Evaluation of Long-term Performance of Metal Seal Through Accelerated Test

Woo-seok Choi,Jongmin Lim,Yun-young Yang,Sang Soon Cho 한국방사성폐기물학회 2020 방사성폐기물학회지 Vol.18 No.2(E)

사용후핵연료를 저장하는 볼트체결 저장용기의 격납경계를 형성하는 주된 구성요소는 금속 밀봉재이다. 이러한 금속 밀봉 재는 열과 방사선에 의해 그 성질이 저하된다. 또한, 금속 밀봉재가 강한 열에 장기간 노출되면 크리프 현상이 발생한다. 이러한 크리프는 밀봉시스템에 응력 이완을 가져와서, 결국 밀봉재의 건전성을 해치게 된다. 이러한 응력 이완은 금속 밀봉재의 밀봉성능 저하로 이어지며, 저하의 정도에 따라 저장용기의 누설을 야기할 수 있다. 또한, 볼트 체결력의 감소도 밀봉성능 저하에 영향을 미친다. 본 논문에서는 금속 밀봉재의 격납건전성과 볼트체결력 감소를 평가하기 위해 수행한 가속화 시 험의 결과에 대하여 기술한다. 전 시험기간 동안 각 시편에서의 누설률, 볼트 변형률, 금속 밀봉재 주변 온도를 계측하여 분석하였고, 금속 밀봉재는 저장기간 50년 동안 격납건전성을 유지함을 입증하였다. 또한, 가속화 시험의 타당성에 대해서 기술하였다. Metal seals are the main components that establish the containment boundary in bolted casks, which store spent nuclear fuel. These seals are degraded by heat and radiation. In addition, creep occurs when the seals are exposed to intense heat for an extended period. This creep results in the stress relaxation of the seals, which consequently impairs the seal integrity. The stress relaxation can reduce the sealing performance of the metal seal, which can further cause leakage in the storage cask. Moreover, the reduction of bolt tension leads to sealing performance degradation. In this study, the results of high-temperature-accelerated tests were obtained to evaluate the containment integrity of metal seals and the decrease in bolt tension. During the tests, the leakage rate, bolt strain, and ambient temperature of the metal seals were measured and analyzed. The metal seals were found to maintain containment integrity for 50 years of storage. The validity of the acceleration test was also investigated.

C 형 금속 씰링 장치 성능시험을 위한 불확도 추정 연구

성지훈(Ji Hun Sung),이선기(Seon Gi Lee),노영진(Young Jin Roh),고기명(Gi Myeong Koh) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4

Sealing의 사전적 의미는 내부로부터의 누설, 외부로부터의 침입을 방지하기 위한 장치로, 운동부의 Seal 은 Packing, 고정부의 Seal 은 Gasket이라 한다. 서로 접촉한 부분에서 유체의 누설을 방지하기 위한 밀봉장치인 씰(Seal)은 접촉하는 기계 부분의 각종 조건, 상태에 따라 적합한 것을 선택하는 것이 필요하다(1). 최근 수소, LNG, 우주항공 등의 산업이 발달하면서 고온/극저온, 고압과 같은 극한 환경에 대한 안전성을 확보하기 위해 Sealing 기술의 중요성이 대두되고 있다. 예를 들어 LNG 선박의 경우 영하 162℃의 극저온의 환경에서 Sealing을 확보하기 위해 Metal Seal Ring을 사용하여야 한다. 이러한 Seal Ring의 건전성을 확보하기 위한 성능시험이 수행되어야 하지만 현재로서는 명확한 시험 표준이 마련되어 있지 않아 시험 기관에서도 시험결과에 대한 신뢰성을 확보하는데 어려움이 있다. 시험결과의 신뢰성을 확보하기 방법으로는“ISO/IEC GUIDE 98-3(측정불확도 표현지침) (2)”에 따라 측정불확도를 산출하는방법이 있으며, 이러한 측정불확도 산출은 시험에 대한 신뢰성을 국제적으로 인정받고 있는 KOLAS(한국인정기구)에서도 동일하게 적용하고 있는 방법이다. 따라서 본 논문에서는 C 형 Metal Seal Ring의 성능시험 결과의 신뢰성 확보를 위해 국제표준(ISO)에 따른 측정불확도 산출을 위한 불확도 요인 인자를 선정함으로써 앞으로 수행하는 Metal Seal Ring의 성능시험 결과의 신뢰성이 향상될 수 있는 방안을 제시하고자 한다. The dictionary meaning of sealing is to prevent leakage from the inside and intrusion from the outside. The sealing of the exercise part is called packing, and the sealing of the fixing part is called gasket. It is necessary to select an appropriate seal, which is a sealing device for preventing fluid leakage from the parts that come into contact with each other, according to various conditions and conditions of the mechanical parts that come into contact with each other ⁽¹⁾. With the recent development of industries such as hydrogen, LNG, and aerospace, the importance of sealing technology has emerged to ensure safety for extreme environments such as high temperature/extreme low temperature and high pressure. For example, for LNG vessels, metal seal rings should be used to secure sealing in a cryogenic environment of minus 162℃. Performance tests should be performed to ensure the integrity of these seal rings, but there are currently no clear test standards, making it difficult for test institutions to ensure reliability of test results. The method to secure reliability of test results is to calculate measurement uncertainty in accordance with ISO/IEC GUIDE 98-3 ⁽²⁾. This measurement uncertainty calculation is applied equally to the internationally recognized KOLAS (Korean Accreditation Organization). Therefore, in this paper, the reliability of the performance test results of the C-type Metal Seal Ring can be improved by selecting uncertainty factors to calculate measurement uncertainty according to the International Standard (ISO).

