JP2006177881A - 管内走行台車、管内面応力測定装置、管内面応力測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 露出していないパイプライン、すなわち埋設された管の物理量を非掘削で簡便に測定するための管内走行台車、管内面応力測定装置及び管内面応力測定方法を得る。
【解決手段】 管内に配置されて管軸方向に走行可能な本体部５と、本体部５に取付けられて管軸回りに回動可能な回動軸部材７と、回動軸部材７を管軸回りに回動させる駆動手段９と、回動軸部材７に取付けられて管周方向に移動して管内面の物理量を検出する磁気異方性センサ１１と、を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、管内の検査装置に係り、特に管内に挿入されて自走、または牽引走行しながら管の内面の物理量を検出する装置及び方法に関するものである。

都市ガス導管などの各種パイプラインは、建設後に生じた地盤沈下や地震による地盤変動などによって外力を受け、曲げ応力が内在することがある。この曲げ応力がある許容値を超えると、パイプラインを安全に供用していく上で問題となるので、応力を定量的に評価し管理する必要がある。

応力測定の手法としてはひずみゲージを用いるのが一般的である。ひずみゲージによる応力測定は、ひずみゲージを取り付けてからの相対的なひずみの変化を測定し、材料力学的な計算から応力を算出するものである。
従ってこのようなひずみゲージを用いた応力測定方法によって、都市ガスのパイプラインのような管の応力を求めるためには、建設当時にひずみゲージを取り付け、これを経年的に管理するか、あるいは、新たにひずみゲージを取り付けて埋設土壌を掘削して土圧を開放するか、またはパイプラインの一部を切断するなどして応力解放を行って、作用応力を評価することになる。

しかしながら、前者のように埋設パイプラインに取り付けたひずみゲージを年単位の超長期間にわたって測定可能な状態に管理することは非常に困難である。
また、後者のように応力解放を行う方法では、土圧開放の場合には工事が非常に大がかりでコストがかかるものであり、またパイプラインの切断による場合は内部流体の供給停止を伴うことから、その適用は極めて限られたものとならざるを得ない。

このようにひずみゲージによる応力測定方法は相対的なひずみの変化を測定することから、この方法を都市ガス導管などの各種パイプラインの応力測定に用いると種々の問題がある。
そこで、測定対象物にひずみが存在するとき、材料中の透磁率に異方性が生じる原理を用いて絶対的な応力を測定する磁気異方性を利用した応力測定法が提案されており、既設パイプラインの応力を供用下で非破壊的に測定できる手法として利用されている。
このような、応力測定方法又は装置として、円柱材料の磁歪応力測定法（特許文献１参照）、磁歪応力測定装置（特許文献２参照）、円筒材料の磁歪応力測定用ピグ（特許文献３参照）がある。
特公平７−６２６３６号公報 実願平５−２１９２７号（実開平６−８０１４５号）のＣＤロム 特開平３−５６８３４号公報

しかしながら、特許文献１（特公平７−６２６３６号公報）、特許文献２（実開平６−８０１４５号公報）に開示されたものはパイプラインの外面に装置を取り付ける必要があることから、添架管とよばれる橋梁の橋桁下に添架された管や、工場内の空中配管等のように管体が露出している状況で、かつ人のアクセスが容易な箇所にしか適用ができず、足場の確保が困難な空中配管では適用が困難である。
また、パイプラインの多くは土中に埋設されており、このようなパイプラインでは測定のために掘削を行う必要があり、自ずとその適用範囲が限られていた。

この点、特許文献３（特開平３−５６８３４号公報）のものは、ピグとよばれる配管検査用のカプセルに磁気異方性センサを搭載して、このピグを管内走行させることにより、管内面の応力分布を測定しようとするものであり、土中に埋設された管についての測定も可能である。
しかし、特許文献３の磁歪応力測定用ピグは、管周方向の応力測定をするために多数の磁気異方性センサを管周方向に並べて搭載し、管内面の応力分布を測定しようとするものである。このように、多数の磁気異方性センサを搭載することから装置が大がかりとなり、比較的口径の大きな管にしか適用できず、またコストも高くなるといった問題があった。

このように、特許文献３のものにおいては、多数の磁気異方性センサを搭載しなければならないことに問題があったが、このような問題は、埋設された管の検査を行うためのセンサとして磁気異方性センサを搭載する場合に限られず、管内面の物理量を検出するセンサを搭載する検査装置に広く問題となるものである。

