JP3796349B2 - 管体割れの自動検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、管体割れの自動検出装置に関し、更に詳細には、確実かつ容易に、管体の割れ発生の有無を検知し、割れ発生箇所を特定し、更に発生した割れの大きさを検出できる管体の割れ自動検出装置、特に熱交換器のチューブ割れを自動的に検出するために最適な装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原油を精製して種々の石油製品を製造する石油精製工場、石油等の原料油から種々の化学原料及び化学品を製造する石油化学工場等では、伝熱管として機能する多数のチューブを管束の形態で備えた熱交換器が、各所で使用されている。熱交換器に設けられたチューブには、過酷な使用条件下で、振動、金属疲労、応力腐食、熱交換器製作の際の拡管による過大応力発生等の種々の原因により、割れ等の損傷がしばしば発生する。特に、割れ等の損傷（以下、総称して割れと言う）は、管板、邪魔板との接触部近傍の領域のチューブに発生し易い。
割れが発生し、成長して、完全にチューブの管壁を貫通すると、チューブ内を流れる流体が、管壁を貫通する割れを通ってチューブの外に流出し、チューブ外を流れる流体に混入して品質を低下させることがある。また、逆に、チューブ外からチューブ内に、流体が混入することもある。
【０００３】
そのために、工場の操業を定期的に一時停止して工場内の機器、配管を一斉に点検、整備する定期点検時に、割れが熱交換器のチューブに発生していないことを確認する検査が行われている。
通常、塔槽の胴壁、配管の管壁等の板状部材に割れ等の損傷が発生していないかどうかの検査、即ち損傷発生の有無は、超音波探傷法、磁気探傷法、渦流探傷法、浸透探傷法等の非破壊検査法により行われているが、熱交換器のチューブでは、多数本のチューブを管束にした形態のチューブに割れが発生するために、検査対象のチューブに接近することが難しい。特に、管束の内側のチューブが検査対象である場合に現実には殆ど接近できない。従って、超音波探傷法、磁気探傷法、浸透探傷法等の従来の非破壊検査法を適用しようとしても、検査対象に検査装置を接近させることができないので、適用できない。また、渦流探傷法では、割れの欠陥体積が微小であるので、検知できない。
そこで、熱交換器の点検は、一般には、水圧テスト法又は気密テスト法により行われている。水圧テスト法又は気密テスト法は、水又は窒素や空気などのテスト媒体による圧力をチューブ内又はチューブ外に作用させて、テスト媒体が漏洩すれば、割れ又は開孔が発生しており、テスト媒体が漏洩しないときには、割れが発生していないとする点検方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、水圧テスト法又は気密テスト法による点検は、割れの発生箇所を特定することが難しく、また、割れがチューブ壁を貫通していないものの、チューブ壁の一部に割れが発生している場合には、それを検知することができないという問題があった。
また、一般的な超音波探傷法を改良して、プローブからの縦波を直角にチューブに入射させて、チューブ壁の内面と外面から反射波の時間差を測定し、それにより管壁の厚さを測定する方法がある。しかし、この方法では、管壁の腐食深さを測定できるものの、割れを検出することはできない。更には、超音波縦波用プローブを先端に挟んだ電気ドリルを手操作で回転させつつ管板近傍の割れを探傷する方法が提案されているが、検査の適用範囲が管板から数十cm程度の範囲が限界であって、長いチューブには適用できず、実用的ではない。
【０００５】
以上のように、水圧テスト法、気密テスト法及び従来の非破壊検査法では、チューブに発生した割れを確実に検出することが、難しく、実用面で満足できるものでは無かった。
そこで、本発明の目的は、確実かつ容易に、チューブの割れの発生の有無の検知し、発生箇所を特定し、更に発生した割れの大きさを検出できる管体の割れ自動検出装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る管体割れの自動検出装置は、管体内に充満させた水中を伝搬させた超音波により、管体の管壁に発生した割れを検出する装置であって、
管体の長手方向に沿って延びる回転軸に対して傾斜の異なる第１及び第２の反射鏡面を有し、回転軸周りに回転しつつ反射鏡面を介して超音波を管壁に向け放射し、管壁からの超音波エコーを受ける反射鏡と、回転軸周りに反射鏡を回転させる回転装置と、縦波超音波を回転軸に平行に反射鏡に向けて送信し、反射鏡から反射された超音波エコーを受信する探触子とを有し、管体内を管体の長手方向に進退可能な検出器と、
超音波エコー解析手段と、
表示手段と
を備え、
第１の反射鏡面は、回転軸に対して傾斜角４５°で設けられ、探触子から入射された超音波を反射して管壁に垂直に入射させ、第２の反射鏡面は、回転軸に対して傾斜角θで設けられ、探触子から入射された超音波を反射して管壁に対して斜めに縦波臨界角を超える所定の入射角Φで入射させて管壁内で横波超音波を発生させ、θ＝４５＋Φ／２であり、
第１の反射鏡面及び第２の反射鏡面は、それぞれ、超音波の入射方向に対して相互に重複しないような反射鏡面領域を有する配置で、かつ回転軸に沿って所定の間隔で配列されているとともに、第１の反射鏡面及び第２の反射鏡面は、管壁への超音波の入射点が同じ位置になる間隔に２０ｍｍ以下の長さを加えた間隔で回転軸に沿って配列されており、
表示手段は、第１の反射鏡の一回転分の垂直エコーの図及び第２の反射鏡の一回転分の斜角エコーの図を同時にリアルタイムで表示するか、第１の反射鏡の一回転分の垂直エコーの図と第２の反射鏡の一回転分の斜角エコーの図とを合成したエコーの図をリアルタイムで表示することを特徴としている。
【０００７】
第１の反射鏡面は、探触子から入射された超音波を管壁に垂直に入射させるように、回転軸に対して４５°の傾斜角で設けられる。
一方、第２の反射鏡面は、管壁に対して縦波臨界角を超える所定の入射角Φで超音波を入射させて、管壁内で斜角横波超音波を発生させるように、回転軸に対してθの傾斜角で設けられている。
θとΦとの関係は、θ＝４５＋Φ／２であり、Φは横波の進行方向である屈折角との関係からスネルの法則により求めることができる。入射角Φは、縦波臨界角より大きいので、超音波が入射角Φで管壁に入射すると、横波が管壁内で発生する。尚、縦波臨界角とは、縦波超音波の全反射が起こる最小の超音波入射角を言う。入射角Φは、チューブ等の管体の材質によるパラメータであって、チューブの管壁に横波のみを発生させるような超音波の入射角である。
