JP2013117384A - 超音波肉厚測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波プローブの小径部の通過を容易とする。
【解決手段】管寄せに小径部を介して接続されたボイラチューブ５２内にセンサ３を挿入し、センサ３によってボイラチューブ５２の肉厚を測定する超音波肉厚測定装置であって、ボイラチューブの内壁面に当接させた状態で、ボイラチューブの延在方向に進退可能とされた台車４と、ボイラチューブの径方向に台車４とセンサ３とを接続するとともに、センサ３を台車４に対して径方向に相対移動可能とする伸縮機構５とを備える超音波肉厚測定装置を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、超音波肉厚測定装置に関し、特にボイラの肉厚測定に好適な超音波肉厚測定装置に関する。

ボイラチューブは定期的な肉厚測定を必要としている。一般的なボイラチューブの肉厚測定方法としては、インナーＵＴ法や水浸ＵＴ法等が知られている。
特に管寄せに接続されているボイラチューブの肉厚を計測しようとする場合には、インナーＵＴ法により計測が行われているが、この方法では超音波プローブ（センサプローブ）をボイラチューブ内に挿入するためにボイラチューブ自体を切断する必要がある。また、超音波プローブをボイラチューブの内部に入れ込むために水流などの流体圧を加える必要がある。したがって、肉厚測定のための装置が大掛かりなものとなりコストが高いという欠点があった。

これに対して例えばごみ焼却ボイラのボイラチューブを計測しようとする場合、ボイラチューブの切断ができないことが多いため、炉内に足場を組んでボイラチューブの外面から肉厚をポイント計測する手法が採用されている。この手法では、計測精度の高度化や足場コストの低減等の課題があった。

一方で例えば特許文献１には、ガイド管を有する案内装置を用いることで、ボイラチューブを切断することなく該ボイラチューブの肉厚を測定する手法が提案されている。即ち、特許文献１の技術においては、管寄せに形成された検査孔から管寄せ内にガイド管を導入して管寄せ内を通過させることにより該ガイド管の先端をボイラチューブに導入する。その後、検査孔側からガイド管内に超音波プローブを導入し、該超音波プローブを前進させる。これによって、超音波プローブはガイド管内に沿って前進し、即ち、このガイド管に案内されるようにしてボイラチューブ内に導入される。

特開２００１−３０５１１０号公報

ところで、超音波プローブにより精密にボイラチューブの肉厚を測定するには、ボイラチューブ内の中心位置に超音波プローブを保持するための調芯機構が必須であり、この調芯機構はボイラチューブ測定部位の径に適合した大きさのものでなければいけない。しかしながら、例えばごみ焼却ボイラの場合、管寄せとボイラチューブの結合部位は異径チューブ（管寄せ側が小径でボイラチューブ側が大径）となっているものが多く、特許文献１に記されるような管寄せ内部からガイド管を使用してボイラチューブ内に超音波プローブを導入する方法を行うには、肉厚測定部位（即ち大径）のサイズに適合した調芯機構を備えた超音波プローブを、異径チューブの小径部位を通過させなければならない。

このとき、従来のような調芯機構、例えばブラシ型の調芯機構を用いると、超音波プローブが小径部を通過する際にブラシが撓み、チューブ内面との間で摩擦を生じ、挿入及び引き抜きが困難となる。
また、超音波プローブをボイラチューブの内壁面に沿って移動可能な台車に載置して移動させる台車構造の場合、超音波プローブと台車の外径寸法を小さくすることが難しい。よって、上述したような操作で超音波プローブを小径部に通過させるのが困難となる。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、管寄せに小径部を介して接続されたボイラチューブ内に超音波プローブを挿入してボイラチューブの肉厚を測定する超音波肉厚測定装置において、超音波プローブの小径部の通過を容易とする超音波肉厚測定装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の超音波肉厚測定装置は、管寄せに小径部を介して接続されたボイラチューブ内にセンサを挿入し、該センサによって前記ボイラチューブの肉厚を測定する超音波肉厚測定装置であって、前記ボイラチューブの内壁面に当接させた状態で、該ボイラチューブの延在方向に進退可能とされた台車と、前記ボイラチューブの径方向に前記台車と前記センサとを接続するとともに、前記センサを前記台車に対して前記径方向に相対移動可能とする伸縮機構とを備えることを特徴とする。

上記構成によれば、伸縮機構を機能させセンサを台車に近づける方向に移動させることによって、超音波肉厚測定装置の外径寸法が小さくなり、小径部の通過を容易とすることができる。