밸브의 밀봉시스템 개선 기술

이명재(Myung-Jae Lee) 산업기술교육훈련학회 2008 산업기술연구논문지 (JITR) Vol.13 No.4

This product is a valve to shut off as much the leakage of duplex as possible, as a sealing system of vale using the Pressurized Sealing Unit. The key part of this system is the sealing system. This aim not only find the maximum stress, safety factor and displacement, but also the sealing effect through computer simulation. The developed valves compare computer simulation valves with displacement of sealing system in measured test valves. Using the dates that there is necessary in the industry field can be the aims of technical instruction. As a result of testing, 1. Maximum stress of sealing system is within elastic limits and is 2.4 Mpa much smaller then yield stress valve when gauge pressure is 10kgf/m2 2. The safety rate of sealing is between 9.43 and 4.72. and I can find that the design of seal with 4.72 in safety factor is safe when Maximum working stress is 10kgf/cm2. So sealing system is designed safely in the result which tested through the simulation. 3. When pressure increased, also displacement rate determining sealing effect increased, I can know that computer simulation and measuring valve are increase toward of similar path.

접촉식 시일장치의 밀봉 접촉면 형상에 대한 최적화 설계연구

김청균(Chung Kyun Kim) 한국생산제조학회 2011 한국생산제조학회지 Vol.20 No.6

In this study, the optimized design profiles between a seal ring and a seal seat of contacting seal units has been proposed based on the FEM computed results. The maximum temperatures, the thermal distortions in axial and radial directions, and maximum contact normal stresses between a seal ring and a seal seat have been analyzed for various contact sealing profiles. The FEM computed results present that the contact area between seal rings and seal seats is very important for a good tribological performance such as low friction heating, low wear, high contact normal stress in a primary sealing components. The seal surface model III in which has a small sealing contact area shows low dilatation of primary sealing components, and high contact stress between a seal ring and a seal seat. This model with small contact surface of a seal ring produces high friction heating and contact stress. But the model III produces very small deformations of contacting sealing surface because of high convection heat transfer by cooling water circulation around the seal ring surface. Thus, the analysis results recommend a short width of a primary sealing unit rather than a big width of contact surfaces of contacting seal units for reducing a leakage and axial deformation of primary seal components.

