JP2019184542A - 配管検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配管中のＵ字管やベンド管等の曲がり部に挿通して内部から肉厚の測定や探傷を行うことができる配管検査装置を提供する。【解決手段】ケーブル部１３と、ケーブル部１３の先側にそれぞれ取り付けられたセンサ部１４と、センサ部１４の先側に取り付けられた先側ガイド部１５とを有し、センサ部１４は、基側及び先側に設けられた第１、第２のホルダー部３５、３６と第１、第２のホルダー部３５、３６の間に設けられた超音波入出開口部３７とを有するケーシング３８と、第１のホルダー部３５に収容された超音波探触子４０と、第２のホルダー部３６に収容された回転駆動部４１と、回転駆動部４１の出力軸４２に取り付けられた反射鏡４５とを備え、ケーブル部１３とセンサ部１４との間及びセンサ部１４と先側ガイド部１５との間のいずれか一方又は両方に、一方向にのみ折り曲げ可能な関節機構１６、１７を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、Ｕ字管やベンド管等の曲がり部における肉厚の測定や探傷に好適に用いられる配管検査装置に関する。

従来、加熱器等の小径管の管内探傷検査には、超音波が用いられている。例えば、特許文献１には、管の内部に挿入される円筒状ケーシングと、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、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、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、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、回転筒体に向けて超音波を発する超音波探触子と、回転筒体の先側に固定的に設けられて超音波探触子からの超音波を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管の超音波探傷装置が記載されている。この超音波探傷装置は、ミラー部材を極めて高速で回転させることができるので、管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、高速で高精度な管の超音波探傷及び厚み測定が可能である。

特開２００１−８３１２４号公報

しかしながら、超音波探触子が内蔵される円筒状ケーシングには、ステンレス製やプラスチック製のパイプが使用され、その全長は１００〜１５０ｍｍ程度であり、ミラー部材を備えた回転筒体も含め、超音波探傷装置全体が剛性を有する直線状に形成されている。したがって、直管の管厚の測定や探傷には用いることができるが、Ｕ字管やベンド管等の曲がり部を有する配管には対応できないという問題がある。特に、熱交換器の配管（チューブ状の伝熱管）にはＵ字管が用いられており、小型になるにつれ、検査が困難となるため、配管の曲がり部における肉厚の測定や探傷に対応できる配管検査装置の実現が望まれている。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、配管中のＵ字管やベンド管等の曲がり部に挿通して内部から肉厚の測定や探傷を行うことができる配管検査装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る配管検査装置は、配管の内部に挿通されて使用される配管検査装置であって、
ケーブル部と、該ケーブル部の先側に取り付けられたセンサ部と、該センサ部の先側に取り付けられた先側ガイド部とを有し、
前記センサ部は、基側及び先側にそれぞれ設けられた第１、第２のホルダー部と該第１、第２のホルダー部の間に設けられた超音波入出開口部とを有するケーシングと、前記第１のホルダー部に収容された超音波探触子と、前記第２のホルダー部に収容され、該ケーシングの軸心と平行に前記超音波探触子側に突出する出力軸を有する回転駆動部と、前記出力軸に取り付けられ前記超音波探触子からの超音波を反射し前記超音波入出開口部を通過させて前記配管の内壁面に照射し、該内壁面で反射して前記超音波入出開口部を通過した超音波を前記超音波探触子に向けて反射させる反射鏡とを備え、
前記ケーブル部と前記センサ部との間及び前記センサ部と前記先側ガイド部との間のいずれか一方又は両方に、一方向にのみ折り曲げ可能な関節機構を有する。

本発明に係る配管検査装置において、前記関節機構は、チェーンリンク機構であることが好ましい。

本発明に係る配管検査装置において、前記第１、第２のホルダー部は、前記ケーシングの軸心方向に隙間を空けて設けられ、該隙間の一部がカバー部で覆われることにより、前記超音波入出開口部が形成されていることが好ましい。

