JP2020106342A - Method for diagnosing soundness of conduit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、導管の健全性を非破壊検査により診断する導管の健全性診断方法に関する。 The present invention relates to a conduit soundness diagnostic method for diagnosing the soundness of a conduit by a nondestructive inspection.
建築構造物においては、ダクト、各種プラント配管、水道管、ガス管、エア供給管、下水管、石油パイプライン、ガスパイプライン等、種々の導管が配設されている。これらの導管は、腐食、全面腐食、部分腐食、減肉、孔食、エロージョン、エロージョン・コロージョン、摩耗、き裂、ピンホール、漏洩、疲労割れ、応力腐食割れ、高サイクル疲労割れ、内部保護材の剥離、閉塞、堆積物の付着、継手の施工不良や経年劣化などにより健全性が低下する。このため、従来より非破壊検査による導管の健全性診断が行われている。 In a building structure, various conduits such as ducts, various plant pipes, water pipes, gas pipes, air supply pipes, sewer pipes, oil pipelines, gas pipelines, etc. are arranged. These conduits are used for corrosion, general corrosion, partial corrosion, thickness reduction, pitting, erosion, erosion corrosion, wear, cracks, pinholes, leakage, fatigue cracking, stress corrosion cracking, high cycle fatigue cracking, and internal protective materials. Deterioration due to peeling, blockage, adhesion of deposits, poor construction of joints, and deterioration over time. Therefore, the integrity of the conduit has been conventionally diagnosed by nondestructive inspection.
具体的には、腐食、き裂等については、目視による診断が行われ、導管の肉厚、減肉、き裂については、超音波測定による診断が行われている。 Specifically, corrosion, cracks and the like are visually diagnosed, and wall thickness, wall thinning and cracks are diagnosed by ultrasonic measurement.
しかし、目視による診断は、導管外面の状態の確認には適しているが、導管内面を診断しようとすると、導管を開放しなければならないため、非破壊で行うことができず、大掛かりで手間が掛かる。 However, the visual diagnosis is suitable for checking the condition of the outer surface of the conduit, but when diagnosing the inner surface of the conduit, the conduit has to be opened, so it cannot be performed nondestructively, and it requires a large amount of labor. Hang up.
そして、超音波測定による診断は、センサが配置された部分の小さい領域における減肉、き裂しか検査、診断できないため、長大な導管に亘って検査する場合、非常に多くの箇所にセンサを配置して測定を行う必要があり、多くの手間が掛かる。 And, the diagnosis by ultrasonic measurement can only inspect and diagnose the wall thinning and crack in a small area where the sensor is arranged, so when diagnosing over a long conduit, the sensor is arranged in many places. It is necessary to carry out the measurement and it takes a lot of trouble.
このような状況下、クエンチダクトの通気検査技術（例えば、特許文献１）、圧縮ガスのパルスによるダクトの検査技術（例えば、特許文献２）が提案されている。 Under such circumstances, a vent duct inspection technique for quench ducts (for example, Patent Document 1) and a duct inspection technique for compressed gas pulses (for example, Patent Document 2) have been proposed.
しかしながら、特許文献１、２に開示されている検査技術は、簡便な方法とは言えず、また、適用対象がダクトに限定されており、導管全般に適用できる検査方法ではない。また、前記した各種検査項目の内から穴、隙間、表面成分についてのみ検査するものであり、それ以外の腐食、減肉、摩耗、き裂、内部保護材の剥離、堆積物の付着など他の項目の検査については開示されていない。
However, the inspection technique disclosed in
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑み、導管の種類を問わず、健全性の不良を招くと考えられる項目の全てを非破壊検査で適切に診断することを可能とする導管の健全性診断技術を提供することを課題とする。 In view of the above-mentioned problems of the prior art, the present invention makes it possible to appropriately diagnose all of the items considered to cause poor soundness by a non-destructive inspection regardless of the type of the conduit, and the soundness of the conduit. It is an object to provide sex diagnosis technology.
本発明者は、鋭意検討を行い、以下に記載する発明により上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventor has conducted intensive studies and found that the above-mentioned problems can be solved by the invention described below, and completed the present invention.
請求項１に記載の発明は、
導管の健全性を非破壊検査で診断する導管の健全性診断方法であって、
前記導管の振動波形、または、前記振動波形を数値解析して得られる周波数分布に基づいて、前記導管の健全性を診断する基準の指標となる特徴量を取得し、
取得された前記特徴量の変化に基づいて、前記導管の健全性を診断することを特徴とする導管の健全性診断方法である。
The invention according to
A method for diagnosing the soundness of a conduit by a non-destructive inspection, comprising:
Vibration waveform of the conduit, or, based on the frequency distribution obtained by numerically analyzing the vibration waveform, to obtain a feature amount as a reference index for diagnosing the soundness of the conduit,
The soundness diagnostic method for a conduit is characterized by diagnosing the soundness of the conduit based on the acquired change in the characteristic amount.
