 유량측정 능력 확보 및 계통적합성 평가기술 향상으로 원자로의 해외 수출 경쟁

력 확보로 수출기반 조성이 가능함.

(2) 산업ㆍ경제적 측면 ○ 향후에 건설되는 국내 신규원전에 적용이 가능해 지므로 Project당 150억원 이상

의 원가절감효과가 예상되며, 중국 신규원전 프로젝트 등 아시아 지역 원전 참여

를 추진할 경우 Project당 1,200억원 정도의 수출증대 효과가 예상됨.

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(3) 정책적 측면

○ 원자로냉각재 펌프에 대한 성능 보증을 국내 기술진이 담당할 수 있으므로 원전기술 자립화를 목표하는 산업자원부의 정책 취지에도 부합됨.

(4) 활용방안

○ 설비 보완 후 신규 원전의 개발 성능 시험 시설로 활용

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제 2 장 기술개발 내용 및 방법

제 1 절 최종 목표 및 평가 방법

(1) 최종목표

RCP 배관 유동특성 및 유량측정 방법론 연구 개발

제 2 절 단계 목표 및 평가 방법

① 연차별 평가 착안점 및 기술구분(연도) 세부연구목표 가중치 평가의 착안점 및 기준

1차년도

(2007)

∘ RCP 자료 수집 및 분석 30 % 자료의 적합성 ∘ 운전 변수 파악 30 % 운전 변수의 적절성 ∘ 실험장치 및 Matrix 설계 40 % 설계사양의 타당성

2차년도

(2008)

∘ 실험 장치 시운전 및 보완 20 % 기본설계의 타당성 ∘ 실험 Matrix 확정 40 % 실험 matrix의 완성 ∘ 최적의 tap 위치 선정 40 % tap 위치의 적합성

3차년도

(2009)

∘ 유동분포 함수 생산 40 % 함수 결과의 타당성 ∘ 코드이용 검증 계산 30 % 코드의 완성도 ∘ 측정 유량의 오차범위 확정 30 % 오차범위 결과의 타당성

최종

평가

∘ 주요기기 설계 도출 20 % 설계사양의 타당성 ∘ 기반적용기술 개발 50 % 기반적용기술 개발 ∘ 개발된 기술의 검증 30 % 오차범위의 타당성

② 정량적 목표

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(주요성능

Spec1))단위

전체항목

에서

차지하는

비중2)(%)

세계최고 수준,

보유국/보유기업

(미국/

웨스팅하우스)

연구개발전

국내수준개발목표치

비 고3)

성능수준 성능수준1차

년도

2차

년도

3차

년도RCP 자료 수집

및 분석N/A 20 100 90 70 80 100

RCP 시험설비

설계N/A 50 100 80 20 60 100

실험의

오차범위 확정N/A 30 100 70 10 50 100

합 계 100%

제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위

(1) 1차년도

① 개발목표 ○ 펌프 특성 지배 무차원 수 도출 ○ 상사성에 입각한 RCP 및 관련 배관의 실험장치 설계 ② 개발내용 및 개발범위 ○ RCP 배관내의 유동분포, 압력 tap의 위치, 유량측정 관련 RCP 관련 문헌, 자료 수집 및 분석.

○ 정상/과도시 운전 변수 파악 ○ 상온 대기압에서 상사성에 입각한 Scaled Model의 실험 장치 설계 ○ 예비실험 matrix, 실험방법 및 측정 변수 결정

(2) 2차년도

① 개발목표 ○ 실험장치 제작/설치 ○ 최적의 tap 위치 선정 및 유동분포 실험 ② 개발내용 및 개발범위 ○ RCP 유동 실험에 최적의 압력 강하 장치 선정 ○ Scaled Model의 실험 장치 설치 ○ 계기 보정, 시운전, 실험 장치 보완

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○ 실험 matrix 및 실험 방법 확정 ○ 최적의 tap 위치 선정 및 유동분포 실험

(3) 3차년도

① 개발목표 ○ 유량 측정 방법 개발 ○ CFD 코드 적용성 검증 ② 개발내용 및 개발범위 ○ 유동분포 함수 생산 ○ 유동분포 함수를 유동면적에 대해 적분하여 유량 결정 ○ CFD 코드(CFX or FLUENT코드) 이용 유동분포, 유량 실험 검증 계산 ○ 측정(계산된) 유량의 오차범위 확정

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제 3 장 결과 및 향후 계획

제 1 절 단계 연구개발 결과

- 단계 연구개발 추진 일정

1차년도

일련

번호개발내용

추진일정 기간

(주)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 문헌조사 및 현황연구 20

2 RCP축소모의시험장치 설계 18

3예비실험 Matrix, 실험방법

및 측정 변수28

2차년도

1 실험장치 제작/설치 16

2 최적의 tap 위치 선정 16

3 유동분포 실험 24

3차년도

1 유동분포 실험 16

2 RCS 유량산출함수 개발 24

3 CFD코드 적용성 검증 32

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- 단계 연구개발 추진 실적

▣ RCP 실험장치 설계

○ 개요

♦ 목적 원자로냉각재펌프(Reactor Coolant Pump; 이하 RCP) 실험장치의 각 구성요소

와 측정 장비를 소개하고 실험장치 제작에 타당성을 입증

○ RCP 실험장치의 특징 및 활용성 검토

♦ 실험장치 기본사양

본 실험장치의 구성은 RCP의 이상류상태에서의 거동을 예측하고 배관내 유동

분포 및 압력 Tap의 위치를 찾아내기 위한 실험이므로 최대한 현장과 비슷한 조

건(고온, 고압, 물, 증기)을 사용해야 하지만 실험장치의 복잡화, 고가화 그리고

안전문제로 상온, 대기압, 물, 공기를 사용하여 실험할 수 있도록 구성되었다.