本発明に係る配管検査装置において、前記カバー部は、前記ケーシングに着脱可能又は回動可能に取り付けられ、前記カバー部の取り付け位置により、前記超音波入出開口部の周方向位置を変更可能であることが好ましい。

本発明に係る配管検査装置において、前記ケーシングの基側及び先側にそれぞれ取り付けられて前記センサ部を前記配管と同軸状に案内するリング状のガイド部材を有することが好ましい。

本発明に係る配管検査装置は、ケーブル部とセンサ部との間及びセンサ部と先側ガイド部との間のいずれか一方又は両方に、一方向にのみ折り曲げ可能な関節機構を有するので、配管に挿入した際に、関節機構が配管の曲がり部に沿うように折れ曲がることにより、センサ部が曲がり部を通過することができ、従来、不可能であった配管の曲がり部における肉厚の測定や探傷に対応できる。このとき、関節機構が一方向にのみ折り曲げ可能なので、配管内を通過する際に、捩れが発生することがなく、曲がり部に沿ってスムーズに移動しながら、所定の範囲を確実に測定することができる。また、第２のホルダー部に収容された回転駆動部を有するので、回転駆動部を駆動することにより、出力軸に取り付けられた反射鏡を所定の回転数で確実に回転させることができ、超音波測定の確実性及び安定性に優れる。

関節機構が、チェーンリンク機構である場合、簡素な構成で確実に一方向にのみ折り曲げることができ、組立及び分解が容易で、量産性にも優れる。

第１、第２のホルダー部が、軸心方向に隙間を空けて設けられ、隙間の一部がカバー部で覆われることにより、超音波入出開口部が形成されている場合、回転駆動部に電力を供給するための電気接続線をカバー部で保護しつつ、超音波入出開口部が形成されている範囲では超音波を確実に通過させて検査を行うことができる。

カバー部が、ケーシングに着脱可能又は回動可能に取り付けられ、カバー部の取り付け位置により、超音波入出開口部の周方向位置を変更可能である場合、超音波入出開口部の周方向位置を変更して、複数回に分けて検査を行うことにより、配管の曲がり部を全周にわたって確実に検査することができる。

ケーシングの基側及び先側にそれぞれ取り付けられてセンサ部を配管と同軸状に案内するリング状のガイド部材を有する場合、センサ部の位置ずれを抑えることができ、検査の信頼性に優れる。このとき、配管の内径に応じて、ガイド部材の外径を変更することにより、１台の配管検査装置で寸法の異なる配管を検査することができ、汎用性に優れる。

本発明の一実施の形態に係る配管検査装置の側面図である。 同配管検査装置の平面図である。 図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。 同配管検査装置の使用状態を示す側面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は同配管検査装置の検査可能範囲を示す要部断面図である。

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。
本発明の一実施の形態に係る配管検査装置１０は、図４に示すように、熱交換器等の配管１１の内部に挿通されて、配管１１の途中に設けられるＵ字管やベンド管等の曲がり部１２での肉厚の測定や探傷に用いられるものである。
配管検査装置１０は、図１、図２、図４に示すように、ケーブル部１３と、ケーブル部１３の先側に取り付けられたセンサ部１４と、センサ部１４の先側に取り付けられた先側ガイド部１５とを有している。そして、ケーブル部１３とセンサ部１４との間及びセンサ部１４と先側ガイド部１５との間に、それぞれ一方向にのみ折り曲げ可能な関節機構１６、１７を有している。この関節機構１６、１７としては、チェーンリンク機構が好適に用いられる。関節機構１６、１７は、基側端部及び先側端部にそれぞれ基側連結部１８及び先側連結部１９を有し、その間に１又は複数のリンク部材２０が連結されている。

