JP2007514140A

JP2007514140A - 熱交換器管のねじれ波検査のための方法及び装置

Info

Publication number: JP2007514140A
Application number: JP2006539503A
Authority: JP
Inventors: クウン，ヘギョン; クレーン，ジェームス・エフ; キム，サン−ヤン
Original assignee: サウスウエスト・リサーチ・インスティチュート
Priority date: 2003-11-13
Filing date: 2004-10-12
Publication date: 2007-05-31
Also published as: KR20060131748A; WO2005052485A2; WO2005052485A3; US7019520B2; BRPI0416498A; CN1898558B; US20050104584A1; CA2545450A1; CN1898558A; EP1700106A2

Abstract

【解決手段】本発明は、従来技術の欠点を克服する管内径内から熱交換器管を検査するための改善した方法及びシステムを提供する。本発明は、従来技術で開示された縦波ノードの代わりに、ねじれ波モードを使用する、案内波プローブのアプローチに適合する。ねじれ波モードは、欠陥を検出するための縦波モードを超える多数の欠点を有する。適切な手段により付勢されたとき、プローブは、ねじれ波信号を発生させられ、該信号は波案内管から熱交換器へと伝達される。熱交換器管壁の欠陥からの反射信号が熱交換器管の検査開放端部に戻らされたとき、反射欠陥信号は、反射信号の増幅、検出及び特徴付けのためプローブ波案内管に伝達される。
【選択図】図１

Description

本発明は、全員がテキサス州サンアントニオ在住のへギョン・クワン、ジェームズ・Ｆ・クレーン及びサン−ヤング・キムによる。本出願は、２００３年１１月１３日に出願された、米国仮特許出願番号６０／４８１，６３６号の利益を請求する。本特許出願の内容は、ここで参照したことにより本願に組み込まれる。

本発明は、概して、長距離範囲に案内される波検査技術を使用した熱交換器管の検査のための方法及びシステムに係り、より詳しくは、管の内径から熱交換器を迅速に検査するためねじれ案内波を使用する方法に関する。

熱交換器は、例えば、精製所、化学プラント及び発電設備等の処理プラントで広範囲に使用されており、典型的には、管シートにより固定位置に支持された多数の熱交換器管を備えている。各熱交換器管は、検査及びメンテナンスの目的のため一方の端部からアクセス可能である。熱交換器管は、第１の温度で第１の液体又はガスを運搬し、第２の温度の第２の液体又はガスにより取り囲まれており、これにより、熱は第１の液体又はガスから第２の液体又はガスまで転移され、又は、その逆方向に転移する。熱交換器の故障及び連係した作動及びメンテナンスコストに起因した設備及びプロセスの強制的な停止を最小にするため、熱交換器管は、定期的に検査される。熱交換器管が近接した状態で束ねられ、それらの外径から、それらの管を検査することを困難にしているので、熱交換器管の検査は、管の内径から実行されている。熱交換器内の多数の熱交換器管及び検査の高いコストの故に、熱交換器管は、少量の管からサンプリングされた検査データに基づいて一般にメンテナンスされている。この現在のメンテナンスの実施は、熱交換器の高い信頼性をもたらしていない。

熱交換器管を検査するための解決法を見出す多数の努力が過去においてなされてきた。これらの努力の多くは、熱交換器管壁内で案内波を誘起し、管壁内の欠陥部分から反射された誘起案内波信号を検出することに頼ってきた。これらの解決法の幾つかは、反射された案内波信号を検出するため管の外径上の固定プローブ位置から管構成の長さ方向の長さを検査する手段を提供した。熱交換器管の外径にアクセスする困難さは、このアプローチを実行不可能にしてきた。しかし、これらの方法は、熱交換器管の内径から案内波が発進され、これを検出することができるならば、熱交換器管の完全さを迅速に探査する解決法が可能となるという認識を提供した。低い効率、低い欠陥検出能力及びモード制御の困難さを始めとした従来技術で開示された様々な解決法の欠点の故に、これらの解決法は、当該技術分野における実用的な熱交換器管検査のために幅広く受け入れられてはこなかった。

熱交換器における全ての熱交換器管を迅速に探査し、引き続く適切な検査及びメンテナンス作業を決定するのに適したデータを提供することにより、信頼性を向上しコストを減少させるための、処理産業における非破壊検査法に対する必要性が存在している。望ましい技術は、熱交換器管の内径から適用することができ、一方の端部から管の全長さを迅速に検査することができ、プローブが配置された領域のみクリーニングするだけで済む、技術である。

本発明は、熱交換器内で全ての熱交換器管の全てを迅速に調査し、引き続く適切な検査及びメンテナンスの作業を決定するのに適したデータを提供することにより、信頼性を向上させコストを減少させるための非破壊検査法を提供する。本発明は、一方の管端部内径から管の全ての全長の検査を提供し、各管上でのプローブ配置領域のみのクリーニングだけで済ませることができる。

