JP2023022937A - 校正装置及び校正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】静電容量式歪センサの校正をより高精度に行う。【解決手段】金属管に第１、第２電極を配置して形成したコンデンサの静電容量の変化から金属管の歪を計測する歪センサの校正装置であって、棒状の金属片と、金属片の第１位置に固定され、第１電極が装着される第１固定具と、第１位置から標点距離だけ離間する第２位置に固定され、第２電極が装着される第２固定具と、金属片の牽引機と、標点距離を計測する測長器と、静電容量を計測する静電容量測定器と、金属片、第１、第２固定具を加熱可能な高温炉と、一端側が第１固定具に固定され他端側が高温炉の外部に延出する第１ロッドと、一端側が第２固定具に固定され他端側が高温炉の外部に延出する第２ロッドと、を備え、測長器は高温炉の外部において第１、第２ロッド上に規定される第１、第２計測位置の間隔を計測することにより標点距離を計測する。【選択図】図３

Description

本発明は、校正装置及び校正方法に関する。

ボイラやタービンに用いられる大口径高温蒸気管などのように、長期間に亘って高温に曝され続ける金属管は、長年の使用により熱と応力の影響を受けてクリープひずみと呼ばれる歪が生じる。

そのため、金属管の表面に歪センサを取り付けて歪量を計測する技術が開発されている。

例えば、溶接部を跨ぐように２枚の電極板を対向させて配置し、この電極板間の静電容量の変化から溶接部の歪量を計測する静電容量式歪センサが開発されている（例えば特許文献１を参照）。

特許第６５７３０５１号公報

しかしながら、高温環境下において金属に生じるクリープ歪はマイクロメートルオーダの極めて小さな値であり、このような高温環境下で測定する静電容量式歪センサには極めて高い精度が要求される。

そのため、このような静電容量式歪センサの校正を高温環境下で、より高精度に行うことが可能な校正装置及び校正方法が求められている。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、静電容量式歪センサの校正を高温環境下で、より高精度に行うことが可能な校正装置及び校正方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する校正装置は、金属管の長さ方向に第１電極及び第２電極を向かい合わせに配置することによりコンデンサを形成し、前記コンデンサの静電容量の変化から前記金属管の歪を計測する歪センサの校正装置であって、前記金属管に対応する棒状の金属片と、前記金属片の第１位置に固定されると共に、前記第２電極と向かい合わせにする前記第１電極が装着される第１固定具と、前記金属片の前記第１位置から標点距離だけ離間する第２位置に固定されると共に、前記第１電極と向かい合わせにする前記第２電極が装着される第２固定具と、前記金属片を長さ方向に牽引する牽引機と、前記金属片を牽引中の複数の計測タイミングで前記標点距離を計測する測長器と、前記各計測タイミングで前記コンデンサの静電容量を計測する静電容量測定器と、前記金属片、前記第１固定具及び前記第２固定具を収容して加熱可能な高温炉と、前記金属片の長さ方向に沿って、一端側が前記第１固定具に固定され、他端側が前記高温炉の外部に延出する第１ロッドと、前記金属片の長さ方向に沿って、一端側が前記第２固定具に固定され、他端側が前記高温炉の外部に延出する第２ロッドと、を備え、前記測長器は、前記高温炉の外部において前記第１ロッド上に規定される第１計測位置と、前記高温炉の外部において前記第２ロッド上に規定される第２計測位置と、の間隔を計測することにより、前記標点距離を計測する。

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄の記載、及び図面の記載等により明らかにされる。

静電容量式歪センサの校正をより高精度に行うことが可能になる。

校正装置を示す図である。 静電容量式歪センサの特性カーブを示す図である。 校正装置を示す図である。 校正装置を示す図である。 校正装置を示す図である。 校正装置を示す図である。 校正装置を示す図である。 校正装置を示す図である。 校正装置を示す図である。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。以下、本発明をその一実施形態に即して添付図面を参照しつつ説明する。

＝＝第１実施形態＝＝
本発明の第１実施形態に係る校正装置１００の全体構成を図１に示す。

校正装置１００は、ボイラやタービンに用いられる配管や大口径高温蒸気管などの金属管（不図示）の溶接部に生ずる歪量を測定する歪センサ３００の校正を行うための装置である。

歪センサ３００は、例えば、火力発電所の大口径高温蒸気管の表面に取り付けられ、大口径高温蒸気管に使用されている高クロム鋼の溶接部に生じる歪を計測する。

歪センサ３００は、上記金属管の溶接部を跨ぐように金属管の長さ方向に装着される第１電極３１０と第２電極３２０とを有して構成されており、第１電極３１０と第２電極３２０とを向かい合わせにすることでコンデンサを形成する。