그림 1. Schematic diagram of the test loop

▷ 모델 펌프 영광 3,4호기에 사용된 냉각재 펌프를 1/10 스케일로 축소하여 상사성이 성립

하도록 주문제작 하였고 Impeller, Diffuser, Casing으로 구성되어 있다. Impeller

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는 5개의 Wing으로 구성되고 Diffuser는 10개의 Wing으로 구성되었다.

이들의 금속재질은 작동유체에 의한 부식을 방지하기 위해 SSC13사용하였고

밀봉 부위부분의 과열방지를 위해 외부에 Water jacket을 설치하여 냉각하도록

설계되었다.

펌프의 흡입구와 토출구는 각각 7.6cm이며 1HP 출력의 구동모터에 의해 작동

된다. 수두는 2.2m 유량은 0.0079m3/s, 회선속도는 1750rpm 이다.

그림2. 모델 펌프의 Impeller

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그림3. 모델 펌프의 Impeller and Diffuser

그림4. 모델펌프의 Casing

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그림5. 모델펌프의 Casing and Diffuser

그림6. Design drawing of

the impeller

그림7. Schematic diagram of

the model pump

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영광 3, 4호기 RCP 모델펌프

형태 Vertical, Single stage Vertical, Single stage

펌프의 입, 출구

구경(㎝) 76.2 7.62유량(㎥/s) 5.3879 0.0079

회전수(rpm) 1190 1750

수두(m) 105.156 2.27

power(㎾) 6330.5 0.75수차의 외경(㎝) 93.98 9.4

제작회사 KSB(독일) 한돌펌프

운전압력(㎫) 15.6 0.6(6기압)운전온도(℃) 296.1 158.85

표1. 영광 3, 4호기 RCP와 모델펌프의 제원비교

본 모델 펌프는 수직으로 유체를 흡입하여 수평으로 토출하도록 설계되어 있으

며 지상에서 약 0.5m 높이에 설치할 예정이다.

▷ Water Tank Water Tank는 모델 펌프에 유체를 공급하고 펌프를 통과한 유체를 회수하는

역할을 하며 지름 100cm 높이100cm의 원통형 수조이다.

Water Tank에는 압력계와 Safety Valve를 설치하여 내부 압력의 비정상적 증가

를 방지 하고자 한다.

▷ 공기 주입장치 및 투명 아크릴관 공기를 주입하여 이상류 상태를 제공하기위하여 Air Compressor를 설치할 예

정이다. Air Compressor의 용량은 1HP정도의 소형기기를 사용 예정이며 0.5cm

의 호스를 사용하여 Acryl Tube 상부에 연결하여 공기를 주입하고자 한다. 상부

에 공기를 주입하는 이유는 측면이나 하부에서 공기를 주입하게 될 경우 유체가

역류할 수도 있기 때문에 이러한 약점을 미연에 방지하고자 상부연결을 선택하

였다.

공기의 유량계측과 조절을 위해 유량계와 밸브를 연결한다.

또한 이상류의 유동 형태 분석을 위해 직경 8~10cm 길이 60~80cm의 투명

Acryl Tube를 수평으로 설치할 것이다.

▷ 계측장비 유체의 유량은 전자유량계 MUT2200EL/MC308C 2기, 공기 유량계는 아직 미정

이다.

- 13 -

온도 측정은 thermo-couple을 사용하고 유체의 밸브는 미세제어를 할 수 있는

자동제어 밸브를 사용할 예정이다.

압력센서는 독일 setra 제품을 사용하여 RCP 양단 부근에 여러 개를 장치하여

최적의 압력 측정 Tap 위치를 찾아낼 계획이다.

데이터측정과 저장은 National Instrument사의 DAQ 시리즈를 사용하여 인적

오류가 줄어들고 연속적인 데이터의 확보가 가능할 것으로 생각된다.

▷ 실험 Matrix 본 실험에서의 중요변수는 물, 공기의 유량과 모델펌프 양단간의 압력차가 될

것이다. 실험시 직접적인 기포율의 측정은 어려움이 많으므로 펌프 흡입 직전의

물과 공기의 유량을 측정하여 두 유량에 의한 이상류에서의 기포율을 계산하고

체적률과 기포율의 관계를 이용하여 유량이 알려진 유동으로부터 값을 계산하는

관계식인 Drift Flux Model로 계산할 계획이다.

단상류실험에서 얻은 펌프의 특성곡선과 이상류실험에서 얻을 결과를 이용하여

무차원변수인 유량계수와 기포율의 함수로 이상류에서의 수두손실비를 계산해

낼 수 있을 것으로 생각된다.

♦ 활용방식 및 활용가능분야

본 실험 장치는 RCP 기반 기술 중 계통설계 관련 분야기술은 외국 원천설계자

로부터의 기술 전수 및 영광 3,4호기 이후 계속적인 원자력발전소 건설 및 계통

설계 수행으로 인해 많은 부분이 기술 자립되어 RCP를 계통에 적용하는 설계기

술은 상당한 수준에 도달한 것으로 평가되며 현장에서의 독립적인 RCP 유량측

정 기술 및 안전해석을 위한 이상유동 상태 하에서의 펌프의 특성변화를 추가

보완할 경우 계통설계 관점에서의 RCP 기반 기술 확보는 충분한 것으로 기대된

다.