開示された発明は、従来技術の欠点を克服する管内径内から熱交換器管を検査するための改善した方法及びシステムを提供する。本発明は、熱交換器管内にねじれ波を送信するため、熱交換器管の内部に連結された波案内手段内で、ねじれ波を発生するべく磁気歪み送信器及び管状波案内手段に依存している。ねじれ波は、熱交換器管の壁内の欠陥及び不規則性部分から反射し、連結された波案内手段に戻り、磁気歪みセンサーにより検出される。本発明は、従来技術で開示された縦波ノードの代わりに、ねじれ波モードを使用する、案内波プローブのアプローチに適合する。ねじれ波モードは、欠陥を検出するための縦波モードを超える多数の利点を有する。ねじれ波モードの使用の利点の中には、波分散の非常な減少、より容易なモード制御、他の波モードからの干渉の減少、液体生成物が無いこと、欠点検出能力の改善がある。発明されたプローブは、波案内管内で、ねじれ波を発生し、検出し、該波案内管は、波案内管と熱交換器管との間で、ねじれ波を連結するため熱交換器管の内径と緊密に接触する。波案内管は、波案内管内部での案内波信号の反響を最小にするため減衰材料を使用する。波案内管の作用波案内先端部近傍の軸スリットは、熱交換器管と波案内管との間で、ねじれ波を連結するための熱交換器管の内壁との緊密な接触を提供する膨張を可能にする。適切な手段により付勢されたとき、プローブは、ねじれ波信号を発生させられ、該信号は波案内管から熱交換器へと連結される。熱交換器管壁の欠陥からの反射信号が熱交換器管の検査開放端部に戻らされたとき、反射欠陥信号は、反射信号の検出のためプローブ波案内管に連結される。

なお、本明細書の要旨の範囲内では、「センサー」という用語は、波案内手段内で、ねじれ波を送受信することができる波案内手段に取り付けられた装置を記載するために使用されている。さらには、送信センサーは、受信装置と分離した別個の装置であってもよい。

本発明の一実施例は、反射ねじれ波を使用して熱交換器管を検査する方法であり、本方法は、熱交換器管の開放端部に、柱状波案内プローブを挿入し、該波案内プローブの連結端部は、少なくとも前記開放端部から熱交換器管シートへの距離だけ隔てた該開放端部からの距離のところに配置され、電子送信パルスを前記波案内プローブに取り付けられた磁気歪みセンサーに印加し、前記磁気歪みセンサーによって、前記波案内プローブ内に、ねじれ波パルスを発生、送信し、前記送信されたねじれ波を、前記熱交換器管の長さに沿って伝播するように前記波案内プローブから前記熱交換器管の内部壁まで連結し、前記熱交換器管の欠陥及び遠い方の端部からの反射ねじれ波信号を前記波案内プローブに連結し、前記反射ねじれ波信号を磁気歪みセンサーにより検出し、前記熱交換器管壁内の前記欠陥の位置及び特性を決定するため、前記検出された信号を電子処理する、各工程を備える。ねじれ波パルスを発生する前記工程及び前記反射ねじれ波信号を検出する前記工程は、一体化された磁気歪みの送信器及び受信器を備える同じ磁気歪みセンサーにより実行されてもよい。ねじれ波パルスを発生する前記工程及び前記反射ねじれ波信号を検出する前記工程は、磁気歪み送信器及び該送信器と分離した磁気歪み受信器を備える別々の磁気歪みセンサーにより各々実行されてもよい。ねじれ波を発生する前記工程は、固定した周波数の電流パルスを、前記柱状波案内プローブに柱状に固着された磁気歪みセンサーの強磁性ストリップを覆って巻かれたコイルに印加する工程を備えていてもよい。前記強磁性ストリップは、ニッケルのストリップと、良好な磁気歪み特性を有する材料のストリップと、からなる群から選択されてもよい。本方法は、前記強磁性ストリップを周囲方向に磁気分極させる工程を更に備えていてもよい。前記波案内管と前記熱交換器管との間で前記ねじれ波を連結させる工程は、膨張可能な装置を使用して前記波案内管の内部から力を印加することにより、前記連結端部と前記熱交換器管の内径との間を緊密に接触させるように前記波案内管の連結端部を膨張させる工程を備えていてもよい。本方法において、電子送信パルスを印加する前記工程は、送信パルスを発生させるため制御プロセッサの出力によりファンクションジェネレータを作動させ、該ファンクションジェネレータの出力部における前記送信パルスを、該送信パルスを増幅するためパワー増幅器の入力部に接続し、該パワー増幅器の出力から前記磁気歪みセンサーに前記増幅した出力パルスを印加する、各工程を備え、前記反射ねじれ波を電子的に処理する工程は、前記磁気歪みセンサーからの信号を前置増幅器において増幅し、該前置増幅器の出力部における前記増幅信号をアナログデジタルコンバータの入力部に接続し、前記アナログデジタルコンバータの出力部を前記制御プロセッサの入力部に接続する、各工程を備え、前記アナログデジタルコンバータの出力からの信号特性と、前記電子送信パルスを印加する工程及び前記アナログデジタルコンバータ出力から信号特性を検出する工程との間の時間差と、を使用して前記制御プロセッサにより前記熱交換器管壁における欠陥の位置及び特性を決定する工程を更に備えていてもよい。

