용 초고압용 초고압용 초고압용 초고압STUD TENSIONERSTUD TENSIONERSTUD TENSIONERSTUD TENSIONER

에에에에HYDRAULIC ACTUATORHYDRAULIC ACTUATORHYDRAULIC ACTUATORHYDRAULIC ACTUATOR

관한 신뢰성향상 지원관한 신뢰성향상 지원관한 신뢰성향상 지원관한 신뢰성향상 지원

최종보고서최종보고서최종보고서최종보고서( )( )( )( )

2005. 06. 272005. 06. 272005. 06. 272005. 06. 27

지원기관지원기관지원기관지원기관 :::: 무진기연무진기연무진기연무진기연㈜㈜㈜㈜

위탁기관위탁기관위탁기관위탁기관 :::: 한국기계연구원한국기계연구원한국기계연구원한국기계연구원

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

서식 호11

최 종 보 고 서 제 출 서최 종 보 고 서 제 출 서최 종 보 고 서 제 출 서최 종 보 고 서 제 출 서

년 중소기업신뢰성향상지원사업에 의하여 완료한 사업명 용2004 ( : Stud Tensioner

초고압 의 신뢰성 향상 의 최종보고서를 동 사업 운영지침 항Hydraulic Actuator ) 25

에 의하여 별첨과 같이 제출합니다.

첨 부 최종보고서 부: 10

2005. 06. 27.2005. 06. 27.2005. 06. 27.2005. 06. 27.

주관책임자주관책임자주관책임자주관책임자 :::: 조 성 은조 성 은조 성 은조 성 은

주 관 기 관주 관 기 관주 관 기 관주 관 기 관 :::: 무진기연무진기연무진기연무진기연㈜㈜㈜㈜

부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하ㆍㆍㆍㆍ

- 3 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

부품 소재통합연구단장 귀 하부품 소재통합연구단장 귀 하부품 소재통합연구단장 귀 하부품 소재통합연구단장 귀 하ㆍㆍㆍㆍ

본 보고서를 용 초고압 에 관한 신뢰성“STUD TENSIONER HYDRAULIC ACTUATOR

향상지원 개발기간 과제의 최종보고서로 제출합”( : 2004. 06. 01. ~ 2005. 05. 31.)

니다.

2005. 06. 27.2005. 06. 27.2005. 06. 27.2005. 06. 27.

주관기관명주관기관명주관기관명주관기관명 :::: 무진기연무진기연무진기연무진기연㈜㈜㈜㈜

주관책임자주관책임자주관책임자주관책임자 :::: 조 성 은조 성 은조 성 은조 성 은

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 :::: 하 찬 호하 찬 호하 찬 호하 찬 호

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 :::: 조 만 희조 만 희조 만 희조 만 희

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 :::: 임 재 경임 재 경임 재 경임 재 경

위탁기관위탁기관위탁기관위탁기관 :::: 한국기계연구원한국기계연구원한국기계연구원한국기계연구원

연구책임자연구책임자연구책임자연구책임자 :::: 이 용 범이 용 범이 용 범이 용 범

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 :::: 김 형 의김 형 의김 형 의김 형 의

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 :::: 한 성 건한 성 건한 성 건한 성 건

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 :::: 송 규 조송 규 조송 규 조송 규 조

- 4 -

관리번호관리번호관리번호관리번호 0400-RA1-045

사 업 명사 업 명사 업 명사 업 명 용 초고압 의 신뢰성향상STUD TENSIONER HYDRAULIC ACTUATOR

키 워 드키 워 드키 워 드키 워 드 유압실린더 초고압STUD TENSIONER/ / HYDRAULIC ACTUATOR

사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용

최종 목표최종 목표최종 목표최종 목표1.1.1.1.

용 초고압 의 신뢰성 향상을 위하여 성능 및 수명o Stud Tensioner Hydraulic Actuator

평가 실시한 후 문제점을 보완

신뢰성 평가기준 건 제정o 1

신뢰성 인증 건 추진o 1

신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용2.2.2.2.

초고압 의 신뢰성평가 기술 미비o Hydraulic Actuator

신뢰성평가시스템 구축 미비 등o

원인분석 및 대처결과원인분석 및 대처결과원인분석 및 대처결과원인분석 및 대처결과3.3.3.3.

를 통하여 시험항목 및 기준 결정o FMEA, FTA & 2-Stage QFD

신뢰성평가시스템설계 및 제작o

신뢰성 적용결과 사업전 후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전 후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전 후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전 후 정량적 비교4. ( )4. ( )4. ( )4. ( )ㆍㆍㆍㆍ

신뢰성평가 기준을 개발하여 기술표준원에 상정 중o

기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과5. ( )5. ( )5. ( )5. ( )

경제적 효과o

수입에 의존하고 있는 제품이 국산화되어 회사 매출 확대에 기여할 것으로 판단되며- ,

고난이도의 기술을 가진 제품이 국산화되어 년 간 약 억원 수입대체 가능40

기술적 효과o

초고압 분야의 기술 축적으로 선박 산업용 엔진 철탑 교량분야 등 관련 산업에 기- , , ,

술 활용

적용분야적용분야적용분야적용분야6.6.6.6.

대형선박 산업용 엔진 철탑 교량 분야 등 관련 산업에 확대 적용o , , ,

- 5 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 개 요제 절 개 요제 절 개 요제 절 개 요1111

제 절 사업목표제 절 사업목표제 절 사업목표제 절 사업목표2222

제 절 신뢰성향상지원내용제 절 신뢰성향상지원내용제 절 신뢰성향상지원내용제 절 신뢰성향상지원내용3333

제 절 최종평가항목 및 기준제 절 최종평가항목 및 기준제 절 최종평가항목 및 기준제 절 최종평가항목 및 기준4444

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 연구개발 배경제 절 연구개발 배경제 절 연구개발 배경제 절 연구개발 배경1111

제 절 시작품 제작제 절 시작품 제작제 절 시작품 제작제 절 시작품 제작2222

제 절 신뢰성 방법 신뢰성 평가 기준 개발제 절 신뢰성 방법 신뢰성 평가 기준 개발제 절 신뢰성 방법 신뢰성 평가 기준 개발제 절 신뢰성 방법 신뢰성 평가 기준 개발3 Test ( )3 Test ( )3 Test ( )3 Test ( )

제 절 시험 결과제 절 시험 결과제 절 시험 결과제 절 시험 결과4444

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

- 6 -

부 록부 록부 록부 록= (Appendix) == (Appendix) == (Appendix) == (Appendix) =

제작도면제작도면제작도면제작도면A.1A.1A.1A.1

시제품 가공 사진시제품 가공 사진시제품 가공 사진시제품 가공 사진A.2A.2A.2A.2

초고압 사진초고압 사진초고압 사진초고압 사진A.3 SealA.3 SealA.3 SealA.3 Seal

시제품 조립 사진시제품 조립 사진시제품 조립 사진시제품 조립 사진A.4A.4A.4A.4

- 7 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 개 요제 절 개 요제 절 개 요제 절 개 요1111

가 사 업 명 용 초고압 의 신뢰성 향. : STUD TENSIONER HYDRAULIC ACTUATOR

상

나 사업기간 개월. : 2004. 06. 01 ~ 2005. 05. 31 (12 )

다 주관기관 주 무진기연. : ( )

라 위탁기관 한국기계연구원. :

마 총사업비 만원 주관사업비 만원. : 7,500 ( - 2,900 ,

위탁사업비 만원- 4,600 )

제 절 사업 목표제 절 사업 목표제 절 사업 목표제 절 사업 목표2222

가 용 초고압 의 신뢰성 향상을 위하여. STUD TENSIONER HYDRAULIC ACTUATOR

성능 및 수명 평가 실시한 후 문제점을 보완.

나 신뢰성 평가기준 건 제정. 1

다 신뢰성 인증 건 추진. 1

용 초고압 의 사양용 초고압 의 사양용 초고압 의 사양용 초고압 의 사양Table 1. Stud Tensioner Hydraulic ActuatorTable 1. Stud Tensioner Hydraulic ActuatorTable 1. Stud Tensioner Hydraulic ActuatorTable 1. Stud Tensioner Hydraulic Actuator

- 8 -

제 절 신뢰성 향상 지원내용제 절 신뢰성 향상 지원내용제 절 신뢰성 향상 지원내용제 절 신뢰성 향상 지원내용3333

가 고장원인 분석방법가 고장원인 분석방법가 고장원인 분석방법가 고장원인 분석방법....

1) FMEA (Failure Mode Effective Analysis)

2) FTA (Fault Tree Analysis)

등을 통하여 중요시험 항목선정3) 2-Stage QFD(Quality Function Deployment)

가속시험 한계시험 등을 실시하여 고장원인 분석4) (Impulse Test), (Proof Test) ,

나 고장원인 해결방안나 고장원인 해결방안나 고장원인 해결방안나 고장원인 해결방안....