아래 표 2와 그림 8에는 실험용 모델펌프, 영광 3, 4 호기 및 Mitsubishi

Reactor Coolant Pump의 제원과 모델을 비교하였다.

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모델펌프 영광3,4호기Mitsubishi Reactor Coolant Pump

93A-1 100A 100D

Pump Type vertical shaft, single stagevertical shaft, single stage

Vertical shaft, single stage, suction diffuser type, limited leakage seal system

Flow rate(m3/h) 28.44 19396.44 20,100 25,800 20,200

Net Pump Head(m) 2.27 105.156 approx. 80 approx. 80 approx. 80

Maximum Operating Temperature(°C) 343

Normal Operating Pressure(MPa) 0.6 15.6 15.5

Normal Operating Temperature(°C) 158.85 296.1 approx. 290

Speed(rpm) 1750 1190 approx. 1,200 approx. 1,200 approx. 1,500

Seal Water Flow(m3/h) 1.8

Thermal Barrier Cooling Water Flow(m3/h) 9.1

Motor Type Drip-proof, squirrel-cage type, Flywheel with anti-reversal mechanism

PowerSource(Frequency(Hz)/Voltage(V)) 60/6,600 60/6,600 50/6,600

Motor Power(kW) 0.75 6330.5 (nominal)4,480 (nominal)6,000 (nominal)4,570

Pump Efficiency(%) > 83 > 85 > 83

표2. 실험용 모델펌프, 영광 3, 4 호기 및 Mitsubishi Reactor Coolant Pump 제원비교

- 15 -

그림 8. 실험용 모델펌프, 영광 3, 4 호기 및 Mitsubishi Reactor Coolant Pump 비교

- 16 -

○ 실험장비 소개♦ 측정 장비측정 장비는 DAQ System, 압력측정모듈, 온도측정모듈로 구성되며 각 장비의

내용과 구성은 다음과 같다.

▷ DAQ System- 섀시당 최대 3.2 MS/s 스트리밍 수집

- AC 전원 공급 장치 및 USB 케이블 포함

- 플러그 앤 플레이 설치 및 구성

- 자동 감지 가능 및 핫 스왑 가능한 C 시리즈 I/O 모듈

- 인클로저, 딘레일, 데스크탑 개발을 위한 마운트 키트

- PC로 Hi-Speed USB 연결

기존의 아날로그 방식에 비해 2배 이상 향상된 속도와 플러그 앤 플레이 설치로

구성이 가능하며 각종 측정 모듈을 마운트 시킬 수 있고 USB를 통한 손쉬운 연

결이 가능하다. 그림 9와 같이 C 시리즈 I/O 모듈을 최대 8개까지 수용할 수 있

다.

그림 9. NI cDAQ-9172

▷ 압력측정모듈

- 8개 전류 입력 채널

- ±20 mA, 0 ~ 20 mA 프로그램가능 입력 범위

- NIST 추적 가능 교정 인증

- 소프트웨어에서 개방형 루프 감지 프로그램가능

- 17 -

- -40 ~ 70 °C 작동 범위

- 16 비트 해상도, 200 kS/s 집적 샘플링 속도

NI 9203은 C 시리즈 데이터 수집 모듈이며 고성능 컨트롤 및 모니터링 어플리

케이션을 위한 8개의 아날로그 전류 입력 채널을 제공한다. NI 9203에는 ±20

mA 또는 0 ~ 20 mA의 프로그램가능 입력 범위가 있으며, 16 비트 해상도 및

200 kS/s 최대 샘플링 속도를 유지한다. NI 9203은 또한 LabVIEW 소프트웨어

로 프로그래밍 되는 개방형 루프 감지 기능을 제공한다. NI 9203은 신호 변이로

부터 보호를 위해 채널-지면간 그라운드 이중 절연이 있어 (250 Vrms 절연) 안

전하며 노이즈가 없다.

그림 10. NI 9203▷ 온도측정모듈

- 즉시 실행 가능한 데이터 로거 소프트웨어 기본 제공

- 4개의 절연 열전대 입력 채널

- 버스 전원 공급으로 이동성 확보

- Windows, Mac OS X 및 Linux용 드라이버 소프트웨어

- J, K, R, S, T, N, E 및 B 열전대 타입과 호환 가능

- 플러그 앤 플레이 USB 연결

NI USB-9211은 24비트 ADC 해상도의 높은 해상도로 열전대 측정을 위해 설계

되었다. NI USB-9211에는 즉시 실행 가능한 데이터 로거 어플리케이션이 있어

최대 4개 채널까지의 열전대 데이터를 수집하고 기록할 수 있다. 포함된

NI-DAQmx Base 드라이버 소프트웨어를 사용하여 NI LabVIEW나 C 기반 개발

환경을 가진 맞춤형 데이터 수집 어플리케이션을 개발할 수 있다.