本発明の別の実施例は、反射ねじれ波を使用して熱交換器管を検査するシステムであり、本システムは、熱交換器管の開放端部に挿入された柱状波案内プローブであって、該波案内プローブの連結端部は、少なくとも前記開放端部から熱交換器管シートへの距離だけ隔てた該開放端部からの距離のところに配置された、前記柱状波案内プローブと、電子送信パルスを前記波案内プローブに取り付けられた磁気歪みセンサーに印加するための手段と、前記磁気歪みセンサーによって、前記波案内プローブ内に、ねじれ波パルスを発生、送信するための手段と、前記送信されたねじれ波を、前記熱交換器管の長さに沿って伝播するように前記波案内プローブから前記熱交換器管の内部壁まで連結するための手段と、前記熱交換器管の欠陥及び遠い方の端部からの反射ねじれ波信号を前記波案内プローブに連結するための手段と、前記反射ねじれ波信号を磁気歪みセンサーにより検出するための手段と、前記熱交換器管壁内の前記欠陥の位置及び特性を決定するため、前記検出された信号を電子処理するための手段と、を備える。電子送信パルスを印加するための手段は、出力パルスを生成するようにファンクションジェネレータを作動させるための手段と、電子送信パルスを提供するため前記出力パルスを増幅するパワー増幅器と、を備え、前記電子送信パルスは、前記磁気歪みセンサーに接続される。ねじれ波パルスを発生するための前記手段及び前記反射ねじれ波信号を検出するための前記手段は、一体化された磁気歪みの送信器及び受信器を備える同じ磁気歪みセンサーにより実現されてもよい。ねじれ波パルスを発生するための前記手段及び前記反射ねじれ波信号を検出するための前記手段は、磁気歪み送信器及び該送信器と分離した磁気歪み受信器を各々備える別々の磁気歪みセンサーにより各々実現されてもよい。ねじれ波を発生する前記手段は、固定した周波数の電流パルスを前記柱状波案内プローブに柱状に固着された磁気歪みセンサーの強磁性ストリップを覆って巻かれたコイルに印加するための手段を備えていてもよい。前記強磁性ストリップは、ニッケルのストリップと、良好な磁気歪み特性を有する材料のストリップと、からなる群から選択されてもよい。本システムは、前記強磁性ストリップを周囲方向に磁気分極させるための手段を更に備えていてもよい。前記波案内管と前記熱交換器管との間で前記ねじれ波を連結するための手段は、膨張可能な装置を使用して前記波案内管の内部から力を印加することにより、前記連結端部と前記熱交換器管の内径との間を緊密に接触させるように前記波案内管の連結端部を膨張させる手段を備えていてもよい。前記波案内管と前記熱交換器管との間で前記ねじれ波を連結するための手段は、前記波案内プローブの連結端部で膨張コレットを作動させるために再配置された引っ張り棒機構であって、作動された前記膨張コレットは、前記熱交換器管の内壁との堅固な機械的な接触を形成するため前記波案内プローブの連結端部を膨張させる、前記引っ張り棒機構と、を備えていてもよく、これによって、前記発生した送信ねじれ波は、前記磁気歪みセンサーから前記波案内プローブの連結端部まで伝播し、該伝播したねじれ波は前記波案内プローブの連結端部から前記熱交換器管の内壁に連結される。本システムにおいて、反射ねじれ波信号を連結するための前記手段は、前記反射ねじれ波信号が前記熱交換器管の内壁から前記波案内プローブの連結端部まで連結され、前記反射ねじれ波信号は前記波案内プローブの連結端部から前記磁気歪みセンサーまで伝播する、各工程を備えていてもよい。本システムにおいて、電子送信パルスを印加するための前記手段は、送信パルスを発生させるため制御プロセッサの出力により作動されるファンクションジェネレータを備え、該ファンクションジェネレータの出力部における前記送信パルスが、該送信パルスを増幅するためパワー増幅器の入力部に接続され、該パワー増幅器の出力からの前記増幅した出力パルスは前記磁気歪みセンサーに印加され、前記反射ねじれ波を電子的に処理するための手段は、前記磁気歪みセンサーからの信号が前置増幅器において増幅され、該前置増幅器の出力部における前記増幅信号がアナログデジタルコンバータの入力部に接続され、前記アナログデジタルコンバータの出力部が前記制御プロセッサの入力部に接続される、各手段を備えていてもよく、更に、本システムは、前記アナログデジタルコンバータの出力からの信号特性と、前記電子送信パルスを印加する工程及び前記アナログデジタルコンバータ出力から信号特性を検出する工程の間の時間差と、を使用して前記制御プロセッサにより前記熱交換器管壁における欠陥の位置及び特性が決定される工程を備えていてもよい。

