JP2001083124A - 管の超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速回転が可能で管の探傷効率が高く、更に
は、高速回転させても安定に動作する管の超音波探傷装
置を提供する。 【解決手段】 管１５の内部に挿入される円筒状ケーシ
ング１１と、円筒状ケーシング１１の先部に回転自由に
配置され、基側にはベアリング２０、２１によって支持
される軸受部２２を、軸受部２２より先側には斜め半径
外方向を向いた複数の水ジェットノズル２３を具備する
回転駆動機構２４を、回転駆動機構２４より先側には側
方に開孔する超音波入出窓２５をそれぞれ備えた回転筒
体１２と、円筒状ケーシング１１の内部に、周囲には通
水部３１が形成された支持部材３０を介して装着され、
回転筒体１２に向けて超音波を発する超音波探触子１４
と、回転筒体１２の先側に固定的に設けられて超音波探
触子１４からの超音波を超音波入出窓２５に向ける音響
ミラー面２６を備えたミラー部材１３とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管の肉厚の測定や
管の探傷を行う場合に最適に使用できる管の超音波探傷
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、加熱器等の小径管の管内探傷検査
には、渦流探傷法が使用されていたが、被検査管が鋼管
等のような強磁性体の場合には、冷間加工等によって、
透磁率が場所によって異なり、探傷にバラツキが発生す
る場合がある。そこで、超音波を用いて小径管の探傷を
行うことが、実用新案登録第２５８７０７７号公報にお
いて提案されている。図３（Ａ）、（Ｂ）には、前記記
載の管の超音波探傷装置７０を示すが、図に示すよう
に、被検査管７１の内部に配置された円筒状ケーシング
７２と、円筒状ケーシング７２内に水切り治具７３を介
して設けられた超音波探触子７４と、超音波探触子７４
の前側に回転自由に設けられ、先部には傾斜角４５度の
音響ミラー７５ａが設けられた中空軸７５と、中空軸７
５の後端部に設けられてこの中空軸７５を回転させる水
タービン７６とを有している。なお、７７、７８はベア
リングである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来例に係る管の超音波探傷装置７０は、中空軸７５を回
転させる水タービン７６が外側に螺旋溝７９を有する羽
根式タービンであるので、高速回転させようとするには
限度があり、実際に運転すると、例えば、外径が１０ｍ
ｍ程度の水タービンで最高回転速度が１８００ｒｐｍで
あった。このため、管内の探傷に時間がかかり、測定に
時間がかかるという問題があった。また、水タービン７
６を回転させた水は、水抜き孔８０を通って中空軸７５
内に入るため、水タービン７６の回転によって生じた微
小な気泡も中空軸７５内に入り、気泡によるノイズが発
生するという問題があった。更には、回転する中空軸７
５先部に形成された音響ミラー７５ａの反射方向には開
口部８１が設けられているので、これによって中空軸７
５が偏心し、ベアリング７７、７８にガタが生じると振
動が発生し易いという問題があった。本発明はかかる事
情に鑑みてなされたもので、高速回転が可能で管の探傷
効率が高く、更には、高速回転させても安定に動作する
管の超音波探傷装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う本発明に
係る管の超音波探傷装置は、探傷しようとする管の内部
に同軸的に挿入される円筒状ケーシングと、前記円筒状
ケーシングの先部に回転自由に配置され、基側にはベア
リングによって支持される軸受部を、該軸受部より先側
には斜め半径外方向を向いた複数の水ジェットノズルを
具備する回転駆動機構を、該回転駆動機構より先側には
側方に開孔する超音波入出窓をそれぞれ備えた回転筒体
と、前記円筒状ケーシングの内部に、周囲には通水部が
形成された支持部材を介して装着され、前記回転筒体に
向けて超音波を発する超音波探触子と、前記回転筒体の
先側に固定的に設けられて、該回転筒体の軸心に対して
４５度の角度で取付けられ、前記超音波探触子からの超
音波を前記超音波入出窓に向ける音響ミラー面を備えた
ミラー部材とを有している。

【０００５】このように、本発明においては、回転筒体
及びこれに固定されたミラー部材を回転駆動する動力
に、斜め半径外方向を向いた複数の水ジェットノズルを
具備する回転駆動機構を使用している。この回転駆動機
構には従来例のように羽根がなく、水ジェットノズルか
らの噴出水によって回転駆動するので、高速回転が可能
となる。また、水ジェットノズルから噴出された水は回
転筒体の内側へ入らないので、水の噴射によって微小な
気泡が発生したとしても、気泡によるノイズは発生しな
い。また、本発明に係る管の超音波探傷装置において、
前記ミラー部材にはバランスウェイトが設けられて、前
記回転筒体と前記ミラー部材との全体の重心が軸心位置
にあるように調整するのが好ましく、これによって、更
なる高速回転が可能となる。

【０００６】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。ここに、図１は本発明の一実施の形
態に係る管の超音波探傷装置の説明図であって、（Ａ）
は全体側面図、（Ｂ）は同部分拡大図、図２（Ａ）〜
（Ｅ）は同各部品図であって、（Ｆ）は図２（Ｂ）にお
けるＪ−Ｊ矢視断面図である。