수명저하 또는 취약 부분이 있을 경우 설계 강도 보완1)

취약부분 소재 설계변경2)

다 신뢰성향상지원 결과의 활용방안다 신뢰성향상지원 결과의 활용방안다 신뢰성향상지원 결과의 활용방안다 신뢰성향상지원 결과의 활용방안....

신뢰성 인증 획득1)

생산품목의 보증수명기간 확대를 통하여 경쟁력 확보2)

제 절 최종평가항목 및 기준제 절 최종평가항목 및 기준제 절 최종평가항목 및 기준제 절 최종평가항목 및 기준4444

- 9 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 연구개발 배경제 절 연구개발 배경제 절 연구개발 배경제 절 연구개발 배경1111

원자력 발전소의 에 사용되는 는 크기가 클 뿐만 아니라Reactor Vessel Stud Bolt

안전에도 매우 중요한 역할을 맡고 있다 이러한 특징 때문에 의 체결에. Stud Bolt

는 나사산의 손상이 발생되지 않도록 정확한 값이 요구되어진다 이러한 역Torque .

할을 하는 것이 이다 하지만 대부분 수입에 의존하고 있어 주 무Stud Tensioner . ( )

진기연에서 다년간에 걸쳐 국산화를 실현하였으나 국내에서는 시험장치 및 시험기,

준이 없고 최대 출력이 이지만 확인 정확한 출력을 계측할 수 없어 제품1000 ton

에 대한 신뢰도가 저하되는 문제점이 발생되었다 이러한 문제점을 해결하고자 한.

국기계연구원과 공동으로 신뢰성향상지원사업을 착수하게 되었다.

제 절 시제품 제작제 절 시제품 제작제 절 시제품 제작제 절 시제품 제작2222

신뢰성 를 위하여 용 초고압 시제품Test Stud Tensioner Hydraulic Actuator 2 Set

을 제작하였다 주요 구성품은 크게. Hydraulic Actuator Bottom Piston, Top

및 의 누유를 방지하는 등Piston, Bottom Cylinder, Top Cylinder, Cover Oil Seal

으로 구성되어진다.

- 10 -

설계 조건설계 조건설계 조건설계 조건1)1)1)1)

용 한국형 원자로Stud Type : Reactor Vessel Closure Studs( )

규격Stud Bolt : 6.75 inches x 8 UNC

길이Stud Bolt : 73.31 inches

재질Stud Bolt : SA-540 Gr.B-24, Class 3

재질 조건 항복강도 파괴강도: 130,000 psi, 145,000 psi at 70℉

가 상세 설계 사양가 상세 설계 사양가 상세 설계 사양가 상세 설계 사양. Stud Bolt. Stud Bolt. Stud Bolt. Stud Bolt

에 의해 신장될 길이A : 54.49 in (STS Tensioner )

에 의해 신장된 상태로 체결력을 발휘할 부위의 길이B : 35.95 in (Part2 & Parts )

C : 17.64 in2

에 의해 신장될 의 최소 단면적(STS Tensioner Stud )

D : 32.57 in2

에 의해 신장되어 체결력을 발휘할 부위의 단면적(Part 2 & Part 3 )

Operation Residual Pre load : 1,189,400 Ibs

Operation Elongation : 0.047 inches

Hydro-Test Residual Pre load : 1,486,800 Ibs

Hydro-Test Elongation : 0.058 inches

- 11 -

나 를 신장하기 위한 하중. Stud Bolt .

의 이하Hydro-Test Pre load 110% (1,635,480 Ibs) > P and

P > Hydro-Test Pre load(1,486,800 Ibs)

다 설계. Cylinder

출력 기준1) Cylinder (Ibs)

를 신장하기 위한 힘은 이므로Stud Bolt 1,486,000 ~ 1,635,480 Ibs 1,635,480 Ibs

이상이 되게 설계를 해야 한다.

가정 의 의 출력1) Cylinder 1Set : 500,000 kg/ 1set

가정 의 압력2) Cylinder : 25.49 kg/mm2(2500 bar)

가정 실린더 및 중공 피스톤의 재질3)

항복강도KSD 3709 SNCM439 : 90kg/mm2

가정 과 를 통해 의 출력에 해당하는 면적은- 1 2 Cylinder

의 면적B

의 면적 상기 그림상의 참조B ( ) :

중공 피스톤의 내경 의 외경을 고려- d1(Stud Bolt ) : 141mm

라 중공피스톤의 두께. (TP) :

- 12 -

단 압축강도 의 항복강도: , SNCM439 90kg/mm2

의 압력: Cylinder 25.49kg/mm2

의 두께: Piston

의 최소값d2 : 164.3mm

의 최소 설계 두께Piston : 11.63mm

안전율을 고려한 의 설계 두께Piston : 19.5mm

안전율을 고려한 d2 : 180mm∴

마 실린더의 내경. d3 :

바 실린더의 두께. (Tc) :

단 압축강도 의 항복강도: , SNCM439 90kg/mm2

의 압력: Cylinder 25.49kg/mm2

의 두께: Piston

의 최소값d4 : 274mm

의 최소 설계 두께Cylinder : 17mm

안전율을 고려한 의 설계 두께Cylinder : 106mm

안전율을 고려한 d4 : 380mm∴

- 13 -

시험장비 구축시험장비 구축시험장비 구축시험장비 구축2)2)2)2)

신뢰성 시험을 위하여 아래의 도면과 같이 시험장비 설계 및 제작하였다.

시험 장비 도면시험 장비 도면시험 장비 도면시험 장비 도면Fig. 1Fig. 1Fig. 1Fig. 1

- 14 -

제 절 신뢰성 방법 신뢰성 평가 기준 개발제 절 신뢰성 방법 신뢰성 평가 기준 개발제 절 신뢰성 방법 신뢰성 평가 기준 개발제 절 신뢰성 방법 신뢰성 평가 기준 개발3 Test ( )3 Test ( )3 Test ( )3 Test ( )

본 연구를 통하여 원자력 발전소용 초고압 단 실린더의 신뢰성 평가를 위한 기준2

안을 다음과 같이 개발하여 산업자원부 기술표준원의 신뢰성 전문위원회 상정을 추

진하고 있다.

신 뢰 성 평 가 기 준 안신 뢰 성 평 가 기 준 안신 뢰 성 평 가 기 준 안신 뢰 성 평 가 기 준 안( )( )( )( )

원자력 발전소용 초고압 단 실린더원자력 발전소용 초고압 단 실린더원자력 발전소용 초고압 단 실린더원자력 발전소용 초고압 단 실린더2222

Ultra High Pressure 2-stage Cylinder for nuclear power PlanUltra High Pressure 2-stage Cylinder for nuclear power PlanUltra High Pressure 2-stage Cylinder for nuclear power PlanUltra High Pressure 2-stage Cylinder for nuclear power Plan

서 문서 문서 문서 문 이 기준을 적용하는 데는 인용하고 있는 기준도 동시에 참고하여야 한다 또.

같은 종류의 기준이라면 이것과의 검토가 필요한 경우도 많다 이러한 기준들의 시.

험특성을 이해함으로써 원자력 발전소용 초고압 단 실린더의 신뢰성을 높이기 위2

해 이 제정되었다RS B 0000 .

적용 범위적용 범위적용 범위적용 범위1.1.1.1.

이 기준은 원자력 발전소 실내에서 원자로 연료교환을 할 때 원자로 커버를 열고

닫는 공정에 스터드 볼트를 인장시켜주는데 사용되는 단 초고압실린더 이하 실린2 (

더라 한다 의 성능 설계 및 신뢰성에 대하여 규정한다) , .

환경조건 실린더는 원칙적으로 실내 환경에서 사용한다a) : .

주위온도 조건 주위온도는 로 한다b) : 5~50 .℃

최대 이송 속도 실린더의 최대 속토는 이하로 한다c) : 0.1 mm/sec .

전진포트 최고사용압력 최고 사용 압력 이하 게이지 압력을 가리킨다 은d) : ( ) 250

이하로 한다MPa .

후진포트 최고사용압력 최고 사용 압력 이하 게이지 압력을 가리킨다 은e) : ( ) 5MPa

이하로 한다.

최대 출력 이하로 한다f) : 15,000 kN .

유압유 온도 조립체에 사용되는 유압유의 온도는 이하이며 특별히 규g) : 120 ,℃

정하지 않는 시험에서는 로 한다 다만 환경시험에서는 고온 및 저온 온도50±5 .℃

제어 범위에 따른다.

- 15 -

유압유 특별히 지정하지 않는 한 내마모성 유압작동유h) : ISO VG32ISO VG32ISO VG32ISO VG32 또는 VC46VC46VC46VC46

을 사용한다 유압유의 오염도 급에서 급으로 관리한다. NAS7 9 .