請求項２に記載の発明は、
前記特徴量として、振動波形の形状、および、前記周波数分布から得られる固有振動ピークから選定された評価ピークの周波数のいずれかを用いることを特徴とする請求項１に記載の導管の健全性診断方法である。
The invention according to
The soundness diagnosis of the conduit according to
請求項３に記載の発明は、
診断対象の導管と同じタイプで、予め、健全であることが確認されている導管を用いて、前記特徴量を基準特徴量として取得する一方、
診断対象の導管を用いて、前記特徴量を診断用特徴量として取得し、
前記診断用特徴量の前記基準特徴量からの変化量に基づいて、診断対象の導管の健全性を診断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導管の健全性診断方法である。
The invention according to
In the same type as the conduit to be diagnosed, in advance, using a conduit that is confirmed to be healthy, while acquiring the feature amount as a reference feature amount,
Using the conduit to be diagnosed, the characteristic amount is acquired as a diagnostic characteristic amount,
The soundness diagnostic method for a conduit according to
請求項４に記載の発明は、
前記基準特徴量として、
健全性が既知の導管の新設時に取得された特徴量を用いることを特徴とする請求項３に記載の導管の健全性診断方法である。
The invention according to
As the reference feature amount,
The method of diagnosing the soundness of a conduit according to
請求項５に記載の発明は、
前記導管における前記健全性の診断項目が、腐食、全面腐食、部分腐食、減肉、孔食、エロージョン、エロージョン・コロージョン、摩耗、き裂、ピンホール、漏洩、疲労割れ、応力腐食割れ、高サイクル疲労割れ、内部保護材の剥離、閉塞、堆積物の付着、継手施工不良、継手経年劣化から選択された１つ以上であり、
予め、選択された診断項目を模擬した振動のシミュレーションを行い、得られた前記特徴量の変化より、各診断項目における健全性の低下についての診断基準を設定することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の導管の健全性診断方法である。
The invention according to claim 5 is
The diagnostic items of the soundness in the conduit are corrosion, general corrosion, partial corrosion, thickness reduction, pitting corrosion, erosion, erosion corrosion, wear, cracks, pinholes, leakage, fatigue cracking, stress corrosion cracking, high cycle. One or more selected from fatigue cracking, peeling of internal protective material, blockage, deposition of deposits, poor joint construction, and joint aging,
The vibration simulation simulating a selected diagnostic item is performed in advance, and a diagnostic criterion for deterioration of soundness in each diagnostic item is set based on the obtained change in the characteristic amount. It is the conduit soundness diagnostic method according to
請求項６に記載の発明は、
予め、導管のタイプおよび健全性の診断項目毎に、前記診断用特徴量の前記基準特徴量からの変化量を、健全性のレベルと対応付けて、前記診断基準のデータベースを構築しておき、
前記データベースに基づいて、前記導管の健全性を診断することを特徴とする請求項５に記載の導管の健全性診断方法である。
The invention according to claim 6 is
In advance, for each type of conduit and soundness diagnostic items, the amount of change from the reference feature quantity of the diagnostic feature quantity is associated with the level of soundness, and a database of the diagnostic criteria is constructed,
6. The conduit health diagnostic method according to claim 5, wherein the health of the conduit is diagnosed based on the database.
請求項７に記載の発明は、
前記診断対象の導管の健全性診断に際して、複数の箇所で前記特徴量を取得し、
取得された複数の特徴量に基づいて、前記特徴量のコンター図を作成し、
前記コンター図上で、前記特徴量を相対的に評価することにより、前記診断対象の導管の健全部と非健全部の差分を検出することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の導管の健全性診断方法である。
The invention according to claim 7 is
Upon diagnosing the soundness of the conduit to be diagnosed, acquiring the characteristic amount at a plurality of points,
Based on the acquired multiple feature quantities, create a contour map of the feature quantities,
7. The difference between a sound part and a non-healthy part of the conduit to be diagnosed is detected by relatively evaluating the feature amount on the contour diagram. The method for diagnosing the integrity of a conduit according to
請求項８に記載の発明は、
診断対象の導管の前記振動波形の計測を、定点で経年的に実施することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の導管の健全性診断方法である。
The invention according to claim 8 is
The method for diagnosing the integrity of a conduit according to any one of
請求項９に記載の発明は、
前記振動波形の計測に際して、前記導管をテストハンマで打撃することにより加振することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の導管の健全性診断方法である。
The invention according to claim 9 is
The method for diagnosing the soundness of a conduit according to any one of
請求項１０に記載の発明は、
前記振動波形を、ＡＥセンサを用いて取得することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の導管の健全性診断方法である。
The invention described in claim 10 is
10. The conduit soundness diagnosis method according to
本発明によれば、導管の種類を問わず、健全性の不良を招くと思われる項目の全てを非破壊検査で適切に診断することを可能とする導管の健全性診断技術を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, regardless of the type of conduit, it is possible to provide a conduit integrity diagnostic technique that enables appropriate diagnosis by non-destructive inspection of all items that are likely to lead to poor integrity. it can.
以下、本発明を実施の形態に基づき、図面を参照して説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments with reference to the drawings.
［１］本発明の基本的な考え方
最初に、本発明に係る導管の健全性診断方法の基本的な考え方について説明する。
[1] Basic idea of the present invention First, the basic idea of the integrity diagnostic method for a conduit according to the present invention will be described.
