JP4228907B2 - 管内検査方法 - Google Patents
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Description
そのため、各種管内検査装置が提案されている。たとえば、パイプラインの内部に漏洩磁束検査手段を搭載したピグを挿入し、該ピグをガス圧または液圧を利用して移動させながら、鋼管の全周全面を検査する装置が知られている。しかしながら、ピグには、パイプラインが途中で分岐している場合、過去の補修工事で設置されたプラグが分岐管側に飛び出している場合、ピグを安定に移動させるだけの十分な圧力がかけられない場合等、移動途中で停止する(詰まるに同じ)可能性があるという問題があった。さらに、スペース的にランチャーやレシーバ等が設置できない場合があるという問題があった。
この回転モータ970は支承部906に固定され、各支承部906はそれぞれ複数個の支持輪905によって、管902の内壁910に支持されている。
さらに、制御線908によって各機器(回転モータ970、カメラ903)に制御信号が送られ、また、地上部のコンピュータ等にカメラ903の映像信号が送られる。
また、カメラ903に代えて内面に接触する形式の検査デバイスを搭載した場合には、支承部906を管軸方向に移動する際の摩擦抵抗を減らす目的で、該検査デバイスを内面から離す必要があるため、構造が複雑になるという問題、ならびに、検査能率が低下するという問題があった。一方、前記摩擦抵抗に打ち勝って検査デバイスを移動しようとすると、支持輪905の駆動モータが大容量になって当該機構が大型化して重量が増すという問題、および該検査デバイスの摩耗や損傷のおそれが増大するという問題があった。
さらに、検査デバイスとして超音波センサを搭載した場合、管の全周全面を検査しようとすると、検査に長時間を要するという問題があった。
(1)管内を移動する前方のセンサ台車に搭載した前方センサで欠陥の存在を検知し、該前方センサで検知された欠陥の個所に、該管内を移動する後方のセンサ台車が差し掛かった時点で、移動を継続しながら連続的に、後方のセンサ台車に搭載した後方センサを機能させることにより、該欠陥を精緻に検査するものであって、前記前方のセンサ台車と後方のセンサ台車とが連結され、前記後方センサを機能させる際、減速して低速で移動し、前記後方センサを機能させない間、高速で移動することを特徴とする。
図1は、本発明の実施形態に係る管内検査方法を実行する管内検査装置の構成を示す側面図である。図1において、管内検査装置1は、牽引台車300と、第1センサ台車100と、第2センサ台車200と、補助台車400とが、相互に屈曲自在に連結されたものである。
第1センサ台車100には管2に欠陥が有るか否を検知する第1センサ10が搭載され、第2センサ台車200には、第1センサが検知した欠陥の性状を検査する第2センサ20が搭載されている。牽引台車300には、前方監視カメラ30、走行車輪310を回転駆動する駆動手段や、第1センサ10の欠陥検知信号を受信して管内検査装置1の走行速度を制御する制御手段(図示しない)が搭載されている。また、補助台車400には探傷器(図示しない)が搭載されている。なお、第1センサ10および第2センサ20は、タイヤ型超音波センサであって、別途詳細に説明する。
図2は図1に示す第1センサ台車の構成を示すものであって、(a)は縦断面図、(b)は正面図である。図2において、第1センサ台車100は、第1センサ(これについては別途説明する)と、第1センサを支持する第1センサ支持機構110と、第1センサ支持機構110が設置された第1固定軸120と、第1固定軸120の前後に設置された一対の第1ガイド手段130a、130bとを有している。
第1センサ10は第1センサ支持機構110に設置されている。第1センサ支持機構110は、第1センサ10の第1中心軸11を支持する断面略U字状の第1タイヤホルダ111と、第1タイヤホルダ111を第1固定軸120の半径方向(管2の半径方向に同じ)を中心にして旋回自在に支持する断面略U字状の第1ホルダ基板112と、第1ホルダ基板112の上端部の外側に突出した第1ホルダフランジ113と、一端が第1ホルダフランジ113に設置されて他端が第1固定軸120に設置された第1エアシリンダ114とを有している。