また、第１の反射鏡面と第２の反射鏡面との間の所定の間隔とは、第１の反射鏡面及び第２の反射鏡面で反射し、入射する超音波縦波の管壁での入射点が同じ位置になる間隔に、第１及び第２の反射鏡面で反射し、入射する超音波縦波同士が相互に干渉しないように第１及び第２の反射鏡面からの反射超音波の入射点を離間させた距離を加えた長さであって、管体の材質及び管径により異なる。熱交換器の通常のチューブの場合、第１の反射鏡面と第２の反射鏡面との回転軸上の間隔Ｓは、Ｓ＝（チューブ内径（mm）／２）×tan Φ＋αで規定され、αは０≦α≦２０mmである。
好適には、第１の反射鏡面及び第２の反射鏡面は、それぞれ、超音波の入射方向に対して、少なくとも超音波の入射面の１／４以上の相互に重複しない反射鏡面領域を有する。例えば、探触子に近い反射鏡面が第１の反射鏡面である場合には、第１の反射鏡面は、超音波の入射面の１／４以上、３／４以下の面積を有し、第２の反射鏡面は、超音波の入射面から第１の反射鏡面の面積を差し引いた相互に重複しない反射鏡面領域を有する。第１及び第２の反射鏡面の配置が逆の場合も、同様である。
【０００８】
本発明で使用する超音波の周波数は、管体の管径、管壁の厚さ、材質などに応じて選択され、１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲の超音波を使用する場合が多い。
本発明は、超音波を伝搬できる材質のチューブである限り、特に制約なくチューブの材質を問わず適用でき、また、プローブを挿入できる限り、チューブの寸法を問わず適用できるが、特に、熱交換器のチューブ、例えば外径１９mm又は２５．４mm、厚さ２．１１mm又は２．７７mmの炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼、銅合金製のチューブの割れを自動的に検出するのに最適である。
以上の構成により、本発明は、第１の反射鏡により管体の肉厚を測定し、第２の反射鏡によりチューブの周方向割れの有無、発生箇所、割れの大きさをチューブの全長にわたり確実に検出することができる。
【０００９】
本発明の好適な実施態様では、検出器の先端に設けられ、反射鏡の１回転毎の超音波エコーの先頭を検知する反射鏡回転検知手段と、反射鏡回転検知手段と連動し、検出器の管体内長手方向位置を検知するするエンコーダとを備え、
反射鏡回転手段とエンコーダとの協働により、割れの発生位置を検出する。反射鏡回転検知手段によりチューブの周方向の割れの位置を検出し、エンコーダによりチューブの長手方向の割れの位置を検出することができる。
【００１０】
本発明の更に好適な実施態様では、回転装置は超音波モータである。これにより、回転軸がぶれることなく、反射鏡を一様な角速度で回転させることができる。
また、本発明の更に好適な実施態様では、管体内の超音波伝搬経路を水で充満させるための水を送る流路と、超音波モータに電力を供給するため電線と、探触子とパルサーレシーバとの間で信号の授受を行うケーブルとが、検出器に接続され、流路、電線及びケーブルを引っ張って検出器を管体内を走行させるようにしている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照し、実施例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
実施形態例
本実施形態例は、本発明に係る管体割れの自動検出装置の実施形態の一例であって、図１は管体割れの自動検出装置の全体構成を示す模式図、図２はチューブ内に挿入された状態の検出器の詳細図、図３は超音波の入射方向に沿った第１及び第２の反射鏡面の配置図である。
本実施形態例の管体割れの自動検出装置（以下、簡単に検出装置と言う）は、チューブ内に充満させた水中を伝搬させた超音波により、チューブの管壁に発生した割れを検出する装置であって、図１に示すように、チューブ内を長手方向に進退可能な検出器１２と、検出器１２のチューブ長手方向位置を検知するエンコーダ１４と、超音波エコーの信号を送受信するパルサーレシーバ１６と、パルサーレシーバ１６から出力信号を受けるコントローラ１８と、パーソナル・コンピュータ程度の小型コンピュータであって、コントローラ１８から出力されるデータのデータ記録装置及びデータ解析装置として機能するコンピュータ（レコーダ）２０と、表示装置として設けられたシンクロスコープ２２とを備えている。
【００１２】
検出器１２は、図２に示すように、検出器筐体２４と、回転筒４０内に第１及び第２の反射鏡面２６、２８を保持し、検出器筐体２４の外に設けられた反射鏡２９と、検出器筐体２４内に設けられ、反射鏡２９を仮想的な回転軸３０の周りに回転させる超音波モータ３２と、超音波を送受信する探触子３４とを有し、フレキシブルなケーブル３６を介してエンコーダ１４に接続されている。
また、反射鏡２９の前方と検出器筐体２４の前部及び後部とには、リング状の回転軸保持器兼水堰止めリング３７が設けられている。回転軸保持器兼水堰止めリング３７は、チューブ内周面に沿って自在に摺動できるように金属製、プラスチック製等のリングで形成され、回転軸３０をチューブの長手方向中心線に保持すると共に、ケーブル３６内の流路により供給された水を堰止める機能も果たす。
【００１３】
探触子３４は、水浸用の垂直探触子であって、縦波超音波を回転軸３０に平行に反射鏡２９の第１及び第２の反射鏡面２６、２８に向けて送信し、第１及び第２の反射鏡面２６、２８から反射された超音波エコーを受信する。
【００１４】
反射鏡２９は、第１及び第２の反射鏡面２６、２８と、第１及び第２の反射鏡面２６、２８を保持しつつ一体で回転する回転筒４０とから構成されている。
回転筒４０は、超音波モータ３２により駆動されて回転軸３０周りに回転する回転子３８に連結され、回転子３８の回転に合わせて回転軸３０周りに一様な角速度で、第１及び第２の反射鏡面２６、２８と一体的に回転する。
【００１５】
第１の反射鏡面２６は、図３（ａ）に示すように、回転軸３０に対して傾斜角４５°で設けられ、かつ、図３（ｂ）に示すように、探触子３４からの超音波の入射面の右１／２を占めている。一方、第２の反射鏡面２８は、図３（ａ）に示すように、回転軸３０に対して４５°より大きい傾斜角θで設けられ、かつ、図３（ｂ）に示すように、探触子３４からの超音波の入射面の左１／２を占めている。これにより、第１の反射鏡面２６及び第２の反射鏡面２８は、超音波の入射方向に対して相互に重複しないように配置されている。
尚、これは、第１の反射鏡面２６及び第２の反射鏡面２８の大きさ、配置の一例であって、例えば、第１の反射鏡面２６が超音波の入射面の３／４の面積を有して右側に位置し、第２の反射鏡面２８が、超音波の入射面の１／４の相互に重複しない反射鏡面の領域を左側に有するようにしても良い。また、第２の反射鏡面２８は、超音波の入射面の１／４の相互に重複しない反射鏡面の領域を左側に有する限り、超音波の入射面の１／４以上の反射鏡面を有していても良い。