- 18 -

그림 11. NI 9211

♦ 자동제어밸브

그림 12. 자동제어밸브(SJ-64DA)

- 19 -

표 3. 자동제어밸브 제원

♦ 유량계

그림 13. 전자유량계(MUT220EL/MC308C)

- 20 -

그림 14. 유량계 성능 분석곡선

○ 결론 및 향후계획

♦ 결론 국내외에서 수집한 자료들과 기존의 실험결과들을 분석한 결과 원자력 선진국

들에 비해 RCP에 대한 연구가 그동안 너무 미흡했다고 생각되며, 상용 RCP의

제원과 모델펌프를 상사성을 이용하여 비교한 결과가 매우 만족스럽게 도출되었

- 21 -

다.

기존의 실험들에서는 실험자가 유량이나 기타 수치들을 육안으로 읽음으로 인

해 발생하는 인적오차가 기계적 오차에 더해져 많은 오차가 있었던 것으로 분석

되었다. 따라서 2차년도에 실행될 실험에서는 최대한 인적오류가 발생하지 않도

록 육안으로 인식되던 장비를 디지털화해서 실험 장치를 구성해야 할 것으로 생

각되며 준비 중에 있다.

♦ 향후계획 현재 RCP의 이상류상태에서의 거동을 예측하고 배관내 유동 분포 및 압력 Tap

의 위치를 찾아내기 위한 실험장치가 구상이 되었다. 앞으로 실험장치 제작에

있어 배관의 길이와 공기 유량 측정에 대해서는 조금 더 연구가 되어야겠지만 2

차년도 준비에는 큰 무리가 없다고 생각된다.

독자적인 유량 측정방법의 개발로 유량측정 능력 확보 및 계통적합성 평가기술

향상으로 원자로의 해외 수출 경쟁력 확보로 수출기반 조성이 가능할 것이다.

- 22 -

▣ RCP 주위 배관 유동분포 해석

○ 개요

♦ 목적 원자로냉각재펌프(Reactor Coolant Pump; 이하 RCP) 성능시험설비의 일반산

업분야 활용방안을 제공

○ RCP 모사 실험장치 제작♦ 실험장치 세부사항본 실험장치의 구성은 RCP의 이상류상태에서의 거동을 예측하고 배관내 유동 분

포 및 압력 Tap의 위치를 찾아내기 위한 실험이므로 최대한 현장과 비슷한 조건

(고온, 고압, 물, 증기)을 사용해야 하지만 실험장치의 복잡화, 고가화 그리고 안

전문제로 상온, 대기압, 물, 공기를 사용하여 실험할 수 있도록 구성되었다.

▷ 모델 펌프 신고리 3, 4호기에 사용된 냉각재 펌프를 1/10 스케일로 축소하여 상사성이 성

립하도록 주문제작 하였고 Impeller, Diffuser, Casing으로 구성되어 있다.

Impeller는 5개의 Wing으로 구성되고 Diffuser는 10개의 Wing으로 구성되었다.

이들의 금속재질은 작동유체에 의한 부식을 방지하기 위해 SSC13사용하였고

밀봉 부위부분의 과열방지를 위해 외부에 Water jacket을 설치하여 냉각하도록

설계되었다.

펌프의 흡입구와 토출구는 각각 7.6cm이며 1HP 출력의 구동모터에 의해 작동

된다. 수두는 2.2m 유량은 0.0079m3/s, 회선속도는 1750rpm 이다.

- 23 -

그림15. 모델 펌프의 Impeller

그림16. 모델펌프의 Casing and Diffuser

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그림17. Design drawing

of the impeller

그림18. Schematic diagram of the model pump

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▷ 모델 펌프와 실제 펌프의 재원비교

모델펌프 신고리 3,4호기 프로토 타입

Pump Type vertical shaft, single stage

Flow Rate(㎥/h) 28.44 19396.44 27612Net Pump Head(m) 2.27 105.156 114.3

Normal Operating

Pressure(MPa)0.6 15.6 15.6

Normal Operating

Temperature(°C)158.85 296.1 290.6

Speed(rpm) 1750 1190 1190

Moter Power (kW) 0.75 6330.5 -

표 4 재원비교

▷ 원자로 냉각재펌프의 상사화 법칙

일반적인 펌프의 상사화법칙을 원자로냉각재펌프에 그대로 적용하면 다음과 같

은 상사화 조건을 만족시켜야 한다.

(1) 펌프의 형태가 동일하고 기하학적형상의 상사화가 이루어져야 한다. 즉, 펌

프의 날개수, 입출구의 날개각도 등의 기하학적 구조가 동일해야 하며 임펠러의

직경은 직경에 대한 척도비에 따라 설계되어야 한다.

(2) 펌프의 비속도가 보존되어야 한다. 펌프비 속도가 원형과 모델에서 동일하

면 펌프의 Cavitation 특성은 동일하다고 본다. 펌프의 비속도는 펌프의 유량과

헤드관계, 유량과 효율 및 유량과 펌프출력을 결정하는 중요한 변수로서 펌프의

특성을 결정짓는 중요한 변수이다.

(3) 헤드비, 질량유량비, 펌프의 관성 및 토크가 상사화조건에 의해 결정되어야

한다.

(4) 각 사고 시나리오에 따라 펌프특성의 보존여부가 예비해석을 통해 평가되어

야 하며 펌프의 비속도가 보존되지 못 할 경우 이에 대한 적절한 대책을 마련하

- 26 -

여야 한다. 일반적으로 펌프의 비속도를 보존하기 위해 요구되는 모델펌프의 회

전속도가 매우 커서 펌프제작이 불가능한 경우가 많다 이러한 경우에는 펌프의

특성곡선에 대한 자세한 평가가 필요하며 펌프의 상사화를 위해 펌프의 회전속

도를 조절하는 방법들이 사용된다.