本発明者は、上記した本発明の課題の解決について、種々の実験と検討を行う中で、ダクトにおける健全性の低下は、振動波形の変化を招き、またその振動波形から得られる周波数分布の変化を招くため、これらを導管の健全性を診断する基準の指標となる特徴量として採用することにより、導管における健全性の低下を診断できることを見出した。 The present inventor, in order to solve the above-mentioned problems of the present invention, in various experiments and examinations, a decrease in soundness in a duct causes a change in a vibration waveform, and also a frequency distribution obtained from the vibration waveform. Since it causes a change, it has been found that the deterioration of the soundness in the conduit can be diagnosed by adopting these as the feature amount that serves as an index of the standard for diagnosing the soundness of the conduit.
即ち、本発明に係る導管の健全性診断方法は、導管の振動波形、および、振動波形を数値解析して得られる周波数分布に基づいて、導管の健全性を診断する指標となる特徴量を取得し、取得された特徴量の変化に基づいて、導管の健全性を診断することを特徴としている。 That is, the method for diagnosing the soundness of a conduit according to the present invention, based on the vibration waveform of the conduit, and the frequency distribution obtained by numerically analyzing the vibration waveform, obtains a characteristic amount as an index for diagnosing the soundness of the conduit. Then, the soundness of the conduit is diagnosed based on the change in the acquired feature amount.
具体的には、導管の健全性の低下に伴って、振動波形の形状や、周波数分布から得られる固有振動ピークから選定された評価ピークの周波数が変化することに基づいて、これらを導管の健全性を診断する指標となる特徴量に採用して、この特徴量の変化を知ることにより、導管の健全性を定性的に診断することができる。 Specifically, as the soundness of the conduit decreases, the shape of the vibration waveform and the frequency of the evaluation peak selected from the natural vibration peaks obtained from the frequency distribution change. The soundness of the conduit can be qualitatively diagnosed by adopting it as a characteristic amount serving as an index for diagnosing the sex and knowing the change in the characteristic amount.
そして、このとき、特徴量の変化と、健全性の低下の程度とが、予め関係付けられていると、特徴量の変化を知ることにより、導管における健全性の低下を定量的に診断することもできる。 Then, at this time, if the change in the feature amount and the degree of decrease in soundness are related in advance, by knowing the change in the feature amount, the decrease in soundness in the conduit can be quantitatively diagnosed. Can also
［２］具体的な実施の形態
次に、具体的な実施の形態について説明する。
[2] Specific Embodiment Next, a specific embodiment will be described.
１．特徴量の取得
本実施の形態において、健全性の低下を診断する基準（診断基準）となる特徴量（基準特徴量）の取得は、以下に示す２つの手法のいずれかを用いて行われ、診断対象の導管から得られた特徴量（診断用特徴量）と比較することにより、導管の健全性を診断することができる。
1. Acquisition of Feature Amount In the present embodiment, the feature amount (reference feature amount), which is a criterion (diagnosis criterion) for diagnosing a decrease in soundness, is obtained by using one of the following two methods. The soundness of the conduit can be diagnosed by comparing with the characteristic quantity (diagnostic characteristic quantity) obtained from the conduit to be diagnosed.
（１）第１の健全性診断方法（診断時に基準特徴量を取得）
第１の手法は、診断時に基準特徴量を取得することである。具体的には、診断対象の導管と同じタイプで、予め、健全であることが確認されている導管を用いて、特徴量の取得を行い、これを基準特徴量とする。
(1) First soundness diagnostic method (acquiring reference feature quantity at the time of diagnosis)
The first method is to acquire a reference feature quantity at the time of diagnosis. Specifically, the characteristic amount is acquired using a conduit of the same type as the conduit to be diagnosed and confirmed to be healthy in advance, and this is used as the reference characteristic amount.
一方で、診断対象の導管を用いて、同様に特徴量を取得する。このとき、前記したように、導管の健全性の低下に伴って特徴量が変化するため、この特徴量を診断用特徴量として、先に取得された基準特徴量からの変化量を知ることにより、診断対象の導管の健全性を診断することができる。 On the other hand, the feature quantity is similarly acquired using the conduit to be diagnosed. At this time, as described above, since the feature amount changes with the deterioration of the soundness of the conduit, this feature amount is used as the diagnostic feature amount, and the change amount from the previously obtained reference feature amount is known. The health of the conduit to be diagnosed can be diagnosed.
（２）第２の健全性診断方法（新設時に基準特徴量を取得）
第２の手法は、導管の新設時には、健全性が既知である導管が使用されることに鑑みて、導管を新設した際に基準特徴量を取得することである。
(2) Second soundness diagnostic method (obtaining standard feature quantity at new installation)
The second method is to acquire a reference feature amount when a new conduit is installed in view of the fact that a conduit whose soundness is known is used when a new conduit is installed.