回転軸３０に対して傾斜角４５°で設けられた第１の反射鏡面２６は、探触子３４から入射された超音波を反射し、回転筒４０の開口４２（図２参照）を通ってチューブ壁に垂直に入射させ、次いで超音波エコーを受けて探触子３４に向けて反射する。
回転軸に対して傾斜角θで設けられた第２の反射鏡面２８は、探触子３４から入射された超音波を反射し、回転筒４０の開口４４（図２参照）を通ってチューブ壁に対して斜めに入射角Φで入射させ、次いで超音波エコーを受けて探触子３４に向けて反射する。
【００１６】
本実施形態例では、第２の反射鏡面２８の傾斜角θは、チューブ壁内に屈折角４５°の横波のみを発生させるように超音波をチューブ壁に入射する入射角Φにより規定される。
例えば、チューブが炭素鋼製で、屈折角４５°の横波を発生させる場合を想定する。縦波超音波の水中の速度は、１４８０ｍ／ｓｅｃ、炭素鋼中の速度は、５９００ｍ／秒である。一方、横波超音波の炭素鋼中の速度は、３２３０ｍ／秒である。
従って、チューブ壁に入射角Φで入射した縦波超音波がチューブ壁内で屈折角４５°の横波となるには、
ＳｉｎΦ／１４８０＝Ｓｉｎ４５°／３２３０
であるから、Φ≒１８．８°である。
一方、第２の反射鏡面２８への超音波の入射角αは、
α＝（１８０−９０−Φ）／２
＝（９０−Φ）／２
また、α＝９０−θであるから、
θ＝９０−α
＝９０−（９０−Φ）／２
＝４５＋Φ／２である。従って、Φ≒１８．８°とすると、θ＝５４．４°となる。
【００１７】
図３に示すように、第２の反射鏡面２８から入射された超音波の入射点が、第１の反射鏡面２６から入射された超音波の入射点と同じ位置乃至その位置から２０mm以内の位置にあるように、第１の反射鏡面２６及び第２の反射鏡面２８が、回転軸３０に対してそれぞれ傾斜し、かつ間隔Ｓ（図３参照）で配置されている。
間隔Ｓは、
Ｓ＝（チューブ内径（mm）／２）×tan Φ＋α（α≦２０mm）で規定される。
【００１８】
ケーブル３６は、図２に示すように、検出器筐体２４の頭部に接続され、内側に水の流路４６、超音波モータ３２に電力を供給する電線４８及び探触子３４とパルサーレシーバ１６の間で信号を授受する信号線５０を備えている。
水タンク５４から水中ポンプ５６により流路４６を経て供給された水は、水堰止めリング３７により堰止めされて、チューブ内に充満し、超音波の水中伝搬ゾーンを形成する。
【００１９】
また、検出器筐体２４の先端には、回転認識バー５２が取り付けてあり、反射鏡２９の１回転毎に、第１の反射鏡面２６からの超音波が回転認識バー５２に遮られることにより、第１及び第２の反射鏡面２６、２８が一回転したことを認識する。
回転認識バー５２とエンコーダ１２との協働により、チューブに発生した割れの位置をチューブの周方向及び長手方向で特定することができる。
【００２０】
パルサーレシーバ１６は、送受信信号線５０を介して検出器１２と接続され、探触子３４から超音波エコーを受信する。コントローラ１８は、位置信号ケーブル５８を介してエンコーダ１４と接続され、エンコーダ１４から検出器１２の位置信号を受信すると共に、パルサーレシーバ１６から得た超音波信号をシンクロスコープ２２に表示させ、かつ超音波信号をＡ／Ｄ変換してコンピュータ（レコーダ）２０に出力する。
コンピュータ（レコーダ）２０、及びシンクロスコープ２２は、超音波エコー解析手段及びリアルタイムの表示手段として設けられていて、コンピュータ（レコーダ）２０は、超音波エコーの信号を解析して、割れの有無、寸法を検出する。
【００２１】
以下に、検出装置１０を使用して、炭素鋼製チューブに発生した周方向の割れを検出する方法を図４〜図８を参照しつつ説明する。
検出器１２から超音波を第１及び第２の反射鏡面２６、２８を経由してチューブに向かって送信すると、炭素鋼製チューブ内の縦波の速度は、５９００ｍ／秒、横波の速度は３２３０ｍ／秒であるから、この速度差と第１及び第２の反射鏡面２６、２８の間隔とから、超音波エコーの信号の受信順序は、パルサーレシーバ１６の表示画面上には、図４に示すようなＡスコープとして表示される。
図４に示すＡスコープでは、時間軸（横軸）に沿って、順次、第１の反射鏡面２６を経由して探触子３４に入射したチューブ表面（内壁面）からの垂直表面エコー（Ｓ波）、チューブ裏面（外壁面）からの１番目の底面エコー（Ｂ１波）、２番目の底面エコー（Ｂ２波）、３番目の底面エコー（Ｂ３波）、・・・・となる。
割れが、チューブに発生していると、第２の反射鏡面２８を経由して探触子３４に入射した割れの発生部からの欠陥エコー（Ｆ波）が、Ａスコープ上に現れる。
【００２２】
このようにして得たＡスコープ上で、垂直表面エコーＳ波と１番目の底面エコーＢ１波との時間差からチューブの肉厚を測定し、また、Ｓ波でチューブ内面の減肉を、Ｓ波とＢ１波からチューブ外面の減肉を測定できる。
ＡスコープのＦ波の有無から割れの有無を確認し、検出器１２と連動するエンコーダ１４から、割れのチューブ長手方向位置を確認する。
尚、チューブに割れが発生していないと、第２の反射鏡面２８からチューブに入射された横波超音波は、反射して帰って来ないので、Ａスコープ上に欠陥エコーは存在しない。
【００２３】
本実施形態例では、図５に示すように、Ａスコープの垂直エコー（Ｓ、Ｂ１、Ｂ２・・）と斜角エコー（Ｆ）とをコントローラ１８でゲートをかけて別々に取り出して、シンクロスコープ２２のＣＲＴ上に、図６と図７を同時にリアルタイムで表示する。
例えば、反射鏡面２６、２８の回転数を１，０００rpm 、超音波パルス数、即ちＡスコープ信号を２，０００とした場合、反射鏡面２６、２８の一回転分のＡスコープ数は、２，０００／（１，０００／６０）＝１２０となる。
【００２４】
図６は、第１の反射鏡面２６を介して得た垂直エコーの一回転分のＡスコープデータ、上述の例では１２０のＡスコープデータを展開したものであり、起点とする一定の時間軸から表面波Ｓを検知するまでの時間相当分の長さを図の横方向に加算してＳ軸とし、そこから（Ｂ１−Ｓ）の時間相当分の長さを図の横方向に加算してＢ１軸として表示したものである。
図６の例では、チューブ外面の腐食状況はＢ１軸上に示され、チューブ内面の腐食状況はＳ軸上に示されていて、この例では、チューブ外面に腐食が発生し、チューブ内面には腐食は生じていない。
【００２５】
図７は、第２の反射鏡面２８を介して得た斜角エコーを、図６と同様に、展開したものであり、斜角エコーが存在する場合を表示していて、図６の例と同様に、チューブ内面の割れか、チューブ外面の腐食かを判定し、周方向位置及び割れ長さを検知することができる。
チューブの割れは周方向に生じる場合が殆どであるから、検出器１２が一回転する間のＡスコープデータ、上述の例では１２０のＡスコープデータに対して、検出器１２が一回転する間に検出した連続の斜角エコー、即ち欠陥エコー（Ｆ）の割合が、周方向の割れ長さ（図７ではＦと表示）として検知できる。
