JP3985196B2 - コークス炉の内視鏡検査プローブ - Google Patents

Description

本発明は工業炉、特にコークス炉群(batteries)の保守に関するものである。本発明は特に、コークス炉の煙筒(carneaux)の壁を形成する耐火物の状態を操業中でも正確にモニターする装置に関するものである。
コークス炉群は運転中に定期的に行われる材料の装填・排出操作によって受ける熱的機械的応力によって、金属部分および耐火物が永久変形する。その結果、コークス炉群の寿命が短くなる。
30年以上の十分な寿命を得るためには、炉の耐火物の状態を定期的かつ正確に診断する必要がある。しかし、アクセスが難しい部分、例えば煙筒(最大の熱応力を受ける部分でもある)があるため、診断は難しい。そのため、対応が遅れたり、修理が不適切または無駄になる場合もある。
内視鏡は多くの工業分野で広く使用されている技術であるが、コークス炉の分野ではほとんど使用されていない。これは恐らく現在の内視鏡の大部分は極端な熱的環境下にあるコークス炉の煙筒内の耐火物を検査するには適当でないためである。
コークス炉の煙筒の検査に現在使用され、また、使用可能なプローブは2種類に分けることができるが、両者に共通な点は煙筒内で感応部分を収容した検査ヘッドがそれを炉の外部に配置された操作ユニットに連結している支持ラインの先端に吊り下げられている点にある。
公知の最初の種類のプローブは内視鏡を収容した支持ラインが長い硬質金属管からなり、この金属管はその内部を循環する水によって冷却され、ラック・ピニオン装置によって垂直に並進駆動される。この方式は重く大きい組立体を必要とし、取り扱いが難しい。しかも、検査に要する時間は短く且つ検査間隔はかなり長いにもかかわらず一定の場所に固定して設置するようになっている。
公知の第2番目の種類(これに本発明も含まれる)のプローブは、硬質管の代わりに縦方向に弾性のあるスリーブを用い、このスリーブをドラムに巻付け、ドラムの底部をスリーブに冷却用湿分を与える水タンク中に浸す。この方法は、複雑な冷却システム無しに簡単かつ軽量な装置で検査が素早く実施できれば、内部循環水による冷却は省略できるという発見に基ずいている。フランス特許第84.18822号に記載のプローブはこの考えで設計、開発されたものである。このプローブでは感応ヘッドが耐火繊維材料で作られたシース内に保護された細長い(鉛筆型)光学的高温計で構成される。シースの底には重りが入れてあり、上部は弾性支持スリーブの先端に付いており、この先端部には鋼ロープが収納され、高温計はこの鋼ロープの先端に吊るされている。このプローブは完全に満足なものに思われるが、これは煙筒内の気体の温度を与えるだけで、その値は壁の耐火物の状態を間接的に指すに過ぎない。
本発明の目的は壁を目で直接観察できるようにすることにある。
本発明の対象は、感応要素を収容した検査ヘッドを有し、この検査ヘッドは縦方向に可撓性のある支持ラインの先端に取り付けられ、支持ラインは支持ラインは湿らせる手段を備えた操作ユニットに連結されている、工業炉、特にコークス炉の煙筒の耐火壁を検査するための内視鏡プローブにおいて、支持ラインが軸方向ねじれに対して剛性を有し、検査ヘッドは軸心回りに回転ができ且つ着脱自在な2つの部分で構成され、その一つの部分は回転継手によって支持ラインの先端に取り付けられ且つ撮影装置を収容した固定部分であり、別の部分はこの固定部分の延長線上に着脱自在な継手を介して取付けられた交換可能部分であり、この交換可能部分は対物レンズが取り付けられた開口を有し、この対物レンズはそれが受けた光エネルギーをその光学軸線上の後方にある撮影装置に伝え、プローブ内部には検査ヘッドを軸心回りに回転させ且つ支持ラインに対するその角度を調整するための手段が設けられていることを特徴とする内視鏡プローブにある。
本発明の一つの実施例では、支持ラインが、繊維状の耐火材でできた可撓性ケーシングで覆われた編成ワイヤで作られた管状金属強化材で構成される。