これにより、診断対象の導管を用いて特徴量を取得するだけで、基準特徴量からの変化量を知ることができ、効率的に、診断対象の導管の健全性を診断することができる。また、新設後に診断対象の導管が生産中止などによって無くなっていても、健全性を診断することができる。 Thereby, the amount of change from the reference feature amount can be known only by acquiring the feature amount using the conduit to be diagnosed, and the soundness of the conduit to be diagnosed can be efficiently diagnosed. Further, even if the pipe to be diagnosed is lost after the new installation due to production stoppage or the like, the soundness can be diagnosed.
２．健全性の診断項目と診断基準の設定
導管の健全性の低下を診断する具体的な診断項目としては、前記したように、腐食、全面腐食、部分腐食、減肉、孔食、エロージョン、エロージョン・コロージョン、摩耗、き裂、ピンホール、漏洩、疲労割れ、応力腐食割れ、高サイクル疲労割れ、内部保護材の剥離、閉塞、堆積物の付着、継手施工不良、継手経年劣化が挙げられ、これらの内から１つ以上の診断項目を選択して、各診断項目について、健全性の程度を診断することにより、精度高く、導管の健全性を診断することができる。
2. Setting of diagnostic items for soundness and diagnostic criteria Specific diagnostic items for diagnosing the deterioration of the soundness of conduits include corrosion, general corrosion, partial corrosion, thickness reduction, pitting corrosion, erosion, and erosion. Corrosion, wear, cracks, pinholes, leakage, fatigue cracking, stress corrosion cracking, high cycle fatigue cracking, internal protective material peeling, blockage, deposit adhesion, poor joint construction, and joint aging deterioration. By selecting one or more diagnostic items from the inside and diagnosing the degree of soundness of each diagnostic item, the soundness of the conduit can be diagnosed with high accuracy.
具体的には、予め、選択された診断項目を模擬した振動のシミュレーションを行い、特徴量を取得して、各診断項目に適応する診断基準として設定することにより、導管の健全性を診断する。 Specifically, the soundness of the conduit is diagnosed by performing vibration simulation simulating the selected diagnostic item in advance, acquiring the characteristic amount, and setting the characteristic amount as a diagnostic criterion adapted to each diagnostic item.
３．特徴量の取得方法
次に、健全性の低下を診断するために必要な特徴量の具体的な取得方法について説明する。前記したように、特徴量としては、振動波形の形状、あるいは、この振動波形を数値解析して得られる周波数分布から取得されるピーク周波数より任意に選定された評価ピーク周波数が用いられる。
3. Method for Acquiring Characteristic Value Next, a specific method for acquiring a characteristic value necessary for diagnosing deterioration in soundness will be described. As described above, the shape amount of the vibration waveform or the evaluation peak frequency arbitrarily selected from the peak frequency acquired from the frequency distribution obtained by numerically analyzing the vibration waveform is used as the feature amount.
（１）振動波形の取得
振動波形は、ハンマ等により計測対象のダクトを打撃して加振することにより発生した振動信号を計測することにより取得できるが、稼働状態にあるダクトから直接振動波形を取得してもよい。
(1) Acquisition of vibration waveform The vibration waveform can be acquired by measuring the vibration signal generated by hitting and exciting the duct to be measured with a hammer or the like, but the vibration waveform can be obtained directly from the duct in operation. You may get it.
なお、加振による振動信号の計測に際しては、振動を取得可能な加速度計や、マイクロフォンなどを用いてもよいが、計測対象に直接接触させて計測することができ、高感度で振動信号を取得することができるアコースティックエミッションセンサ（ＡＥセンサ）を用いることが好ましい。 Note that an accelerometer or microphone that can acquire vibration may be used to measure the vibration signal due to vibration, but it can be measured by directly contacting the measurement target, and the vibration signal can be acquired with high sensitivity. It is preferable to use an acoustic emission sensor (AE sensor) that can be used.
そして、加振に際して使用するハンマとしては、プラスチックハンマ、ゴムハンマ、木ハンマ、テストハンマ、鉄ハンマなど、特に限定されないが、打音点検用に一般的に用いられており、重さも軽く、持ち運びに便利なテストハンマが好ましい。 The hammer used for vibration is not particularly limited, such as a plastic hammer, a rubber hammer, a wood hammer, a test hammer, and an iron hammer, but it is generally used for tapping sound inspection, and is light in weight and easy to carry. A convenient test hammer is preferred.
（２）評価ピーク周波数の取得
上記で取得された振動波形に対して数値解析を施して周波数分析することにより、固有周波数が含まれている周波数分布を得ることができる。そして、得られた周波数分布から任意に選定された評価ピーク周波数を求めることができる。
(2) Acquisition of evaluation peak frequency By performing numerical analysis and frequency analysis on the vibration waveform acquired above, it is possible to obtain the frequency distribution including the natural frequency. Then, an arbitrarily selected evaluation peak frequency can be obtained from the obtained frequency distribution.
なお、数値解析にあたっては、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、自己回帰型の最大エントロピー法（ＭＥＭ）、自己回帰モデル（ＡＲ）、自己回帰−移動平均モデル（ＡＲＭＡ）等公知の解析方法を用いることができるが、この内でも、短時間での処理が可能なＦＦＴ変換が好ましい。 In the numerical analysis, known analysis methods such as fast Fourier transform (FFT), autoregressive maximum entropy method (MEM), autoregressive model (AR), and autoregressive-moving average model (ARMA) may be used. Of these, the FFT transform is preferable because it can be processed in a short time.