以下、関節機構１６、１７の詳細について説明する。
各基側連結部１８は、図１、図２に示すように、基部２１と基部２１の先側両外側に対向配置された一対の支持片２２を有する。各支持片２２の先側は半円状に形成され、その中心に各支持片２２を板厚方向に貫通（関節機構１６、１７の長手方向と直交）する嵌合孔２３が形成されている。
各先側連結部１９は、図１〜図３に示すように、固定部２４と、固定部２４の基側両外側に対向配置された一対の回動片２５を有する。各回動片２５は矩形板状に形成され、その基側には関節機構１６、１７の折り曲げ方向に合わせて（図１、図３では各回動片２５の基側の下部に）円弧状の面取り部２６が形成されている。そして、両回動片２５の外側には、図１、図２、図４に示すように、面取り部２６の円弧の中心に一致させてピン嵌合のための嵌合突起２７が形成されている。
各リンク部材２０は、図１〜図３に示すように、立方体状又は直方体状に形成された胴体部２８と、胴体部２８の基側両外側に対向配置された一対の回動片２９と、胴体部２８の先側両外側に対向配置された一対の支持片３０を有する。各回動片２９は矩形板状に形成され、その基側には関節機構１６、１７の折り曲げ方向に合わせて（図１、図３では各回動片２９の基側の下部に）円弧状の面取り部３１が形成されている。そして、両回動片２９の外側には、図１、図２、図４に示すように、面取り部３１の円弧の中心に一致させてピン嵌合のための嵌合突起３２が形成されている。また、各支持片３０の先側は半円状に形成され、その中心に各支持片３０を板厚方向に貫通（関節機構１６、１７の長手方向と直交）する嵌合孔３３が形成されている。

よって、基側連結部１８の嵌合孔２３と基側連結部１８に隣接するリンク部材２０の嵌合突起３２、先側連結部１９の嵌合突起２７と先側連結部１９に隣接するリンク部材２０の嵌合孔３３、隣接するリンク部材２０同士の嵌合突起３２と嵌合孔３３が、それぞれピン嵌合により回動可能に連結される。このとき、先側連結部１９の回動片２５の基側端面が、隣接するリンク部材２０の胴体部２８の先側端面に当接し、リンク部材２０の回動片２９の基側端面が、隣接する基側連結部１８の基部２１の先側端面又はリンク部材２０の胴体部２８の先側端面に当接しており、先側連結部１９の回動片２５及び各リンク部材２０の回動片２９の基側の下部にそれぞれ円弧状の面取り部２６、３１が形成されていることにより、関節機構１６、１７は、一方向（図１、図３の下方向）にのみ折り曲げることができ、反対方向（図１、図３の上方向）或いはその他の方向（例えば図２の左右方向等）に折れ曲がることはない。その結果、図４に示すように、配管検査装置１０を配管１１の内部に挿入した際に、関節機構１６、１７は捩じれることがなく、曲がり部１２に沿うように一方向にのみ折れ曲がる。なお、関節機構１６、１７の長さは、曲がり部１２の長さ及び曲率半径に応じて、適宜、選択することができ、連結するリンク部材２０の数によって簡単に調整することができる。ここでは、関節機構１６は２個のリンク部材２０を有し、関節機構１７は１個のリンク部材２０を有している。また、関節機構１６、１７の各部の材質としてはステンレス等の金属が好適に用いられる。

関節機構１６の基側連結部１８の基部２１には螺子止め等によりコネクタ３４が取り付けられており、関節機構１６の基側連結部１８は、このコネクタ３４を介してケーブル１３と接続される。また、関節機構１６の先側連結部１９の固定部２４、関節機構１７の基側連結部１８の基部２１及び先側連結部１９の固定部２４は、それぞれセンサ部１４の基側、センサ部１４の先側及び先側ガイド部１５の基側に螺子止め等により固定されている。
なお、基側連結部１８、先側連結部１９及びリンク部材２０の寸法及び構造は、本実施の形態に限定されるものではなく、適宜、選択することができ、例えば、リンク部材２０としてローラチェーンを用いることができる。また、本実施の形態では、先側連結部１９の回動片２５及び各リンク部材２０の回動片２９の形状により、関節機構１６、１７の折り曲げ方向（回動可能範囲）を規制したが、これに限定されるものではなく、例えば、基側連結部１８及び各リンク部材２０の支持片２２、３０の内側面に折り曲げ方向（回動可能範囲）を規制する係合突部又は係合凹部を形成し、先側連結部１９及び各リンク部材２０の回動片２５、２９の外側面に係合突部に係合する係合凹部又は係合凹部に係合する係合突部を形成してもよい。