本発明の更に別の実施例は、反射ねじれ波を使用して熱交換器管を検査する方法であり、本方法は、ねじれ波パルスを発生させ、送信し、該ねじれ波パルスを前記熱交換器管の長さに沿って伝播するため熱交換器管の内壁に連結し、前記熱交換器管の欠陥及び遠い方の端部からの反射ねじれ波信号を前記波案内プローブに連結し、該反射ねじれ波信号を検出し、前記熱交換器管壁内の前記欠陥の位置及び特性を決定するため、前記送信され検出されたねじれ波を電子処理する、各工程を備える。

本発明の上記及び他の特徴、態様及び利点は、次の説明、添付された請求の範囲、並びに、添付図面を参照して、より良く理解されるようになる。

図１を参照すると、図１は、本発明を実施するためのシステム１００の機能ブロック図を示している。制御プロセッサ１１０は、パワー増幅器１５０により増幅された固定周波数の電流パルスを発信するためファンクションジェネレータ１３０を指令する。増幅された電流パルス１５５は、プローブ１６０に配置された磁気歪みセンサー１６５に送られる。増幅された電流パルス１５５は、磁気歪みセンサー１６５に、ねじれ波パルスを発生させ、熱交換器管に連結されたプローブ波案内管に該ねじれ波パルスを送らせる。ねじれ波が熱交換器管の壁の欠陥に遭遇したとき、反射されたねじれ波信号は、熱交換器管に連結された波案内管に戻らせる。反射された信号は、磁気歪みセンサー１６５内に電圧信号を生成し、該電圧信号は、前置増幅器１４０により増幅される。次に、増幅された信号は、アナログデジタルコンバータ１２０を使用してデジタル信号に変換され、該デジタル信号は分析及び解釈のため制御プロセッサ１１０に送られる。

図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、図２Ａは、送信されたねじれモード案内波信号２３０及び熱交換器管の端部から反射されたねじれモード案内波信号２４０の典型的な表現２００を示している。信号２３０、２４０は、磁気歪みセンサー１６５により測定されるとき、振幅２１０及び距離２２０で表現される。図２に示されるように、入射波２３０は、熱交換器管に送信され、所定時間後に、磁気歪みセンサー１６５によって、入射信号２３０の送信並びに反射された欠陥信号２４０の受信との間の往復移動軌跡により決定される。磁気歪みセンサー１６５は、図１に示されるように、適切なプローブ上に配置されている。図２Ｂは、送信されたパルス２３０と、熱交換器管の反対側の端部からの戻りパルスとを更に示している。上トレース２７０において、ノッチ２５０及び腐食２６０からの反射が示されている。下トレース２８０では、熱交換器管は、反対側端部からテストされ、腐食２６０及びノッチ２５０を示している。

図３を参照すると、図３は、様々に異なる直径の管における、縦モード波及びねじれモード波のための分散曲線３００を示している。この図３は、欠陥検査に関して、縦波の使用を超えるねじれ波の使用の利点を示している。図３は、様々な縦波及びねじれ波の群速度３１０が、異なるサイズの管の周波数３２０に関して如何に変化するかを表している。１．２７ｃｍ（１／２インチ）外径の管３５０、１．９０ｃｍ（３／４インチ）外径の管３４０、２．５４ｃｍ（１インチ）外径の管３３０に関する、縦波モードＬ（０，１）の速度は、図示された周波数範囲に亘って、毎秒約ゼロｋｍから毎秒約５ｋｍを超える速度まで変化する。１．２７ｃｍ（１／２インチ）外径の管３８０、１．９０ｃｍ（３／４インチ）外径の管３７０、２．５４ｃｍ（１インチ）外径の管３６０に関する、縦波モードＬ（０，１）の速度も、毎秒約ゼロｋｍから毎秒約５ｋｍを超える速度まで変化する。縦波速度における幅広い変化に比較して、３つの管サイズ３９０に関するねじれ波モードＴ（０，１）は、周波数３２０から独立した群速度３１０の変化を示していない。