【０００７】図１、図２に示すように、本発明の一実施
の形態に係る管の超音波探傷装置１０は、円筒状ケーシ
ング１１と、円筒状ケーシング１１の先側に回転自由に
配置された回転筒体１２と、回転筒体１２の先部に設け
られたミラー部材１３と、円筒状ケーシング１１の内部
に配置された超音波探触子１４とを有している。以下、
これらについて詳しく説明する。前記円筒状ケーシング
１１の外径は、探傷しようとする管１５の内側に隙間を
有して入る大きさとなって、通常はステンレス製のパイ
プを使用するが、プラスチック製のパイプ等であっても
よい。円筒状ケーシング１１は先部に短管１６を備え、
後ろ側の長管１７とは両ねじのニップル１８によって連
結されている。この円筒状ケーシング１１の全長は約１
００〜１５０ｍｍ程度であって、基側には雌ねじ１９が
形成されて両ねじのニップル等で探傷ケーブルに連結で
きるようになっている。

【０００８】図１、図２（Ｂ）、（Ｆ）に示すように、
前記回転筒体１２は、真鍮又はステンレス等の部材から
なって、基側には、図２（Ｃ）に示されるベアリング２
０、２１によって支持される中空筒状の軸受部２２を有
している。軸受部２２より先側には斜め半径外方向を向
いた複数（この実施の形態では３個）の水ジェットノズ
ル２３を具備する回転駆動機構２４を有している。この
水ジェットノズル２３は内部の水を円周接線ａに対して
約４０〜７０度の角度（θ）で噴射し、この反動力によ
って回転筒体１２が回転するようになっている。ここ
で、水ジェットノズル２３による水噴射は従来の水ター
ビンのように羽根を有さないので、回転筒体１２の高速
回転が可能となる。この回転駆動機構２４の外径は円筒
状ケーシング１１の内径より十分小さく、水ジェットノ
ズル２３から噴出した水が十分に通れる隙間が形成され
ている。回転駆動機構２４より先側には側方に開孔する
超音波入出窓２５が形成されている。この超音波入出窓
２５の大きさは回転筒体１２の内径と略同一の大きさと
なっている。水ジェットノズル２３から噴出した水は、
回転筒体１２の内側へ入らないので、水の噴射によって
微小な気泡が発生しても、気泡によるノイズは発生しな
い。

【０００９】この回転筒体１２の先部に固定的に設けら
れているミラー部材１３は、例えばステンレスからなっ
て、基部に軸心に対して４５度傾斜した音響ミラー面２
６を備え、この部分は縮径して回転筒体１２の先部に密
着嵌合する構造となっている。この縮径部２７を回転筒
体１２に装着した場合には、音響ミラー面２６の中心位
置が回転筒体１２に形成されている超音波入出窓２５の
中心位置と一致するように、縮径部２７の長さが決定さ
れている。なお、ミラー部材１３の装着にあっては、軸
方向から伝わって音響ミラー面２６で反射する超音波
が、超音波入出窓２５から出て、管１５に照射され、管
１５から反射する超音波が超音波入出窓２５を通過して
音響ミラー面２６で反射し、基側に設けられている超音
波探触子１４に戻るように、ミラー部材１３の取付け角
度が決定されている。ミラー部材１３の先部にバランス
ウェイト２８が設けられ、このミラー部材１３を回転筒
体１２に装着した状態で、その重心が軸心位置にあるよ
うに調整されている。

【００１０】図１に示すように、円筒状ケーシング１１
の内部には回転筒体１２の基部と少しの隙間２９を有し
て超音波探触子１４が設けられている。この超音波探触
子１４は真鍮製の支持部材３０を介して円筒状ケーシン
グ１１に固定されている。支持部材３０の周囲には通水
部を構成する複数の粗い螺旋溝３１が形成されてこの部
分を水が通るようになっている。なお、この実施の形態
においては通水部は螺旋溝によって形成されているが、
直線状の溝によって構成することもできる。超音波探触
子１４は超音波の発信と受信が可能な振動子からなっ
て、円筒状ケーシング１１に対して軸方向先側に超音波
を発信し、円筒状ケーシング１１の先側から進行する超
音波信号を受信するようになっている。なお、超音波探
触子１４に所定の電気信号を送り、超音波探触子１４か
らの電気信号を処理する制御装置は、通常の超音波探傷
制御装置を使用する。