인용 규격인용 규격인용 규격인용 규격2.2.2.2.

KS H 0054KS H 0054KS H 0054KS H 0054 유압 공기압 도면 기호ㆍ

KS B 0120KS B 0120KS B 0120KS B 0120 유압 및 공기압 용어

KS D 9502KS D 9502KS D 9502KS D 9502 염수분무 시험 방법

KS B 6370KS B 6370KS B 6370KS B 6370 유압실린더

JIS B 8367JIS B 8367JIS B 8367JIS B 8367 Hydraulic Cylinder

MIL-STD- 810FMIL-STD- 810FMIL-STD- 810FMIL-STD- 810F Environmental Test Method and Engineering Guidelines

ISO 6022ISO 6022ISO 6022ISO 6022 Hydraulic fluid power-Single rod cylinders-Mounting dimensions 25

MPa series

정의정의정의정의3.3.3.3.

기준에서 사용되는 주된 용어의 정의는 다음에 따른다.

최고 전진 허용 압력최고 전진 허용 압력최고 전진 허용 압력최고 전진 허용 압력a)a)a)a) 전진포트로 압력을 공급하였을 때 실린더에서 허용될 수:

있는 최고 값

최고 후진 허용 압력최고 후진 허용 압력최고 후진 허용 압력최고 후진 허용 압력b)b)b)b) 후진포트로 압력을 공급하였을 때 실린더에서 허용될 수:

있는 최고 값

정격 압력정격 압력정격 압력정격 압력c)c)c)c) 호칭의 편의를 도모하기 위한 압력으로 실린더를 전진시키는데 사:

용하는 유압 회로의 릴리프 밸브 설정 압력의 최고 값

최저 작동 압력최저 작동 압력최저 작동 압력최저 작동 압력d)d)d)d) 실린더의 작동을 보증할 수 있는 최저의 압력:

전진 방향전진 방향전진 방향전진 방향e)e)e)e) 전진포트에 압력을 공급하여 피스톤을 전진시키는 방향으로 최대출:

력은 이 방향에서 발생

후진 방향 후후진 방향 후후진 방향 후후진 방향 후f) :f) :f) :f) : 진포트에 압력을 공급하여 피스톤을 후진시키는 방향

- 16 -

참 고참 고참 고참 고

실린더 힘실린더 힘실린더 힘실린더 힘g)g)g)g) 피스톤 면에 작용하는 이론적 유체의 힘:

Fth P × A × n≒

여기에서 Fth 실린더 힘: [kN]

피스톤 면에 작용하는 압력P : [ kPa ]

유효 피스톤 단면적A : [ cm2]

피스톤의 수량n :

실린더 출력실린더 출력실린더 출력실린더 출력h)h)h)h) 피스톤에 의해 전달되는 기계적 힘:

실린더의 출력 효율실린더의 출력 효율실린더의 출력 효율실린더의 출력 효율i)i)i)i) 실린더 출력과 실린더 힘의 비:

××

×

여기에서 실린더의 출력 효율:λ

실린더의 출력: [kN]

피스톤 면에 작용하는 압력: [kPa]

유효 피스톤의 단면적: [ cm2]

피스톤의 수량n :

- 17 -

고 장고 장고 장고 장j)j)j)j) 제품의 성능이 규정된 규격을 벗어나 기대된 기능을 발휘할 수 없는 상:

태

고장률고장률고장률고장률k)k)k)k) 부품이 어떤 기간동안 고장 없이 동작한 뒤 계속되는 단위 시간 내에: ,

고장을 일으키는 확률을 말한다.

신뢰성신뢰성신뢰성신뢰성1)1)1)1) 부품이나 시스템이 주어진 환경에서 고장 없이 일정 기간동안 원래의:

성질을 유지하는 특성

와이블 해석와이블 해석와이블 해석와이블 해석m) (Weibull)m) (Weibull)m) (Weibull)m) (Weibull) 고장과 관련하여 널리 사용되는 해석 방법으로 일반적인:

수명분포를 해석을 하는데 편리하게 고안된 것으로 형상 모수에 따라 고장확률 밀,

도함수를 다르게 나타낸다.

n) Bn) Bn) Bn) B10101010 수명수명수명수명 전체 대상의 가 고장이 발생하는 시점의 수명: 10 %

내압시험회로 그림내압시험회로 그림내압시험회로 그림내압시험회로 그림o) : 3.1o) : 3.1o) : 3.1o) : 3.1의 시험회로는 실린더의 내압시험회로를 나타낸다.

그림 내압시험회로그림 내압시험회로그림 내압시험회로그림 내압시험회로3.13.13.13.1

- 18 -

부하작동 시험회로 그림부하작동 시험회로 그림부하작동 시험회로 그림부하작동 시험회로 그림p) : 3.2p) : 3.2p) : 3.2p) : 3.2의 시험회로는 실린더의 부하작동 시험회로를 나

타낸다.

그림 부하작동 시험회로그림 부하작동 시험회로그림 부하작동 시험회로그림 부하작동 시험회로3.23.23.23.2

구조 및 종류구조 및 종류구조 및 종류구조 및 종류4.4.4.4.

초고압 단 실린더는 개의 피스톤과 하우징이 직렬로 연결되어있고 개의 전진포2 2 , 2

트에 초고압을 동시에 공급하면 피스톤은 전진 한다 또한 단 실린더의 로드부에. 2

있는 개의 후진 포트에 저압을 공급하면 개의 피스톤은 동시에 후진 한다 이 초1 2 .

고압 단 실린더의 구조와 주요 부품의 명칭은 그림 과 같다2 3.3 .

- 19 -

그림 초고압 단 실린더의 구조 및 명칭그림 초고압 단 실린더의 구조 및 명칭그림 초고압 단 실린더의 구조 및 명칭그림 초고압 단 실린더의 구조 및 명칭3.3 23.3 23.3 23.3 2

샘플링 방법샘플링 방법샘플링 방법샘플링 방법5.5.5.5.

신뢰성평가에 필요한 실린더는 가장 최근에 생산한 생산 로트 에 대해 이 기준(LOT)

에 규정된 6.1.1, 6.1.2, 6.1.3, 6.1.56.1.1, 6.1.2, 6.1.3, 6.1.56.1.1, 6.1.2, 6.1.3, 6.1.56.1.1, 6.1.2, 6.1.3, 6.1.5의 성능 시험에서 이상이 없는 제품을 발췌하

여야 하고 제조공정을 대표할 수 있는 최소의 개수로 한다 성능 및 수명시험용, . (

실린더 개 이상2 )

신뢰성 평가기준신뢰성 평가기준신뢰성 평가기준신뢰성 평가기준6.6.6.6.

원자력 발전소의 스터드볼트 인장용 실린더에 대하여 6.3, 7.36.3, 7.36.3, 7.36.3, 7.3에 따라 수명시험을

하고 성능평가를, 6.1, 7.16.1, 7.16.1, 7.16.1, 7.1 시험조건으로 하여 평가기준을 만족하는 경우에는 신뢰

시간을 부여한다 단 신뢰성 평가를 받고자 하는 신청자는 실린더의 제조공정 관리. ,

및 단위요소부품의 성적서를 반드시 제출하여야 하며 이를 체계적으로 관리하여야,

한다.

- 20 -

또한 신뢰성을 인정받고자 하는 신청자는 나 혹은 이와 동등이ISO/9001 ISO/9002

상의 자격을 갖춘 적합한 기관으로 부터 내부품질시스템을 인정받아야 한다.

그리고 시험조건은 다음과 같다.

종합성능 평가기준종합성능 평가기준종합성능 평가기준종합성능 평가기준6.16.16.16.1

최저작동압력최저작동압력최저작동압력최저작동압력6.1.16.1.16.1.16.1.1

최저작동압력은 실린더의 종류에 관계없이 7.1.17.1.17.1.17.1.1에 따라 실린더의 속도를 0.1mm/s

로 시험했을 때 전체 행정거리에 걸쳐, 표표표표1111의 값 이하에서 원활하게 작동하여야한

다 귀환 측에서 압력을 공급할 경우의 최저작동압력은. , 표표표표1111의 값에 헤드측 및 로

드측의 유효단면적 비를 곱한 갈까지 허용한다.

표 최저작동압력표 최저작동압력표 최저작동압력표 최저작동압력1.1.1.1.

시동압력시동압력시동압력시동압력6.1.26.1.26.1.26.1.2

실린더를 무 부하 상태에서 수직으로 설치하고 피스톤을 중앙 위치에 두고 대기압, ,

상태에서 시간 방치한 후 피스톤을 작동시키는데 요구되는 전진 포트 및 후진24 ,

포트의 최대압력은 최고사용압력의 를 초과하지 않아야 한다3% .