평판형 SOFC 스택의 밀봉재와 금속 분리판의 계면반응 및 보호층 효과

문지웅(Moon, J.W.),김영우(Kim, Y.W.),성병근(Seong, B.K.),김도형(Kim, D.H.),전중환(Jun, J.H.) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11

평판형 고체산화물 연료전지 스택의 고온 밀봉 구조에 대하여 설명하고 스택 운전 후 사후 분석을 통하여 밀봉재와 금속 분리판의 계면반응에 대하여 고찰하였다. 대표적인 고온 밀봉재인 Barium-Silicate 계 결정화 유리와 Fe-Cr 계 금속 분리판은 스택의 작동온도인 700{sim}850?C 에서 고온 반응을 통하여 계면에 반응생성물을 형성하는 것이 확인되었다. 이러한 계면반응은 장기 운전시 SOFC 스택 성능 저하의 원인이 되고, 열 싸이클(작동온도{leftrightarrow}상온)을 가하면 계면반응 생성물이 delamination 되어 밀봉구조가 파괴되어 수명을 단축시키게 된다. 계면반응은 Fe-Cr 계 금속 분리판의 산화물인 Cr 산화물, Fe 산화물이 밀봉유리 소재와 반응을 일으키는 것이 주요 원인으로 판명되었다. SOFC 스택에서 열 싸이클시 계면반응에 의하여 기밀도가 감소하는 현상이 확인되었으며, 밀봉 구조의 어느 부분에서 계면반응이 진행되는지 관찰하였다. 이러한 계면반응을 막기 위해서는 금속 분리판과 밀봉유리 사이에 계면반응을 억제하는 보호층을 형성하는 방법이 효과적이다. 본 연구에서는 보호층으로서 밀봉유리 및 Fe-Cr 계 금속 분리판과의 계면반응성이 낮고 열팽창 계수가 비슷한 Yttria Stabilized Zirconia 층을 APS(Atmospheric Plasma Spray) 공정을 이용하여 형성하였다. 밀봉유리/YSZ 보호층/금속분리판은 gas-tight 한 밀봉 구조를 형성하였으며, YSZ 보호층은 밀봉유리와 Fe-Cr 계 금속 분리판 소재와 계면반응을 효과적으로 억제하는 것이 확인되었다.