本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、露出していないパイプライン、すなわち埋設された管の物理量を非掘削で簡便に測定するための装置及び方法を得ることを目的としている。

（１）本発明に係る管内走行台車は、管内に配置されて管軸方向に走行可能な本体部と、該本体部に取付けられて管軸回りに回動可能な回動軸部材と、該回動軸部材を管軸回りに回動させる駆動手段と、前記回動軸部材に取付けられて管周方向に移動して管内面の物理量を検出するセンサと、を備えたことを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、センサを管内面に対して近づけたり離したりすることが可能なように保持する保持手段を設けたことを特徴とするものである。

（３）また、上記（２）に記載の保持手段は先端部に車輪を有していることを特徴とするものである。

（４）また、上記（１）〜（２）に記載のものにおいて、回動軸部材が回動する際に管内面に当接して回動軸部材を回動可能に支持する支持部材を設けたことを特徴とするものである。

（５）また、上記（１）〜（４）に記載のセンサとして、磁気異方性センサを用いたことを特徴とするものである。

（６）また、上記（５）に記載のものにおいて、回動軸部材に管の脱磁を行う脱磁手段を設けたことを特徴とするものである。

（７）本発明に係る管内面応力測定装置は、上記（５）または（６）に記載の走行台車と、該走行台車を自走または牽引走行させる走行手段と、該走行手段の走行を制御する制御手段と、走行台車に設置された磁気異方性センサの検出信号を入力して該信号に基づいて管内面の応力を解析する解析手段と、を備えたことを特徴とするものである。

（８）本発明に係る管内面応力測定方法は、管内を走行する管内走行手段に磁気異方性センサを搭載して管内の所定位置にて磁気異方性センサによって管内面応力を測定する管内面応力測定方法であって、管内走行手段を応力測定箇所まで移動させる移動工程と、磁気異方性センサを管内面に沿って管軸回り方向に移動させて管内面の応力を測定する測定工程と、を備えたことを特徴とするものである。

（９）また、上記（８）に記載のものにおいて、測定工程の前に管内面の脱磁を行う脱磁工程を備えたことを特徴とするものである。

本発明においては、管内に配置されて管軸方向に走行可能な本体部と、該本体部に取付けられて管軸回りに回動可能な回動軸部材と、該回動軸部材を管軸回りに回動させる駆動手段と、前記回動軸部材に取付けられて管周方向に移動して管内面の物理量を検出するセンサと、を備えたことにより、走行台車を管内の測定箇所まで移動させ、該測定箇所においてセンサを管内面に沿って管軸回り方向に移動させて管内面の物理量を検出することができるので、露出していないパイプライン、すなわち埋設された管の物理量を非掘削で簡便に検出できる。

［実施の形態１］
図１は本発明の一実施の形態にかかる管内走行台車の説明図、図２は図１の矢視Ａ−Ａ線断面図、図３は図１の矢視Ｂ−Ｂ線断面図である。
本実施の形態に係る管内走行台車１は、管３の内部に配置されて管軸方向に走行可能な台車本体部５と、台車本体部５に取付けられて管軸回りに回動可能な回動軸部材７と、この回動軸部材７を管軸回りに回動させる駆動モータ９と、回動軸部材７に保持手段１０を介して取付けられた磁気異方性センサ１１と、管内周面の脱磁を行う脱磁マグネット１３と、回動軸部材７が回動する際に管内面に当接して回動軸部材７を回動可能に支持する支持部材１５（図２参照）と、を備えてなるものである。以下、各構成をさらに詳細に説明する。

＜台車本体部＞
台車本体部５は、管内面に沿って走行するための車輪機構１７を備えている。車輪機構１７は、図３に示すように、管軸回り方向に１２０°の間隔で３個設置されている。各車輪機構１７は、一端側を車体に回動可能に取付けられた車輪支持アーム１９と、該車輪支持アーム１９の他端に取付けられた車輪２１とを備えている。そして、車輪支持アーム１９における車体との連結部近傍には車輪支持アーム１９を所定の押圧力で押圧するアクチュエータ２３を備えている。アクチュエータ２３による押圧力によって車輪２１が管内面に適度な押し付け力で押し付けられる。

このように、車輪支持アーム１９を回動可能に取付けると共に車輪２１が管内面に適度な押し付け力で押し付けられるように構成することにより、走行台車が管内面に存在する溶接ビードを乗り越えるのを容易にし、またエルボ、ベンドといった曲管部の走行を円滑にする。
なお、車輪２１を押し付ける機構としてアクチュエータ２３を用いることにより、走行台車を管内に挿入する際の操作性が向上する。もっとも、押し付け力を発揮するためであれば、アクチュエータ２３に代えて機械式のバネを用いてもよい。