また、第1中心軸11の中心と第1タイヤホルダ111の旋回中心(図2にUにて示す)とを軸方向に偏位して(ずらして)おけば、第1センサ台車100がローリングした場合でも、キャスタ効果によって、第1センサ10は内面2aに倣って容易に移動することになる。
第1ガイド手段130a、130bは同じものであるため、以下添え字「a」「b」
を省略して説明する。なお、図中、第1ガイド手段130aの一部を断面にしている。
第1ガイド手段130は、第1ガイドローラ131と、第1ガイドローラ131を進退自在に支持する第1リンク機構140とを有している。
第1固定軸120には第1固定内筒121が設置され、第1固定内筒121の外周には摺動自在に第1移動外筒141が配置されている。第1移動外筒141には内部に圧縮空気を封入自在な第1空洞142(第1固定軸120の軸心と平行な筒状)が形成され、第1空洞142の内壁に気密的に摺動して第1空洞142を2室に分割する第1仕切フランジ143が第1固定内筒121に設置されている。
そして、図示しない圧縮空気供給手段(圧縮ポンプ、レギュレータ、切替バルブ等を有する)によって所定の圧力に設定された圧縮空気を、第1空洞142の一方の部屋に供給して、他方の部屋から圧縮空気を排出すれば、第1移動外筒141は他方の部屋側に移動することになる。また、これと反対に、圧縮空気を前記他方の部屋に供給して一方の部屋から排出すれば、第1移動外筒141は前記一方の部屋側に移動することになる。
したがって、第1空洞142の一方の部屋に圧縮空気が供給されて第1移動外筒141が移動し、固定支点Pと移動支点Sの距離が近づいたとき、第1支承アーム144と第1開閉アーム145とが交差する角度が小さくなって第1支承アーム144は起立するから、第1ガイドローラ131は第1固定軸120の軸心から放射方向の外側に張り出されることになる。反対に、第1空洞142の他方の部屋に圧縮空気を供給して第1移動外筒141が反対方向に移動して、固定支点Pと移動支点Sの距離が遠ざかったとき、第1支承アーム144と第1開閉アーム145とが交差する角度が大きくなって第1支承アーム144が倒伏するから、第1ガイドローラ131は固定軸12の軸心から放射方向の内側に引き戻されることになる。すなわち、傘の開閉機構に準じた機構である。
よって、第1固定軸120の前方および後方にはそれぞれ第1ガイド手段130a、130bが設置されているから、第1固定軸120の中心は管2の管軸に一致して平行、すなわち、芯出し(センタリング)されることになる。なお、第1リンク機構140の設置数は4台に限定するものではなく、3台以上であればよい。
図3および図4は、図1に示す第1センサの実施例1を模式的に説明するものであって、図3の(a)は構成を示す断面図、図3の(b)は超音波ビームの伝播を示す断面図、図3の(c)は超音波ビームの伝播を示す側面図、図4の(a)は第1センサの配置例を示す正面図、図4の(b)はデータ収集範囲を示す断面図である。なお、以下の説明を容易にするため、管の円周方向の断面(実際は円弧)を矩形(直線)で表示している。
そして、第1振動子前面材17aの端面16aは第1中心軸11aの軸方向に対して傾斜し、且つ第1超音波振動子15aは当接点Aに向けて超音波ビームを発するから、当接点Aにおいて超音波ビームは屈折して(屈折角θでもって)管厚に対して斜め方向、すなわち、第1中心軸11aの軸方向(図中下方、管2の円周方向に同じ)に向かって伝播することになる。
したがって、超音波ビームが管2の円周方向で内面2aおよび外面2bに隙間なく照射されるようになるだけの距離、当接点Aから離れた範囲を「データ収集範囲」としている(図4の(b)参照)。
図3の(c)において、超音波ビームは、前記のように管2の円周方向(図中下方)に向かってジグザグに進行すると同時に、管軸方向(図中、左右方向)にも幅が拡がっていく。
図4の(b)において、隣接する当接点から発した超音波ビームによるそれぞれのデータ収集範囲の一部が、重なっている。すなわち、前記のように、円周方向に進行する超音波ビームは円周方向にその幅が拡大するから、当接点A1から発した超音波ビームによるデータ収集範囲31と、当接点A2から発した超音波ビームによるデータ収集範囲32とが重なっている。