밀봉선원의 성능시험을 위한 장치 개발 및 적용

김동학,서기석,방경식,이주찬,손광재 대한방사선방어학회 2007 방사선방어학회지 Vol.32 No.1

유약 밀봉 갑발 번조에 관한 연구

장석현 한국도자학회 2023 한국도자학연구 Vol.20 No.3

A saggar firing is a manufacturing method used to produce China's imperial porcelain, Korea's Goryeo Dynasty celadon, and Joseon Dynasty royal white porcelain. It is manufactured to match the shape of the object, preventing wood ash from settling when the object is placed, and effectively performing reduction burns while preventing strong flames from directly contacting the object. The utilization of modern Gapbal burning is minimal, and it is only used for certain specific purposes, such as carbonization in fireproof sag, cinnabar glaze Gapbal burning, and use of the fire kiln burning process. This study focuses on China's colorimetric porcelain production technique by reexamining the usefulness of Gapbal making, and aims to present the expandability of the making technique by revealing the effectiveness of colorimetric porcelain production technique through experiments and results. The Chinese Yuejuyo colorimetric porcelain manufacturing technique involves sealing the shell with glaze and then making it. From the time the glaze is melted, the inside of the glaze is sealed, and after the firing is finished, the cooling reduction effect creates an environment and conditions in which the metal oxides of the clay and glaze can be completely reduced. As an experiment based on such a premise, it was decided to investigate and reveal how the clay and glaze actually react in the results of firing a glaze-sealed box. As an experimental method, a small box was manufactured, and specimens were produced with two types of white porcelain clay and celadon clay depending on the iron content. We investigated the differences in the results of each specimen produced by applying glaze to the entrance of the joint and melting and sealing it to create a vacuum state. When comparing the results of gas kiln carbonization firing and electric kiln reduction firing depending on the firing atmosphere, it was confirmed that the result was that the clay and glaze were in a completely reduced state within the glaze seal box. As a result, the difference in brightness and saturation of the glaze color and soil of the specimens within each cluster and the unused specimen was clearly distinguished. What is particularly noteworthy is that the reduction state was clearly distinguished from the electric kiln reduction process. This is a method that can compensate for the reduction state that was lacking in electric kiln reduction firing, and at the same time, it presents a method of producing ceramics in different reduction states through the firing process of one kiln. This study reveals a way to create a differentiated atmosphere through complete reduction and suggests ways to expand the pottery technique and improve the quality of ceramics. 갑발 번조는 중국의 황실도자기와 한국의 고려시대 청자와 조선시대 왕실 백자 제작에 사용되었던번조 방법이다. 기물의 형태에 걸맞게 제작되어 기물을 넣어 나뭇재가 앉는 것을 방지하고, 센 불길이기물에 직접 닿지 않게 하면서 환원 번조를 효과적으로 수행하는 역할을 한다. 현대의 갑발 번조 활용도는 미비하며 내화갑 내 탄화번조, 진사유약 갑발 번조, 장작가마 번조과정 활용 등 일부 특정한 목적에 실행되고 있는 실정이다. 본 연구는 갑발 번조의 활용성에 대한 재조명으로 중국의 비색자기를제작하는 기법에 관심을 두고, 실험과 결과를 통해 비색자기 제작기법의 효과를 밝혀 번조기법의 확장성을 제시하고자 한다. 중국 월주요의 비색자기 제조기법은 갑발을 유약으로 밀봉하여 번조하는 기법이다. 유약이 용융된 시점으로부터 갑발 안이 밀폐상태를 이루고 번조가 끝난 후 냉각환원 작용으로인해 태토와 유약의 금속산화물이 완전히 환원 될 수 있는 환경과 조건이 성립되었다고 본다. 그러한전제를 조건으로 한 실험으로, 유약으로 밀봉된 갑발의 번조결과가 실제로 태토와 유약이 어떻게 반응하는지에 대해 알아보고 밝히기로 하였다. 실험 방법으로 소형 갑발을 제작하고 철분 함량에 따른 두가지 백자태토와 청자태토로 시편을 제작하였다. 합 입구에 유약을 발라 번조 후 용융 밀봉되어 진공상태가 되도록 하는 갑발, 요철이 있는 갑발, 일반 갑발, 갑발 미사용에서 번조된 각 시편 결과물 차이를 알아보았다. 번조 분위기에 따른 가스가마 탄화번조, 전기가마 환원번조에 따른 결과물을 비교 하였을 때, 유약 밀봉 갑발 안에서 태토와 유약이 완전 환원상태의 결과물이 나왔음을 확인할 수 있었다. 그 결과에서 가 명확히 구별되었으며, 특히 주목 할 점은 전기가마 환원번조에서 환원상태가 명확하게 구별되는 결과물이 도출된 것이다. 이는 전기가마 환원번조에서 부족했던 환원 상태를 보완 할 수 있는 방법이 되면서도, 동시에 한 가마의 번조과정을 통해 각기 다른 환원상태의 도자를 제작 할 수 있는 방법이 제시 된 것이다. 본 연구는 완전환원으로 차별화된 분위기를 연출할 수 있는 방식을 밝혀 번조기법에 대한 확장성과 도자의 질적 향상의 방법을 제시한다.

유한요소해석을 이용한 더스트 씰 밀봉성에 대한 설계변수의 영향평가

이광오(K. O. Lee),이상욱(S. U. Lee),허영민(Y. M. Huh),강성수(S. S. Kang) 한국정밀공학회 2006 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2006 No.5월

Usually, hydraulic cylinder is widely used as the actuator in the equipment of construction machines, airplane and military machines. In case of these devices, due to use under severe environment such as water, SiO² and dust, etc. seal which has high packing ability and long service life has been required. These characteristics are largely influenced by material and geometries of seal such as approach angle, withdrawal angle and interference. Recently, many a study about seal material has been performed so that many materials have been developed. But the concrete studies including the relationships between geometry of seal and sealing performance have hardly been performed yet. Therefore, in this study, we predicted the deformation behavior and contact normal distribution of dust seal with the variation of geometries of seal lip using finite element analysis. And based on the results of analyses, we discussed the effects of the design variables for sealing performance of the dust seal.

흡수성 물질과 초기 밀봉양생이 황토 모르타르의 건조수축과 압축강도에 미치는 영향

권양희,홍성걸 한국구조물진단유지관리공학회 2016 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.20 No.6