上記では、特徴量の取得にあたって、実測により振動波形を得ているが、理論解析による振動のシミュレーションを用いて取得してもよい。理論解析によるシミュレーションには、例えば有限要素法を用いて各解析モデルに対して固有値解析を行う方法など公知の解析方法を用いることができる。 In the above, the vibration waveform is obtained by actual measurement when acquiring the feature amount, but it may be acquired by using a vibration simulation by theoretical analysis. For the simulation by theoretical analysis, a known analysis method such as a method of performing eigenvalue analysis on each analysis model using the finite element method can be used.
４．データベースの構築
上記の振動のシミュレーションに際して、導管のタイプおよび診断項目と、シミュレーションの結果である特徴量（診断基準）の基準特徴量からの変化量とを互いに関連付けて、パソコンなどに予め記憶させることにより、診断基準のデータベースを構築することができる。
4. Construction of database When simulating the above vibration, the type of pipe and the diagnostic item and the amount of change of the characteristic amount (diagnosis standard) as a result of the simulation from the reference characteristic amount are associated with each other and stored in advance in a personal computer or the like This makes it possible to build a database of diagnostic criteria.
そして、診断対象から診断項目に対応して得られた特徴量を、このデータベースと照合することにより、この診断項目において健全性がどの程度低下しているかを具体的に診断することができるため、補修や交換の適切なタイミングを知ることができる。 Then, by comparing the feature amount obtained from the diagnosis target corresponding to the diagnostic item with this database, it is possible to specifically diagnose how much the soundness of this diagnostic item is reduced. You can know the appropriate timing for repair and replacement.
５．コンター図の利用
上記した診断対象の導管の健全性診断に際して、複数の箇所で特徴量を取得して、取得された複数の特徴量に基づいて、特徴量のコンター図を作成することにより、ある領域における健全性を相対的に評価することができ、診断対象の導管の健全部と非健全部の差分を検出することができる。
5. Utilization of contour diagram When diagnosing the soundness of the conduit to be diagnosed as described above, the feature amount is acquired at a plurality of locations, and a contour diagram of the feature amount is created based on the obtained plurality of feature amounts. The soundness in the region can be relatively evaluated, and the difference between the sound part and the unhealthy part of the conduit to be diagnosed can be detected.
そして、このように導管の健全部と非健全部との差分を検出することにより、領域のどの辺りまで導管の非健全化が進行しているかを具体的に知ることができる。 Then, by detecting the difference between the sound portion and the unhealthy portion of the conduit in this manner, it is possible to specifically know to which part of the region the unhealthyness of the conduit has progressed.
なお、診断対象の導管の振動波形の計測を、定点で経年的に実施した場合、経年変化による非健全化の進行を把握することができ、また、今後の進行を予測することができるため、導管の補修時期や交換時期を適確に予測して準備することができる。 In addition, if the measurement of the vibration waveform of the conduit to be diagnosed is carried out chronologically at a fixed point, it is possible to grasp the progress of non-health due to aging changes, and it is possible to predict the future progress, It is possible to accurately predict and prepare the repair time and replacement time of the conduit.
［３］本実施の形態の効果
上記した本実施の形態を適用することにより、以下の効果を得ることができる。
[3] Effects of this Embodiment By applying the above-mentioned embodiment, the following effects can be obtained.
（１）目視では導管を開放しなければ確認できない内面の減肉について、導管を開放せずに診断することができ、効率的な診断ができる。 (1) The thinning of the inner surface, which cannot be visually confirmed without opening the conduit, can be diagnosed without opening the conduit, and an efficient diagnosis can be performed.
（２）目視では検出が困難であった腐食、減肉、き裂についても検出することができる。 (2) Corrosion, wall thinning, and cracks, which were difficult to detect visually, can also be detected.
（３）超音波測定ではセンサ設置部の診断しかできないのに対して、センサから遠く離れた位置で発生したき裂による漏洩についても検出することができる。 (3) In ultrasonic measurement, only the sensor installation part can be diagnosed, but leakage due to a crack generated at a position far from the sensor can also be detected.
（４）コンター図を使用することにより、面全体で健全性の低下状態を診断することができる。 (4) By using the contour diagram, it is possible to diagnose the state of deterioration of soundness on the entire surface.
（５）定点で経年的に計測することにより、適切な補修計画などの立案が可能となる。 (5) Appropriate repair plans and other plans can be made by measuring them over time at fixed points.
１．実験例１
本実験例では、評価ピークの周波数が健全性の低下を診断する特徴量として採用できることを確認した。
1. Experimental example 1
In this experimental example, it was confirmed that the frequency of the evaluation peak can be adopted as a feature amount for diagnosing the deterioration of soundness.
（１）実験方法
ダクトを模擬した角管の内面に機械加工を用いて腐食による減肉に相当する傷を付加した後、角管をテストハンマによる打撃により加振して、振動信号を計測した。振動信号の計測にはＡＥセンサを用いた。
(1) Experimental method After the inner surface of a square tube simulating a duct was machined to create a scratch corresponding to the wall thickness reduction due to corrosion, the square tube was vibrated by a test hammer to measure the vibration signal. .. An AE sensor was used to measure the vibration signal.