- 21 -

내부 누유내부 누유내부 누유내부 누유6.1.36.1.36.1.36.1.3

7.1.37.1.37.1.37.1.3에 따라서 실린더 전진 방향 및 후진 방향에 최고사용 압력을 분간 가했을10

때 내부 누유량을 계측하여 피스톤의 변위량으로 환산하였을 때 표표표표2222의 값을 초과하

지 않아야 한다.

표 내부 누유량표 내부 누유량표 내부 누유량표 내부 누유량2 .2 .2 .2 .

외부 누유외부 누유외부 누유외부 누유6.1.46.1.46.1.46.1.4

7.1.47.1.47.1.47.1.4에 따라서 피스톤이 되었을 때 발생되는 총 누유량으로 나타내며100 cycle

(그림그림그림그림 3.43.43.43.4 참조 허용 누유량은 미만 이여야 하고 로드 지름 로), 0.002×d ml , (d : )

드의 와이퍼 부를 제외한 어떤 장소에서도 외부로 누유가 있어서는 안 된다.

- 22 -

그림 외부 누유량그림 외부 누유량그림 외부 누유량그림 외부 누유량3.43.43.43.4

내압성내압성내압성내압성6.1.56.1.56.1.56.1.5

7.1.57.1.57.1.57.1.5에 따라서 실린더의 피스톤을 행정거리의 중압부에 위치하도록 한 후 전진포

트에 최고사용압력의 의 압력을 분간 가하였을 때 나사부분의 헐거움 튜125% 10 , ,

브 및 배관부분의 영구변형 부품의 파괴 등이 생겨서는 안 되며, , 6.1.2, 6.1.36.1.2, 6.1.36.1.2, 6.1.36.1.2, 6.1.3의

성능저하가 없어야 한다.

출력 효율출력 효율출력 효율출력 효율6.1.6 (Force)6.1.6 (Force)6.1.6 (Force)6.1.6 (Force)

7.1.67.1.67.1.67.1.6에 따라서 시험실린더와 부하실린더의 사이에 로드 셀을 장착한 후 최고사용

압력으로 작동시키면서 출력 효율시험을 하였을 때 출력 효율은 이상이어야, 90%

한다.

- 23 -

내환경성 평가기준내환경성 평가기준내환경성 평가기준내환경성 평가기준6.26.26.26.2

고온고온고온고온6.2.16.2.16.2.16.2.1

방법 절차방법 절차방법 절차방법 절차MIL-STD-810F, 501.4, IMIL-STD-810F, 501.4, IMIL-STD-810F, 501.4, IMIL-STD-810F, 501.4, I 에 따라 시험한다 실린더를 환경시험장비에.

넣고 고온 시험중 실시한 6.1.2, 6.1.3, 6.1.56.1.2, 6.1.3, 6.1.56.1.2, 6.1.3, 6.1.56.1.2, 6.1.3, 6.1.5 성능시험에서 성능저하 및 이상이 없

어야 하고 다시 상온에서, 23±3 ℃ 6.1.2, 6.1.3, 6.1.56.1.2, 6.1.3, 6.1.56.1.2, 6.1.3, 6.1.56.1.2, 6.1.3, 6.1.5 성능시험을 실시하여 성능

저하 및 이상이 없어야 한다.

습도습도습도습도6.2.26.2.26.2.26.2.2

상대습도가 에 이르기까지의 환경에 시간 이상 노출시킨 후94±4% 4 6.1.2, 6.1.3,6.1.2, 6.1.3,6.1.2, 6.1.3,6.1.2, 6.1.3,

6.1.56.1.56.1.56.1.5성능시험을 실시하여 성능저하 및 이상이 없어야 한다 실린더를 다시 상대습.

도가 범위 내에 위치시키고70±4% 6.1.2, 6.1.3, 6.1.56.1.2, 6.1.3, 6.1.56.1.2, 6.1.3, 6.1.56.1.2, 6.1.3, 6.1.5성능시험을 실시하여 성능

저하 및 이상이 없어야 한다.

수명수명수명수명6.36.36.36.3

7.57.57.57.5에 따라서 수명시험을 하였을 때 헐거움 영구 변형 이상 마모 등이 생기지 않, , ,

고 시험완료 후, 6.1.2, 6.1.3, 6.1.4, 6.1.56.1.2, 6.1.3, 6.1.4, 6.1.56.1.2, 6.1.3, 6.1.4, 6.1.56.1.2, 6.1.3, 6.1.4, 6.1.5의 성능저하 및 6.1.66.1.66.1.66.1.6의 효율저하가

이하 이여야 한다10% .

또한 총 수명 시험 은 신뢰수준 에서cycle 95% B1 수명 이상이여야 한다960 cycle .

신뢰수준 에서신뢰수준 에서신뢰수준 에서신뢰수준 에서95% B95% B95% B95% B1111 수명 보장수명 보장수명 보장수명 보장960 cycle960 cycle960 cycle960 cycle

실제 년 사용 회 수의 합( 40 960 cycle )

합격기준 개의 시료를 시험하여 개 모두 까지 고장 없이 작동하[ : 2 , 2 11,720 cycle

여야 합격]

신뢰성 평가 방법신뢰성 평가 방법신뢰성 평가 방법신뢰성 평가 방법7.7.7.7.

종합성능 평가 방법종합성능 평가 방법종합성능 평가 방법종합성능 평가 방법7.17.17.17.1

- 24 -

최저작동압력최저작동압력최저작동압력최저작동압력7.1.17.1.17.1.17.1.1

실린더를 시험장비에 수직으로 설치하고, 그림그림그림그림 3.13.13.13.1과 같이 배관을 연결하고 실린더,

의 속도를 로 하며 최고사용압력의 로 회 최적 작동을 실0.1 mm/s , 5% ±1 MPa 10

시할 때 피스톤의 움직임이 원활하며 이상 소음이 없어야 한다, .*움직임의 원활 이란 시험압력 으로 오일을 공급할 때 공급유량 에 비례하: (Ps) (Q)

여 변위 가 좌표에 미만의 선형적인 움직임으로 정함(L) X-Y ±5% .

시동압력시동압력시동압력시동압력7.1.27.1.27.1.27.1.2

시험회로 그림그림그림그림 3.13.13.13.1과 같이 배관을 연결하여 최저 작동압력시험최저 작동압력시험최저 작동압력시험최저 작동압력시험7.1.17.1.17.1.17.1.1 을 완료한 실

린더를 피스톤이 실린더 중앙에 위치하게 하고 전진포트의 배관을 열고 후, (Open)

진포트에 압력을 서서히 공급하여 전진포트에서 누출되는 기름이 이0.05 cc/sec

상 될 때 의 압력을 계측하여 후진포트 시동압력으로 기록한다 또한 후진포트의.

배관을 열고 전진포트에 압력을 서서히 공급하여 전진포트에서 누출되는 기름이

이상 될 때 의 압력을 계측하여 전진포트 시동압력으로 기록한다0.05 cc/sec .*피스톤을 작동시키는데 요구되는 최대압력은 전진포트 및 후진포트 정격 압력의

를 초과하지 않아야 한다3% .*초기 시험결과가 만족치 못했을 경우는 무 부하 작동을 약 회 실시한 후 시10 24

간 이상 경과시킨 다음 재시험을 할 수 있다.

내부 누유내부 누유내부 누유내부 누유7.1.37.1.37.1.37.1.3

시험회로 그림그림그림그림 3.13.13.13.1과 같이 배관을 연결하고 실린더를 중앙에 정지되도록 한 후 후,

진포트의 배관을 열고 전진포트에 최고사용압력을 분간 가하고 후진포트에서, 10 ,

나오는 누유량을 계측하여 전진포트의 내부누유로 기록한다 또한 실린더를 후진시.

켜 정지되도록 한 후 전진포트의 배관을 열고 후진포트에 최고사용압력을 분간, 10

가하고 전진포트에서 나오는 누유량을 계측하여 후진포트의 내부누유로 기록한다, .*전진포트 및 후진포트에 최고사용압력을 분간 가했을 때 누유로 인한 피스톤의10

변위량은 표 내부 누유량표 내부 누유량표 내부 누유량표 내부 누유량2.2.2.2. 을 초과하지 않아야 한다.

- 25 -

외부 누유외부 누유외부 누유외부 누유7.1.47.1.47.1.47.1.4

그림그림그림그림 3.23.23.23.2와 같이 배관을 연결하고, 7.37.37.37.3수명시험실시한 후 실린더 전 행정거리의,

이상으로 피스톤 행정 을 실시하여 와이퍼부분 누유총량을 계측한다90% 100 cycle .

누유량이 소량이므로 시험 전 로드 표면을 청결하게 닦은 후 시험을 실시하고 시,

험 후 누유의 계측은 유포 지에 묻혀 전자저울로 계측하여 환산한다 또한 로드와. ,

이퍼 부를 제외한 어떤 장소에서도 외부로 누유가 없어야 한다.*외부누유 시험은 수명시험을 완료한 실린더를 실시한다.

