JP2012525588A - 非破壊式パイプ・スキャナー - Google Patents

Abstract

センサーが取り付けられているメイン・キャリッジ、テンショナー・キャリッジおよびアイドラー・キャリッジを使用する非破壊式試験用パイプ・スキャナー。メイン・キャリッジとテンショナー・キャリッジとはパイプの周りに互に間隔を保って配置され、それぞれの両端がスプリング・バンドを介して接続されている。メイン・キャリッジとテンショナー・キャリッジとの間ではアイドラー・キャリッジがスプリング・バンドによって摺動自在に支持されている。メイン・キャリッジの取り付けられたセンサーは、メイン・キャリッジがパイプ周面に沿ってテンショナー・キャリッジおよびアイドラー・キャリッジを駆動するのに伴ってパイプ周面の溶接部に関するデータを収集する。テンショナー・キャリッジはスプリング・バンドに加わるテンションを調節してメイン・キャリッジ、アイドラー・キャリッジおよびテンショナー・キャリッジをパイプ表面と接触させる可変長連結部を有する。

Description

本発明は非破壊式パイプ・スキャナーに係わり、特に窮屈な間隙内で動作できるように設計されたパイプ・スキャナーに係わる。

パイプ、特にパイプの溶接部の非破壊式検査には多くの用途があり、特に重要な用途は化石燃料発電施設や原子力発電所におけるパイプ溶接部の検査である。発電所では、多くの場合、パイプが互に近接してコンクリート構造を貫通するように配管されており、溶接部の欠陥を検出するべく周面を３６０°に亘って継目検査するための作業空間は殆どない。パイプの多くは軸方向の一端からブラインド・オープニングに進入することによってアクセスするしかなく、間隙が僅か１．３５インチ（３．４ｃｍ）では周面へのアクセスにも限界がある。さらに、パイプの多くは直径が６．６３インチ（１６．８ｃｍ）から２４インチ（６１ｃｍ）以上まで様々で、このようなパイプの溶接部を有効にモニターできるスキャナーを見つけるのは困難である。従って、アクセスが極めて困難な領域へフェイズドアレー型超音波探査子のようなセンサーを導入できる極めて特殊なスキャナーの実現が強く求められている。

そこで、僅か１．３５インチ（３．４ｃｍ）の間隔で配管されている、直径が６．６３インチ（１６．８ｃｍ）乃至２４インチ（６１ｃｍ）の配管の円周方向溶接部を検査できるスキャナーを提供することが本発明の目的である。

さらに、パイプの周面３６０°に亘ってパイプ溶接部を検査できるスキャナー・システムを提供することも本発明の目的である。

さらにまた、設置および取外しが比較的容易なこのようなスキャナー・システムを提供することも本発明の目的である。

本発明は鉄系または非鉄系管状被検体の外周を非破壊式に走査するスキャナー・システムを提供することによって上記目的を達成する。このスキャナー・システムは両端にホイールを有し、ホイール間にあって非破壊式センサーを支持するフレームをも有するメイン・キャリッジを含む。システムはまた、両端にホイールを有し、ホイール間に可変長連結部を設けたフレームをも有するテンショナー・キャリッジを含む。さらに、システムは両端にホイールを有し、ホイール間に延設されたフレームをも有する１つまたは２つ以上のアイドラー・キャリッジをも含む。スプリング・バンドはメイン・キャリッジの一端から管状被検体の周面に沿って延び、アイドラー・キャリッジの上を通過して、好ましくはメイン・キャリッジとほぼ直径方向に対向する位置にあるテンショナー・キャリッジの一端に達している。同様に、メイン・キャリッジの他端からアイドラー・キャリッジの上を通過してテンショナー・キャリッジの他端まで、スプリング・バンドが管状被検体の周面の他の側に沿って延びている。テンショナー・キャリッジの可変長連結部を調節することによってスプリング・バンドにテンションを加え、これによってメイン・キャリッジ、テンショナー・キャリッジおよびアイドラー・キャリッジを管状被検体の外周に接触させる。次いでメイン・キャリッジを管状被検体の外周に沿って駆動すると、オン・ボード非破壊式センサーが周面３６０°に亘って溶接部を走査する。