このため、該6台の第1タイヤ型超音波センサ10aによって、管2の全円周に、もれなく超音波ビームが照射されることになる。すなわち、該6台の第1タイヤ型超音波センサ10aを搭載した第1センサ台車100を管軸方向に移動すれば、管2の内面のいずれの位置であっても、欠陥や局部減肉があれば、該欠陥や局部減肉において超音波ビームが反射され照射され第1タイヤ型超音波センサ10aによって検知されることになる。特に、垂直探傷では検知することができない「割れ」を検知することが可能になる。
図5および図6は、図1に示す第1センサの実施例2を模式的に説明するものであって、図5の(a)は構成を示す断面図、図5の(b)は超音波ビームの伝播を示す断面図、図5の(c)はデータ収集範囲を示す断面図、図6の(a)は第1センサの配置例を示す正面図、図6の(b)は超音波ビームの伝播を示す側面図である。
そして、第1振動子前面材17bの端面16bは、第1中心軸11bの中心と当接点Bとを結ぶ線に対して傾斜している。すなわち、端面16bは管2の半径方向(内面2aの垂線に同じ)に対して傾斜している。したがって、第1超音波振動子15bは当接点Bに向けて超音波ビームを発するから、当接点Bにおいて超音波ビームは屈折して(屈折角θでもって)管厚に対して斜め方向、すなわち、管2の管軸方向に向かって伝播することになる。
図6の(b)において、隣接する当接点から発した超音波ビームによるそれぞれの「円周方向データ収集範囲」の一部が、重なっている。すなわち、進行する超音波ビームは管軸方向にその幅が拡大すると同時に、円周方向にも拡大していく。このため、当接点B1から発した超音波ビームによる円周方向データ収集範囲41と、当接点B6から発した超音波ビームによる円周方向データ収集範囲46とが重なるようにしている。
図7は図1に示す第2センサ台車の構成を示すものであって、(a)は縦断面図、(b)は正面図である。図2において、第2センサ台車200は、第2センサ(これについては別途説明する)と、第2センサが支持された第2センサ支持機構210と、第2センサ支持機構210が設置された転動シリンダ260と、転動シリンダ260を転動する転動機構250と、転動シリンダ260を転動自在に支持する第2固定軸220と、第2固定軸220の前後に設置された一対の第2ガイド手段230a、230bとを有している。なお、第1センサ台車と同じ部分には下二桁にこれと同じ符号を付し、名称に付した「第1」を「第2」に読み替え、一部の説明を省略する。
第2センサ支持機構210は第1センサ支持機構110に同じ構造であって、第2センサ20を、常時または所定のタイミングで管2の内面2aに押し当てるものである。たとえば、第1センサ10が、管2に欠陥が存在していることを検知した場合に限り、制御装置の指令に基づいて、第2エアシリンダ214が進出して第2センサ20を管2の内面2aに押し当て、一方、欠陥の検知された範囲を通過した後は、再度、第2エアシリンダ214が後退して第2センサ20を管2の内面2aから引き離すものである。また、キャスタ機能を具備している。
転動シリンダ260は第2固定軸220に転動自在に支持され、その外周に第2センサ支持機構210の第2エアシリンダ214が設置されている。また、転動シリンダ260と第2固定軸220との間には図示しないスリップリングが配置され、第2センサ20が発した検査信号が第2固定軸220側に伝達されている。また、第2エアシリンダ214に供給される圧縮空気は、第2固定軸220に設けられている空気払い室と、該空気払い室に気密的に連結する空気受け室(転動シリンダ260の内周に設けられている)とを経由して供給されている(図示しない)。
転動機構250は、転動モータ251と、転動モータ251との回転軸に固定された駆動歯車252と、転動シリンダ260に固定された従動歯車262(駆動歯車252に噛み合っている)とを有している。そして、転動モータ251は第2固定軸220または第2固定軸220の端部に設置された第2固定フランジ222に設置され、管内検査装置1の走行速度に対応した所定の回転速度で回転制御されている。
したがって、第2センサ20は管内検査装置1の走行に伴って管2内を螺旋状に移動することになる。このとき、第2センサ20はキャスタ機能を具備する第2センサ支持機構210に支持されているから、第2タイヤ23の進行方向に容易に追従して円滑な回転をする。なお、第2ホルダ基板212を撤去して、第2センサ20を第2シリンダロッド215に設置してもよい。