図６と図７とを合成して、図８に示すように、外部腐食のデータと内面割れのデータとを同時に表示することもできる。
【００２６】
本実施形態例の検出装置１０を評価するために、次の様なチューブ欠陥の検出試験を行った。
先ず、図９（ａ）に示すように、深さ２mm及び１mmの内面全周減肉▲１▼、幅１mmで１／４周の内面スリット状割れ▲２▼、直径３mmの貫通孔▲３▼、直径２mm×深さ２mmの平底孔▲４▼、直径１mm×深さ１mmの平底孔▲５▼及び深さ２mm、１．５mmの及び１mmの外面全周減肉▲６▼を有する試験チューブを用意し、本実施形態例の検出装置１０を使って、チューブ欠陥の検出試験を行った。図９（ａ）は、試験チューブの断面図で破線はチューブ内壁面を実線はチューブ外壁面を示す。
図９（ｂ）は、コンピュータ（レコーダ）２０により、検出器１２を介して得た超音波エコーと、エンコーダ１４から得た検出器１２の長手方向位置とを合成、解析して、コンピュータ（レコーダ）２０上に、チューブ欠陥▲１▼及び▲３▼から▲６▼を試験チューブの長手方向に表示したものであり、図９（ｃ）は欠陥▲２▼の長手方向及び周方向の位置を示したものである。
【００２７】
本実施形態例では、上述の検出試験の結果から判るとおり、Ａスコープ信号をコントローラ１８でデジタルデータ化し、コンピュータ（レコーダ）２０によって解析することにより、チューブ肉厚、腐食情報に加えて、チューブの割れの長手方向の位置と、周方向の長さを精度良く表示することができる。
尚、割れ深さについては、一般的な斜角探傷法と同じ手法に従って欠陥エコーのビーム路程とエコー高さの変化とをコンピュータ解析することにより、検出することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、それぞれ、探触子より入射された超音波を反射して、管壁に垂直に出射させる第１の反射鏡面及び管壁に縦波臨界角を超える入射角Φで入射させる第２の反射鏡面を有する反射鏡を備え、反射鏡を回転させつつ超音波を管壁に向け出射し、次いで超音波エコーを受けるようにすることにより、確実かつ容易に、チューブの割れの発生の有無を検知し、発生箇所を特定し、更に発生した割れの大きさを検出できる管体の割れ自動検出装置を実現している。
本発明に係る管体割れの自動検出装置は、熱交換器のチューブ割れを自動的に検出する装置として最適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】管体割れの自動検出装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】チューブ内に挿入された状態の検出器の詳細図である。
【図３】超音波の入射方向に沿った第１及び第２の反射鏡の配置図である。
【図４】垂直エコー及び斜角エコーのＡスコープの一例を示す図である。
【図５】垂直エコー及び斜角エコーをそれぞれ別途に演算処理することを示す図である。
【図６】第１の反射鏡の一回転分の垂直エコーの図である。
【図７】 第２の反射鏡の一回転分の斜角エコーの図である。
【図８】図６と図７とを合成したエコーの図である。
【図９】図９（ａ）は試験チューブの欠陥を示す図、図９（ｂ）はチューブ欠陥▲１▼及び▲３▼から▲６▼を試験チューブの長手方向に表示したものであり、図９（ｃ）は欠陥▲２▼の長手方向及び周方向の位置を示したものである。
【符号の説明】
１０ 本発明に係るの管体割れの自動検出装置の実施形態例
１２ 検出器
１４ エンコーダ
１６ パルサーレシーバ
１８ コントローラ
２０ コンピュータ（レコーダ）
２２ シンクロスコープ
２４ 検出器筐体
２６ 第１の反射鏡面
２８ 第２の反射鏡面
２９ 反射鏡
３０ 回転軸
３２ 超音波モータ
３４ 探触子
３６ ケーブル
３７ 回転軸保持器兼水堰止めリング
３８ 回転子
４０ 回転筒
４２、４４ 開口
４６ 流路
４８ 電線
５０ 信号線
５２ 回転認識バー
５４ 水タンク
５６ 水中ポンプ
５８ 位置信号ケーブル
【発明の属する技術分野】
本発明は、管体割れの自動検出装置に関し、更に詳細には、確実かつ容易に、管体の割れ発生の有無を検知し、割れ発生箇所を特定し、更に発生した割れの大きさを検出できる管体の割れ自動検出装置、特に熱交換器のチューブ割れを自動的に検出するために最適な装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原油を精製して種々の石油製品を製造する石油精製工場、石油等の原料油から種々の化学原料及び化学品を製造する石油化学工場等では、伝熱管として機能する多数のチューブを管束の形態で備えた熱交換器が、各所で使用されている。熱交換器に設けられたチューブには、過酷な使用条件下で、振動、金属疲労、応力腐食、熱交換器製作の際の拡管による過大応力発生等の種々の原因により、割れ等の損傷がしばしば発生する。特に、割れ等の損傷（以下、総称して割れと言う）は、管板、邪魔板との接触部近傍の領域のチューブに発生し易い。
割れが発生し、成長して、完全にチューブの管壁を貫通すると、チューブ内を流れる流体が、管壁を貫通する割れを通ってチューブの外に流出し、チューブ外を流れる流体に混入して品質を低下させることがある。また、逆に、チューブ外からチューブ内に、流体が混入することもある。
【０００３】
そのために、工場の操業を定期的に一時停止して工場内の機器、配管を一斉に点検、整備する定期点検時に、割れが熱交換器のチューブに発生していないことを確認する検査が行われている。
通常、塔槽の胴壁、配管の管壁等の板状部材に割れ等の損傷が発生していないかどうかの検査、即ち損傷発生の有無は、超音波探傷法、磁気探傷法、渦流探傷法、浸透探傷法等の非破壊検査法により行われているが、熱交換器のチューブでは、多数本のチューブを管束にした形態のチューブに割れが発生するために、検査対象のチューブに接近することが難しい。特に、管束の内側のチューブが検査対象である場合に現実には殆ど接近できない。従って、超音波探傷法、磁気探傷法、浸透探傷法等の従来の非破壊検査法を適用しようとしても、検査対象に検査装置を接近させることができないので、適用できない。また、渦流探傷法では、割れの欠陥体積が微小であるので、検知できない。
そこで、熱交換器の点検は、一般には、水圧テスト法又は気密テスト法により行われている。水圧テスト法又は気密テスト法は、水又は窒素や空気などのテスト媒体による圧力をチューブ内又はチューブ外に作用させて、テスト媒体が漏洩すれば、割れ又は開孔が発生しており、テスト媒体が漏洩しないときには、割れが発生していないとする点検方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、水圧テスト法又は気密テスト法による点検は、割れの発生箇所を特定することが難しく、また、割れがチューブ壁を貫通していないものの、チューブ壁の一部に割れが発生している場合には、それを検知することができないという問題があった。