次に、センサ部１４について説明する。
センサ部１４は、図１〜図４に示すように、基側及び先側にそれぞれ設けられた円筒状の第１、第２のホルダー部３５、３６と第１、第２のホルダー部３５、３６の間に設けられた超音波入出開口部３７とを有するケーシング３８を備えている。本実施の形態では、第１、第２のホルダー部３５、３６は、ケーシング３８の軸心方向に隙間を空けて設けられ、隙間の（円周方向の）一部がカバー部３９で覆われることにより、超音波入出開口部３７が形成されている。そして、第１のホルダー部３５には超音波探触子４０が収容され、第２のホルダー部３６には回転駆動部（モータ）４１が収容されている。なお、第１、第２のホルダー部３５、３６は、それぞれ超音波入出開口部３７側が開口端となっている。回転駆動部４１は、図３に示すように、ケーシング３８の軸心と平行に超音波探触子４０側に突出する出力軸４２を有しており、出力軸４２には、超音波入出開口部３７の位置に合わせて反射鏡４５が取り付けられている。反射鏡４５は、図４の実線の矢印で示すように超音波探触子４０からの超音波を反射し超音波入出開口部３７を通過させて配管１１の内壁面４４に照射し、図４の破線の矢印で示すように内壁面４４で反射して超音波入出開口部３７を通過した超音波を超音波探触子４０に向けて反射させるものである。このとき、反射鏡４５の表面（反射面）は、ケーシング３８（センサ部１４）の軸心に対して４５度の傾斜角度で取り付けることが好ましい。これにより、回転駆動部４１を駆動して、出力軸４２と共に反射鏡４５を回転させながら、超音波探触子４０から反射鏡４５に向かって超音波を照射すると、反射鏡４５で反射した超音波を超音波入出開口部３７が開口している範囲で配管１１の内壁面４４に照射して検査を行うことができる。なお、配管検査装置１０による検査は、配管１１の内部に超音波の媒質となる液体（水）を注入して行う。

ここで、カバー部３９は、ケーシング３８に着脱可能又は回動可能に取り付けられ、カバー部３９の取り付け位置により、超音波入出開口部３７の周方向位置を変更可能である。つまり、図１〜図４に示すように、カバー部３９が関節機構１６、１７の折り曲げ方向（図１、図３の下方向）と同じ側になるように、配管１１の曲がり部１２の腹側（内側）に取り付けられている場合は、図５（Ａ）に示すように、曲がり部１２の背側（外側）が検査可能範囲となり、カバー部３９が関節機構１６、１７の折り曲げ方向と反対側（図１、図３の上方向）になるように、配管１１の曲がり部１２の背側（外側）に取り付けられている場合は、図５（Ｂ）に示すように、曲がり部１２の腹側（内側）が検査可能範囲となる。このとき、図５（Ａ）、（Ｂ）の検査可能範囲の一部（両端部）が重なるように超音波入出開口部３７の開口範囲（言い換えれば、カバー部３９で覆われる範囲）を設定することにより、配管１１の曲がり部１２を全周にわたってもれなく検査することができる。例えば、１回で検査可能な範囲を２００〜２２０度とすれば、２回の検査で全周検査が可能である。カバー部３９は、ケーシングに対して着脱可能又は回動可能に取り付けることができるが、長手方向の両端部を第１、第２のホルダー部３５、３６の周壁に螺子止めすることにより、カバー部３９を確実に固定することができ、検査中にカバー部３９が外れたり、移動（回動）したりすることがなく、検査を確実に行うことができる。