*미만을 합격으로 판정한다0.002×d ml .

내 압 성내 압 성내 압 성내 압 성7.1.57.1.57.1.57.1.5

그림그림그림그림 3.13.13.13.1과 같이 배관을 연결하고 실린더를 후진시켜 정지 되도록 한 후 실린더의,

후진포트와 전진포트에 각각 최고사용압력의 압력을 분간 가하였을 때 나125% 2 ,

사부분의 헐거움 튜브 및 배관부분의 영구변형 부품의 파괴 외부누유 등의 이상, , ,

유무를 확인한 후, 6.1.2, 6.1.36.1.2, 6.1.36.1.2, 6.1.36.1.2, 6.1.3의 성능시험을 실시한다.

출력 효율출력 효율출력 효율출력 효율7.1.6 (Force)7.1.6 (Force)7.1.6 (Force)7.1.6 (Force)

그림그림그림그림 3.23.23.23.2와 같이 배관을 연결하고 시험실린더와 부하실린더사이에 로드셀 센서를,

설치하고 값을 확인 한 후 실린더에 최대압력 및 최대속도가 되도록(calibration) ,

한다 실린더가 전진할 때와 후진할 때의 압력과 로드셀의 힘을 컴퓨터로 실시간.

계측하여, 정의 실린더의 출력 효율 계산식정의 실린더의 출력 효율 계산식정의 실린더의 출력 효율 계산식정의 실린더의 출력 효율 계산식3. h)3. h)3. h)3. h) 으로 구한다.

내환경성 평가 방법내환경성 평가 방법내환경성 평가 방법내환경성 평가 방법7.27.27.27.2

고온고온고온고온7.2.17.2.17.2.17.2.1

실린더를 방법방법방법방법MlL-STD-810F, 502.4MlL-STD-810F, 502.4MlL-STD-810F, 502.4MlL-STD-810F, 502.4에 따라 그림그림그림그림 3.53.53.53.5와 같이 고온 시험한다 실.

린더를 환경시험장비에 넣고 온도를 로 높인 다음 이 온도를 시간 안정시킨60 8℃

후 유관검사를 하여 누유 및 균열유무를 확인하여 이상이 없을 경우 실린더를, ,

에서 시간 안정시킨 후 작동시험을 실시한다 의 상온으로 시간50±3 8 . 25±3 4℃ ℃

안정화시킨 후 6.1.2, 6.1.46.1.2, 6.1.46.1.2, 6.1.46.1.2, 6.1.4 성능시험을 실시한다.

- 26 -

그림 고온 제어 방법 및 시험절차그림 고온 제어 방법 및 시험절차그림 고온 제어 방법 및 시험절차그림 고온 제어 방법 및 시험절차3.53.53.53.5

습도습도습도습도7.2.37.2.37.2.37.2.3

실린더를 방법방법방법방법MIL-STD-810F, 507.4MIL-STD-810F, 507.4MIL-STD-810F, 507.4MIL-STD-810F, 507.4에 따라 그림그림그림그림 3.63.63.63.6와 같이 시험한다.

환경시험장비 내에 실린더가 설치된 상태에서 온도 상대습도a) , 25±3 , 50±5%℃

로 시간 동안 유지한다 조절기간24 ( ).

온도 상대습도 로 환경조건을 조정한다b) 30±3 , 85±4% .℃

온도 상대습도 환경에 시간 유지하고 환경조건을 온도c) 45±3 , 95±4% 6 ,℃

상대습도 로 낮추어 이 환경에 시간 유지하는 것을 주기로 하30±3 , 85±4% 16 1℃

여 주기 동안 반복하였을때 외관손상 부식 들뜸 기포발생 변형 등 이 없어야, 10 ( , , , )

한다.

습도시험 후d) 6.1.2, 6.1.46.1.2, 6.1.46.1.2, 6.1.46.1.2, 6.1.4 성능시험을 실시한다.

- 27 -

그림 습도 시험주기그림 습도 시험주기그림 습도 시험주기그림 습도 시험주기3.63.63.63.6

수명평가 방법수명평가 방법수명평가 방법수명평가 방법7.57.57.57.5

그림그림그림그림 3.23.23.23.2와 같이 배관을 연결하고 전진포트와 후진포트에 최고사용압력 및 정격속,

도가 가해지도록 부하제어밸브 를 제어하면서 피스톤속도가 되(load control valve) ,

도록 유량제어 를 한다 이때 행정거리의 에서 방향을 절환(flow control) . 80% ±5

하고 수명시험 전 완료 후 각, , 2930cycle, 5860 cycle, 8790 cycle, l1720 cycle

각 회 나누어서5 출력 효율출력 효율출력 효율출력 효율6.1.6 (Force)6.1.6 (Force)6.1.6 (Force)6.1.6 (Force) 및 6.1.2, 6.1.36.1.2, 6.1.36.1.2, 6.1.36.1.2, 6.1.3의 성능을 측정하면서 성능

저하를 확인하여야 한다.*회의 연속운전시간은 시간 이상으로 하며 시험 중 이상 외부누유 파손 이 없1 8 , ( , )

어야 한다.*수명시험 완료 후 외부누유 범위외부누유 범위외부누유 범위외부누유 범위 : 0.002×d ml/100 cycle: 0.002×d ml/100 cycle: 0.002×d ml/100 cycle: 0.002×d ml/100 cycle 이하

*수명시험 전 완료 후, 2930cycle, 5860 cycle, 8790 cycle, 11720 cycle 6.1.66.1.66.1.66.1.6

출력효율 및출력효율 및출력효율 및출력효율 및 6.1.2, 6.1.36.1.2, 6.1.36.1.2, 6.1.36.1.2, 6.1.3의 성능을 측정하면서 성능저하를 관찰한다.**** 출력 효율 이상출력 효율 이상출력 효율 이상출력 효율 이상: 90%: 90%: 90%: 90%*시험운전 중 시험용 실린더의 각 부를 조정하지 않아야 한다, .

*시험조건에 따라 샘플 수량 개를2 수명 시험하여 이상 무고장일 때수명 시험하여 이상 무고장일 때수명 시험하여 이상 무고장일 때수명 시험하여 이상 무고장일 때l1720 cyclel1720 cyclel1720 cyclel1720 cycle

신뢰수준 에서신뢰수준 에서신뢰수준 에서신뢰수준 에서95% B95% B95% B95% B1111 이상의 수명이상의 수명이상의 수명이상의 수명960 cycle960 cycle960 cycle960 cycle 이 된다.

- 28 -

검사검사검사검사8.8.8.8.

형식 검사형식 검사형식 검사형식 검사8.18.18.18.1

형식 검사는 신규의 설계 또는 개조에 의하여 신규 설계로 볼 수 있는 것에 대한

다음 각 항목에 대하여 실시하며 을 만족하여야 한다, (1)~(8) .

최저작동압력시험(1) 외부누유시험(5)

시동압력시험(2) 내압성시험(6)

내부누유시험(3) 고온시험(7)

출력 효율시험(4) 수명시험(8)

인수 인도 검사인수 인도 검사인수 인도 검사인수 인도 검사8.28.28.28.2 ㆍㆍㆍㆍ

인수 인도 검사는 본 신뢰성 시험을 끝내고 신뢰성이 확인된 동종의 실린더와 같,ㆍ

은 형식의 것에 대해서는, 8.18.18.18.1의 (1,2,3,4,5,6)(1,2,3,4,5,6)(1,2,3,4,5,6)(1,2,3,4,5,6)의 항목에 대하여 실시한다 다만 소. ,

재변경 사용부품의 변경 제조공정 변경 및 제작업체의 경미한 변경을 하였을 때는, ,

8.18.18.18.1의 수명시험을 추가하여야 하며 변경사항이 클 때에는(8) , 8.18.18.18.1의 전 시험항목을

추가로 실시하여야 한다.

비고비고비고비고 경미한 변경 기준 성능향상을 위한 부분품 패킹 또는 볼트 변경1. : - (Seal, )

협력업체 변경-

중 변경 기준 원가절감을 위한 부분품 소재 및 제조공정변경2. ( ) : ( )重

분해검사분해검사분해검사분해검사8.38.38.38.3

실린더를 시험하는 중에 중대 결함 파손 작동불량 누유 진동 이상소음 이 발생하( , , , , )

여 다음시험의 진도가 불가능 할 때는 표표표표4444 같이 시험 실린더를 분해하여 검사한다.

- 29 -

표 실린더 분해검사 방법표 실린더 분해검사 방법표 실린더 분해검사 방법표 실린더 분해검사 방법4.4.4.4.