そして歪センサ３００は、金属管に生ずる歪量をこのコンデンサの静電容量Ｃの変化として検出する。

金属管に生ずる歪量は図１に示す間隔ｄの変化量として現れるが、金属管の歪量はマイクロメートル単位の極めて小さな値であるため、歪センサ３００の校正を行う際には間隔ｄを精密に再現することが必要である。

そこで、本実施形態に係る校正装置１００は、金属管に対応する棒状の金属片１１０と、金属片１１０の第１位置に固定される第１固定具１２１と、金属片１１０の第２位置に固定される第２固定具１２２と、校正実施中に金属片１１０を長さ方向に牽引する牽引機１３０と、金属片１１０を牽引中に第１位置と第２位置との間の標点距離Ｌを計測するリニアゲージなどの測長器１４０と、校正実施中に第１固定具１２１に装着される第１電極３１０と第２固定具１２２に装着される第２電極３２０とにより形成されるコンデンサの静電容量Ｃを計測する静電容量測定器１５０と、を備える。

第１電極３１０は、第１支持体３１１と第１電極板３１２とを有して構成され、第１支持体３１１が第１固定具１２１に固定される。また第２電極３２０は、第２支持体３２１と第２電極板３２２とを有して構成され、第２支持体３２１が第２固定具１２２に固定される。

そして第１電極３１０及び第２電極３２０は、電荷を蓄積する第１電極板３１２と第２電極板３２２が向かい合わせになるように装着されることで、コンデンサを形成する。

このような態様により、金属管に見立てた金属片１１０を牽引機１３０によって牽引してクリープ歪を生じさせることによって、金属管に歪センサ３００を装着した場合と同様の間隔ｄの微小な変化を再現できるので、極めて正確に間隔ｄと静電容量Ｃとを計測できる。これにより、歪センサ３００の校正をより正確に行うことが可能となる。

また、本実施形態に係る歪センサ３００は、金属管の長さ方向に第１電極３１０及び第２電極３２０を向かい合わせに配置することによりコンデンサを形成し、このコンデンサの静電容量Ｃの変化から金属管の歪を計測する。

そしてこの歪センサ３００を校正する際には、まず金属管に対応する棒状の金属片１１０の第１位置に固定される第１固定具１２１に、第２電極３２０と向かい合わせにする第１電極３１０を装着する。

そして金属片１１０の第１位置から標点距離Ｌだけ離間する第２位置に固定される第２固定具１２２に、第１電極３１０と向かい合わせにする第２電極３２０を装着する。

その後、金属片１１０を長さ方向に牽引し、牽引中の複数の計測タイミングで標点距離Ｌの計測と、コンデンサの静電容量Ｃの計測を行う。

なおもちろん、校正装置１００に歪センサ３００を装着する際には、標点距離Ｌから間隔ｄへの換算を行うために必要な標点距離Ｌと間隔ｄとの差分を精密に測定しておく。

そして校正装置１００は、金属片１１０を牽引中に複数の計測タイミングで上記標点距離Ｌ及び上記静電容量Ｃを計測することで、図２に示すような歪センサ３００の正確な特性カーブを測定する。

もしこの特性カーブが規定の範囲から外れている場合には、歪センサ３００は調整が必要ということになる。

なお図１に示す例において、標点距離Ｌを特定する第１位置及び第２位置は例示に過ぎず、他の位置でもよい。

＝＝第２実施形態＝＝
次に第２実施形態に係る校正装置１００を、図３、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、及び図６Ｂを参照しながら説明する。

図３に示すように、第２実施形態に係る校正装置１００は、第１実施形態に係る校正装置１００に対して、金属片１１０、第１固定具１２１及び第２固定具１２２を収容して加熱可能な電気炉１６１ないしは高温炉１６０をさらに有する。

このような態様により、高温に曝される金属管と同等の温度条件で金属片１１０にクリープ歪を生じさせることができ、高温下で金属管に歪センサ３００を装着した場合と同様の間隔ｄの微小な変化をより正確に再現できるので、極めて正確に間隔ｄと静電容量Ｃとを計測できる。これにより、歪センサ３００の校正をより正確に行うことが可能となる。

なお電気炉１６１は、電力を用いて炉内を加熱する電気式であるが、炉内を加熱して所定の温度に維持できるものであれば、ガスを燃焼させて炉内を加熱するガス式や、燃料油を燃焼させて炉内を加熱する燃料油式などのような広く一般の高温炉１６０を用いてもよい。ただし、電気炉１６１を用いた方が、ガスや燃料油などの燃料の供給路や排気ガスの排出路などの設備が不要にできるため、校正装置１００をより簡素に構成できる。

また第２実施形態に係る校正装置１００は、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂに示すように、第１ロッド１７１と第２ロッド１７２とをさらに備えている。