図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、図４Ａは、チューブシート４２０により配置された多数の熱交換器管４１０の補と通路に挿入された、ねじれモード案内波プローブ４００の実施例を示している。プローブ４００は、１９９９年４月６日の特許日を有する米国特許番号５，８９２，１６２号に開示されたプローブに類似しており、その内容はここで参照したことで本願に組み込まれる。本特許は、内径から管及びパイプの検査のための案内波プローブを開示しており、熱交換器管の外側の領域からプローブの波案内手段で発生した縦案内波に依存している。前述した特許発明とは対照的に、本発明は、欠陥検出のため、縦波信号よりもねじれ波信号に依拠している。ねじれ波信号は、縦波信号より遙かに分散が少なく、上述したように、管サイズ及び波周波数から独立した速度を有するからである。ねじれモード信号は、縦モード信号よりも、制御するのがより容易であり、より良好な欠陥検出能力を持っている。この特許発明で使用されるセンサーは、本発明で使用されるセンサーとは異なっている。本発明では、センサー４５０により発生された波は、プローブ波案内手段４６０に沿って伝搬し、膨張するコレット４７０によりプローブ波案内作用先端領域で管４１０の内側壁に機械的に連結される。プローブの波案内手段４６０の連結領域は、コレット４７０の近傍でその長さに沿って分割され、それにより、締め付けされたとき、コレット４７０は、波案内手段４６０と管４１０との間で信号を連結するため管内側壁に近接するように分割端部を膨張させる。本発明は、コレットナット４３０が、膨張するコレット４７０に回転可能に接続されるコレット引っ張り棒４３５のねじ切り端部上でねじ締めされたときプローブ４００の作動先端領域を膨張するためのコレット４７０の使用を開示している。プローブ４００は、波案内管４６０における案内波信号の反響を最小にするため波案内管４６０に位置した減衰材料４４０を更に備えている。

図４Ａによれば、本発明は、１９９６年１２月３日の特許登録日を有する米国特許番号５，５８１，０３７号に開示された磁気歪みセンサーに類似した磁気歪みセンサーアプローチに依拠した、ねじれモード信号を送信し検出するためのセンサー４５０を使用する。該特許は、ここで参照したことで本願に組み込まれる。本特許は、第一鉄管に適用可能である、内径から管を検査するための磁気歪みセンサーを開示し、管壁に直接発生する縦波を使用している。本発明の磁気歪みセンサー４５０は、２００２年５月２８日の特許登録日を有する米国特許番号６，３９６，２６２号に開示された磁気歪みセンサーに類似した薄い強磁性体のストリップを利用し、プローブの波案内手段４６０において、ねじれモード信号を発生し、検出するものである。本特許は、ここで参照したことにより本願に組み込まれる。

図４Ａに示されるように、熱交換器管４１０の検査を実施するため、プローブ４００は、プローブ４００の連結領域４７０が管シート４２０にあるか又は管シートを超えるように、熱交換器管４１０の開放端部内に挿入される。プローブ４００は、引っ張り棒機構４３２を再位置決めしてコレットナット４３０を締め付けることによって、熱交換器管４１０の内側表面に連結されている。磁気歪みセンサー４５０が動作され、ねじれ波は、プローブ４００の先端部４７０から熱交換器管４１０に連結されている。管欠陥部分からの反射信号は、センサー４５０に戻らされ、図１に示された連係した手段によって取得される。電気コネクター４４２が、センサー信号を連係手段に接続するためプローブ４００のバレル４４２上に示されている。

図４Ｂは、本発明の別の実施例４９０を示している。熱交換器管４１０の検査を実施するため、プローブ４９０は、プローブ４００の連結領域４７４が管シート４２０のところか又は該シートを超えるように、熱交換器管４１０の開放端部内に挿入される。プローブ４００は、ハンドル４３４が枢動点４３５の回りを枢動して、ハンドル４３４に接続された接続ロッド４３７に接続された、引っ張り棒機構４３８を再配置させるように、ハンドル４３４を引っ張ることにより熱交換器管４１０の内側表面に連結される。引っ張り棒機構４３８の再配置作用は、プローブ４７４の連結領域を、熱交換器管４１０の内側壁に対して固定させる。磁気歪みセンサー４５０は、作動され、ねじれ波が、プローブ４００の先端部４７４から熱交換器管４１０に連結される。管欠陥からの反射信号は、センサー４５０に戻らされ、図１に示される連係手段により取得される。電気コネクター４４２は、センサー信号を連係手段に接続するためプローブ４００のバレル４４０上に示されている。

図５を参照すると、図５は、ねじれモード案内波プローブ４００の実施例のセンサー構成５００を拡大して示している。図５は、図４に示されたプローブ４００の一部分を表している。プローブ４００は、管シート４２０により適所に固定された多数の熱交換器管４１０の一つに配置されている。センサー４５０は、センサーコイル４５２と、例えばニッケルや適切な磁気歪み特性を備えた他の材料等の柱状強磁性ストリップ４５４と、を備え、該ストリップは、本発明に係るねじれ波信号の発生及び検出に必要となる磁気歪み特性を提供するための波案内管４６０の外側壁に確実に付着されている。センサーコイル４５２により発生された時間変動磁場は、磁気歪み効果を介して柱状強磁性ストリップ４５４においてねじれ波を発生する。柱状強磁性ストリップ４５４及びセンサーコイル４５２は、逆磁気歪み効果を介して管欠陥から、反射した波を検出するためにも使用される。減衰材料４４０は、波案内管４６０において案内波信号の反響を最小にするため、波案内管４６０上に配置された状態で示されている。