メイン・キャリッジのフレームに、管状被検体の長手方向に沿ってセンサーを軸方向に割出操作する調節自在なフレーム部材を有することが望ましい。

１つの実施例では、メイン・キャリッジのホイールの少なくとも１つが駆動ホイールであり、且つ磁性を帯びていることによって管状被検体への吸着を可能にする。駆動ホイールはモーター駆動することができ、且つ遠隔操作することができる。

他の実施例では、テンショナー・キャリッジの可変長連結部が前後ホイール間にフレームを形成する鋏形機構である。好ましくは反転不能な単一ネジを回すことによって鋏形機構を開閉することが望ましい。

さらに他の実施例では、メイン・キャリッジのフレームが前後ホイール間で弧状を呈する。テンショナー・キャリッジとアイドラー・キャリッジのフレームが同じ弧状を呈することが好ましい。

好ましい実施態様を例に取り、添付の図面を参照して本発明の詳細を以下に説明する。

図１は１対の同心パイプ間の狭い間隙に本発明の走査システムを取り付けるとともに口径が大きい方のパイプの外周に第２のシステムを取り付けた１対の同心パイプの正面図である。 図２は本発明のメイン・キャリッジの平面図である。 図３は図２に示したメイン・キャリッジの側面図である。 図４は図３の線４−４に沿った断面図である。 図５は図２の線５−５に沿った断面図である。 図６は本発明のテンショナー・キャリッジの斜視図である。 図７は図６に示したテンショナー・キャリッジの平面図である。 図８は図６に示したテンショナー・キャリッジの側面図である。 図９は図６に示したテンショナー・キャリッジを、可変長連結部をほぼ一杯に拡張させた状態で示す平面図である。 図１０は図６に示したテンショナー・キャリッジを、可変長連結部をほぼ完全に引っ込めた状態で示す平面図である。 図１１は本発明のアイドラー（遊び）キャリッジの平面図である。 図１２に示したアイドラー・キャリッジの側面図である。

図１は発電所配管システムのモックアップであり、１対の同心パイプ１２、１４間の狭い間隙２６に本発明のキャリッジ１６、１８および２０が取り付けられている。キャリッジ１６、１８および２０はアイドラー・キャリッジ１８に跨るようにしてメイン・キャリッジ１６とテンション・キャリッジ２０の間に延設されたスプリング・バンド２２によって内側パイプ１４の外周に圧接されている。外側パイプ１２の外周も同様のスキャナー・システムを有し、例えば、本発明のスキャナー・システムを利用することによって、殆どあらゆるサイズのパイプにおける、好ましくは６．６３インチ(１６．８ｃｍ）乃至２４インチ（６１ｃｍ）またはそれ以上の外径を有するパイプにおける周方向の溶接部を検査することができる。メイン・キャリッジ１６はセンサーを支持するフラット・ベアリング・ウエイ５０を含む。この実施態様の場合、センサー２４はメイン・キャリッジ１６の側面から突出しており、メイン・キャリッジ１６がパイプまたはその他の管状体の外周を周回して溶接部上を通過するごとに超音波フェイズドアレーのようなトランスジューサーを溶接部に焦点合わせすることができる。メイン・キャリッジ１６はまたスプリング・バンド２２を介してアイドラー・キャリッジ１８およびテンショナー・キャリッジ２０を駆動する。

メイン・キャリッジ１６の詳細を図２−５に示す。図２はメイン・キャリッジ１６の平面図であり、図３は図２に示したメイン・キャリッジの側面図である。図３から明らかなように、メイン・キャリッジは（破線で示す）車軸３２および４０を支持する弧状のフレーム２６を有し、車軸を中心に、横方向に間隔を保つホイール２８、３０と３６，３８が回転する。車軸は車軸ナット３４によって固定されている。前後フレーム延長部４２、４２はホイール３６、３８と２８、３０との間に画定される中央フレームから外方へ延出している。フレーム延長部４２、４２のホイール３６、３８は対応のスプリング・バンドの端部を固定するための２つのネジをそれぞれ有する。前方車軸４０はホイール３６、３８を駆動し、欠陥場所を識別できるようにセンサー２４によって受信されたデータに対応する位置をインデックスするモーター/エンコーダーを有する。センサー２４は、溶接部を調査できるものであれば、超音波フェイズドアレー、渦電流探査子、ビデオカメラなどのような非破壊式センサーであればよい。好ましくは、ホイール３６、３８を磁化することによってパイプ面への吸着効果を高める。センサー２４は送りネジ５２とフラット・ベアリング・ウエイ５０によって支持される。送りネジ５２は手動で操作してもよく電動操作してもよく、センサー位置を指示するエンコーダーを含むことができる。図２では、モーター/エンコーダーを参照符号１０２で示してある。図２の線５−５に沿った断面図である図５から明らかなように、パイプ表面の異常に対応し、良好な信号結合を確保するため、パイプ表面に向かってセンサー２４をスプリング５４で偏倚させる。