▷ 모델펌프의 타당성 - 모델펌프와 신고리 3, 4호기 및 프로토 타입의 상사성 비교

유량계수

유량(m3/s) 속도(RPM) 입, 출구 구경(m) 유량계수

모델펌프 0.0079 1750 0.076 0.010283673

신고리 3,4 5.3879 1190 0.762 0.01023311

프로토타입 7.67 1190 0.762 0.014567448

양정계수

수두(m) 속도(RPM) 입, 출구 구경(m) 양정계수

모델펌프 2.27 1750 0.076 0.001257618

신고리 3, 4 105.156 1190 0.762 0.001253304

프로토타입 114.3 1190 0.762 0.001362286

비속도

수두(m) 속도(RPM) 유량(m3/s) 비속도

모델펌프 2.27 1750 0.0079 84.10701142

신고리 3, 4 105.156 1190 5.3879 84.11649758

프로토타입 114.3 1190 7.67 94.27791527

표 5 상사성 비교

모델펌프와 신고리 3, 4호기의 상사성은 오차율이 1%도 채 되지 않게 정밀하게

만들어 졌으나 프로토 타입에서는 유량 및 수두가 기존 RCP 보다 매우 상승하

여 오차율이 커졌다. 하지만 유량을 증가시키는 방법으로 재계산을 수행하였다.

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- 유량 26% 증가 계산

유량계수

유량(m3/s) 속도(RPM) 입, 출구 구경(m) 유량계수

모델펌프 0.01 1750 0.076 0.013017308

프로토타입 7.67 1190 0.762 0.014567448

양정계수

수두(m) 속도(RPM) 입, 출구 구경(m) 양정계수

모델펌프 2.27 1750 0.076 0.001257618

프로토타입 114.3 1190 0.762 0.001362286

비속도

수두(m) 속도(RPM) 유량(m3/s) 비속도

모델펌프 2.27 1750 0.01 94.40988617

프로토타입 114.3 1190 7.67 94.27791527

표 6 유량증가 후 상사성 계산

결과에서 보는 바와 같이 유량을 증가 시켰을 때 오차율이 매우 줄어들면서 상

사성에는 문제가 없는 것으로 여겨진다.

♦ 실험장치의 구성 RCP 와 직접 연결되는 Test Section의 배관은 플랜지를 이용하여 방향을 쉽게

바꿀 수 있도록 제작하였다. Test Section의 Pressure Gage의 위치는 입, 출구에

각각 2, 4개의 모듈을 설치하여 각각의 압력과 평균 압력을 측정하였고 유속 및

유량 측정을 위해 Pitot Tube를 설치하여 좀 더 정확한 측정을 가능하게 하였다.

또한, 신고리 3, 4호기 PSAR의 도면을 기본으로 실제 발전소의 배치와 일치하

는 각도로 Inlet과 Outlet을 설치하였다.(그림 20 과 그림 21 비교)

- 28 -

그림 19 실험장치 계략도

그림 20 위에서 바라본 평면도

- 29 -

그림 21 신고리 3, 4호기 PSAR 도면

실험장치의 고정은 아래 그림 22처럼 앵글을 이용하여 가대를 설치하였고 진동

및 뒤틀림을 방지하기 위해서 바닥에 고무판을 설치하였다.

Water Tank는 상용제품인 2Ton급 PE물탱크를 사용하였으며 Inlet 배관은 Inlet

과 Outlet 모두 아크릴을 이용하여 내부 유동을 관찰할 수 있도록 설계 하였다.

(그림 23)

- 30 -

그림 22 실험장치 전경

그림 23 주문 제작된 아크릴 파이프

- 31 -

그림 24 1/10 Scale RCP

그림 25 제어 및 측정 장치

그림 24는 기존 발전소에서 사용하던 RCP의 1/10스케일 RCP이다.

모델펌프는 5개의 깃을 가진 Impeller와 10개의 깃을 가진 Diffuser 그리고 상

단에 모터로 구성되어 있다.

그림 25에서 왼쪽 상단에 인디케이터가 붙어 있는 것이 Flow meter

(MUT220EL/MC308C)이고 오른쪽이 자동제어밸브 (SJ-64DA)이다. Flow meter는

컴퓨터와 연결하여 지속적으로 유량데이터 저장이 가능하고 자동제어밸브는 콤

프레셔를 이용하여 밸브의 미세작동이 가능하다. 유량의 측정과 조절을 위해 현

재 소유하고 있는 모델 중에 가장 sensitive 한 장치를 설치하였다. 자동제어밸브

는 knob controller를 사용하여 미세조절이 가능하다.

그림 26과 27은 기초 및 유량분포 실험 후에 사용한 National Instrument사의

측정기기와 측정화면이다. 현재는 6개의 모듈을 장치하여 압력 32개소와 온도 18

개소의 동시측정이 가능하도록 세팅되어있다.

- 32 -

그림 26 National Instrument 측정기기

그림 27 National Instrument사 측정화면

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○ Test Matrix 및 Condition

♦ Test Matrix ① 실험에서 측정하고자 하는 변수는 모델펌프의 흡입부와 토출부 양단간의 압력차이다. ( 즉, 수두와 펌프 앞쪽에서의 유량)

② 상온상태에서 수행할 실험은 유량의 영역을 최고 110%에서 최저 10%까지 8개의 영역으로 나누고 이상 현상이 발생하거나 좀 더 자세한 검증이 필요한 영

역이 발견되면 조절 가능한 범위까지 유량을 조절하여 실험을 할 예정이다.