本発明の好ましい応用例では、検査ヘッドを所望角度に回転させる手段が支持ラインに固定され、検査ヘッドの内壁と係合するピニオンを有する駆動シャフトを駆動するモータで構成される。
横方向開口を壁に有する交換部分の場合には、光伝達手段がレンズが受取った光エネルギーをカメラに送るためのプリズムをレンズの近くに有する。
本発明が基本的に巻き付けることができるように縦方向に弾性がある支持ラインと、予想のできない軸心回りのねじり運動が起こるのを防ぐために逆方向は固定された支持ラインの組み合わせであり、その自由な方の先端に作動炉からの熱放射によりレッドレンジで自然に照射されている煙筒の壁の視覚的な観察のための手段を有し、前記手段は操作者がコントロールステーションから遠隔操作するアクチュエーターの補助で軸心の回りを回転するように取付けられ、ここで前記観察手段は操作者に煙筒の壁の実際の瞬間的な映像を与えるということは、理解されるであろう。
本発明の上記およびその他の利点は添付図面を参照した以下の実施例の説明からよりよく理解できよう。
図1は本発明の内視鏡が用いられるコークス炉群の煙筒の一部の垂直断面図。
図2は本発明内視鏡のラインの先端に取付けられた感応ヘッドの縦軸方向詳細断面図。
図3は観察方向が異なる別の実施例の図2と同様な図。
各図で同じ部材には同じ参照番号を付けてある。
先ず最初に図1を参照する。検査ヘッド1は支持ライン2に吊下げられ、自重によって煙筒3の上部開口4を介して煙筒3中に挿入されている。可撓性のある支持ライン2は反転プーリー5の回りを通ってクランクハンドル7で示した回転手段を有する巻付けドラム6に巻き付けられる。巻付けドラム6の低部は水を入れた半円筒形タンク8に浸されていて、支持ライン2を湿らせるようになっている。巻付けドラム6のフレームの操作者が見える位置にはディスプレー付き制御ボックス9が取付けられている。従って、操作者は検査ヘッド1で見たものを表示するディスプレーを見ながら全ての操作を制御できる。検査ヘッド1の外側は細長い(長さ約50cm、直径数cm)金属のカプセルからなり、このカプセルは熱および衝撃から保護するため耐火材料で作られた硬いシェル(図示せず)の内部に収容されている。検査ヘッドはほぼ同じ長さの2つの連続した部分からなり、これらは手で回すことのできる刻み付きリング44からなる連結フランジ51を用いて互いに固定される。検査ヘッドの上部11は回転継手10を介して支持ライン2に連結され、また、交換自在な下部12に連結されている。回転継手10は一般にボールベアリング13からなり、その内側レースは支持ラインの終端を形成するコネクター49の環状入口ポート14に取付けられ、その外側レースは回転自在な下部の内壁と係合している。この構成はもちろん逆でもよいが、外部に対する密封性をできるだけよくするため、回転する下部と固定上部との間に単一の機能遊び15のみができるするような寸法に回転継手10をする必要がある。ヘッド1が支持ラインに対しての前後運動しないようにするために軸受面14の端部には留め輪50が形成されている。
図からわかるように、コネクター49は互いにネジ止めされた2つの部分からなる締付けリング16によって支持ライン2の残りの部分に固定されている。締付けリング16の自由端はカラー17、17'を押圧する押圧部を形成する。各カラー17、17'はコネクター49の先端および支持ライン2を形成する弾性スリーブ19が取り付けられるフランジ18の先端にそれぞれ設けられている。
本発明の基本的特徴から、この弾性スリーブ19は例えば直径が50cmのドラムに巻き付けるのに十分な可撓性を有し、巻き戻す際には検査ヘッド1の自重だけで直線に戻ることができなければならない。しかも、この弾性スリーブ19は操作者によって案内される検査ヘッドの下部スリーブが勝手に回転運動するのを防止するために、軸方向ねじれに対して十分な剛性を有していなければならない。そのためには、弾性スリーブ19を電気ケーブルの保護や外装に用いられる金属スリーブのような編成ステンレス鋼ワイヤ強化材で構成するのが有利である。