また、前記伸縮機構は、前記台車と前記センサとの間に介在し、前記センサを前記径方向に沿って前記台車から離間する方向に付勢する圧縮付勢部材と、前記センサと前記台車とを接続するとともに、長さを調節することによって前記センサと前記台車との間隔を変化させるワイヤを備えた操作ワイヤ機構と、前記本体部の前記径方向に沿う移動をガイドするガイド部と、前記ガイド部の端部に設けられ、前記センサの前記ボイラチューブの内周面からの距離を制限する制限部と、を備えることが好ましい。

上記構成によれば、超音波肉厚測定装置をボイラチューブの径方向に伸縮させる動作を、圧縮付勢部材とワイヤを用いて行うことによって、モータなどの動力源を用いることなく超音波肉厚測定装置を伸縮させることができる。また、ガイド部の端部に制限部を設けることによって、センサの中心部をボイラチューブの中心軸に一致させることができる。

また、前記伸縮機構は、前記本体部と前記台車との間に設けられ、前記径方向に伸縮自在なパンタグラフと、前記台車と前記センサとの間に介在し、前記センサを前記径方向に沿って前記台車から離間する方向に付勢する圧縮付勢部材と、前記センサと前記台車とを接続するとともに、長さを調節することによって前記センサと前記台車との間隔を変化させるワイヤを備えた操作ワイヤ機構と、を備える構成としてもよい。

上記構成によれば、超音波肉厚測定装置をボイラチューブの径方向に伸縮させる動作を、圧縮付勢部材とワイヤを用いて行うことによって、モータなどの動力源を用いることなく超音波肉厚測定装置を伸縮させることができる。また、パンタグラフの伸び切った位置におけるセンサの中心位置を、ボイラチューブの中心軸と一致させるように設定することによって、パンタグラフを調芯機構とすることができる。

本発明によれば、伸縮機構を機能させセンサを台車に近づける方向に移動させることによって、超音波肉厚測定装置の外径寸法が小さくなり、小径部の通過を容易とすることができる。

実施形態の超音波肉厚測定ユニット及びボイラの全体概要図である。 ボイラチューブの断面図である。 第一の実施形態の超音波肉厚測定装置のボイラチューブの軸方向から視た概略図であって、超音波肉厚測定装置の伸びた状態を示す図である。 第一の実施形態の超音波肉厚測定装置の縮んだ状態を示す概略図である。 図３のＡ矢視図である。 第二の実施形態の超音波肉厚測定装置のボイラチューブの軸方向から視た概略図であって、超音波肉厚測定装置の伸びた状態を示す図である。 第二の実施形態の超音波肉厚測定装置の縮んだ状態を示す概略図である。 別の実施形態の超音波肉厚測定装置の伸びた状態を示す概略図である。 別の実施形態の超音波肉厚測定装置の縮んだ状態を示す概略図である。 図８のＢ矢視図である。

（第一の実施形態）
以下、本発明に係る超音波肉厚測定装置の第一の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る超音波肉厚測定装置２は、ボイラ５０におけるボイラチューブ５２の肉厚を測定するために用いられる。

図１に示すように、ボイラ５０は、管寄せ５１と複数のボイラチューブ５２とを備えている。ボイラチューブ５２は水蒸気の流路となる複数の小径管であって、管寄せ５１の軸線方向に沿って配列されて一端が管寄せ５１に接続されている。これらボイラチューブ５２は管寄せ５１と連通状態とされており、それぞれ該管寄せ５１から斜め下方に向かって延在している。また、管寄せ５１の上部には、点検用の検査孔５３が該管寄せ５１の軸線方向に離間して複数開口している。この検査孔５３と上記ボイラチューブ５２とは互いにねじれの位置関係となるように配置されている。

次に、本実施形態の超音波肉厚測定装置２を含む、超音波肉厚測定ユニット１について説明する。
超音波肉厚測定ユニット１は、データ収集機器３１と、データ収集機器３１が収集したデータを解析するデータ解析ＰＣ３２と、データ収集機器３１と接続されたケーブル巻取装置３３と、ケーブル巻取装置３３から排出されるケーブル３０と、ケーブル３０の先端に取り付けられた超音波肉厚測定装置２と、ガイド管３４とを有する。

ケーブル３０は例えば金属やビニール等からなる長尺状の部材であって、全長にわたって屈曲可能とされている。
超音波肉厚測定装置２は、ケーブル３０の先端部に設けられており、超音波を発することによってボイラチューブ５２の肉厚データを測定可能とされている。なお、ケーブル３０には、超音波肉厚測定装置２に接続された配線や、伸縮操作のためのワイヤ１９（図３参照）が一体に設けられている。