ねじれモード信号の発生及び検出のため、ＤＣバイアス磁場は、周囲方向に要求されている。周囲方向におけるバイアス磁化は、波案内管４６０にストリップ４５４を周囲方向に取り付けるか又は包む前に、その長さに沿って強磁性ストリップ４５４内に残留磁化を誘起することによって達成することができる。強磁性ストリップ４５４内に周囲のバイアス磁場を形成するための別の方法は、ストリップを波案内管に取り付けた後、案内波プローブ間４６０の長さ方向軸に沿ってＤＣ電気を通過させることである。電流の流れは、波案内管４６０の長さ方向軸の方向に向いている。

図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、図６Ａは、ねじれモード案内波プローブ４００の一実施例に係る拡大波案内作用先端構成６００を示している。波案内管４６０の先端部は、波案内管４６０の作用先端部の近傍の領域に管周囲の回りに配置された軸スリットを備えている。波案内管４６０に発生した、ねじれ波は、コレット引っ張り棒機構４３５を使用して熱交換器管４１０に機械的に連結される。図６Ａは、ユーザーが引っ張り棒４３５を再配置するように引っ張り棒ナット４３０を締め付ける際に引っ張り棒４３５によりノーズ部品４７５がコレット４７０内に押し入れられるとき、コレット４７０が如何に膨張して熱交換器管４１０の内部に波案内管先端４６０を機械的に連結するかを示している。

同様に、図６Ｂは、ねじれ案内波プローブの拡大された波案内作用先端構成６５０の別の実施例を示している。波案内管４６０の先端部は、波案内管４６０の作用先端部の近傍の領域に管周囲の回りに配置された軸スリットを備えている。波案内管４６０に発生した、ねじれ波は、引っ張り棒機構４７４を使用して、熱交換器管４１０に機械的に連結されている。図６Ｂは、ユーザーが引っ張り棒４７４を再配置するように引っ張り棒ナット４３０を締め付ける際にノーズ部品４７６が波案内管先端部４６０の先端部内に押し入れられるとき、コレット４７０が如何に膨張して波案内管先端４６０を熱交換器管４１０の内部に機械的に連結するかを示している。

図７を参照すると、図７は、ねじれモード案内波信号を発生し検出するための磁気歪みセンサーの詳細な構成を示している。図７Ａ及び図７Ｂは、磁気歪みセンサー（図４及び図５に示される４５０）のより詳細な図を示している。図７Ａ及び図７Ｂは、波案内管７６０に固着された柱状強磁性ストリップ７５４を示している。センサーコイル７５２は、バイアス残留磁化を備える柱状強磁性ストリップ７５４に亘って巻かれている。強磁性ストリップ７５４は、典型的に、１インチ（２．５４ｃｍ）幅であり、波案内管７６０の回りに巻かれている。強磁性ストリップ７５４の幅は、案内波の周波数に従って、調整することができ、高い周波数ではより狭く、低い周波数ではより幅広くすることができる。強磁性ストリップ７５４は、例えば、ニッケル、方向性珪素鋼鉄、又は、残留磁気を保持する能力と共に高い磁気歪み係数を有する他の磁気歪み材料等の良好な磁気歪み特性を持つ任意材料から作られてもよい。適切に付勢された磁場を強磁性ストリップ７５４に印加し、柱状強磁性ストリップ７５４が波案内管の回りを覆うとき誘導磁場の方向が周囲方向になるように付勢磁場を除去することによって、残留磁場は、強磁性ストリップ７５４内で誘起される。柱状強磁性ストリップ７５４を波案内管７６０に固着した後、磁気歪みセンサーコイル７５２は、柱状強磁性ストリップ７５４の回りに配置される。ねじれモード波を発生させるため、ＤＣバイアス磁場は、上記したように、波案内管７６０の回りで周囲方向になければならない。これとは対照的に、縦モード波を発生させるためには、ＤＣバイアス磁場は、波案内管７６０の縦方向即ち長さ方向になければならない。

柱状強磁性ストリップ７５４内で周囲方向のバイアス磁場を形成する別の方法が図７Ｃに示されている。図７Ｃに示されるように、ＤＣ電流は、導電性波案内管７６０の回りで導電性リング７８２、７８４の間を流される。この電流は、周囲方向の磁場を柱状強磁性ストリップ７５４内で誘起させる。波案内管７６０が導電性ではない場合、同じ結果を達成するため、重いゲージ銅ワイヤを波案内管を通して挿入し、該銅ワイヤにＤＣ電流を印加してもよい。