図１に使用した角管１を示す。なお、図１において、２は傷の付加箇所である。診断対象として、下記Ａ〜Ｇの７種類の角管を用意した。なお、Ｅ、Ｆ、Ｇは、き裂模擬した微小穴を有している。
Ａ：健全、
Ｂ：減肉０．８ｍｍ、範囲２０ｍｍ角、
Ｃ：減肉０．８ｍｍ、範囲５０ｍｍ角、
Ｄ：減肉０．８ｍｍ、範囲１００ｍｍ角、
Ｅ：減肉１．６ｍｍ、範囲２０ｍｍ角、
Ｆ：減肉１．６ｍｍ、範囲５０ｍｍ角、
Ｇ：減肉１．６ｍｍ、範囲１００ｍｍ角。
The
A: Sound,
B: thickness reduction 0.8 mm, range 20 mm square,
C: 0.8 mm thickness reduction, 50 mm square area,
D: Reduced thickness 0.8 mm, range 100 mm square,
E: thickness reduction 1.6 mm, range 20 mm square,
F: thickness reduction 1.6 mm, range 50 mm square,
G: Thickness reduction 1.6 mm, range 100 mm square.
図２に打撃位置及びセンサ設置位置を示す。図２に示すように、センサは傷の付加箇所の中心とその左右に５０ｍｍの間隔を隔てて設置した。 FIG. 2 shows a hitting position and a sensor installation position. As shown in FIG. 2, the sensor was installed at a distance of 50 mm on the left and right sides of the center of the scratched portion.
計測した振動波形を基にＦＦＴ解析を実施し、周波数分布を取得した。得られた周波数分布の中から評価ピークを決定し、その周波数（評価ピーク周波数）を求めた。 FFT analysis was performed based on the measured vibration waveform, and the frequency distribution was acquired. An evaluation peak was determined from the obtained frequency distribution, and its frequency (evaluation peak frequency) was obtained.
（２）実験結果
実験結果を図３に示す。図３は各診断対象の評価ピーク周波数をまとめて示す図である。
(2) Experimental result The experimental result is shown in FIG. FIG. 3 is a diagram collectively showing the evaluation peak frequencies of each diagnosis target.
図３より、傷の中央部の計測点（センサ設置位置）２においては、傷の大きさが大きくなるほど、即ち、減肉の範囲が広がるほど、評価ピーク周波数が低下する傾向があることが分かる。また、傷の中央部から５０ｍｍ離れた計測点、１、３においても、中央部の腐食の範囲の拡大により、評価ピーク周波数が低下する傾向があることが分かる。 From FIG. 3, it can be seen that at the measurement point (sensor installation position) 2 at the center of the flaw, the evaluation peak frequency tends to decrease as the size of the flaw increases, that is, as the range of thickness reduction increases. .. Also, it can be seen that at the measurement points 1 and 3 50 mm away from the center of the scratch, the evaluation peak frequency tends to decrease due to the expansion of the corrosion range of the center.
上記結果は、理論とも符号している。即ち、板の曲げ振動の理論式は、下式に示す通りであり、一般的に、板厚ｈが小さくなると振動周波数ｆは低下する。 The above results are also in agreement with theory. That is, the theoretical formula for bending vibration of a plate is as shown in the following formula, and generally, as the plate thickness h decreases, the vibration frequency f decreases.
なお、上式において、
ｆ：固有振動数（Ｈｚ）、ａ：辺長（ｍｍ）、ｈ：板厚（ｍｍ）
λ：境界条件と振動モードによる定数、ρ：密度（ｋｇ／ｍ３）
Ｄ＝Ｅｈ３／１２（１−ν２）：板の曲げ剛性、Ｅ：ヤング率（Ｎ／ｍ２）、ν：ポアソン比である。
In the above equation,
f: natural frequency (Hz), a: side length (mm), h: plate thickness (mm)
λ: constant depending on boundary condition and vibration mode, ρ: density (kg/m 3 ).
D = Eh 3/12 (1 -ν 2): flexural rigidity of the plate, E: Young's modulus (N / m 2), ν : a Poisson's ratio.
上記実験結果より、目視では確認できない内面の腐食に対しても、ＡＥセンサを用いたハンマによる加振で振動計測を行い、周波数分布から評価ピーク周波数を得て評価することにより、減肉およびき裂（微小穴）を検出できることが分かり、評価ピークの周波数が健全性の低下を診断する特徴量として採用できることが確認できた。 From the above experimental results, even for corrosion on the inner surface that cannot be visually confirmed, vibration measurement is performed by vibration with a hammer using an AE sensor, and the evaluation peak frequency is obtained from the frequency distribution to evaluate the thickness reduction and cracking. It was found that cracks (small holes) could be detected, and it was confirmed that the frequency of the evaluation peak can be adopted as a feature quantity for diagnosing deterioration of soundness.