ケーブル巻取装置３３は、ケーブル３０の後端に接続されており、ボイラチューブ５２内に挿入されたケーブル３０を巻き取るために使用される。
データ収集機器３１は、超音波肉厚測定装置２によって測定されたボイラチューブ５２の肉厚データがケーブル３０を介して入力される。即ち、データ収集機器３１は、ボイラチューブ５２の肉厚データを収集する役割を有している。
データ解析ＰＣ３２はデータ収集機器３１が収集したボイラチューブ５２の肉厚データを解析するために使用されるコンピュータである。

ガイド管３４は、ケーブル３０及び超音波肉厚測定装置２のボイラチューブ５２への導入をガイドする管であって、ボイラチューブ５２の肉厚の測定に先立って管寄せ５１内に配置される。
このガイド管３４は、その軸線方向全域にわたって蛇腹状をなすフレキシブルホースから構成されている。これによってガイド管３４は、伸縮自在かつ屈曲自在とされるとともに、屈曲した際には外力が作用しない限り当該屈曲状態を保持することができるようになっている。このようなガイド管３４は、検査孔５３内から管寄せ５１内に挿入され、該管寄せ５１内にて屈曲しながら延在し、その先端がボイラチューブ５２に接続されている。

図２に示すように、管寄せ５１とボイラチューブ５２との接続部は、ボイラチューブ５２の内径よりも縮径されてスウェッジ部５５とされている。即ち、スウェッジ部５５の内径は、ボイラチューブ５２の内径よりも小径とされている。
本実施形態の超音波肉厚測定装置２は、スウェッジ部５５を通過する際は、後述する伸縮機構５によって、その外径寸法が小さくなるように縮み（図２の左側）、スウェッジ部５５を通過した後は、その外径寸法が大きくなるように伸びる（図２の右側）ように構成されている。

次に、超音波肉厚測定装置２について説明する。図３、図４、及び図５は、本実施形態の超音波肉厚測定装置２を示す図であり、特に図３は伸びた状態の超音波肉厚測定装置２を、図４は縮んだ状態の超音波肉厚測定装置２を示すものである。

図３に示すように、超音波肉厚測定装置２は、円筒形状の本体部６と超音波プローブ７からなるセンサ３と、車輪１１を有しボイラチューブ５２の延在方向に進退可能とされた台車４と、センサ３と台車４とを接続する伸縮機構５とから構成されている。
なお、以下の説明においては、ボイラチューブ５２の軸方向と本体部６の軸方向は一致しているものとして説明し、単に軸方向と称する。また、ボイラチューブ５２の径方向を単に径方向と称する。さらに、図３における上方向を上方と称し、下方向を下方と称す。

センサ３の本体部６は、樹脂等からなる円筒形状の容器内に制御基板やバッテリー等が内蔵された構造である。本体部６は、円筒形とすることで、管壁に接触したとき、摩擦抵抗が少なくすることができる。超音波プローブ７は、本体部６の一端に設けられている。超音波プローブ７はボイラチューブ５２の内壁に超音波を照射するとともに、超音波の反射波を受信する。また、超音波プローブ７は、円筒形状の本体部６の中心軸が、ボイラチューブの中心軸と略一致した状態において、ボイラチューブ５２内の中心位置に位置するように取り付けられている。

台車４は、軸方向の長さが本体部６と略同一の箱状の部材であり、上面に伸縮機構５が接続され、下面に一対の車輪１１が設けられている。また、台車４の下部には、長尺状の磁石１２が設けられている。また、本実施形態においては、台車４の幅寸法は、本体部６の直径寸法と略同一とされている。磁石１２は、台車４の下部において、本体部６の長手方向に延在するように設けられている。

伸縮機構５は、センサ３を台車４に対して径方向に相対移動可能とする機構である。伸縮機構５は、台車４の両側から上方に延在する一対の板状部材であるハウジング１４と、本体部６と台車４との間に介在され、台車４に対して本体部６（センサ３）を上方に付勢する圧縮コイルばね１５と、操作ワイヤ機構１６とを有する。

ハウジング１４は、圧縮コイルばね１５と協働してセンサ３を上下方向に移動可能にガイドする一対のガイド部１７とガイド部１７の上端において折れ曲がった形状のストッパ部１８とからなる。ガイド部は、台車４の両側面４ａより上方に延在する板状の部材である。