本発明が幾つかの好ましい実施例を参照して詳細に説明されたが、本発明の精神及び範囲から逸脱すること無く、これらの実施例への変更及び改造が、当業者には想到できることは明らかである。

図１は、本発明を実施するためのシステムの機能ブロック図を示す。図２は、送信されたねじれモード案内波信号と、熱交換器管の壁の欠陥部分から反射したねじれモード案内波信号との典型的な表現を示す。図３は、様々に異なる直径管における縦モード波及びねじれモード波に関する分散曲線を示す。図４は、ねじれモード案内波プローブの実施例を示す。図５は、ねじれモード案内波プローブの実施例の拡大されたセンサー構成を示す。図６は、ねじれモード案内波プローブの実施例としての拡大された波案内先端構成を示す。図７は、ねじれモード案内波信号を発生し検出するための磁気歪みセンサーの詳細を示す。

Claims

反射ねじれ波を使用して熱交換器管を検査する方法であって、
熱交換器管の開放端部に、柱状波案内プローブを挿入し、該波案内プローブの連結端部は、少なくとも前記開放端部から熱交換器管シートへの距離だけ隔てた該開放端部からの距離のところに配置され、
電子送信パルスを前記波案内プローブに取り付けられた磁気歪みセンサーに印加し、
前記磁気歪みセンサーによって、前記波案内プローブ内に、ねじれ波パルスを発生、送信し、
前記送信されたねじれ波を、前記熱交換器管の長さに沿って伝播するように前記波案内プローブから前記熱交換器管の内部壁まで連結し、
前記熱交換器管の欠陥及び遠い方の端部からの反射ねじれ波信号を前記波案内プローブに連結し、
前記反射ねじれ波信号を磁気歪みセンサーにより検出し、
前記熱交換器管壁内の前記欠陥の位置及び特性を決定するため、前記検出された信号を電子処理する、各工程を備える、方法。
ねじれ波パルスを発生する前記工程及び前記反射ねじれ波信号を検出する前記工程は、一体化された磁気歪みの送信器及び受信器を備える同じ磁気歪みセンサーにより実行される、請求項１に記載の方法。
ねじれ波パルスを発生する前記工程及び前記反射ねじれ波信号を検出する前記工程は、磁気歪み送信器及び該送信器と分離した磁気歪み受信器を備える別々の磁気歪みセンサーにより各々実行される、請求項１に記載の方法。
ねじれ波を発生する前記工程は、固定した周波数の電流パルスを前記柱状波案内プローブに柱状に固着された磁気歪みセンサーの強磁性ストリップを覆って巻かれたコイルに印加する工程を備える、請求項１に記載の方法。
前記強磁性ストリップは、ニッケルのストリップと、良好な磁気歪み特性を有する材料のストリップと、からなる群から選択される、請求項４に記載の方法。
前記強磁性ストリップを周囲方向に磁気分極させる工程を更に備える、請求項４に記載の方法。
前記波案内管と前記熱交換器管との間で前記ねじれ波を連結させる工程は、膨張可能な装置を使用して前記波案内管の内部から力を印加することにより、前記連結端部と前記熱交換器管の内径との間を緊密に接触させるように前記波案内管の連結端部を膨張させる工程を備える、請求項１に記載の方法。
電子送信パルスを印加する前記工程は、送信パルスを発生させるため制御プロセッサの出力によりファンクションジェネレータを作動させ、該ファンクションジェネレータの出力部における前記送信パルスを、該送信パルスを増幅するためパワー増幅器の入力部に接続し、該パワー増幅器の出力から前記磁気歪みセンサーに前記増幅した出力パルスを印加する、各工程を備え、
前記反射ねじれ波を電子的に処理する工程は、前記磁気歪みセンサーからの信号を前置増幅器において増幅し、該前置増幅器の出力部における前記増幅信号をアナログデジタルコンバータの入力部に接続し、前記アナログデジタルコンバータの出力部を前記制御プロセッサの入力部に接続する、各工程を備え、
前記アナログデジタルコンバータの出力からの信号特性と、前記電子送信パルスを印加する工程及び前記アナログデジタルコンバータ出力から信号特性を検出する工程との間の時間差と、を使用して前記制御プロセッサにより前記熱交換器管壁における欠陥の位置及び特性を決定する工程を更に備える、請求項１に記載の方法。
反射ねじれ波を使用して熱交換器管を検査するシステムであって、
熱交換器管の開放端部に挿入された柱状波案内プローブであって、該波案内プローブの連結端部は、少なくとも前記開放端部から熱交換器管シートへの距離だけ隔てた該開放端部からの距離のところに配置された、前記柱状波案内プローブと、
電子送信パルスを前記波案内プローブに取り付けられた磁気歪みセンサーに印加するための手段と、
前記磁気歪みセンサーによって、前記波案内プローブ内に、ねじれ波パルスを発生、送信するための手段と、