また、一般的な超音波探傷法を改良して、プローブからの縦波を直角にチューブに入射させて、チューブ壁の内面と外面から反射波の時間差を測定し、それにより管壁の厚さを測定する方法がある。しかし、この方法では、管壁の腐食深さを測定できるものの、割れを検出することはできない。更には、超音波縦波用プローブを先端に挟んだ電気ドリルを手操作で回転させつつ管板近傍の割れを探傷する方法が提案されているが、検査の適用範囲が管板から数十cm程度の範囲が限界であって、長いチューブには適用できず、実用的ではない。
【０００５】
以上のように、水圧テスト法、気密テスト法及び従来の非破壊検査法では、チューブに発生した割れを確実に検出することが、難しく、実用面で満足できるものでは無かった。
そこで、本発明の目的は、確実かつ容易に、チューブの割れの発生の有無の検知し、発生箇所を特定し、更に発生した割れの大きさを検出できる管体の割れ自動検出装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る管体割れの自動検出装置は、管体内に充満させた水中を伝搬させた超音波により、管体の管壁に発生した割れを検出する装置であって、
管体の長手方向に沿って延びる回転軸に対して傾斜の異なる第１及び第２の反射鏡面を有し、回転軸周りに回転しつつ反射鏡面を介して超音波を管壁に向け放射し、管壁からの超音波エコーを受ける反射鏡と、回転軸周りに反射鏡を回転させる回転装置と、縦波超音波を回転軸に平行に反射鏡に向けて送信し、反射鏡から反射された超音波エコーを受信する探触子とを有し、管体内を管体の長手方向に進退可能な検出器と、
超音波エコー解析手段と、
表示手段と
を備え、
第１の反射鏡面は、回転軸に対して傾斜角４５°で設けられ、探触子から入射された超音波を反射して管壁に垂直に入射させ、第２の反射鏡面は、回転軸に対して傾斜角θで設けられ、探触子から入射された超音波を反射して管壁に対して斜めに縦波臨界角を超える所定の入射角Φで入射させて管壁内で横波超音波を発生させ、θ＝４５＋Φ／２であり、
第１の反射鏡面及び第２の反射鏡面は、それぞれ、超音波の入射方向に対して相互に重複しないような反射鏡面領域を有する配置で、かつ回転軸に沿って所定の間隔で配列されているとともに、第１の反射鏡面及び第２の反射鏡面は、管壁への超音波の入射点が同じ位置になる間隔に２０ｍｍ以下の長さを加えた間隔で回転軸に沿って配列されており、
表示手段は、第１の反射鏡の一回転分の垂直エコーの図及び第２の反射鏡の一回転分の斜角エコーの図を同時にリアルタイムで表示するか、第１の反射鏡の一回転分の垂直エコーの図と第２の反射鏡の一回転分の斜角エコーの図とを合成したエコーの図をリアルタイムで表示することを特徴としている。
【０００７】
第１の反射鏡面は、探触子から入射された超音波を管壁に垂直に入射させるように、回転軸に対して４５°の傾斜角で設けられる。
一方、第２の反射鏡面は、管壁に対して縦波臨界角を超える所定の入射角Φで超音波を入射させて、管壁内で斜角横波超音波を発生させるように、回転軸に対してθの傾斜角で設けられている。
θとΦとの関係は、θ＝４５＋Φ／２であり、Φは横波の進行方向である屈折角との関係からスネルの法則により求めることができる。入射角Φは、縦波臨界角より大きいので、超音波が入射角Φで管壁に入射すると、横波が管壁内で発生する。尚、縦波臨界角とは、縦波超音波の全反射が起こる最小の超音波入射角を言う。入射角Φは、チューブ等の管体の材質によるパラメータであって、チューブの管壁に横波のみを発生させるような超音波の入射角である。
また、第１の反射鏡面と第２の反射鏡面との間の所定の間隔とは、第１の反射鏡面及び第２の反射鏡面で反射し、入射する超音波縦波の管壁での入射点が同じ位置になる間隔に、第１及び第２の反射鏡面で反射し、入射する超音波縦波同士が相互に干渉しないように第１及び第２の反射鏡面からの反射超音波の入射点を離間させた距離を加えた長さであって、管体の材質及び管径により異なる。熱交換器の通常のチューブの場合、第１の反射鏡面と第２の反射鏡面との回転軸上の間隔Ｓは、Ｓ＝（チューブ内径（mm）／２）×tan Φ＋αで規定され、αは０≦α≦２０mmである。
好適には、第１の反射鏡面及び第２の反射鏡面は、それぞれ、超音波の入射方向に対して、少なくとも超音波の入射面の１／４以上の相互に重複しない反射鏡面領域を有する。例えば、探触子に近い反射鏡面が第１の反射鏡面である場合には、第１の反射鏡面は、超音波の入射面の１／４以上、３／４以下の面積を有し、第２の反射鏡面は、超音波の入射面から第１の反射鏡面の面積を差し引いた相互に重複しない反射鏡面領域を有する。第１及び第２の反射鏡面の配置が逆の場合も、同様である。
【０００８】
本発明で使用する超音波の周波数は、管体の管径、管壁の厚さ、材質などに応じて選択され、１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲の超音波を使用する場合が多い。
本発明は、超音波を伝搬できる材質のチューブである限り、特に制約なくチューブの材質を問わず適用でき、また、プローブを挿入できる限り、チューブの寸法を問わず適用できるが、特に、熱交換器のチューブ、例えば外径１９mm又は２５．４mm、厚さ２．１１mm又は２．７７mmの炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼、銅合金製のチューブの割れを自動的に検出するのに最適である。
以上の構成により、本発明は、第１の反射鏡により管体の肉厚を測定し、第２の反射鏡によりチューブの周方向割れの有無、発生箇所、割れの大きさをチューブの全長にわたり確実に検出することができる。
【０００９】
本発明の好適な実施態様では、検出器の先端に設けられ、反射鏡の１回転毎の超音波エコーの先頭を検知する反射鏡回転検知手段と、反射鏡回転検知手段と連動し、検出器の管体内長手方向位置を検知するするエンコーダとを備え、
反射鏡回転手段とエンコーダとの協働により、割れの発生位置を検出する。反射鏡回転検知手段によりチューブの周方向の割れの位置を検出し、エンコーダによりチューブの長手方向の割れの位置を検出することができる。
【００１０】
本発明の更に好適な実施態様では、回転装置は超音波モータである。これにより、回転軸がぶれることなく、反射鏡を一様な角速度で回転させることができる。
また、本発明の更に好適な実施態様では、管体内の超音波伝搬経路を水で充満させるための水を送る流路と、超音波モータに電力を供給するため電線と、探触子とパルサーレシーバとの間で信号の授受を行うケーブルとが、検出器に接続され、流路、電線及びケーブルを引っ張って検出器を管体内を走行させるようにしている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照し、実施例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