一対のガイド部１７の内面同士の距離は、円筒形状の本体部６の直径より僅かに大きくなるように形成されている。これにより、本体部６はその外周面をガイド部１７に当接させながら上下方向に摺動可能とされている。

ストッパ部１８は、本体部６の摺動を阻害するように、ガイド部１７の上端において、本体部６が収容される内側へ折れ曲がった部位である。ストッパ部１８によって、本体部６は上方への移動が制限される。また、ストッパ部１８は、本体部６がストッパ部１８に当接した際に、センサ３の超音波プローブ７の中心位置が、ボイラチューブ５２の中心位置Ｃに一致するように、即ち、センサ３がボイラチューブ５２内部において調芯されるように形成されている。

圧縮コイルばね１５は、コイルの軸方向を上下方向に向けて本体部６と台車４との間に設置されている。また、圧縮コイルばね１５は、軸方向（本体部６の長手方向）に沿って二つ設置されている。圧縮コイルばね１５の下端は、台車４の上面に固定され、圧縮コイルばね１５の上端は本体部６の外周面の最下部に固定されている。これにより、圧縮コイルばね１５は、センサ３と台車４とが離間する方向に、センサ３を上方に付勢する。
なお、圧縮コイルばね１５の設置個数は二つに限ることはなく、ばねの仕様等に応じて適宜数量を変更することができる。

操作ワイヤ機構１６は、ワイヤ１９と、滑車２０と、ワイヤガイド２１とから構成されている。ワイヤ１９は、一端が台車４の上面に固定されている。一端が台車４に固定されているワイヤ１９は、上方に伸ばされ、本体部６の下部に固定されている滑車２０を経由して、超音波プローブ７とは反対側の超音波肉厚測定装置２の後方に引き伸ばされている。また、後方に引き伸ばされたワイヤ１９は、ワイヤガイド２１によってカバーされている。ワイヤ１９は、ケーブル３０内に纏められた上で、操作者によって独立に操作可能なようにされている。

次に、本実施形態の超音波肉厚測定装置２の作用について説明する。
まず、超音波肉厚測定装置２をガイド管３４に沿って挿入する際は、圧縮コイルばね１５の付勢力に対抗するように操作ワイヤ機構１６のワイヤ１９を引っ張ることによって、センサ３と台車４とを接近させる。これによって、超音波肉厚測定装置２は、図４に示すように、縮められた状態となる。次いで、縮められた状態のまま、超音波肉厚測定装置２をスウェッジ部５５に挿入する。

超音波肉厚測定装置２がスウェッジ部５５を通過した後は、台車４に設けられた磁石１２が、ボイラチューブ５２の外部に設けられた別の磁石によって、径方向外周側に引き寄せられ、これにより、台車４の車輪１１がボイラチューブ５２の内周面に当接する。次いで、操作者によりワイヤ１９が開放される。これにより、圧縮コイルばね１５の付勢力によって、センサ３が径方向内周側に移動する。この際、本体部６は一対のガイド部１７によってガイドされ、次いで、ストッパ部１８に当接する。本体部６がストッパ部１８に当接することにより、本体部６の中心軸がボイラチューブ５２の中心位置Ｃと一致する。即ち、センサ３がボイラチューブ５２内部において調芯される。

上記実施形態によれば、伸縮機構５を機能させ、センサ３を台車４に近づける方向に移動させることによって、超音波肉厚測定装置２の外径寸法が小さくなり、スウェッジ部５５の通過を容易とすることができる。即ち、操作ワイヤ機構１６のワイヤ１９を操作して、センサ３の本体部６を台車４に近づける方向に移動させることによって、超音波肉厚測定装置２の車輪１１下端から、センサ３上端までの高さを低くすることができる。

また、上記実施形態によれば、超音波肉厚測定装置２をボイラチューブ５２の径方向に伸縮させる動作を、圧縮コイルばね１５とワイヤ１９を用いて行うことによって、モータなどの動力源を用いることなく超音波肉厚測定装置２を伸縮させることができる。さらに、ガイド部１７の端部にストッパ部１８を設けることによって、センサ３の超音波プローブ７の中心部をボイラチューブ５２の中心軸に一致させることができる。

（第二の実施形態）
次に、本発明に係る超音波肉厚測定装置の第二の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一の実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。