前記送信されたねじれ波を、前記熱交換器管の長さに沿って伝播するように前記波案内プローブから前記熱交換器管の内部壁まで連結するための手段と、
前記熱交換器管の欠陥及び遠い方の端部からの反射ねじれ波信号を前記波案内プローブに連結するための手段と、
前記反射ねじれ波信号を磁気歪みセンサーにより検出するための手段と、
前記熱交換器管壁内の前記欠陥の位置及び特性を決定するため、前記検出された信号を電子処理するための手段と、
を備える、システム。
電子送信パルスを印加するための手段は、
出力パルスを生成するようにファンクションジェネレータを作動させるための手段と、
電子送信パルスを提供するため前記出力パルスを増幅するパワー増幅器と、
を備え、前記電子送信パルスは、前記磁気歪みセンサーに接続される、請求項９に記載のシステム。
ねじれ波パルスを発生するための前記手段及び前記反射ねじれ波信号を検出するための前記手段は、一体化された磁気歪みの送信器及び受信器を備える同じ磁気歪みセンサーにより実現される、請求項９に記載のシステム。
ねじれ波パルスを発生するための前記手段及び前記反射ねじれ波信号を検出するための前記手段は、磁気歪み送信器及び該送信器と分離した磁気歪み受信器を備える別々の磁気歪みセンサーにより各々実現される、請求項９に記載のシステム。
ねじれ波を発生する前記手段は、固定した周波数の電流パルスを前記柱状波案内プローブに柱状に固着された磁気歪みセンサーの強磁性ストリップを覆って巻かれたコイルに印加するための手段を備える、請求項９に記載のシステム。
前記強磁性ストリップは、ニッケルのストリップと、良好な磁気歪み特性を有する材料のストリップと、からなる群から選択される、請求項１３に記載のシステム。
前記強磁性ストリップを周囲方向に磁気分極させるための手段を更に備える、請求項１３に記載のシステム。
前記波案内管と前記熱交換器管との間で前記ねじれ波を連結するための手段は、膨張可能な装置を使用して前記波案内管の内部から力を印加することにより、前記連結端部と前記熱交換器管の内径との間を緊密に接触させるように前記波案内管の連結端部を膨張させる手段を備える、請求項９に記載のシステム。
前記波案内管と前記熱交換器管との間で前記ねじれ波を連結するための手段は、
前記波案内プローブの連結端部で膨張コレットを作動させるために再配置された引っ張り棒機構であって、作動された前記膨張コレットは、前記熱交換器管の内壁との堅固な機械的な接触を形成するため前記波案内プローブの連結端部を膨張させる、前記引っ張り棒機構と、
を備え、
前記発生した送信ねじれ波は、前記磁気歪みセンサーから前記波案内プローブの連結端部まで伝播し、該伝播したねじれ波は前記波案内プローブの連結端部から前記熱交換器管の内壁に連結される、請求項９に記載のシステム。
反射ねじれ波信号を連結するための前記手段は、
前記反射ねじれ波信号が前記熱交換器管の内壁から前記波案内プローブの連結端部まで連結され、
前記反射ねじれ波信号は前記波案内プローブの連結端部から前記磁気歪みセンサーまで伝播する、各工程を備える、請求項１７に記載のシステム。
電子送信パルスを印加するための前記手段は、送信パルスを発生させるため制御プロセッサの出力により作動されるファンクションジェネレータを備え、該ファンクションジェネレータの出力部における前記送信パルスが、該送信パルスを増幅するためパワー増幅器の入力部に接続され、該パワー増幅器の出力からの前記増幅した出力パルスは前記磁気歪みセンサーに印加され、
前記反射ねじれ波を電子的に処理するための手段は、前記磁気歪みセンサーからの信号が前置増幅器において増幅され、該前置増幅器の出力部における前記増幅信号がアナログデジタルコンバータの入力部に接続され、前記アナログデジタルコンバータの出力部が前記制御プロセッサの入力部に接続される、各手段を備え、
前記アナログデジタルコンバータの出力からの信号特性と、前記電子送信パルスを印加する工程及び前記アナログデジタルコンバータ出力から信号特性を検出する工程の間の時間差と、を使用して前記制御プロセッサにより前記熱交換器管壁における欠陥の位置及び特性が決定される、請求項９に記載のシステム。
反射ねじれ波を使用して熱交換器管を検査する方法であって、
ねじれ波パルスを発生させ、送信し、該ねじれ波パルスを前記熱交換器管の長さに沿って伝播するため熱交換器管の内壁に連結し、
前記熱交換器管の欠陥及び遠い方の端部からの反射ねじれ波信号を前記波案内プローブに連結し、該反射ねじれ波信号を検出し、
前記熱交換器管壁内の前記欠陥の位置及び特性を決定するため、前記送信され検出されたねじれ波を電子処理する、各工程を備える、方法。