弾性スリーブ19はタンクの水に浸した時に湿って内部に収容したスリーブおよび各種ケーブル、ワイヤを熱から守ることができるロックウール帯等の可撓性絶縁繊維層20で被覆されている。接合は締付けバンドで行われる。必要な場合には、この弾性スリーブ内に可撓性通路をその全長さに沿って設けて、冷却用空気を循環させることもできる。
図2の実施例をさらに詳細に説明すると、検査ヘッドの内部には横から見た時に底の方から順に下記の部材が設けられている：
先ず最初に、プローブが見た映像を視覚的に捉えるための光学ライン22が設けられている。この光学ライン22は広角レンズ23と反射プリズム24とを組み合わせたものであり、反射プリズム24はレンズ23で形成された映像を撮影装置の方へ送る役目をする光学路の最初の要素を構成する調節ダブレット42と組み合わされている。残りは光学チューブ25とその後方に取付けられた撮影装置26とで構成される。広角レンズ23は検査ヘッド1の側壁に開けられた開口27に取り付けられている。この対物レンズの視野によって煙筒壁で観察できる範囲が決まる。反射プリズム24はレンズ23から受け取った光を直角に反射し、プローブの縦軸方向に沿って光学チューブ25の方向へ送る役目をする。光学チューブ25は両端に入力ダブレット28と出力ダブレット29とを有し、さらに、減光フィルターまたは画像修正フィルター43および明度調節ダイアフラム30を有し、撮影装置26の方へ映像を送る。撮影装置26はフォトダイオードマトリックスを有する小型カメラで構成するのが好ましい。この小型カメラで撮った検査範囲の映像は弾性ケーブル31を介して表示スクリーン9へ送られる。
検査ヘッド1は基準点"ゼロ"に対するレンズ23の角度(従って、観察方向)を知ることができるようにするためのインクリメンタルエンコーダ32をさらに有していて、操作者の連続制御によって煙筒壁を完全一周して環状にスキャンしたり、予め観察しておいた箇所を再度簡単に見付けることができるようになっている。
検査ヘッド1は反転自在な直流同期モータ33をさらに備えている。このモータ33は駆動シャフト34からなる伝達用部材と組み合わされている。駆動シャフト34の先端のピニオン35はプローブの回転下部の内壁に固定された歯車36と螺合している。
上記部品の中でモータ33とそのピニオンシャフト34、35は回転ヘッド1とは一体では無く、コネクター内でのその固定は留具48を用いて行われている。エンコーダー32およびモータ33と外部との必要な接続は電気ケーブル37、38で行われる。
これらの部品は保持器具によってプローブ内で内壁にしっかりと固定されている。反射プリズム24と組み合わされた調節ダブレット42を固定する保持器具39にはプローブのノーズ40を外してプローブの前方からアクセスすることができる。
プローブのこの主要部分にはチューブ11の先端と螺合した連結フランジ51を用いて有利にアクセスすることができる。連結フランジ51には交換部分12を構成するチューブが嵌め込まれ、自動芯出しされる円筒支持部52と、締付けネジ54が挿入されるフランジ部を有する放射状リング53とが形成されている。ノーズ40を外せば締付けネジ54にアクセスできる。締付けネジ54の先端は締付けネジ54が貫通している保持部39に支持されていて、締付けることによって交換部分12がチューブ11に固定されるようになっている。
光学チューブ25を固定する保持具41には取り外し可能なリング44からアクセスできる。同様にしてフィルター43にもアクセスできる。撮影装置26を固定する保持器具45には固定部分11を構成する2つの隣接面を連結するネジ付き接続具46を用いてアクセスできる。また、カメラ26が外した後に、インクリメンタルエンコーダー32を固定する保持器具47にアクセスできる。
チューブ12の開口27の周辺に小さなダクトが形成され、レンズ23の周りに分布しているのが分かるであろう。これらのダクトはプローブの内部とレンズ23前方の空間とを連通して、冷却空気流がプローブ内部を通る本発明の好ましい実施例では、本発明の前方対物レンズの前に保護用の空気カーテンを形成することがきるようになっている。