기록기록기록기록8.48.48.48.4 실린더의 사양:

명칭-

로드 지름 튜브 안지름 스트로크 길이- × ×

호칭 압력-

외부 누유의 구분-

피스톤 패킹 및 로드 패킹의 모양-

제조자 형식 번호 제조 번호- ,

제조년 월 또는 그의 약호-

제조자 명 또는 등록 상표-

- 30 -

원자력 발전소용 초고압 단 실린더 해설서원자력 발전소용 초고압 단 실린더 해설서원자력 발전소용 초고압 단 실린더 해설서원자력 발전소용 초고압 단 실린더 해설서2222

이 해설서는 본체에 규정한 사항 및 이것과 관련된 사항을 설명하는 것으로 기준의

일부는 아니다.

개 요개 요개 요개 요1.1.1.1.

제정의 취지제정의 취지제정의 취지제정의 취지1.11.11.11.1

원자력 발전소에서 원자로 연료를 교환 할 때 원자로 커버를 체결하고 있는 스터드

볼트를 인장시켜주는데 사용되는 초고압 단 실린더는 한번 원자로 내에서 사용하2

면 방사능 오염 및 안전사고에 노출되어 있지만 초고압 실린더의 기준의 제정이,

되어있지 못한 실정이다 따라서 원자력 발전소용 초고압 단 실린더의 신뢰성 평. 2

가를 위하여 기존의 배수갑문용 대형 유압실린더(RS B 0001)(RS B 0001)(RS B 0001)(RS B 0001) 통선문용 유압실린,

더(RS B 0002), KS B 6370, JIS B 8367, MlL-STD-810F(RS B 0002), KS B 6370, JIS B 8367, MlL-STD-810F(RS B 0002), KS B 6370, JIS B 8367, MlL-STD-810F(RS B 0002), KS B 6370, JIS B 8367, MlL-STD-810F 등의 규격을 년에2005

하나의 신뢰성 평가기준으로 정리한 것이다 본 기준은 실외에서 사용하는 원자력.

발전소용 초고압 단 실린더에 한정하여 작성되었다2 .

제정의 경위제정의 경위제정의 경위제정의 경위1.21.21.21.2

기술위원회를 설치하여 이하의 각각의 신뢰성 평가기준을 작성하는 워킹그룹을 설

치하는 것으로 하였다 기술표준원 유압실린더 제조회사 유압실린더 사용회사 및. , ,

대학 등에서 선출되어진 위원으로 구성된 원칙적으로 신뢰성 평가기준 원안을 작,

성하여 이것을 기술위원회에서 조정하는 형태를 취하였다 원안은 년 월 워. 2005 5

킹그룹 토의를 거쳐 기술위원회 최종안을 작성하여 년 월에 개최되어진 기, 2005 0

술위원회와 년 월에 개최되어진 신뢰성 위원회에 상정되어 있다, 2005 0 .

제정의 필요성제정의 필요성제정의 필요성제정의 필요성1.31.31.31.3

원자력 발전소용 초고압 단 실린더는 초고압 의 사용 환경 조건에서 사2 (250 MPa)

용된 반면 기존의 시험규격은 고압 의 사용 조건만을 규정하고 있어, RS (35 MPa) ,

생산 제품에 적용이 불가능하였다.

- 31 -

따라서 초고압조건에서의 기본성능시험기준 내구시험기준 내환경성 시험기준을, ,

포함한 수명시험의 평가가 가능한 신뢰성을 시험하는 방법으로 작동시험 누유시, ,

험 효율시험 내압성시험 수명시험 내환경성시험 등을 신규로 신뢰성 평가기준을, , , ,

표준화 할 필요가 있었다.

기준 작성의 기본적 방법기준 작성의 기본적 방법기준 작성의 기본적 방법기준 작성의 기본적 방법2.2.2.2.

원자력 발전소용 초고압 단 실린더 신뢰성평가기준 작성의 방침은 다음과 같다2 .

가능한 국제성이 있는 것으로 한다a) .

신뢰성을 충분히 파악 해석 가능한 시험 방법 안정성을 확보할 수 있는 요구b) , ,

성능으로 한다.

국가 기준으로의 이행을 전제로 하므로 기술적 수준이 높은 것으로 한다c) .

필요성이 높은 것으로부터 취급하여 간다d) .

원자력 발전소강 초고압 단 실린더 신뢰성평가기준은 작동시험 누유시험 효율시2 , ,

험 내압성시험 수명시험 내환경성 시험 등의 시험을 통하여 신뢰성 변화를 원자, . ,

력 발전소용 초고압 단 실린더의 수명을 파악 해석함으로서 신뢰성을 보다 정확히2

파악하여 평가하는 것을 목적으로 한다 따라서 이 기준의 작성에는 신뢰성평가기.

준 과과과과(RS B 0001, RS B 0002) KS(RS B 0001, RS B 0002) KS(RS B 0001, RS B 0002) KS(RS B 0001, RS B 0002) KS 규격과 국제적으로도 권위가 있는 ISO, JIS,ISO, JIS,ISO, JIS,ISO, JIS,

MlL, SAEMlL, SAEMlL, SAEMlL, SAE 등을 참고하여 본 기준 작성을 하였다.

국제단위계 를 도입하였다e) (Sl) .

잠재적 고장 형태잠재적 고장 형태잠재적 고장 형태잠재적 고장 형태3.3.3.3.

실외 원자력 발전소 스터드 볼트 인장기에 사용되는 초고압 실린더의 잠재적 고장

형태와 그 영향을 분석해 본 결과 성능저하와 외관고장으로 분류되며 상세하게 분,

류하면 누유발생 마찰증가 로드 및 커버변형 튜브와 실 파손 및 실 마모, , , (Seal)

등의 고장형태를 있다 초기의 기본성능 시험과 장기사용 후의 외관 특성 및 출력.

성능을 파악하여야 하고 초고압 피스톤 로드표면의 부식을 평가하기 위한 내환경,

성시험을 실시하여야 한다.

- 32 -

실린더의 수명을 보증 신뢰 수준으로(95% B1 수명보장 년 동안 작동960 cycle (40

하는 것을 기준 하기 위해 시료 수 개를 수명시험 실시하여 무고장) 2 11720 cycle

되어야 함으로서 수명시험 전, 2930cycle, 5860 cycle, 8790 cycle, 11720 cycle

완료 후 각각 회 성능을 평가하여 수명저하를 확인하여야 한다5 .

평가항목의 해설평가항목의 해설평가항목의 해설평가항목의 해설4.4.4.4.

이 시험 방법은 원자력 발전소 스터드 볼트 인장기에 대하여 기본성능시험과 내환

경성시험 및 수명시험 등의 변화를 시제품 상태에서 시작하여 수명을 파악하고 신,

뢰성으로서 요구하는 허용 가능한 최저한도를 나타내는 것을 목적으로 하였다.

최저작동압력 및 시동압력 시험 본체의최저작동압력 및 시동압력 시험 본체의최저작동압력 및 시동압력 시험 본체의최저작동압력 및 시동압력 시험 본체의4.1 ( 6.1.1,6.1.2)4.1 ( 6.1.1,6.1.2)4.1 ( 6.1.1,6.1.2)4.1 ( 6.1.1,6.1.2)

초고압 실린더는 성능시험을 위하여 시험장비에 수평으로 설치한 후 배관을 하고,

최저작동압력최저작동압력최저작동압력최저작동압력 및 시동압력시동압력시동압력시동압력 시험을 실시하여야 한다 작동성 시험은 초고압 실린더.

의 기본으로서 KSKSKSKS규격과 JIS, MILJIS, MILJIS, MILJIS, MIL 규격 등에서 규정하고 있다 피스톤을 작동시키.

는데 요구되는 최대압력은 후진포트 및 전진포트의 견인력의 에 해당하는 압력3%

으로서, MILMILMILMIL 규격 및 JIS B 8367JIS B 8367JIS B 8367JIS B 8367을 채택하였다

누유 시험 본체의누유 시험 본체의누유 시험 본체의누유 시험 본체의4.2 ( 6.1.3,6.1.4)4.2 ( 6.1.3,6.1.4)4.2 ( 6.1.3,6.1.4)4.2 ( 6.1.3,6.1.4)

초고압 실린더는 내부누유내부누유내부누유내부누유와 외부누유외부누유외부누유외부누유로 시험을 실시하여야 한다 내부누유시험은.

초기 기본성능시험과 각종 시험중 단계별로 시험을 하는 것이고 외부누유시험은,

내구성시험을 실시한 후 총 동안 누유량을 계측하는 것으로 하였고 내부100 cycle ,

누유는 피스톤 변위량을 기준으로 하였으며 외부 누유량은 로드지름에 따라서 누,

유량을 정하였다.