実施形態例
本実施形態例は、本発明に係る管体割れの自動検出装置の実施形態の一例であって、図１は管体割れの自動検出装置の全体構成を示す模式図、図２はチューブ内に挿入された状態の検出器の詳細図、図３は超音波の入射方向に沿った第１及び第２の反射鏡面の配置図である。
本実施形態例の管体割れの自動検出装置（以下、簡単に検出装置と言う）は、チューブ内に充満させた水中を伝搬させた超音波により、チューブの管壁に発生した割れを検出する装置であって、図１に示すように、チューブ内を長手方向に進退可能な検出器１２と、検出器１２のチューブ長手方向位置を検知するエンコーダ１４と、超音波エコーの信号を送受信するパルサーレシーバ１６と、パルサーレシーバ１６から出力信号を受けるコントローラ１８と、パーソナル・コンピュータ程度の小型コンピュータであって、コントローラ１８から出力されるデータのデータ記録装置及びデータ解析装置として機能するコンピュータ（レコーダ）２０と、表示装置として設けられたシンクロスコープ２２とを備えている。
【００１２】
検出器１２は、図２に示すように、検出器筐体２４と、回転筒４０内に第１及び第２の反射鏡面２６、２８を保持し、検出器筐体２４の外に設けられた反射鏡２９と、検出器筐体２４内に設けられ、反射鏡２９を仮想的な回転軸３０の周りに回転させる超音波モータ３２と、超音波を送受信する探触子３４とを有し、フレキシブルなケーブル３６を介してエンコーダ１４に接続されている。
また、反射鏡２９の前方と検出器筐体２４の前部及び後部とには、リング状の回転軸保持器兼水堰止めリング３７が設けられている。回転軸保持器兼水堰止めリング３７は、チューブ内周面に沿って自在に摺動できるように金属製、プラスチック製等のリングで形成され、回転軸３０をチューブの長手方向中心線に保持すると共に、ケーブル３６内の流路により供給された水を堰止める機能も果たす。
【００１３】
探触子３４は、水浸用の垂直探触子であって、縦波超音波を回転軸３０に平行に反射鏡２９の第１及び第２の反射鏡面２６、２８に向けて送信し、第１及び第２の反射鏡面２６、２８から反射された超音波エコーを受信する。
【００１４】
反射鏡２９は、第１及び第２の反射鏡面２６、２８と、第１及び第２の反射鏡面２６、２８を保持しつつ一体で回転する回転筒４０とから構成されている。
回転筒４０は、超音波モータ３２により駆動されて回転軸３０周りに回転する回転子３８に連結され、回転子３８の回転に合わせて回転軸３０周りに一様な角速度で、第１及び第２の反射鏡面２６、２８と一体的に回転する。
【００１５】
第１の反射鏡面２６は、図３（ａ）に示すように、回転軸３０に対して傾斜角４５°で設けられ、かつ、図３（ｂ）に示すように、探触子３４からの超音波の入射面の右１／２を占めている。一方、第２の反射鏡面２８は、図３（ａ）に示すように、回転軸３０に対して４５°より大きい傾斜角θで設けられ、かつ、図３（ｂ）に示すように、探触子３４からの超音波の入射面の左１／２を占めている。これにより、第１の反射鏡面２６及び第２の反射鏡面２８は、超音波の入射方向に対して相互に重複しないように配置されている。
尚、これは、第１の反射鏡面２６及び第２の反射鏡面２８の大きさ、配置の一例であって、例えば、第１の反射鏡面２６が超音波の入射面の３／４の面積を有して右側に位置し、第２の反射鏡面２８が、超音波の入射面の１／４の相互に重複しない反射鏡面の領域を左側に有するようにしても良い。また、第２の反射鏡面２８は、超音波の入射面の１／４の相互に重複しない反射鏡面の領域を左側に有する限り、超音波の入射面の１／４以上の反射鏡面を有していても良い。
回転軸３０に対して傾斜角４５°で設けられた第１の反射鏡面２６は、探触子３４から入射された超音波を反射し、回転筒４０の開口４２（図２参照）を通ってチューブ壁に垂直に入射させ、次いで超音波エコーを受けて探触子３４に向けて反射する。
回転軸に対して傾斜角θで設けられた第２の反射鏡面２８は、探触子３４から入射された超音波を反射し、回転筒４０の開口４４（図２参照）を通ってチューブ壁に対して斜めに入射角Φで入射させ、次いで超音波エコーを受けて探触子３４に向けて反射する。
【００１６】
本実施形態例では、第２の反射鏡面２８の傾斜角θは、チューブ壁内に屈折角４５°の横波のみを発生させるように超音波をチューブ壁に入射する入射角Φにより規定される。
例えば、チューブが炭素鋼製で、屈折角４５°の横波を発生させる場合を想定する。縦波超音波の水中の速度は、１４８０ｍ／ｓｅｃ、炭素鋼中の速度は、５９００ｍ／秒である。一方、横波超音波の炭素鋼中の速度は、３２３０ｍ／秒である。
従って、チューブ壁に入射角Φで入射した縦波超音波がチューブ壁内で屈折角４５°の横波となるには、
ＳｉｎΦ／１４８０＝Ｓｉｎ４５°／３２３０
であるから、Φ≒１８．８°である。
一方、第２の反射鏡面２８への超音波の入射角αは、
α＝（１８０−９０−Φ）／２
＝（９０−Φ）／２
また、α＝９０−θであるから、
θ＝９０−α
＝９０−（９０−Φ）／２
＝４５＋Φ／２である。従って、Φ≒１８．８°とすると、θ＝５４．４°となる。
【００１７】
図３に示すように、第２の反射鏡面２８から入射された超音波の入射点が、第１の反射鏡面２６から入射された超音波の入射点と同じ位置乃至その位置から２０mm以内の位置にあるように、第１の反射鏡面２６及び第２の反射鏡面２８が、回転軸３０に対してそれぞれ傾斜し、かつ間隔Ｓ（図３参照）で配置されている。
間隔Ｓは、
Ｓ＝（チューブ内径（mm）／２）×tan Φ＋α（α≦２０mm）で規定される。
【００１８】
ケーブル３６は、図２に示すように、検出器筐体２４の頭部に接続され、内側に水の流路４６、超音波モータ３２に電力を供給する電線４８及び探触子３４とパルサーレシーバ１６の間で信号を授受する信号線５０を備えている。
水タンク５４から水中ポンプ５６により流路４６を経て供給された水は、水堰止めリング３７により堰止めされて、チューブ内に充満し、超音波の水中伝搬ゾーンを形成する。
【００１９】
また、検出器筐体２４の先端には、回転認識バー５２が取り付けてあり、反射鏡２９の１回転毎に、第１の反射鏡面２６からの超音波が回転認識バー５２に遮られることにより、第１及び第２の反射鏡面２６、２８が一回転したことを認識する。
回転認識バー５２とエンコーダ１２との協働により、チューブに発生した割れの位置をチューブの周方向及び長手方向で特定することができる。
【００２０】
パルサーレシーバ１６は、送受信信号線５０を介して検出器１２と接続され、探触子３４から超音波エコーを受信する。コントローラ１８は、位置信号ケーブル５８を介してエンコーダ１４と接続され、エンコーダ１４から検出器１２の位置信号を受信すると共に、パルサーレシーバ１６から得た超音波信号をシンクロスコープ２２に表示させ、かつ超音波信号をＡ／Ｄ変換してコンピュータ（レコーダ）２０に出力する。