なお、図２、図３に示すように、回転駆動部４１には電力を供給するための電気接続線４６、４７が接続され、超音波探触子４０には信号線（例えば同軸ケーブル）４８が接続されており、電気接続線４６、４７は第２のホルダー部３６と第１のホルダー部３５の間を通るので、カバー部３９は電気接続線４６、４７を保護する役割も果たしている。よって、カバー部３９の位置を変更する場合には、電気接続線４６、４７が検査の邪魔にならないように（超音波を妨げないように）、カバー部３９の位置に合わせて電気接続線４６、４７を移動させる。また、図２、図３に示すように、関節機構１６の基側連結部１８の基部２１、先側連結部１９の固定部２４、及び各リンク部材２０の胴体部２８には、センサ部１４の軸心と平行に貫通孔５０が形成されており、電気接続線４６、４７及び信号線４８を通すことができるので、これらの配線を保護することができ、作業中に関節機構１６に絡まることがなく、断線等も発生し難く、作業性に優れる。さらに、ケーブル部１３は、フッ素樹脂等でチューブ状に形成され、可撓性、耐久性を有するので、内部に電気接続線４６、４７及び信号線４８を通して保護することができ、配管１１の形状に沿うように変形可能である。

なお、本実施の形態では、先に説明したように、各リンク部材２０の胴体部２８が立方体状又は直方体状に形成されているので、断面円形の配管１１に挿通した際の芯ずれ（上下左右の位置ずれ）を軽減できるが、図１〜図４に示すように、ケーシング３８の基側及び先側それぞれに、リング状のガイド部材５２を取り付けることにより、センサ部１４を配管１１と同軸状に案内して芯ずれを効果的に防止することができる。このとき、ガイド部材５２は、柔軟性を有する（弾性変形可能な）合成樹脂又は合成ゴム等で形成することにより、配管１１の内壁面４４に引っ掛かることなく、センサ部１４を案内することができる。センサ部１４（ケーシング３８）の外径及び全長は、配管１１の内径、曲がり部１２の曲率半径及び長さに応じて、適宜、選択することができるが、配管１１の内径に応じてガイド部材５２の外径を選択し、交換することにより、１台の配管検査装置１０でも寸法の異なる複数の配管１１の検査に対応可能である。例えば、センサ部１４の外径を８ｍｍ程度とし、全長を５０ｍｍ程度とすれば、ガイド部材５２の交換により、内径１１ｍｍ以上の配管１１の検査に対応できる。

以上のように構成された配管検査装置１０を用いて曲がり部１２を有する配管１１の検査を行う場合、まず、図４に示すように、配管検査装置１０を配管１１の内部に挿通する。このとき、先側ガイド部１５の先端が合成樹脂で半球状に形成されていることにより、配管１１にスムーズに挿通して、後続のセンサ部１４をガイドすることができる。そして、センサ部１４が曲がり部１２の先端位置まで達したら、配管１１の内部に液体（水）を注入し、回転駆動部４１を駆動して反射鏡４５を回転させながら、超音波探触子４０から超音波を照射する。超音波探触子４０から照射された超音波は反射鏡４５で反射して超音波入出開口部３７を通過し、配管１１の内壁面４４に照射される（図４の実線の矢印）。内壁面４４に照射された超音波は反射して超音波入出開口部３７を通過し、反射鏡４５で反射されて超音波探触子４０に戻る（図４の破線の矢印）。こうして検査可能な状態となったら、配管検査装置１０を配管１１から引き抜く方向に（曲がり部１２に沿って）移動させ、曲がり部１２を全長にわたって検査する。このとき、図４では、カバー部３９が関節機構１６、１７の折り曲げ方向（図１、図３の下方向）である、配管１１の曲がり部１２の腹側（内側）に取り付けられているので、図５（Ａ）に示すように、曲がり部１２の背側（外側）のみが検査可能範囲となる。次に、配管検査装置１０を配管１１から引き抜いた後、カバー部３９を関節機構１６、１７の折り曲げ方向と反対側（図１、図３の上方向）である、配管１１の曲がり部１２の背側（外側）に付け替える（移動させる）。そして、配管検査装置１０を配管１１の内部に挿通し、上記と同様にして検査を行う。このとき、図５（Ｂ）に示すように、曲がり部１２の腹側（内側）が検査可能範囲となる。以上の２回の検査により、曲がり部１２の全長を全周にわたって検査することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、ケーブル部とセンサ部との間の関節機構を省略することや、センサ部と先側ガイド部との間の関節機構を省略することが可能であり、それぞれの関節機構の長さも変更可能である。また、関節機構は一方向にのみ折れ曲がればよいので、基側と先側を入れ替えて使用してもよい。