내압성 시험 본체의내압성 시험 본체의내압성 시험 본체의내압성 시험 본체의4.3 ( 6.1.5)4.3 ( 6.1.5)4.3 ( 6.1.5)4.3 ( 6.1.5)

초고압 실린더 및 구성부품 나사부분의 헐거움 튜브 및 배관부분의 영구변형 부품( , ,

및 의 파괴 등 에 대한 강성을 평가하기 위하여 실린더는 최고사용압력의Seal )

에서 분간 유지하는 시험으로 채택하였다125% 2 .

- 33 -

출력효율 시험 본체의출력효율 시험 본체의출력효율 시험 본체의출력효율 시험 본체의4.4 ( 6.1.6)4.4 ( 6.1.6)4.4 ( 6.1.6)4.4 ( 6.1.6)

초고압 실린더의 출력효율 저하는 실 마찰 과 누유 등으로 인하여 압(Seal friction)

력형성이 이루어지지 않을 때 발생하는 것으로서 초기성능과 수명 예측의 중요한,

척도가 된다 따라서 본 신뢰성 평가기준에서는 가속조건에서 수명시험을 실시하는.

중에 효율시험을 실시하는 것을 채택하였다.

환경조건 시헐 본체의환경조건 시헐 본체의환경조건 시헐 본체의환경조건 시헐 본체의4.5 ( 6.2)4.5 ( 6.2)4.5 ( 6.2)4.5 ( 6.2)

환경조건시험은 고온 습도시험이 있다 고온 및 습도시험은 국방규격인, .

MlL-STD-810FMlL-STD-810FMlL-STD-810FMlL-STD-810F를 사용 환경에 맞추어 보완 채택하였다.

수명 시험 본체의수명 시험 본체의수명 시험 본체의수명 시험 본체의4.6 ( 6.5)4.6 ( 6.5)4.6 ( 6.5)4.6 ( 6.5)

원자력 발전소 스터드볼트 인장기가 작업을 위하여 전체 행정거리의 약 를90% 18

개월에 회 사용하고 회 사용시 을 년 동안 작동하는 것을 기준으로1 1 36 cycle 40

회 년 년 로 결정하였다 샘플 수량을 총 개로 하였으며 수(36 /1.5 ×40 ) 960 cycle . 2 ,

명시험은 사용조건에서의 최고 압력과 최고 속도로 시험하는 것을 채택하였다.

본 기준의 수명시험 시간 산출 근거는 다음과 같다cycle( )

실린더의 수명은 문헌조사에 의해 형태모수 의 분포를 따른다 신뢰=2.0 Weibull .β

성 평가기준에서 규정된 초고압 실린더의 기본 정격 수명 960 cycle(B1 수명 을 보)

장한다는 의미는 다음과 같다.

수명분포 형태모수 인 분포: ( ) = 2.0 Weibullβ

보증수명 : B1 수명 = 960 cycle

신뢰수준 : CL = 95 %

시 료 수 개일 때 무고장 시험시간: n = 2 (tn 은)

tn 무고장시험시간: , B100p 백분위수 보증수명: ( )

불 신뢰도p (B10이면 형태모수p = 0.1), :β

결론적으로 발췌시료 개를 까지 수명시험한 후 개 모두 고장이 없, 2 11720 cycle , 2

고 종합성능의 평가 기준을 만족하면 신뢰수준 에서 작동회수, 95% 960 cycle(B1

수명 을 보장한다) .

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원자력 발전소 스터드볼트 인장기용 실린더의 고장해석 자료원자력 발전소 스터드볼트 인장기용 실린더의 고장해석 자료원자력 발전소 스터드볼트 인장기용 실린더의 고장해석 자료원자력 발전소 스터드볼트 인장기용 실린더의 고장해석 자료5.5.5.5.

초고압 실린더의 고장형태 및 효과 분석초고압 실린더의 고장형태 및 효과 분석초고압 실린더의 고장형태 및 효과 분석초고압 실린더의 고장형태 및 효과 분석5.1 (FMEA)5.1 (FMEA)5.1 (FMEA)5.1 (FMEA)

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5.2 FTA(Fault Tree Analysis)5.2 FTA(Fault Tree Analysis)5.2 FTA(Fault Tree Analysis)5.2 FTA(Fault Tree Analysis)

실린더 고장실린더 고장실린더 고장실린더 고장1.1.1.1.

기본 성능저하기본 성능저하기본 성능저하기본 성능저하2.2.2.2.

외관 고장외관 고장외관 고장외관 고장3.3.3.3.

누유량 초과누유량 초과누유량 초과누유량 초과4.4.4.4.

출력 미달 효율저하출력 미달 효율저하출력 미달 효율저하출력 미달 효율저하5. ( )5. ( )5. ( )5. ( )

튜브 파손튜브 파손튜브 파손튜브 파손6.6.6.6.

커버 파손커버 파손커버 파손커버 파손7.7.7.7.

외부 누유외부 누유외부 누유외부 누유8.8.8.8.

피스톤 실 마모피스톤 실 마모피스톤 실 마모피스톤 실 마모9.9.9.9.

로드실 마모로드실 마모로드실 마모로드실 마모10.10.10.10.

실린더 내면 손상실린더 내면 손상실린더 내면 손상실린더 내면 손상11.11.11.11.

로드표면 손상로드표면 손상로드표면 손상로드표면 손상12.12.12.12.

시동압력 초과시동압력 초과시동압력 초과시동압력 초과13.13.13.13.

오링 파손오링 파손오링 파손오링 파손14.14.14.14.

체결 볼트 파손체결 볼트 파손체결 볼트 파손체결 볼트 파손15.15.15.15.

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고장형태에 대해서 고장발생빈도 심각도 모형고장형태에 대해서 고장발생빈도 심각도 모형고장형태에 대해서 고장발생빈도 심각도 모형고장형태에 대해서 고장발생빈도 심각도 모형5.3 & (Severity Matrix)5.3 & (Severity Matrix)5.3 & (Severity Matrix)5.3 & (Severity Matrix)

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5.4 2-Stage Quality Function Deployment5.4 2-Stage Quality Function Deployment5.4 2-Stage Quality Function Deployment5.4 2-Stage Quality Function Deployment

5.4.1 Requirement and failure Mode Matrix5.4.1 Requirement and failure Mode Matrix5.4.1 Requirement and failure Mode Matrix5.4.1 Requirement and failure Mode Matrix

5.4.2 Failure Mode and Test Method Matrix5.4.2 Failure Mode and Test Method Matrix5.4.2 Failure Mode and Test Method Matrix5.4.2 Failure Mode and Test Method Matrix

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초고압 실린더의 세계 품질인증규격 비교초고압 실린더의 세계 품질인증규격 비교초고압 실린더의 세계 품질인증규격 비교초고압 실린더의 세계 품질인증규격 비교6.6.6.6.

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무고장 데이터 에 의한 신뢰성 평가 해설무고장 데이터 에 의한 신뢰성 평가 해설무고장 데이터 에 의한 신뢰성 평가 해설무고장 데이터 에 의한 신뢰성 평가 해설7. (No Failures)7. (No Failures)7. (No Failures)7. (No Failures)

서론서론서론서론7.17.17.17.1

실제로 수명시험을 시행할 때 흔히 겪는 문제의 하나는 관측되는 고장 데이터 수가

매우 적거나 무괴장인 경우가 많다는 점이다 이 해설서에서는 기계류 부품의 수명.

분포로 널리 사용되는 와이블 분포의 무고장 데이터 분석에 대해 설명한다 데이터.

수가 적을 경우 형태 및 척도모수 모두에 대한 추정의 신뢰도는 더욱 떨어진다 따.

라서 여기서는 형태모수 의 감은 알려져 있다고 가정한다 실제로 경험적이나 이.β

론적으로 재료의 특성 연구 등 값이 알려져 있거나 어 정도의 범위 내에 있다고( ) β

볼 수 있는 경우가 많다 그렇지 않다면 먼저 가능한 감을 추측하여 사용하고 값. β

을 변화시켜 가면서 결과를 비교 분석해 볼 수도 있다. .

근거자료근거자료근거자료근거자료----

Nelson W. (1985). Weibull Analysis of Reliability Data with Few or No Failures,

Journal of Quality Technology, Vol. 17, No. 3, pp140-146.

무고장 데이터 발생 상황무고장 데이터 발생 상황무고장 데이터 발생 상황무고장 데이터 발생 상황7.27.27.27.2

기계류 부품 중에는 대형 고가의 장비가 많고 수명시험에 소요되는 비용 시험장비, ( ,

에너지 사용료 등 도 다른 전자 전기 등 부품에 비해 월등히 높은 경우가 많다 따) , .

라서 총 시험비용과 시간의 제약으로 불가피하게 소수의 시료 또는 만으로(n=1 2)

한정된 시간 동안에 시험을 종료해야 하는 상황이 발생한다 그 결과 관측되는 고.