第１ロッド１７１は、金属片１１０の長さ方向に沿って、一端側が第１固定具１２１に固定され、他端側が高温炉１６０の外部に延出するように配置される。第２ロッド１７２は、金属片１１０の長さ方向に沿って、一端側が第２固定具１２２に固定され、他端側が高温炉１６０の外部に延出するように配置される

そして第２実施形態に係る測長器１４０は、高温炉１６０の外部において第１ロッド１７１上に規定される第１計測位置と、高温炉１６０の外部において第２ロッド１７２上に規定される第２計測位置と、の間隔を計測することにより標点距離Ｌを計測する。

なおこの場合、校正装置１００に歪センサ３００を装着する際に、第１計測位置と第２計測位置との間隔から標点距離Ｌへの換算を行うために必要な、第１計測位置と第２計測位置との間隔と、標点距離Ｌとの差分を精密に計測しておく。

このような態様により、標点距離Ｌの計測を高温炉１６０の外部において行うことが可能となるので、室温環境で使用される一般的な測長器１４０を用いて標点距離Ｌの計測が可能となる。

なお第１ロッド１７１及び第２ロッド１７２は、１本ずつでもよいが、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂに示すように２本ずつでもよい。

このとき、第１固定具１２１には、第１電極３１０を挟む両側に２本の第１ロッド１７１が固定され、同様に、第２固定具１２２には、第２電極３２０を挟む両側に２本の第２ロッド１７２が固定される。

そして、高温炉１６０の外部において２本の第１ロッド１７１を横架するように固定されることで第１計測位置を規定する第１横架部材１８１が設けられ、同様に、高温炉１６０の外部において２本の第２ロッド１７２を横架するように固定されることで第２計測位置を規定する第２横架部材１８２が設けられる。

このような態様により、測長器１４０は、第１横架部材１８１と第２横架部材１８２との間隔を計測することにより、標点距離Ｌを正確に計測することが可能となる。

またこの時、図４Ａ、図４Ｂ、図６Ａ、図６Ｂに示すように、測長器１４０を第１測長器１４１と第２測長器１４２の２つで構成するとよい。

第１測長器１４１は、第１横架部材１８１及び第２横架部材１８２の一方の端部の近傍において第１計測位置と第２計測位置との間隔を計測する。また第２測長器１４２は、第１横架部材１８１及び第２横架部材１８２の他方の端部の近傍において第１計測位置と第２計測位置との間隔を計測する。

このような態様により、第１測長器１４１による計測値と第２測長器１４２による計測値との平均値を採用して、より誤差の小さな計測を行うことが可能となる。このため、より正確に標点距離Ｌを計測することが可能となる。

また図５Ｂに示すように、金属片１１０は、金属片１１０の両端部に挟まれる所定部分１１１の横断面積が、この所定部分１１１を挟む他の部分の横断面積よりも小さくなるように、くびれた形状に形成するとよい。つまり、金属片１１０を所定部分１１１において縮径するように形成するとよい。このような態様により、金属片１１０を牽引機１３０によって牽引する際に、縮径されている所定部分１１１を延伸させることができる。

そして金属片１１０の一方の端部と所定部分１１１との間の上記他の部分（縮径されていない部分）に第１固定具１２１が固定される第１位置を設け、金属片１１０の他方の端部と所定部分１１１との間の上記他の部分（縮径されていない部分）に第２固定具１２２が固定される第２位置を設けるとよい。このような態様により、金属片１１０を牽引機１３０によって牽引する際に、金属片１１０の所定部分１１１が延伸され、所定部分１１１の歪量がそのまま正確に標点距離Ｌ、すなわち第１電極３１０と第２電極３２０との間隔ｄの変化量として現れるので、より正確に歪センサ３００の校正を行うことが可能となる。

以上、本実施形態に係る校正装置１００及び校正方法について説明したが、本実施形態によれば、静電容量式歪センサ３００の校正をより高精度に行うことが可能になる。

そして高クロム鋼の溶接部の歪量が高精度で測定可能になることで、高クロム鋼の余寿命診断の高精度化を図ることが可能となる。

これにより、例えば、火力発電所の配管溶接部の損傷の進展状況を運転中においてもモニタリング出来、設備の信頼性向上に貢献することが可能となる。また高クロム鋼を用いた配管系統の補修計画の最適化やコスト低減を図ることが可能となる。