이 연구에서는, 우리나라 전통 건축재료 중 하나인 천연 황토 모르타르에 사용되어 온 해초풀과 현대적 재료인 고흡수성수지 (Superabsorbent Polymer, SAP)와 같은 흡수성 물질이 이러한 모르타르의 건조수축과 압축강도에 미치는 영향이 조사되었다. 흡수성 물질과 더불어 문화재표준시방서에서 권고하는 초기 밀봉양생의 효과 역시 검토되었다. 실험에 의한 28일 압축강도와 수렴한 건조수축 변형율의 검 토 결과, 우선 초기 7일간의 밀봉 양생은 강도향상과 수축저감에 효과적이었다. 따라서, 문화재표준시방서의 권고는 합리적이며 실효성이 있 는 것으로 검증된다. 흡수성 물질의 혼입 역시 두 재료특성에 있어 효과적인데, 그 효과는 물질들의 흡수 능력에 의존한다. 따라서, 흡수 능력이 더 높은 SAP을 사용하는 것이 해초풀을 사용하는 것보다 더 효과적이다. 그러나, 이러한 것들이 유효하기 위해서는 초기 밀봉양생과 물이 추가 되지 않는 조건들이 함께 따라야 한다. 마지막으로, 황토 모르타르의 압축강도의 증가는 건조수축의 감소와 선형적으로 관계한다. 이러한 선형 상관성에 의해, 초기밀봉 양생 또는 흡수성 물질의 혼입에 따른 모르타르의 압축강도 증가하는 원인이 정량적으로 설명될 수 있다. This study investigates the effect of the absorbent materials on the material properties(compressive strength and drying shrinkage) of natural hwangtoh mortar which is one of the traditional building material in Korea. The absorbent materials used are seaweed paste and Super-Absorbent Polymer(SAP). In addition to the absorbent materials, the initial sealed curing recommended by the standard specification of properties for Korean traditional building materials is also a main interest of this study. Based on the test results of 28 days compressive strength and converged drying shrinkage, it is confirmed that the initial sealed curing for 7 days is effective to reduce the drying shrinkage and to enhance the compressive strength. Thus, it is verified that the recommendation is reasonable and has positive effects on the properties of the mortar. Next, the test results show that the addition of absorbent materials into the mortar is also effective to the two properties depending on their absorption capacity. Thus, it is more effective to use SAP than the seaweed paste because of higher absorption capacity. However, both the initial sealed curing and keeping total water contents of the mortar are required to show this effectiveness. Lastly, the compressive strength is inversely proportional to the drying shrinkage. By using this relation, the reason of the increase of compressive strength due to the initial sealed curing or the addition of absorbent materials is quantitatively explained.

핵연료조사리그 계장선 통과부위의 밀봉을 위한 유도 브레이징 시스템 개발

홍진태(Jintae Hong),김가혜(Ka-Hye Kim),허성호(Sung-Ho Heo),안성호(Sung-Ho Ahn),정창용(Chang-Young Joung),손광재(Kwang-Jae Son),정양일(Chang-Young Joung) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.12

핵연료의 연소성능을 시험하기 위해서는 시험 루프에 설치된 조사리그 내에 냉각수가 순환되도록 설계되어야 한다. 이때, 조사리그 내 냉각수는 300℃, 15.5 MPa 의 고온 고압으로 순환시키기 때문에 냉각수의 밀봉은 핵연료 조사리그를 제작할 때 가장 중요한 공정 중 하나이다. 특히 15 개의 계장선이 조사리그의 압력경계부위를 통과하게 되는데, 이의 밀봉을 위해 일반적으로 브레이징 공정이 적용된다. 본 연구에서는 조사리그 브레이징용 진공챔버 및 고주파 유도가열기를 포함하는 유도 브레이징 시스템을 개발하고, 다양한 실험을 통해 산화막이 발생하지 않는 공정변수를 검토하였으며, 브레이징 제품의 인장시험, 단면검사, 밀봉성능검사 등을 통해 브레이징 공정의 건전성과 밀봉성능을 검증하였다. To test the performance of nuclear fuels, coolant needs to be circulated through the test rig installed in the test loop. Because the pressure and temperature of the coolant is 15.5 MPa and 300℃ respectively, coolant sealing is one of the most important processes in fabricating a nuclear fuel test rig. In particular, 15 instrumentation cables installed in a test rig pass through the pressure boundary, and brazing is generally applied as a sealing method. In this study, an induction brazing system has been developed using a high frequency induction heater including a vacuum chamber. For application in the nuclear field, BNi2 should be used as a paste, and optimal process variables for Ni brazing have been found by several case studies. The performance and soundness of the brazed components has been verified by a tensile test, cross section test, and sealing performance test.