장 수도 극히 적어 대부분의 경우 무고장 고장수 상태에서 시험이 종료된다( =0) .

시료수도 극히 적고 고장수도 인 이러한 극단적 상황에서 시험대상 부품의 요구0

신뢰도에 대한 검정은 높은 불확실성으로 인해 사실상 의미가 없으며 그 대안으로,

불가피하게 시험 대상 부품의 수명이나 신뢰도 추정 값을 구하여 신뢰성 평가지표

로 사용하는 방안을 제시한다.

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무고장 데이터에 의한 신뢰도무고장 데이터에 의한 신뢰도무고장 데이터에 의한 신뢰도무고장 데이터에 의한 신뢰도 추추추추정정정정7.37.37.37.3

척척척척도모수도모수도모수도모수7.3.17.3.17.3.17.3.1 θθθθ의의의의 추추추추정정정정

수명시험에 들어간 개 제품 중 개의 고장시간이 관측되고 관측된 고장 및 관측n r ,

중단시간을 t1, t2 ,‥‥ tn이라 하자 이 때 값이 알려져 있을 경우 척도모수. β θ의

는 다음과 같다MLE .

만약 고장수가 이면0 가 되어 의미 없는 결과가 나오게 된다 이러한 경우= .∞

한 가지 방법은(r=0) θ의 추정 값으로 또는 신뢰하한을50 %(1- =0.5 =0.5)α α

사용하는 것이다 앞 절에서 소개한 와이블분포에 있어서의 신뢰구간 정시중단 식. ( )

을 사용하면 신뢰하한으로 구해지는50% θ의 추정 값은 다음과 같다.

척척척척도모수도모수도모수도모수---- θθθθ의 신뢰하한의 신뢰하한의 신뢰하한의 신뢰하한50%50%50%50%

단 무고장 데이터의 경우 r=0

척척척척도모수도모수도모수도모수---- θθθθ의 신뢰하한의 신뢰하한의 신뢰하한의 신뢰하한90%90%90%90%

단 무고장 데이터의 경우 r=0

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백백백백분위수분위수분위수분위수7.3.27.3.27.3.27.3.2 ttttpppp ((((BBBB10101010,,,, BBBB5555,,,, BBBB1111 등등등등 의의의의 추추추추정정정정life )life )life )life )

최우추정량 를 이용한 백분위수는 다음과 같이 추정된다100p .

인 경우 최우추정량을 구할 수 없으므로 앞에서 소개한 신뢰하한 추정치를 사용r=0

하여 백분위수100p tp에 대한 신뢰하한을 구하면 다음과 같다100(1- )% .α

백백백백분위수분위수분위수분위수- 100p- 100p- 100p- 100p ttttpppp에 대한 신뢰하한에 대한 신뢰하한에 대한 신뢰하한에 대한 신뢰하한100(1- )%100(1- )%100(1- )%100(1- )%αααα

평평평평균균균균수명 의수명 의수명 의수명 의 추추추추정정정정7.3.3 MTTF7.3.3 MTTF7.3.3 MTTF7.3.3 MTTF

최우추정량 를 이용한 의 추정량은 다음과 같다MTTF .

일 때는r=0 θ의 신뢰하한 를 사용하여 의 신뢰하한을 구하면 다MTTF 100(1- )%α

음과 같다.

의 신뢰하한의 신뢰하한의 신뢰하한의 신뢰하한- MTTF 100(1- )%- MTTF 100(1- )%- MTTF 100(1- )%- MTTF 100(1- )%αααα

- 42 -

신뢰도와신뢰도와신뢰도와신뢰도와 불불불불신도신도신도신도7.3.47.3.47.3.47.3.4

최우추정량 를 이용한 시간 t에서의 신뢰도 및 불신도는 다음과 같다.

일 때는 의 신뢰하한r=0 θ 를 사용하여 다음과 같이 신뢰도 및 불신도를 추정할

수 있다.

시시시시간간간간---- tttt 에서의 신뢰도 및에서의 신뢰도 및에서의 신뢰도 및에서의 신뢰도 및 불불불불신도신도신도신도

만약 고장수가 이면0 가 되어 의미 없는 결과가 나오게 된다 이러한 경우= .∞

한가지 방법은(r=0) θ의 추정 값으로 또는 신뢰하한을 사50 %(1- =0.5 =0.5)α α

용하는 것이다.

앞 절에서 소개한 와이블 분포에 있어서의 신뢰구간 정시중단 식을 사용하면( ) 50%

신뢰하한으로 구해지는 θ의 추정 값은 다음과 같다.

척척척척도모수도모수도모수도모수 θθθθ의 신뢰하한의 신뢰하한의 신뢰하한의 신뢰하한90%90%90%90%

단 무고장 데이터의 경우, r =0

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백백백백분위수분위수분위수분위수7.3.27.3.27.3.27.3.2 ttttpppp ((((BBBB10101010,,,, BBBB5555,,,, BBBB1111 등등등등 의의의의 추추추추정정정정life )life )life )life )

최우추정량 를 이용한 백분위수는 다음과 같이 추정된다100p .

인 경우 최우추정량을 구할 수 없으므로 앞에서 소개한 신뢰하한 추정치를 사용r=0

하여 백분위수100p tp에 대한 신뢰하한을 구하면 다음과 같다100(1- )% .α

백백백백분위수분위수분위수분위수100p100p100p100p ttttpppp에 대한 신뢰하한에 대한 신뢰하한에 대한 신뢰하한에 대한 신뢰하한100(1- )%100(1- )%100(1- )%100(1- )%αααα

평평평평균균균균수명 의수명 의수명 의수명 의 추추추추정정정정7.3.3 MTTF7.3.3 MTTF7.3.3 MTTF7.3.3 MTTF

최우추정량 를 이용한 의 추정량은 다음과 같다MTTF .

일 때는r=0 θ의 신뢰하한 를 사용하여 의 신뢰하한을 구하면 다MTTF 100(1- )%α

음과 같다.

의 신뢰하한의 신뢰하한의 신뢰하한의 신뢰하한MTTF 100(1- ) %MTTF 100(1- ) %MTTF 100(1- ) %MTTF 100(1- ) %αααα

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제 절 시험 결과제 절 시험 결과제 절 시험 결과제 절 시험 결과4444

앞 절의 신뢰성 평가기준 안 과 본 연구를 위하여 구축된 시험장비( ) Stud Tensioner

에 그림 과 같이 설치한 후 성능 및 내구 수명시험을 실시하였다n .

그림 시험장비 및 시험장면그림 시험장비 및 시험장면그림 시험장비 및 시험장면그림 시험장비 및 시험장면n Stud Tensionern Stud Tensionern Stud Tensionern Stud Tensioner

성능 및 내구수명시험 결과 의 피스톤 및 실린더의 경우 신뢰성 평Stud Tensioner

가기준 안 에 따른 성능 최대 출력 을 만족하였으나 약 년간 수명을( ) ( 1000 ton) , 40

보증해야하는 원자력 발전소 특성을 고려하면 수명시험은 단기적으로 입증이 어렵

고 약 년 수명시험 필요 현재 기준 안 에 따른 내구수명시험을 실시하면서 초고( 1 ), ( )

압 의 수명특성을 파악 중에 있다(250MPa) Seal .

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 연구는 원자력 발전소에서 원자로 연료를 교환 할 때 원자로 커버를 체결하고

있는 스터드 볼트를 인장시켜주는데 사용되는 용 초고압Stud Tensioner Hydraulic

의 신뢰성 향상을 위하여 성능 및 수명 평가 실시한 후 문제점을 보완해Actuator

주는 과제이다.

따라서 국내에서 최초로 개발하여 양산하고 있는 용 초고압Stud Tensioner

의 신뢰성 평가기준 건의 제정을 추진 기술표준원에 상정 중 하Hydraulic Actuator 1 ( )

고 신뢰성평가시스템 구축하여 신뢰성 인증을 획득함으로서 제품에 신뢰성과 안전,

성을 확보하는데 연구가 집중되었다.

그동안 신뢰성 저해요인으로 초고압 의 신뢰성평가 기술 미비Hydraulic Actuator

와 신뢰성평가시스템 구축 미비였으나 본 연구를 통하여 이와 같은 문제를 해결하

였다.

또한 고장원인분석을 위해 를 통하여 시험항목 및 기FMEA, FTA & 2-Stage QFD

준 결정하였다.

본 연구를 통하여 전량수입에 의존하고 있는 제품이 국산화되어 회사 매출 확대에

기여할 것으로 판단되며 고난이도의 기술을 가진 제품이 국산화되어 년 간 약, 40

억원 수입대체 가능할 것으로 판단되며 초고압 분야의 기술 축적으로 선박 산업용, ,

엔진 철탑 교량분야 등 관련 산업에 초고압 기술이 파급될 것으로 사료됨, , .

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