縦方向を観察するように設計された図3の検査ヘッドでは、この場合には使用できない反射プリズム24を除いて、主要構成は図2の実施例の部品と同じである。この変形実施例では、横方向開口27はプローブのノーズを形成する先端部40'に開けられた縦方向開口27'になっている。この開口27'は広角レンズ23を保持し、広角レンズ23で受けた映像は光学チューブ25へ送られる。
これ以外の部品は全て同じである。同じ基礎部品を用い、ネジ止めリング44を用いて手で容易に取り外しできる下部の交換部分12を単に取り換えることで、横方向観察用の構造(図1)を縦方向観察用の構造(図2)に容易に変えることができるということは理解できよう。同様に、同じ構造でも30・105°に順次変えられる光学角度を有するレンズを有する一連の交換部分を用いることによって観察面をパノラマ映像からより細かい範囲に変えることができる。
本発明はもちろん上記実施例に限定されるものではなく、請求の範囲に定義の内視鏡の基本的特徴を有する多くの変形例または均等物を含むものである。

Claims (10)

1. 感応要素を収容した検査ヘッドを有し、この検査ヘッドは可撓性のある支持ラインの先端に取り付けられ、支持ラインは湿らせる手段を備えた操作ユニットに連結されている、工業炉の煙筒の耐火壁を検査するための内視鏡プローブにおいて、
   支持ライン（２）が軸方向ねじれに対して剛性を有し、検査ヘッド（１）は軸心回りに回転ができ且つ着脱自在な２つの部分で構成され、その一つの部分は回転継手（１０）によって支持ラインの先端に取り付けられ且つ撮影装置（２６）を収容した固定部分（１１）であり、別の部分はこの固定部分の延長線上に着脱自在な継手（４４）を介して取付けられた交換可能部分（１２）であり、この交換可能部分（１２）は対物レンズ（２３）が取り付けられた開口を有し、この対物レンズ（２３）はそれが受けた光エネルギーをその光学軸線（２２）上の後方にある撮影装置に伝え、プローブ内部には検査ヘッドを軸心回りに回転させ且つ支持ラインに対するその角度を調整するための手段（３２〜３６）が設けられていることを特徴とする内視鏡プローブ。
2. 支持ライン（２）が、繊維状の耐火材でできた可撓性ケーシン（２０）で覆われた編成ワイヤで作られた管状金属強化材（１９）で構成される請求項１に記載の内視鏡プローブ。
3. 撮影装置（２６）がフォトダイオードマトリクスを有するカメラである請求項１に記載の内視鏡プローブ。
4. 検査ヘッドを回転させる手段が、支持ラインに固定され、検査ヘッドの内壁と係合するピニオン（３５）を有する駆動シャフト（３４）を駆動するモータ（３３）で構成される請求項１に記載の内視鏡プローブ。
5. 検査ヘッドの角度位置を調節する手段が固定部分（１１）に取付けられたインクリメンタルエンコーダー（３２）で構成される請求項１または４に記載の内視鏡プローブ。
6. 交換部分（１２）が対物レンズ（２３）が取り付けられた横方向開口（２７）を壁に有し、対物レンズ（２３）は反射プリズム（２４）と組み合わされ、反射プリズム（２４）は受取った映像をプローブヘッドの軸線方向に沿って光学軸線（２２）の方向へ戻す、請求項１に記載の内視鏡プローブ。
7. 交換部分（１２）がプローブノーズ（４０'）に形成された縦方向開口（２７'）を壁に有し、この開口（２７'）には受取った映像をそのすぐ近くの光学軸線（２２'）に直接伝達する対物レンズ（２３）が取り付けられている請求項１に記載の内視鏡プローブ。
8. 検査ヘッド（１）が連結される支持ライン（２）の端部がコネクター（４９）で構成され、このコネクター（４９）の一方の端部は回転継手（１０）の当接面（１４）を有し、その反対側端部は支持ラインの残りの部分と一緒に着脱可能な剛性連結継手（１６、１７）を有する請求項１に記載の内視鏡プローブ。
9. 固定部分（１１）を交換部分（１２）に連結する着脱可能な剛性連結継手が刻み目を有するリング４４で構成される請求項１に記載の内視鏡プローブ。
10. 冷却空気を内部循環させる手段を有する請求項１に記載の内視鏡プローブ。

Images