＜回動軸部材＞
回動軸部材７は磁気異方性センサ１１、脱磁マグネット１３等が取付けられる部材である。回動軸部材７は台車本体部５の中央部に設置され、管中心軸を回動軸として管軸回りに回動可能になっている。回動軸部材７は台車本体部５に搭載された駆動モータ９によって回動され、所定の回動角度で停止できるように構成されている。

＜保持手段＞
保持手段１０は回動軸部材７に設置されて、磁気異方性センサ１１を保持するものである。この保持手段１０は、管径方向に伸縮可能なシリンダ２５と、シリンダ２５に取付けられて磁気異方性センサ１１を保持する保持部２７と、磁気異方性センサ１１と管内面との間隔を所定値に規定するための位置決め部材２９とを備えている。

シリンダ２５は図示しない制御部からの制御信号によって、管径方向に伸縮する。シリンダ２５が管径方向に伸縮することによって、保持部２７に保持された磁気異方性センサ１１は管内面に対して近づいたり離れたりする。
位置決め部材２９は、図１、図２に示すように、磁気異方性センサ１１を跨ぐように断面コ字状に形成されている。その両片の先端部には管内面周方向に転動可能な車輪３１が設けられている。そして、車輪３１が管内面に当接した状態で磁気異方性センサ１１と管内面とが最適位置関係になるように設定されている。
位置決め部材２９の先端部に車輪３１を設けたことにより、回動軸部材７を回動させたときの抵抗が少なくなり、回動軸部材７の円滑かつ安定した回動ができる。

＜磁気異方性センサ＞
磁気異方性センサ１１は、センサ部を管内周方向に移動させて該管内周面の磁気異方性のレベルを測定するものである。そして、この測定された磁気異方性のレベルに基づいて応力分布を検出し、さらにこの検出された応力分布を、例えば特開２００３−１７７０６６号公報に示されるように、カルマン（Karman）の式に回帰分析することによって、残留応力を除去した外部荷重による応力を算出する。この算出までの一連の作業は、磁気異方性センサ１１の検出コイルからの出力を電圧測定装置によって測定し、この測定値をマイクロコンピュータに入力し、マイクロコンピュータによって実現される処理回路にて処理することによって実現される。

＜脱磁マグネット＞
脱磁マグネット１３は管内周面に近接して管内周面に沿って移動させることで、管の磁力を奪うものである。これによって、磁気異方性センサ１１による測定において、ノイズを少なくして正確な測定が可能になる。
なお、脱磁マグネット１３は、図１、図２に示されるように、磁気異方性センサ１１を保持する保持手段１０と同様の保持手段１０によって保持されている。脱磁マグネット１３を保持する保持手段１０は磁気異方性センサ１１を保持する保持手段１０と同様の構成であり、図中においては同一の符号を付してある。

＜支持部材＞
支持部材１５は、回動軸部材７が回動する際に管内面に当接して回動軸部材７を回動可能に支持するものである。支持部材１５は、図２に示すように、管径方向に伸縮可能なシリンダ３３と、該シリンダ３３のロッドの先端に設けられた車輪３５とを備えている。
この実施の形態においては、支持部材１５を設けたことにより、保持手段１０、支持部材１５がそれぞれ１２０°の角度で管軸回りに配置されるので、回動軸部材７の回動を安定して行うことができる。

図４は上述した本実施の形態に係る管内走行台車１を用いて管内面の応力測定を行うための管内面応力測定装置の説明図である。
この管内面応力測定装置は、管内を走行する牽引台車５０と、この牽引台車５０にユニバーサルジョイント５１を介して連結された前述の管内走行台車１と、管内走行台車１にユニバーサルジョイント５３を介して連結された補助台車５５と、これらの各装置を統括的にコントロールすると共に信号の解析を行うパーソナルコンピュータ５７とを備えている。

牽引台車５０はエアシリンダ（図示なし）によって駆動輪５９を管内壁面に押しつけ、モータ（図示しない）によって駆動輪５９を回転させることによって自走するものである。なお、図４ではモータ用電力は地上部から供給する場合を示しているが、牽引台車５０内、あるいは別途設けたバッテリ台車（図示しない）にバッテリを搭載することも可能である。
牽引台車５０の前端部には監視カメラ６１が取り付けられており、走行時に管内面の壁を監視することができるようになっている。