図６、及び図７は、本実施形態の超音波肉厚測定装置２Ｂを示す図であり、特に図６は伸びた状態の超音波肉厚測定装置２Ｂ、図７は縮んだ状態の超音波肉厚測定装置２Ｂを示すものである。
図６に示すように、本実施形態の超音波肉厚測定装置２Ｂの伸縮機構５Ｂは、本体部６と台車４との間に介在するパンタグラフ２３と、圧縮コイルばね１５と、操作ワイヤ機構１６とから構成されている。

リンク機構の一種であるパンタグラフ２３は、台車４の上面に固定されている。
パンタグラフ２３は、一端が本体部６の下部に回動可能に接続される第一アーム２４と、一端が本体部６の下部に回動可能に接続される第二アーム２５と、一端が台車４の上面に回動可能に接続され、他端が第一アーム２４に回動可能に接続される第三アーム２６と、一端が台車４の上面に回動可能に接続され、他端が第二アーム２５に回動可能に接続される第四アーム２７とを備える。各アーム２４，２５，２６，２７は全て略同一の長さとなるように形成されている。
パンタグラフ２３は、伸びきった状態において、センサ３の中心位置がボイラチューブ５２の中心位置Ｃと一致するように設定されている。

上記実施形態によれば、第一の実施形態の効果に加えて、パンタグラフ２３の伸び切った位置におけるセンサ３の中心位置を、ボイラチューブ５２の中心位置Ｃと一致させるように設定することによって、パンタグラフ２３を調芯機構とすることができる。
なお、本実施形態においては、センサ３の本体部６は円筒形状とする必要はなく、多角形の断面形状を有する筒形状など、形状を適宜選択することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記各実施形態においては、本体部６を台車４から離間させるように付勢する付勢部材として圧縮コイルばね１５を使用したが、図８、図９、及び図１０に示すような突張部材３８を用いる方法としてもよい。図８、図９、及び図１０は、この別の実施形態の超音波肉厚測定装置を示す図であり、特に図８は伸びた状態の超音波肉厚測定装置、図９は縮んだ状態の超音波肉厚測定装置を示すものである。

具体的には、突張部材３８は、所定の長さを有する板状の部材であって、一端側が本体部６の下部に設けられたブラケット３７に設けられた回転軸回りに回動可能とされている。また、この突張部材３８は、図示しない付勢部材によって他端側が本体から離間する方向に付勢されている。
この構成によって、突張部材３８はセンサ３の本体部６と台車４とを離間させる方向に付勢する作用を発揮する。即ち、圧縮コイルばね１５と同様の作用を発揮する。

また、車輪１１、圧縮コイルばね１５等の個数も適宜変更可能である。

２…超音波肉厚測定装置、３…センサ、４…台車、５…伸縮機構、１５…圧縮コイルばね（圧縮付勢部材）、１６…操作ワイヤ機構、１７…ガイド部、１８…ストッパ部（制限部）、１９…ワイヤ、２３…パンタグラフ、５１…管寄せ、５２…ボイラチューブ、５５…スウェッジ部（小径部）。

Claims (3)

1. 管寄せに小径部を介して接続されたボイラチューブ内にセンサを挿入し、該センサによって前記ボイラチューブの肉厚を測定する超音波肉厚測定装置であって、
   前記ボイラチューブの内壁面に当接させた状態で、該ボイラチューブの延在方向に進退可能とされた台車と、
   前記ボイラチューブの径方向に前記台車と前記センサとを接続するとともに、前記センサを前記台車に対して前記径方向に相対移動可能とする伸縮機構とを備えることを特徴とする超音波肉厚測定装置。
2. 前記伸縮機構は、
   前記台車と前記センサとの間に介在し、前記センサを前記径方向に沿って前記台車から離間する方向に付勢する圧縮付勢部材と、
   前記センサと前記台車とを接続するとともに、長さを調節することによって前記センサと前記台車との間隔を変化させるワイヤを備えた操作ワイヤ機構と、
   前記本体部の前記径方向に沿う移動をガイドするガイド部と、
   前記ガイド部の端部に設けられ、前記センサの前記ボイラチューブの内周面からの距離を制限する制限部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波肉厚測定装置。
3. 前記伸縮機構は、
   前記本体部と前記台車との間に設けられ、前記径方向に伸縮自在なパンタグラフと、
   前記台車と前記センサとの間に介在し、前記センサを前記径方向に沿って前記台車から離間する方向に付勢する圧縮付勢部材と、
   前記センサと前記台車とを接続するとともに、長さを調節することによって前記センサと前記台車との間隔を変化させるワイヤを備えた操作ワイヤ機構と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波肉厚測定装置。

Images