③ 펌프토출부에 장착된 자동제어절밸브를 조절하여 유량계와 유량측정 모듈을 이용하여 각 실험단계의 유량과 펌프양단에서의 압력차를 측정할 것이다.

④ 압력차와 유량을 측정하여 단상류에서의 무차원 변수를 규정함으로서 단상류에서의 유량과 펌프의 수두와의 상호관계를 알아내고자 한다.

♦ Condition 본 실험에 사용한 물의 온도는 25℃ 압력은 대기압상태이고 펌프의 가동에 따른 온도변화는 무시하는 것으로 가정하였다.

그림 28 Test Section

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그림 29 Test Section Outlet 실제 설치

그림 30 Test Section Inlet 실제 설치

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♦ 유동분포 측정 방법 RCP펌프를 작동시켜 유체를 충분히 발달시킨 후 그림 28와 같이 실험초기

Outlet 배관에 지표면과 수직인 방향으로 +모양으로 설치하여 유동을 측정하고

시계방향으로 30°씩 돌려가면서 3방향에서 각각의 압력을 측정하고 flow mater

를 이용하여 유량을 확인하였다.

압력모듈은 RCP의 Outlet 배관이 시작되는 부분에서 10cm 위치에 설치되었고

초기 압력은 Inlet 배관 RCP로 연결되는 되는 부분 지표면과 수평방향으로 배관

에 +모양으로 모듈을 설치하여 측정한 후 평균값을 기록하였다.

압력모듈을 장착한 동일선상에 Pitot Tube를 설치하여 유속을 측정하여 실험값

과 측정값의 오차를 계산하였다.

▷ 지배방정식 내부 유동을 계산하기 위하여 연속방정식, 비압축성 Navier-Stokes 방정식을 만

족하여야 한다. 따라서 수치계산에 사용된 지배방정식은 다음과 같다.

① 연속방정식

② 운동량 방정식

③ - 난류 방정식

▷ 유량 계산 방법

① 파이프내의 유량과 압력과의 관계 기본식 파이프 내에 유체가 흐를 때 압력손실은 다음과 같은 기본 수식으로 나타낸다.

- 36 -

∆× ××

SI Unit를 사용하는 경우, Unit of ΔP=kgf/cm2, Unit of ρ=kg/m3, Unit of V=m/s, Value and Unit of gc=9.8 kg-m/kgf/s2

(f=Fannings Friction Factor)

② 관내 마찰계수 f 구하기 : 단위 없음 = (관이 상대 거칠기 ε/D, Reynolds Number, Re)의 함수 관내 마찰계수는 파이프의 종류에 따라 내면 거칠기가 다르고 또 Reynolds

Number(=밀도*유속*직경/점도)로부터 구할 수 있는 도표에서 구할 수 있다. 이

것을 마찰계수도표 (Friction Factor Chart)라고 하는데 경우에 따라서 Fanning

마찰계수의 4배값인 Darcy(혹은 Moody) Friction Factor로 나타낸 것도 있기 때

문에 사용상 주의해야 한다.

Reynolds No = (밀도*내경*유속)/(점도)

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○ 실험결과

♦ 실험결과 각각의 실험 결과값은 최소 20회 이상 측정하여 최소 최대값을 버리고 나머지

값들의 평균값으로 표시하였다.

(압력의 단위는 kPa)

유량 10%

초기압력모듈 ① 모듈 ② 모듈 ③ 모듈 ④ 측정유속

(m/s)

계산유속

(m/s)(∆P) (∆P) (∆P) (∆P)실험1 113.362

121.489 119.944 121.345 123.593 0.157 0.154

8.127 6.582 7.983 10.231

실험2 113.365 120.409 120.076 121.679 122.693

0.157 0.1557.044 6.711 8.314 9.328

실험3 113.352119.883 120.453 123.062 121.452

0.156 0.1546.531 7.101 9.710 8.100

표 7 실험결과

유량 30%

초기압력모듈 ① 모듈 ② 모듈 ③ 모듈 ④ 측정유속

(m/s)

계산유속

(m/s)(∆P) (∆P) (∆P) (∆P)실험1 113.562

171.482 169.773 171.925 173.644 0.472 0.470

57.920 56.211 58.363 60.082

실험2 113.575170.271 171.397 172.660 172.676

0.471 0.47056.696 57.822 59.085 59.101

실험3 113.569171.402 170.398 172.651 173.580

0.471 0.47257.833 56.829 59.082 60.011

유량 50%

초기압력모듈 ① 모듈 ② 모듈 ③ 모듈 ④ 측정유속

(m/s)

계산유속

(m/s)(∆P) (∆P) (∆P) (∆P)실험1 113.629

257.050 255.452 256.918 259.130 0.786 0.781

143.421 141.823 143.289 145.501

실험2 113.705256.308 256.724 258.710 257.906

0.786 0.782142.603 143.019 145.005 144.201

실험3 113.691256.794 256.492 257.806 258.689

0.788 0.784143.103 142.801 144.115 144.998

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유량 70%

초기압력모듈 ① 모듈 ② 모듈 ③ 모듈 ④ 측정유속

(m/s)