補助台車５５には磁気異方性センサ１１を動作させる磁気異方性アンプ、脱磁マグネット１３を駆動する脱磁電源、駆動モータ９を制御するモータコントローラ及びモータ電源、アクチュエータ２３の制御装置、及び磁気異方性アンプの出力を収集するマイコンが搭載されている。
パーソナルコンピュータ５７は、地上など測定対象のパイプラインの外に設置され、牽引台車５０の走行の制御、測定条件の設定などを行い、この設定信号を補助台車５５のマイコンに光ファイバケーブルなどを介して転送する。また、補助台車５５内のマイコンに収集した測定データを前記光ファイバケーブルなどを介して吸い上げ、データの解析処理を行う。

上記のように構成された管内面応力測定装置においては、パーソナルコンピュータ５７によって牽引台車５０の走行の制御条件を設定し、この設定された制御条件に基づいて牽引台車５０を走行させる。管内走行台車１を走行させる際には、保持手段１０のシリンダ２５及び支持部材１５のシリンダ３３は縮退させておく。
管内走行台車１が測定対象箇所に到着すると、各シリンダ１０、２５を延出させる。これによって、磁気異方性センサ１１及び脱磁マグネット１３を管内面に近接配置すると共に支持部材１５の車輪を管内面に当接させる。この状態で、回動軸部材７を回動させて所定の角度ごとに磁気異方性センサ１１によって磁気異方レベルを測定する。測定結果をパーソナルコンピュータ５７に入力して管内面応力を演算する。

以上のように、本実施の形態によれば露出していないパイプライン、すなわち埋設された管の応力を非掘削で簡便な装置によって測定することが可能となり、パイプラインの安全な供用を実現することができる。

なお、上記の実施の形態においては、管内面の物理量を検出するセンサとして磁気異方性センサ１１を用いた例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、他の物理量を検出するセンサであってもよい。
また、本実施の形態における管内面応力測定装置においては、牽引台車５０を用いた例を示したが、管内走行台車１に走行手段を設けて自走構造にすることにより、牽引台車５０を省略することができる。

本発明の一実施の形態に係る管内走行台車の説明図である。 図１の矢視Ａ−Ａ線断面図である。 図１の矢視Ｂ−Ｂ線断面図である。 本発明の一実施の形態に係る管内面応力測定装置の説明図である。

符号の説明

１ 管内走行台車、５ 台車本体部、７ 回動軸部材、９ 駆動モータ、１１ 磁気異方性センサ、１３ 脱磁マグネット、１５ 支持部材、１７ 車輪機構、２５，３３ シリンダ。

Claims (9)

1. 管内に配置されて管軸方向に走行可能な本体部と、該本体部に取付けられて管軸回りに回動可能な回動軸部材と、該回動軸部材を管軸回りに回動させる駆動手段と、前記回動軸部材に取付けられて管周方向に移動して管内面の物理量を検出するセンサと、を備えたことを特徴とする管内走行台車。
2. センサを管内面に対して近づけたり離したりすることが可能なように保持する保持手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の管内走行台車。
3. 保持手段は先端部に車輪を有していることを特徴とする請求項２に記載の管内走行台車。
4. 回動軸部材が回動する際に管内面に当接して回動軸部材を回動可能に支持する支持部材を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の管内走行台車。
5. センサは磁気異方性センサであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の管内走行台車。
6. 回動軸部材に管の脱磁を行う脱磁手段を設けたことを特徴とする請求項５に記載の管内走行台車。
7. 請求項５または６に記載の走行台車と、該走行台車を自走または牽引走行させる走行手段と、該走行手段の走行を制御する制御手段と、走行台車に設置された磁気異方性センサの検出信号を入力して該信号に基づいて管内面の応力を解析する解析手段と、を備えたことを特徴とする管内面応力測定装置。
8. 管内を走行する管内走行手段に磁気異方性センサを搭載して管内の所定位置にて磁気異方性センサによって管内面応力を測定する管内面応力測定方法であって、
   管内走行手段を応力測定箇所まで移動させる移動工程と、磁気異方性センサを管内面に沿って管軸回り方向に移動させて管内面の応力を測定する測定工程と、を備えたことを特徴とする管内面応力測定方法。
9. 測定工程の前に管内面の脱磁を行う脱磁工程を備えたことを特徴とする請求項８に記載の管内面応力測定方法。

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