コンピュータ（レコーダ）２０、及びシンクロスコープ２２は、超音波エコー解析手段及びリアルタイムの表示手段として設けられていて、コンピュータ（レコーダ）２０は、超音波エコーの信号を解析して、割れの有無、寸法を検出する。
【００２１】
以下に、検出装置１０を使用して、炭素鋼製チューブに発生した周方向の割れを検出する方法を図４〜図８を参照しつつ説明する。
検出器１２から超音波を第１及び第２の反射鏡面２６、２８を経由してチューブに向かって送信すると、炭素鋼製チューブ内の縦波の速度は、５９００ｍ／秒、横波の速度は３２３０ｍ／秒であるから、この速度差と第１及び第２の反射鏡面２６、２８の間隔とから、超音波エコーの信号の受信順序は、パルサーレシーバ１６の表示画面上には、図４に示すようなＡスコープとして表示される。
図４に示すＡスコープでは、時間軸（横軸）に沿って、順次、第１の反射鏡面２６を経由して探触子３４に入射したチューブ表面（内壁面）からの垂直表面エコー（Ｓ波）、チューブ裏面（外壁面）からの１番目の底面エコー（Ｂ１波）、２番目の底面エコー（Ｂ２波）、３番目の底面エコー（Ｂ３波）、・・・・となる。
割れが、チューブに発生していると、第２の反射鏡面２８を経由して探触子３４に入射した割れの発生部からの欠陥エコー（Ｆ波）が、Ａスコープ上に現れる。
【００２２】
このようにして得たＡスコープ上で、垂直表面エコーＳ波と１番目の底面エコーＢ１波との時間差からチューブの肉厚を測定し、また、Ｓ波でチューブ内面の減肉を、Ｓ波とＢ１波からチューブ外面の減肉を測定できる。
ＡスコープのＦ波の有無から割れの有無を確認し、検出器１２と連動するエンコーダ１４から、割れのチューブ長手方向位置を確認する。
尚、チューブに割れが発生していないと、第２の反射鏡面２８からチューブに入射された横波超音波は、反射して帰って来ないので、Ａスコープ上に欠陥エコーは存在しない。
【００２３】
本実施形態例では、図５に示すように、Ａスコープの垂直エコー（Ｓ、Ｂ１、Ｂ２・・）と斜角エコー（Ｆ）とをコントローラ１８でゲートをかけて別々に取り出して、シンクロスコープ２２のＣＲＴ上に、図６と図７を同時にリアルタイムで表示する。
例えば、反射鏡面２６、２８の回転数を１，０００rpm 、超音波パルス数、即ちＡスコープ信号を２，０００とした場合、反射鏡面２６、２８の一回転分のＡスコープ数は、２，０００／（１，０００／６０）＝１２０となる。
【００２４】
図６は、第１の反射鏡面２６を介して得た垂直エコーの一回転分のＡスコープデータ、上述の例では１２０のＡスコープデータを展開したものであり、起点とする一定の時間軸から表面波Ｓを検知するまでの時間相当分の長さを図の横方向に加算してＳ軸とし、そこから（Ｂ１−Ｓ）の時間相当分の長さを図の横方向に加算してＢ１軸として表示したものである。
図６の例では、チューブ外面の腐食状況はＢ１軸上に示され、チューブ内面の腐食状況はＳ軸上に示されていて、この例では、チューブ外面に腐食が発生し、チューブ内面には腐食は生じていない。
【００２５】
図７は、第２の反射鏡面２８を介して得た斜角エコーを、図６と同様に、展開したものであり、斜角エコーが存在する場合を表示していて、図６の例と同様に、チューブ内面の割れか、チューブ外面の腐食かを判定し、周方向位置及び割れ長さを検知することができる。
チューブの割れは周方向に生じる場合が殆どであるから、検出器１２が一回転する間のＡスコープデータ、上述の例では１２０のＡスコープデータに対して、検出器１２が一回転する間に検出した連続の斜角エコー、即ち欠陥エコー（Ｆ）の割合が、周方向の割れ長さ（図７ではＦと表示）として検知できる。
図６と図７とを合成して、図８に示すように、外部腐食のデータと内面割れのデータとを同時に表示することもできる。
【００２６】
本実施形態例の検出装置１０を評価するために、次の様なチューブ欠陥の検出試験を行った。
先ず、図９（ａ）に示すように、深さ２mm及び１mmの内面全周減肉▲１▼、幅１mmで１／４周の内面スリット状割れ▲２▼、直径３mmの貫通孔▲３▼、直径２mm×深さ２mmの平底孔▲４▼、直径１mm×深さ１mmの平底孔▲５▼及び深さ２mm、１．５mmの及び１mmの外面全周減肉▲６▼を有する試験チューブを用意し、本実施形態例の検出装置１０を使って、チューブ欠陥の検出試験を行った。図９（ａ）は、試験チューブの断面図で破線はチューブ内壁面を実線はチューブ外壁面を示す。
図９（ｂ）は、コンピュータ（レコーダ）２０により、検出器１２を介して得た超音波エコーと、エンコーダ１４から得た検出器１２の長手方向位置とを合成、解析して、コンピュータ（レコーダ）２０上に、チューブ欠陥▲１▼及び▲３▼から▲６▼を試験チューブの長手方向に表示したものであり、図９（ｃ）は欠陥▲２▼の長手方向及び周方向の位置を示したものである。
【００２７】
本実施形態例では、上述の検出試験の結果から判るとおり、Ａスコープ信号をコントローラ１８でデジタルデータ化し、コンピュータ（レコーダ）２０によって解析することにより、チューブ肉厚、腐食情報に加えて、チューブの割れの長手方向の位置と、周方向の長さを精度良く表示することができる。
尚、割れ深さについては、一般的な斜角探傷法と同じ手法に従って欠陥エコーのビーム路程とエコー高さの変化とをコンピュータ解析することにより、検出することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、それぞれ、探触子より入射された超音波を反射して、管壁に垂直に出射させる第１の反射鏡面及び管壁に縦波臨界角を超える入射角Φで入射させる第２の反射鏡面を有する反射鏡を備え、反射鏡を回転させつつ超音波を管壁に向け出射し、次いで超音波エコーを受けるようにすることにより、確実かつ容易に、チューブの割れの発生の有無を検知し、発生箇所を特定し、更に発生した割れの大きさを検出できる管体の割れ自動検出装置を実現している。
本発明に係る管体割れの自動検出装置は、熱交換器のチューブ割れを自動的に検出する装置として最適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】管体割れの自動検出装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】チューブ内に挿入された状態の検出器の詳細図である。
【図３】超音波の入射方向に沿った第１及び第２の反射鏡の配置図である。
【図４】垂直エコー及び斜角エコーのＡスコープの一例を示す図である。
【図５】垂直エコー及び斜角エコーをそれぞれ別途に演算処理することを示す図である。
【図６】第１の反射鏡の一回転分の垂直エコーの図である。
【図７】 第２の反射鏡の一回転分の斜角エコーの図である。