계산유속

(m/s)(∆P) (∆P) (∆P) (∆P)실험1 113.829

376.954 375.081 377.160 379.129 1.101 1.099

263.125 261.252 263.331 265.300

실험2 113.830376.041 376.029 377.222 377.996

1.100 1.111262.211 262.199 263.392 264.166

실험3 113.841376.079 376.059 377.234 376.064

1.101 1.105262.238 262.218 263.393 262.223

유량 90%

초기압력모듈 ① 모듈 ② 모듈 ③ 모듈 ④ 측정유속

(m/s)

계산유속

(m/s)(∆P) (∆P) (∆P) (∆P)실험1 113.962

531.067 529.324 532.243 534.263 1.415 1.414

417.105 415.362 418.281 420.301

실험2 113.958530.968 530.480 532.239 533.324

1.413 1.414417.010 416.522 418.281 419.366

실험3 113.965530.588 531.077 532.246 531.958

1.417 1.418416.623 417.112 418.281 417.993

유량 110%

초기압력모듈 ① 모듈 ② 모듈 ③ 모듈 ④ 측정유속

(m/s)

계산유속

(m/s)(∆P) (∆P) (∆P) (∆P)실험1 114.002

704.522 702.698 705.853 708.638 1.729 1.725

590.520 588.696 591.851 594.636

실험2 114.011703.863 703.533 705.964 707.333

1.730 1.731589.852 589.522 591.953 593.322

실험3 113.986703.485 704.010 705.939 704.481

1.730 1.729589.499 590.024 591.953 590.495

♦ 무차원변수를 통한 비교 결과 Pitot Tube를 통해 수집된 유속을 이용하여 Reynolds number를 계산하였다.

- 39 -

이 계산 결과를 Friction Factor Chart에 대입하여 Friction을 얻어내었고 앞서

제시한 파이프내의 유량과 압력과의 관계 기본식에 대입하여 실제 △P와의 차이를 비교하였다.

유량

(m3/s)

Reynolds

number

Fraction

Factor

실험 △P (Av.)

계산된

△P 오차율10%

0.0007914090.36 0.026 7.980 7.851648 1.608421

30%

0.0023742271.09 0.0215 58.253 58.43438 0.31137

50%

0.0039570451.82 0.019 143.657 143.4436 0.148548

70%

0.0055398632.54 0.0178 262.921 263.3926 0.17937

90%

0.00711126813.3 0.0171 417.686 418.2814 0.14255

110%

0.00869154994 0.0162 591.027 591.9539 0.15683

표 8 무차원수를 통한 비교

표 8에서 나타난 것처럼 낮은 유량에서는 오차율이 높았고 50% 이상에서는

0.15% 내외로 매우 낮은 오차율을 보였다. 이는 실험의 타당성을 보여준다고 할

수 있다.

♦ CFX 모사 결과 CFX모사는 현재의 펌프 유량이 프로토타입의 펌프와 비교해 상사성이 상이하

여 현재의 모사는 타당성이 부족하므로 2단계 1차년도에 모델펌프의 모터를 교

환하여 유량을 증가시킨 후 모사 하도록 하겠다.

- 40 -

○ 결론 및 향후계획

♦ 결론 본 실험에서는 Outlet 배관주위에 유동을 관찰하기위해 압력모듈 4개를 장착하

여 측정하였다. 더 많은 모듈도 장착이 가능하지만 더 많은 모듈을 장착했을 경

우 유동에 영향을 주게 될 것으로 예상되어 실험장치 제작과정에서 가정 적합한

4개의 모듈만을 장착한 것이다.

이번 실험을 통해 펌프의 특성과 Outlet 배관의 유동분포의 파악이 가능했다.

30% 이하의 유량에서는 각 모듈에서 측정되는 압력의 차가 높이에 의한 차이

외엔 거의 없기에 유동 분포 및 특성을 파악하기 어려웠다.

최소 50% 이상의 유량이 되어야 Flow에 의해 각 모듈마다 다른 압력이 표시

되었고 70% 이상의 유량부터는 실험마다 각각 다른 압력이 측정되어 Pitot Tube

로 측정된 유속과 실험을 통해 얻어진 데이터를 통한 계산유속을 비교 할 수 있

었고 가장 적절한 위치를 파악 할 수가 있었다.

가장 적절한 압력모듈의 위치는 실험2와 3의 모듈 ③으로 실험결과가 나왔고 이 결과는 향후 전산해석을 통해 확인을 할 예정이다.

♦ 향후계획▷ 유량증가 : 2단계 1차년도에는 모델펌프의 모터를 교환하여 유량을 증가시켜 프로토 타

입의 펌프와 상사성을 맞추어 실험을 재실시할 예정이다.

▷ 설계변경 및 측정위치의 다양화 : 좀 더 디테일한 유동분포 측정을 위해 모듈이 장착되는 곳을 정밀하게 연마

하여 유동에 영향을 주지 않도록 실험장치의 Outlet 부분을 다시 설계할 예정

이다. 또한, 이번 실험은 Outlet 배관의 10cm에서 측정된 자료만 수집된 상태라

서 차후 측정위치를 변경하여 재 실험 할 예정이다.

초기 압력의 측정위치도 Inlet 배관이 끝나는 부분만이 아니라 Outlet 배관이

시작되는 부분에도 설치하여 다양한 환경에서의 실험결과를 제시하도록 하겠다.

▷ 전산해석 : CFD해석과 상용 유동해석 프로그램인 Fluent 코드를 실험결과와 동시에 비교

하여 정확성을 더 높일 계획이다.