テンショナー・キャリッジの詳細を図６-１０に示す。図６はテンショナー・キャリッジ２０の斜視図である。図６−１０から明らかなように、テンショナー・キャリッジ２０は前方フレーム部分５６と、可変長連結部６０と連結されている後方フレーム部分５８を有する。可変長連結部として図６には鋏型連結構造を示してあるが、前方フレーム部分５６と後方フレーム部分５８との間の間隔を調整自在に変化させることができるなら、他のタイプの連結手段を採用することもできる。前方フレーム部分５６と後方フレーム部分５８との間の距離は逆駆動不能な単一ネジ６２、即ち、一端調整したら、運転中その位置を保持するネジで調整される。前方フレーム部分５６は隔離手段６８を介してボルト７０で両フレーム部分５６、５８に連結されるフレーム・タイ・プレート６４によって後方フレーム部分５８と横並びに支持される。スプリング・バンドはテンショナー・キャリッジの前方ではアタッチメント・プレート８６に、テンショナー・キャリッジの後方ではアタッチメント・プレート８４に、それぞれネジ８０で連結されている。なお、スプリング・バンドを貫通してクレビス・スロット８２にクレビス・ピンを挿入することによってスプリング・バンドを後方アタッチメント・プレート８４にクイック係合動作させることも可能である。調整ネジ６２は採用される直径の作用範囲内で、有限増分出ではなく、無限調整を可能にする。

図７は図６に示したテンショナー・キャリッジの平面図であり、図８は図７に示したテンショナー・キャリッジ２０の側面図である。図９は前方フレーム部分５６と後方フレーム部分５８との間の鋏型連結部６０を完全拡張位置で示す平面図である。図１０は可変長連結部、例えば、図１０に示す鋏型連結部完全に閉じた状態にあるテンショナー・キャリッジ２の平面図である。後方フレーム部５８を前方フレーム部５６に向かって引く方向に調整ネジ６２を回転させると、スプリング・バンドにテンションが加わり、メイン・キャリッジ１６、アイドラー・キャリッジ１８およびテンショナー・キャリッジ２０が、本発明の走査システムが取り付けられているパイプ外面に圧接する。前方フレーム部分５６および後方フレーム部分５８の弧状湾曲形状はテンショナー・キャリッジ２０がパイプ表面の湾曲に対応することを可能にする。

アイドラー・キャリッジ１８の平面図を図１１に、アイドラー・キャリッジ１８の側面図を図１２にそれぞれ示す。アイドラー・キャリッジ１８はメイン・キャリッジに関して述べたのと同様の弧状湾曲フレーム８８を有する。フレーム８８は２対の左右方向に離間
したホイール、即ち、一方の側にはホイール９０、９２、他方の側にはホイール９４、９６をそれぞれ有する。２列のネジ列９８、１００はスプリング・バンド支持板１０２、１０４の間でネジ・ヘッド下を通過できるようにスプリング・バンドを摺動自在に受けるガイドを形成する。従って、スプリング・バンドはメイン・キャリッジ１６およびテンショナー・キャリッジ２０に連結されているが、アイドラー・キャリッジ１８はスプリング・バンドに沿って自由に摺動することによって設定を容易にし、走査に先立って例えばネジ８０で位置固定することができる。アイドラー・キャリッジの機能はメイン・キャリッジ１６の移動を妨げる摩擦を極力軽減するため、スプリング・バンドをパイプ表面から引き離すことにある。調査対象であるパイプの直径に応じて１基または２基以上のアイドラー・キャリッジ１８を使用することができる。キャリッジを保持するスプリング・バンドは鋼またはその他の適当な材料で形成すればよい。駆動ホイールが磁化されている場合には、スプリング・バンドの材料として非磁性材料を使用することが望ましい。スプリング・バンドの長さは検査対象となるパイプの直径によって決定される。