【図８】図６と図７とを合成したエコーの図である。
【図９】図９（ａ）は試験チューブの欠陥を示す図、図９（ｂ）はチューブ欠陥▲１▼及び▲３▼から▲６▼を試験チューブの長手方向に表示したものであり、図９（ｃ）は欠陥▲２▼の長手方向及び周方向の位置を示したものである。
【符号の説明】
１０ 本発明に係るの管体割れの自動検出装置の実施形態例
１２ 検出器
１４ エンコーダ
１６ パルサーレシーバ
１８ コントローラ
２０ コンピュータ（レコーダ）
２２ シンクロスコープ
２４ 検出器筐体
２６ 第１の反射鏡面
２８ 第２の反射鏡面
２９ 反射鏡
３０ 回転軸
３２ 超音波モータ
３４ 探触子
３６ ケーブル
３７ 回転軸保持器兼水堰止めリング
３８ 回転子
４０ 回転筒
４２、４４ 開口
４６ 流路
４８ 電線
５０ 信号線
５２ 回転認識バー
５４ 水タンク
５６ 水中ポンプ
５８ 位置信号ケーブル
Claims (6)
- 管体内に充満させた水中を伝搬させた超音波により、管体の管壁に発生した割れを検出する装置であって、
管体の長手方向に沿って延びる回転軸に対して傾斜の異なる第１及び第２の反射鏡面を有し、回転軸周りに回転しつつ反射鏡面を介して超音波を管壁に向け放射し、管壁からの超音波エコーを受ける反射鏡と、回転軸周りに反射鏡を回転させる回転装置と、縦波超音波を回転軸に平行に反射鏡に向けて送信し、反射鏡から反射された超音波エコーを受信する探触子とを有し、管体内を管体の長手方向に進退可能な検出器と、
超音波エコー解析手段と、
表示手段と
を備え、
第１の反射鏡面は、回転軸に対して傾斜角４５°で設けられ、探触子から入射された超音波を反射して管壁に垂直に入射させ、第２の反射鏡面は、回転軸に対して傾斜角θで設けられ、探触子から入射された超音波を反射して管壁に対して斜めに縦波臨界角を超える所定の入射角Φで入射させて管壁内で横波超音波を発生させ、θ＝４５＋Φ／２であり、
第１の反射鏡面及び第２の反射鏡面は、それぞれ、超音波の入射方向に対して相互に重複しないような反射鏡面領域を有する配置で、かつ回転軸に沿って所定の間隔で配列されているとともに、第１の反射鏡面及び第２の反射鏡面は、管壁への超音波の入射点が同じ位置になる間隔に２０ｍｍ以下の長さを加えた間隔で回転軸に沿って配列されており、
表示手段は、第１の反射鏡の一回転分の垂直エコーの図及び第２の反射鏡の一回転分の斜角エコーの図を同時にリアルタイムで表示することを特徴とする管体割れの自動検出装置。 - 管体内に充満させた水中を伝搬させた超音波により、管体の管壁に発生した割れを検出する装置であって、
管体の長手方向に沿って延びる回転軸に対して傾斜の異なる第１及び第２の反射鏡面を有し、回転軸周りに回転しつつ反射鏡面を介して超音波を管壁に向け放射し、管壁からの超音波エコーを受ける反射鏡と、回転軸周りに反射鏡を回転させる回転装置と、縦波超音波を回転軸に平行に反射鏡に向けて送信し、反射鏡から反射された超音波エコーを受信する探触子とを有し、管体内を管体の長手方向に進退可能な検出器と、
超音波エコー解析手段と、
表示手段と
を備え、
第１の反射鏡面は、回転軸に対して傾斜角４５°で設けられ、探触子から入射された超音波を反射して管壁に垂直に入射させ、第２の反射鏡面は、回転軸に対して傾斜角θで設けられ、探触子から入射された超音波を反射して管壁に対して斜めに縦波臨界角を超える所定の入射角Φで入射させて管壁内で横波超音波を発生させ、θ＝４５＋Φ／２であり、
第１の反射鏡面及び第２の反射鏡面は、それぞれ、超音波の入射方向に対して相互に重複しないような反射鏡面領域を有する配置で、かつ回転軸に沿って所定の間隔で配列されているとともに、第１の反射鏡面及び第２の反射鏡面は、管壁への超音波の入射点が同じ位置になる間隔に２０ｍｍ以下の長さを加えた間隔で回転軸に沿って配列されており、
表示手段は、第１の反射鏡の一回転分の垂直エコーの図と第２の反射鏡の一回転分の斜角エコーの図とを合成したエコーの図をリアルタイムで表示することを特徴とする管体割れの自動検出装置。 - 第１の反射鏡面及び第２の反射鏡面は、それぞれ、超音波の入射方向に対して、少なくとも超音波の入射面の１／４以上の相互に重複しない反射鏡面領域を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の管体割れの自動検出装置。
- 検出器の先端に設けられ、反射鏡の１回転毎の超音波エコーの先頭を検知する反射鏡回転検知手段と、反射鏡回転検知手段と連動し、検出器の管体内長手方向位置を検知するエンコーダとを備え、
反射鏡回転手段とエンコーダとの協働により、割れの発生位置を検出することを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の管体割れの自動検出装置。 - 回転装置は超音波モータであることを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか１項に記載の管体割れの自動検出装置。
- 管体内の超音波伝搬経路を水で充満させるための水を送る流路と、超音波モータに電力を供給するための電線と、探触子とパルサーレシーバとの間で信号の授受を行うケーブルとが、検出器に接続され、流路、電線及びケーブルのうちの少なくとも一つを引っ張って検出器を管体内を走行させるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の管体割れの自動検出装置。
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|---|---|---|---|
| JP08561598A JP3796349B2 (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | 管体割れの自動検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP08561598A JP3796349B2 (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | 管体割れの自動検出装置 |
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-
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- 1998-03-31 JP JP08561598A patent/JP3796349B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH11281627A (ja) | 1999-10-15 |
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