２．実験例２
本実験例では、ＡＥセンサを用いた振動計測の場合、超音波検査と異なり、遠く離れた点でもき裂の存在を検出できることを確認した。
2. Experimental example 2
In this experimental example, it was confirmed that in the case of vibration measurement using an AE sensor, the presence of a crack can be detected even at a distant point, unlike ultrasonic inspection.
（１）実験方法
ダクトのき裂を模擬した診断対象について健全性診断の実験を行った。なお、振動波形の取得には計測対象を加振せず、そのまま計測する方法を用いた。
(1) Experimental method A soundness diagnosis experiment was conducted on a diagnosis target simulating a duct crack. In addition, the method of measuring the vibration waveform as it is without exciting the measurement target was used.
診断対象として、穴のサイズの異なる下記Ｈ〜Ｌの５種類のダクトを用意した。なお、Ｉ〜Ｌは後になる程、穴の大きさが大きい。
Ｈ：穴なし、
Ｉ：微小穴０１、
Ｊ：微小穴０２、
Ｋ：き裂０１、
Ｌ：き裂０２。
Five types of ducts H to L below having different hole sizes were prepared as diagnostic targets. In addition, as for I to L, the size of the hole becomes larger toward the later.
H: No hole,
I: Micro hole 01,
J: Micro hole 02,
K: Crack 01,
L: Crack 02.
振動信号の計測にはＡＥセンサを用い、計測位置を穴の近傍と穴から７ｍ離れた２箇所に設定した。得られた信号波形をＦＦＴを用いて数値解析し、周波数分布を得た。 An AE sensor was used for the measurement of the vibration signal, and the measurement positions were set in the vicinity of the hole and at two positions 7 m away from the hole. The obtained signal waveform was numerically analyzed using FFT to obtain the frequency distribution.
（２）実験結果
実験結果を図４、５、６に示す。図４は計測位置を穴の近傍に設置したときの周波数分布であり、図５は計測位置を穴から７ｍ離れて設置したときの周波数分布である。図４、５で横軸は周波数であり、縦軸は振動強度である。また、○印を付したピークは評価ピークである。図６は、図４、５から求めた各診断対象の評価ピーク周波数をまとめて示す図である。
(2) Experimental results Experimental results are shown in FIGS. FIG. 4 is a frequency distribution when the measurement position is installed near the hole, and FIG. 5 is a frequency distribution when the measurement position is installed 7 m away from the hole. 4 and 5, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents vibration intensity. The peaks marked with a circle are evaluation peaks. FIG. 6 is a diagram collectively showing the evaluation peak frequencies of the respective diagnosis targets obtained from FIGS.
上記実験結果より、ダクトにき裂が無い場合とある場合の振動波形より得られるＦＦＴピーク周波数を比較した結果、穴無しのときに比べ、穴が大きくなるに従い、理論通り評価ピーク周波数が低下する傾向があることが分かる。 From the above experimental results, as a result of comparing the FFT peak frequencies obtained from the vibration waveforms in the case where there is no crack in the duct and the case where there is a duct, the evaluation peak frequency decreases theoretically as the hole becomes larger than when there is no hole. It turns out that there is a tendency.
また、上記の傾向は、計測位置を穴の近傍に設置した場合と穴から７ｍ離れた場合の双方に共通していた。この結果から、ＡＥセンサを用いた振動計測の場合、超音波検査と異なり、７ｍ離れた点でもき裂（微小穴）の存在を検出できることが確認できた。 The above tendency was common both when the measurement position was set near the hole and when the measurement position was 7 m away from the hole. From this result, it was confirmed that in the case of the vibration measurement using the AE sensor, unlike the ultrasonic inspection, the presence of the crack (fine hole) can be detected even at a point 7 m away.
３．実施例３
本実験例では、周波数分布が健全性の低下を診断する特徴量として採用できることを確認した。
3. Example 3
In this experimental example, it was confirmed that the frequency distribution can be adopted as a feature amount for diagnosing deterioration of soundness.
（１）実験方法
診断対象として内面のライニングが剥がれたダクトを使用し、診断対象をテストハンマ打撃により加振して、振動信号を計測した。振動信号の計測にはＡＥセンサを用いた。図７はライニングが剥がれたダクトを側面から見たイメージ図である。なお、図７において、３はダクト、４はライニングである。ライニング４はダクト３の内面全面に施されている。
(1) Experimental method A duct whose inner surface lining was peeled off was used as a diagnostic target, and the diagnostic target was vibrated by a test hammer, and the vibration signal was measured. An AE sensor was used to measure the vibration signal. FIG. 7 is an image view of the duct with the lining peeled off as seen from the side. In FIG. 7, 3 is a duct and 4 is a lining. The
ライニングが剥がれていないダクトと剥がれたダクトを用意し、それぞれをテストハンマで加振して振動信号を計測し、計測された振動信号の信号波形にＦＦＴを用いた数値解析を行って周波数分布を得た。 Prepare a duct with no lining peeling and a duct with peeling, oscillate each with a test hammer to measure the vibration signal, and perform a numerical analysis using FFT on the signal waveform of the measured vibration signal to determine the frequency distribution. Obtained.