以上に述べたように、本発明は１．３５インチ（３．４ｃｍ）という狭い間隙に導入することができ、スプリング・バンドの長さを変えるだけで種々の口径の配管系に使用可能な比較的軽量の検査用スキャナー・ツールを提供する。本発明のスキャナーは開口端に挿入することによってブラインド・パッセージに使用することができ、必要な調整はすべて一方の端部から行なうことができる。本発明のスキャナーはパイプの軸心に沿って探査子を割出操作することによって必要に応じて探査子を焦点合わせして３６０°に亘ってスキャンできるように設計されている。探査子の割出操作は手動で、または電動で行なうことができる。

以上、本発明の具体的な実施態様を詳述したが、当業者には明らかなように、開示内容全体に照らして、細部に種々の変更、代案を試みることができる。従って、以上に開示した具体的な実施態様は飽くまでも説明のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の範囲は添付の特許性の範囲およびこれとの等価物によって定められるものである。

Claims (18)

1. 管状被検体の外周を非破壊方式で走査するスキャナー・システムであって、
   その第１および第２端にホイールを有するとともに、両端間にまたがって非破壊式センサーを支持するフレームを有するメイン・キャリッジと；
   その第１および第２端にホイールを有するとともに、その第１および第２端間に可変長連結部を有するテンショナー・キャリッジと；
   その第１および第２端にホイールを有するとともに、両端間にまたがるフレームを有するアイドラー・キャリッジと；
   メイン・キャリッジをテンショナー・キャリッジに連結し、メイン・キャリッジとテンショナー・キャリッジとの間でアイドラー・キャリッジの上面上を通過することによって、メイン・キャリッジ、テンショナー・キャリッジおよびアイドラー・キャリッジのそれぞれのホイールを管状被検体の外周に密着させるスプリング・バンドとから成るスキャナー・システム。
2. メイン・キャリッジが管状被検体の長手方向に沿ってセンサーを軸方向に割出す調整可能なフレーム部材を有する請求項１に記載のスキャナー・システム。
3. 調整可能なフレーム部材がモーター駆動される請求項２に記載のスキャナー・システム。
4. センサーの位置を割出すためのエンコーダーを含む請求項３に記載のスキャナー・システム。
5. メイン・キャリッジおよびテンショナー・キャリッジがそれぞれ少なくとも４個のホイールを有し、左右に間隔を置いて両端に２個ずつ配置されている請求項１に記載のスキャナー・システム。
6. メイン・キャリッジの第１端または第２端における少なくとも１個のホイールに、センサーから受信したデータをインデックスするためのエンコーダーが取付けてある請求項５に記載のスキャナー・システム。
7. メイン・キャリッジの第１端または第２端におけるホイールの少なくとも２個が駆動ホイールであり、磁性を帯びている請求項５に記載のスキャナー・システム。
8. 駆動ホイールがモーター駆動される請求項７に記載のスキャナー・システム。
9. テンショナー・キャリッジにおける可変長連結部が、ネジを回動することによって調整可能な鋏型機構である請求項１に記載のスキャナー・システム。
10. ネジが反転不能である請求項９に記載のスキャナー・システム。
11. 第２アイドラー・キャリッジをも含む請求項１に記載のスキャナー・システム。
12. メイン・キャリッジとテンショナー・キャリッジの間でスプリング・バンドが管状被検体の全周に亘って延設されている請求項１に記載のスキャナー・システム。
13. テンショナー・キャリッジの第１および第２端の間で可変長連結部を収縮させると、管状被検体の周りでスプリング・バンドにテンションが加えられる請求項１に記載のスキャナー・システム。
14. メイン・キャリッジの第１および第２端のホイールの間に画定されるフレームが弧状を呈する請求項１に記載のスキャナー・システム。
15. スプリング・バンドがアイドラー・キャリッジの外面と摺動自在に接続し、設定の際にスプリング・バンドがアイドラー・キャリッジ上を摺動可能である請求項１に記載のスキャナー・システム。
16. 設定後、スプリング・バンドがアイドラー・キャリッジに位置固定される請求項１５に記載のスキャナー・システム。
17. 管状被検体の外周からの最大高さが約１．３５インチ（３．３５ｃｍ）である請求項１に記載のスキャナー・システム。
18. スプリング・バンドがバネ鋼帯である請求項１に記載のスキャナー・システム。

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