【００１１】従って、この管の超音波探傷装置１０を使
用して管１５の厚み測定や探傷を行う場合には、超音波
探傷装置１０を探傷しようとする管１５の内部に同軸的
に挿入して、円筒状ケーシング１１の基側から３０〜７
０ｋｇｆ／ｃｍ² の水圧をかける。これによって、高圧
水は支持部材３０の螺旋溝３１を経由して、隙間２９か
ら回転筒体１２の内部に入り、その一部が水ジェットノ
ズル２３から噴出される。水ジェットノズル２３から噴
出された水は円筒状ケーシング１１に衝突し、その反動
もあって回転筒体１２が約３０００〜２４０００ｒｐｍ
程度で高速回転する。一方、超音波探触子１４からは約
１５ＭＨｚのパルスが発信されているので、超音波の良
媒質である水を介して、音響ミラー面２６で反射して超
音波入出窓２５から管１５に向けて発信される。管１５
の内面及び外面から反射した超音波エコーは超音波入出
窓２５、音響ミラー面２６を介して超音波探触子１４に
届き電気信号に変換される。この電気信号を解析するこ
とによって、管１５の厚み、腐食等による損傷の具合を
測定できる。

【００１２】回転駆動機構２４に水ジェットノズル２３
を使用したことにより、従来の水タービンと比較して超
音波探触子１４と音響ミラー面２６との距離を短くする
ことができる。これによって超音波探触子１４に、例え
ば集束探触子を使用して管１５を集束範囲内に設定する
ことが可能となり、管１５の厚みの測定下限を０．３ｍ
ｍとすることができる。

【００１３】ミラー部材１３を含む回転筒体１２は極め
て高速で回転するので、管１５の内周一回転の時間が極
めて短くて済み、超音波探触子１４に集束探触子を使用
した超音波探傷装置１０を管１５の軸方向に高速移動さ
せても未探傷域が生じることがなく、管１５の高速で高
精度な超音波探傷及び厚み測定が可能となる。

【００１４】回転駆動機構２４に水ジットノズル２３を
使用したことにより、水タービンと比較して超音波探傷
装置１０の外径寸法を小さくすることができる。この実
施の形態では、超音波探傷装置１０の外径は例えば９ｍ
ｍ程度であって、殆どの被検査管に適用することができ
る。前記実施の形態においては、具体的数字を用いて説
明したが、本発明はこの数字に限定されるものでない。
また、本発明の要旨を変更しない程度の具体的変更は可
能である。

【００１５】

【発明の効果】請求項１、２記載の管の超音波探傷装置
は以上の説明からも明らかなように、回転駆動機構に水
ジェットノズルを使用しているので、羽根を有する水タ
ービン方式の回転駆動機構に比較して著しくミラー部材
が高速回転するので、管の内面からの高速超音波探傷が
可能となった。従って、速度が遅い場合によく使用され
ている漏洩磁束探傷、渦流探傷等の粗探傷の必要がなく
なり、設備費の低減を行いながら、能率よく探傷を行う
ことができる。特に、請求項２記載の管の超音波探傷装
置においては、ミラー部材にバランスウェイトが設けら
れているので、ミラー部材及び回転筒体を高速回転させ
ても不要な振動や軸振れが発生することなく、安定に超
音波探傷作業を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る管の超音波探傷装
置の説明図であって、（Ａ）は全体側面図、（Ｂ）は同
部分拡大図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｅ）は同各部品図であって、（Ｆ）
は図２（Ｂ）におけるＪ−Ｊ矢視断面図である。

【図３】従来例に係る管の超音波探傷装置の説明図であ
って、（Ａ）は部分断面図、（Ｂ）は一部切欠き斜視図
である。

【符号の説明】

１０：管の超音波探傷装置、１１：円筒状ケーシング、
１２：回転筒体、１３：ミラー部材、１４：超音波探触
子、１５：管、１６：短管、１７：長管、１８：ニップ
ル、１９：雌ねじ、２０、２１：ベアリング、２２：軸
受部、２３：水ジェットノズル、２４：回転駆動機構、
２５：超音波入出窓、２６：音響ミラー面、２７：縮径
部、２８：バランスウェイト、２９：隙間、３０：支持
部材、３１：螺旋溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G047 AA07 AB01 BC07 BC18 DB18 GA01 GB04 GB24 GB26 GJ08 GJ12

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 探傷しようとする管の内部に同軸的に挿
   入される円筒状ケーシングと、前記円筒状ケーシングの
   先部に回転自由に配置され、基側にはベアリングによっ
   て支持される軸受部を、該軸受部より先側には斜め半径
   外方向を向いた複数の水ジェットノズルを具備する回転
   駆動機構を、該回転駆動機構より先側には側方に開孔す
   る超音波入出窓をそれぞれ備えた回転筒体と、前記円筒
   状ケーシングの内部に、周囲には通水部が形成された支
   持部材を介して装着され、前記回転筒体に向けて超音波
   を発する超音波探触子と、前記回転筒体の先側に固定的
   に設けられて、該回転筒体の軸心に対して４５度の角度
   で取付けられ、前記超音波探触子からの超音波を前記超
   音波入出窓に向ける音響ミラー面を備えたミラー部材と
   を有することを特徴とする管の超音波探傷装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の管の超音波探傷装置にお
   いて、前記ミラー部材にはバランスウェイトが設けられ
   て、前記回転筒体と前記ミラー部材との全体の重心が軸
   心位置にあるように調整されていることを特徴とする管
   の超音波探傷装置。