１０：配管検査装置、１１：配管、１２：曲がり部、１３：ケーブル部、１４：センサ部、１５：先側ガイド部、１６、１７：関節機構、１８：基側連結部、１９：先側連結部、２０：リンク部材、２１：基部、２２：支持片、２３：嵌合孔、２４：固定部、２５：回動片、２６：面取り部、２７：嵌合突起、２８：胴体部、２９：回動片、３０：支持片、３１：面取り部、３２：嵌合突起、３３：嵌合孔、３４：コネクタ、３５：第１のホルダー部、３６：第２のホルダー部、３７：超音波入出開口部、３８：ケーシング、３９：カバー部、４０：超音波探触子、４１：回転駆動部（モータ）、４２：出力軸、４４：内壁面、４５：反射鏡、４６、４７：電気接続線、４８：信号線、５０：貫通孔、５２：ガイド部材

Claims (5)

1. 配管の内部に挿通されて使用される配管検査装置であって、
   ケーブル部と、該ケーブル部の先側に取り付けられたセンサ部と、該センサ部の先側に取り付けられた先側ガイド部とを有し、
   前記センサ部は、基側及び先側にそれぞれ設けられた第１、第２のホルダー部と該第１、第２のホルダー部の間に設けられた超音波入出開口部とを有するケーシングと、前記第１のホルダー部に収容された超音波探触子と、前記第２のホルダー部に収容され、該ケーシングの軸心と平行に前記超音波探触子側に突出する出力軸を有する回転駆動部と、前記出力軸に取り付けられ前記超音波探触子からの超音波を反射し前記超音波入出開口部を通過させて前記配管の内壁面に照射し、該内壁面で反射して前記超音波入出開口部を通過した超音波を前記超音波探触子に向けて反射させる反射鏡とを備え、
   前記ケーブル部と前記センサ部との間及び前記センサ部と前記先側ガイド部との間のいずれか一方又は両方に、一方向にのみ折り曲げ可能な関節機構を有することを特徴とする配管検査装置。
2. 請求項１記載の配管検査装置において、前記関節機構は、チェーンリンク機構であることを特徴とする配管検査装置。
3. 請求項１又は２記載の配管検査装置において、前記第１、第２のホルダー部は、前記ケーシングの軸心方向に隙間を空けて設けられ、該隙間の一部がカバー部で覆われることにより、前記超音波入出開口部が形成されていることを特徴とする配管検査装置。
4. 請求項３記載の配管検査装置において、前記カバー部は、前記ケーシングに着脱可能又は回動可能に取り付けられ、前記カバー部の取り付け位置により、前記超音波入出開口部の周方向位置を変更可能であることを特徴とする配管検査装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１記載の配管検査装置において、前記ケーシングの基側及び先側にそれぞれ取り付けられて前記センサ部を前記配管と同軸状に案内するリング状のガイド部材を有することを特徴とする配管検査装置。

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