（２）実験結果
実験結果を図８、９に示す。図８はライニングが剥がれていない、即ち健全なダクトの周波数分布（ＦＦＴ波形）であり、図９はライニングが剥がれたダクトのＦＦＴ波形である。図８、９で横軸は周波数であり、縦軸は強度（Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）である。
(2) Experimental results Experimental results are shown in FIGS. FIG. 8 shows the frequency distribution (FFT waveform) of the duct without peeling, that is, a sound duct, and FIG. 9 shows the FFT waveform of the duct with peeling of the lining. 8 and 9, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents intensity (Magnitude).
図８に示す通り、健全なダクトの場合には、振動の周波数分布がブロードであった。これに対して、ライニングが剥がれて健全性が低下している場合には、図９に示すように、周波数分布に多数のピークが存在していた。このように、周波数分布において、健全性の違いに合わせて大きな違いが生じているため、外面からの目視や超音波検査では検出できないライニングの剥がれについても、ＡＥセンサを用いた振動計測では、ＦＦＴ波形の形状から診断できることが確認できた。 As shown in FIG. 8, in the case of a sound duct, the frequency distribution of vibration was broad. On the other hand, when the lining was peeled off and the soundness was lowered, as shown in FIG. 9, there were many peaks in the frequency distribution. As described above, since the frequency distribution has a large difference according to the soundness, even if the lining is peeled off which cannot be detected by visual inspection from the outer surface or ultrasonic inspection, the FFT is performed by the vibration measurement using the AE sensor. It was confirmed that the shape of the waveform can be diagnosed.
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。 Although the present invention has been described above based on the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. Various modifications can be made to the above-described embodiment within the same and equivalent scope as the present invention.
１ 角管
２ 傷の付加箇所
３ ダクト
４ ライニング
1
Claims (10)
前記導管の振動波形、または、前記振動波形を数値解析して得られる周波数分布に基づいて、前記導管の健全性を診断する基準の指標となる特徴量を取得し、
取得された前記特徴量の変化に基づいて、前記導管の健全性を診断することを特徴とする導管の健全性診断方法。 A method for diagnosing the soundness of a conduit by a non-destructive inspection, comprising:
Vibration waveform of the conduit, or, based on the frequency distribution obtained by numerically analyzing the vibration waveform, to obtain a feature amount as a reference index for diagnosing the soundness of the conduit,
A soundness diagnostic method for a conduit, comprising diagnosing the soundness of the conduit based on the acquired change in the characteristic amount.
診断対象の導管を用いて、前記特徴量を診断用特徴量として取得し、
前記診断用特徴量の前記基準特徴量からの変化量に基づいて、診断対象の導管の健全性を診断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導管の健全性診断方法。 In the same type as the conduit to be diagnosed, in advance, using a conduit that is confirmed to be healthy, while acquiring the feature amount as a reference feature amount,
Using the conduit to be diagnosed, the characteristic amount is acquired as a diagnostic characteristic amount,
The integrity diagnostic method for a conduit according to claim 1 or 2, wherein the integrity of the conduit to be diagnosed is diagnosed based on the amount of change in the diagnostic feature from the reference feature.
健全性が既知の導管の新設時に取得された特徴量を用いることを特徴とする請求項３に記載の導管の健全性診断方法。 As the reference feature amount,
The method of diagnosing the soundness of a conduit according to claim 3, wherein the characteristic amount acquired when a new conduit of known soundness is newly installed is used.
予め、選択された診断項目を模擬した振動のシミュレーションを行い、得られた前記特徴量の変化より、各診断項目における健全性の低下についての診断基準を設定することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の導管の健全性診断方法。 The diagnostic items of the soundness in the conduit are corrosion, general corrosion, partial corrosion, thickness reduction, pitting corrosion, erosion, erosion corrosion, wear, cracks, pinholes, leakage, fatigue cracking, stress corrosion cracking, high cycle. One or more selected from fatigue cracking, peeling of internal protective material, blockage, deposition of deposits, poor joint construction, and joint aging,
The vibration simulation simulating a selected diagnostic item is performed in advance, and a diagnostic criterion for deterioration of soundness in each diagnostic item is set based on the obtained change in the characteristic amount. The integrity diagnostic method for the conduit according to claim 4.
前記データベースに基づいて、前記導管の健全性を診断することを特徴とする請求項５に記載の導管の健全性診断方法。 In advance, for each type of conduit and soundness diagnostic items, the amount of change from the reference feature quantity of the diagnostic feature quantity is associated with the level of soundness, and a database of the diagnostic criteria is constructed,
The integrity diagnostic method for a conduit according to claim 5, wherein the integrity of the conduit is diagnosed based on the database.
取得された複数の特徴量に基づいて、前記特徴量のコンター図を作成し、
前記コンター図上で、前記特徴量を相対的に評価することにより、前記診断対象の導管の健全部と非健全部の差分を検出することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の導管の健全性診断方法。 Upon diagnosing the soundness of the conduit to be diagnosed, acquiring the characteristic amount at a plurality of points,
Based on the acquired multiple feature quantities, create a contour map of the feature quantities,
7. The difference between a sound part and a non-healthy part of the conduit to be diagnosed is detected by relatively evaluating the feature amount on the contour diagram. The method for diagnosing the integrity of a conduit according to item 1.
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