なお上述した実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

１００ 校正装置
１１０ 金属片
１１１ 所定部分
１２０ 固定具
１２１ 第１固定具
１２２ 第２固定具
１３０ 牽引機
１４０ 測長器
１４１ 第１測長器
１４２ 第２測長器
１５０ 静電容量測定器
１６０ 高温炉
１６１ 電気炉
１７０ ロッド
１７１ 第１ロッド
１７２ 第２ロッド
１８０ 横架部材
１８１ 第１横架部材
１８２ 第２横架部材
３００ 歪センサ
３１０ 第１電極
３１１ 第１支持体
３１２ 第１電極板
３２０ 第２電極
３２１ 第２支持体
３２２ 第２電極板

Claims (6)

1. 金属管の長さ方向に第１電極及び第２電極を向かい合わせに配置することによりコンデンサを形成し、前記コンデンサの静電容量の変化から前記金属管の歪を計測する歪センサの校正装置であって、
   前記金属管に対応する棒状の金属片と、
   前記金属片の第１位置に固定されると共に、前記第２電極と向かい合わせにする前記第１電極が装着される第１固定具と、
   前記金属片の前記第１位置から標点距離だけ離間する第２位置に固定されると共に、前記第１電極と向かい合わせにする前記第２電極が装着される第２固定具と、
   前記金属片を長さ方向に牽引する牽引機と、
   前記金属片を牽引中の複数の計測タイミングで前記標点距離を計測する測長器と、
   前記各計測タイミングで前記コンデンサの静電容量を計測する静電容量測定器と、
   前記金属片、前記第１固定具及び前記第２固定具を収容して加熱可能な高温炉と、
   前記金属片の長さ方向に沿って、一端側が前記第１固定具に固定され、他端側が前記高温炉の外部に延出する第１ロッドと、
   前記金属片の長さ方向に沿って、一端側が前記第２固定具に固定され、他端側が前記高温炉の外部に延出する第２ロッドと、
   を備え、
   前記測長器は、前記高温炉の外部において前記第１ロッド上に規定される第１計測位置と、前記高温炉の外部において前記第２ロッド上に規定される第２計測位置と、の間隔を計測することにより、前記標点距離を計測する、校正装置。
2. 請求項１に記載の校正装置であって、
   前記第１固定具には、２本の前記第１ロッドが前記第１電極を挟む両側に固定され、
   前記第２固定具には、２本の前記第２ロッドが前記第２電極を挟む両側に固定され、
   前記高温炉の外部において前記２本の第１ロッドに横架されることで前記第１計測位置を規定する第１横架部材と、
   前記高温炉の外部において前記２本の第２ロッドに横架されることで前記第２計測位置を規定する第２横架部材と、
   を備える、校正装置。
3. 請求項２に記載の校正装置であって、
   前記測長器は、前記第１計測位置と前記第２計測位置との間隔を、前記第１横架部材及び前記第２横架部材の一方の端部の近傍において計測する第１測長器と、他方の端部の近傍において計測する第２測長器と、を有する、校正装置。
4. 請求項１～３のいずれかに記載の校正装置であって、
   前記高温炉は電気炉である、校正装置。
5. 請求項１～４のいずれかに記載の校正装置であって、
   前記金属片は、両端部に挟まれる所定部分の横断面積が、前記所定部分を挟む他の部分の横断面積よりも小さくなるように形成されてなり、
   前記第１固定具が固定される前記第１位置は、前記金属片の一方の端部と前記所定部分との間の前記他の部分に設けられ、
   前記第２固定具が固定される前記第２位置は、前記金属片の他方の端部と前記所定部分との間の前記他の部分に設けられる、校正装置。
6. 金属管の長さ方向に第１電極及び第２電極を向かい合わせに配置することによりコンデンサを形成し、前記コンデンサの静電容量の変化から前記金属管の歪を計測する歪センサの校正方法であって、
   前記金属管に対応する棒状の金属片の第１位置に固定される第１固定具に、前記第２電極と向かい合わせにする前記第１電極を装着し、
   前記金属片の前記第１位置から標点距離だけ離間する第２位置に固定される第２固定具に、前記第１電極と向かい合わせにする前記第２電極を装着し、
   前記金属片、前記第１固定具及び前記第２固定具を高温炉に収容し、
   前記金属片の長さ方向に沿って、第１ロッドの一端側を前記第１固定具に固定し、他端側を前記高温炉の外部に延出し、
   前記金属片の長さ方向に沿って、第２ロッドの一端側を前記第２固定具に固定し、他端側を前記高温炉の外部に延出し、
   前記高温炉を加熱しながら前記金属片を長さ方向に牽引し、
   前記金属片を牽引中の複数の計測タイミングで、前記高温炉の外部において前記第１ロッド上に規定される第１計測位置と、前記高温炉の外部において前記第２ロッド上に規定される第２計測位置と、の間隔を計測することにより、前記標点距離を計測し、
   前記各計測タイミングで前記コンデンサの静電容量を計測する、
   校正方法。

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