- 41 -

- 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재

가. 논문게재 성과

해당사항 없음

나. 특허 성과

해당사항 없음

다. 국내․외 교육훈련 및 국외출장

(1) 국내․외 교육훈련 성과구 분 국가 기관명 기간 참가자 교육내용

국내한국 태성앤스트

2008.07.21~2008.07.25

지준석이현우 ANSYS CFX-11 교육

한국 태성앤스트2009.01.12~200901.16

이영종김희철 ANSYS CFX-11 교육

(2) 국외출장 성과

해당사항 없음

라. 학술회의 참석 및 개최 성과

명칭 기술분야 규모 개최장소참가국 인원 기간(일)2008 춘계한국원자력학회 원자력열수력 및 안전 1 200 2 경주교육문화회관2008 추계한국원자력학회 원자력열수력 및 안전 1 200 2 평창휘닉스파크2009 춘계한국원자력학회 원자력열수력 및 안전 1 200 2 제주 해비치호텔2009 추계한국원자력학회 원자력열수력 및 안전 1 200 2 경주교육문화회관

서 지 정 보 양 식 수행기관보고서번호 위탁기관보고서번호 표준보고서번호 INIS 주제코드

KAERI/CM-1258/2009 제목 / 부제

RCP 배관 유동 특성 및 유량 측정 방법론 연구연구책임자 및 부서명 김상녕, 경희대학교 원자력공학과

연 구 자 및 부 서 명 지준석, 윤형주, 박준석, 김희철, 김희영, 이신애경희대학교 원자력공학과

출 판 지 경희대학교 발행기관 한국원자력연구원 발행년 2010

페 이 지 41p. 도 표 있음( ○ ), 없음( ) 크 기 21×29.7Cm.

참고사항 공개여부 공개( ○ ), 비공개( ) 보고서종류 단계 종료보고서 비밀여부 대외비( ), __ 급비밀 연구수행기관 경희대학교 계약 번호 해당없음

초록 (15-20줄내외)

국내원전 주요 기기의 대부분이 국산화가 완료된 현 시점에 RCP와 같은 계통 성능 및

안전에 막대한 영향을 미치는 기기를 해외 특정 선진업체에 의존함으로서 이에 따른 경제

적인 손해가 막대하였으며 플랜트 전체에 대한 성능 보증 역할 또한 제한적일 수밖에 없

었다. 따라서 유량측정 방법을 개발하여 실질적인 플랜트 성능 보증 역할 수행이 바람직

하다.

향후에 건설되는 국내 신규원전에 적용이 가능해 지므로 Project당 150억원 이상의 원가

절감효과가 예상되며, 중국 신규원전 프로젝트 등 아시아 지역 원전 참여를 추진할 경우

Project당 1,200억원 정도의 수출증대 효과가 예상된다. 원자로냉각재 펌프에 대한 성능 보

증을 국내 기술진이 담당할 수 있으므로 원전기술 자립화를 목표하는 국가의 정책 취지에

도 부합된다.

주제명키워드 (10단어내외) RCP, RCS, 유동분포, 유량측정, 방법론

BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET Performing Org. Report No.

Sponsoring Org. Report No. Stamdard Report No. INIS Subject Code

KAERI/CM-1258/2009

Title/ Subtitle Study on the floating characteristic and flow measurement methodology of RCP Piping

Project Manager and Department Sang-Nyung Kim, Kyung Hee University Nuclear Engineering Department Researcher and Department

Joon-Suk Ji, Hyung-Ju Youn, Joon-suk Park, Hee-Chul Kim, Hee-Young Kim, Sin-Yae Lee Kyung Hee University Nuclear Engineering Department

Publication Place

Kyung Hee

University Publisher KAERI Publication Date 2010

Page 41 p. Ill. & Tab. Yes(○), No ( ) Size 21x29.7Cm. Note

Open Open( ○ ), Closed ( ) Report Type Final ReportClassified Restricted( ), ___Class Document

Performing Org. Kyung Hee University Contract No. NoneA b s t r a c t ( 1 5 - 2 0 Lines)Nuclear localization of major equipment was mostly domestic. However, system performance, such as RCP and safety equipment is essential to leading companies rely on overseas because certain financial damages and a bar for the entire performance of the reactor had to be also limited warranty. Therefore, the development of flow measurement and performance of practical reactors should be guaranteed. In the future, the domestic construction of new nuclear power plant is possible because this applies to more than ￦150 billion per Project Cost savings are expected, new nuclear power projects in China and other Asian region to pursue nuclear power plant was ￦1,200 billion per case of Project effects are expected to increase exports. Performance guarantees for the reactor coolant pump can assume, because local technicians to help customers reduce the country's independent nuclear technology policy will conform to the purpose. Subject Keywords (About 10 words) RCP, RCS, Flow distribution, Flow measurement, Methodology

표 제 지제 출 문요 약 문목 차제 1 장 서론제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성제 2 절 국내 · 외 관련 기술의 현황제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적 ·경제적 파급 효과

제 2 장 기술개발 내용 및 방법제 1 절 최종 목표 및 평가 방법제 2 절 단계 목표 및 평가 방법제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위

제 3 장 결과 및 향후 계획제 1 절 단계 연구개발 결과- 단계 연구개발 추진 일정- 단계 연구개발 추진 실적- 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재

서 지 정 보 양 식