図8は図1に示す第2センサの実施例を説明するものであって、(a)は構成を示す正面視の断面図、(b)は構成を示す側面視の断面図である。
図8において、第2センサ20はタイヤ型超音波センサであって、第2タイヤ型超音波センサ20は、第2中心軸21と、第2中心軸21に回転自在に設置された第2タイヤ23と、第2中心軸21に設置された第2超音波振動子25と第2中心軸21に設置された第2振動子前面材27とを有している。第2振動子前面材27の第2中心軸21に近い端面26が第2超音波振動子25に当接し且つ他方の端面28が第2タイヤ23の内周22に摺動する。
そして、第2振動子前面材27の端面26は第2中心軸21の軸心と当接点Cを結ぶ線に垂直である(第2中心軸21の軸方向および管2の管軸方向に平行)。したがって、第2超音波振動子25は当接点Cに向けて超音波ビームを発するから、当接点Cにおいて超音波ビームは垂直に管2に伝播され、管2の管厚方向、すなわち、管2の管厚方向に伝播することになる。なお、第2タイヤ23は当接時に弾性変形するから、実際の当接部は第2中心軸21の軸方向および円周方向に所定の幅を有している。
なお、回転しない第2超音波振動子25から垂直方向に超音波ビームを発射すると、この超音波ビームは回転しない第2振動子前面材27、超音波伝達物質の皮膜および回転する第2タイヤ23を通って管の板厚内を伝播し、さらに、その反射波は第2タイヤ23、超音波伝達物質の皮膜および第2振動子前面材27を通って第2超音波振動子25によって受信されるから、これによって管の欠陥や板厚が検知される。
図9は、本発明の実施の形態に係る管内検査装置における第2センサの走査範囲を説明する部分展開図である。
まず、第2タイヤ型超音波センサ20が管2の内面2aを管軸方向に滑らないための条件を示す。
図9において、転動シリンダ260に円周方向で均等配置された第2タイヤ型超音波センサ20の数量がN基で、転動シリンダ260の第2固定軸220周りの転動角速度がω(rad/秒)で、管内検査装置1の管軸の方向の走行速度がv(m/秒)のとき、第2タイヤ型超音波センサ20の移動方向は管軸に対して
tanα=R・ω/v
なる螺旋角度αだけ傾斜する。したがって、第2タイヤ型超音波センサ20の第2タイヤ23の方向を管軸に対して螺旋角度αだけ傾斜して配置しておけば、第2タイヤ23が管2の内面を軸方向に滑ることがない(このとき、第2タイヤ23の第2中心軸21の軸心は管2の管軸に対して(π/2−α)だけ傾斜している)。
このとき、これらの走査範囲の一部がそれぞれ接するか重なる(図中、斜線に示す)ためには、上記式より、
v≦L・v・N/(2・π・R・cosα)
であるから、転動角速度ωおよび走行速度vが与えられた場合には、
L≧2・π・R/cosα
なる大きさ以上の検査視野を有する必要がある。
なお、図9では、第2タイヤ型超音波センサ20が2・π/Nだけ回転した場合について、前記重なり範囲を斜線で示しているため該斜線範囲が矩形になっている。しかしながら、第2タイヤ型超音波センサ20は連続して多数回に渡って転動するものであるから、該重なり範囲(斜線範囲)は帯状に延長され、管2の内面2aにおいては多状の螺旋を呈するものである。
牽引台車300(図1参照)は図示しないエアシリンダによって走行タイヤ310を管2の内面2aに押し付け、図示しない駆動モータによって走行タイヤ310を回転駆動することにより自走するものである。なお。駆動モータ用の電力は地上部からケーブル500を経由して供給される。
また、管2の内面2aを監視するための監視カメラ30が搭載され、走行前方を監視している。したがって、走行前方に曲がり管部(ベンド)があることが発見された場合には、第1エアシリンダ114や第2エアシリンダ214を後退させ、第1タイヤ型超音波センサ10、20を退避(縮径)することにより通過を容易にすることができる。また、管2の内部にプラグや枝管の付け根が突出しているものが発見された場合も、同様にこれを回避する。
さらに、第1センサ10が欠陥を検知した場合に、該欠陥の検知信号を受信して、該欠陥の検知された範囲において走行速度を減速し、かつ、第2センサ台車200に欠陥の性状を検査するための所定の信号を発する制御装置を、牽引台車300に搭載してもよい。
補助台車400(図1参照)は第2センサ台車200に連結され、第1センサ台車100を介して牽引台車300によって牽引されるものであって、第1センサ10(斜角探傷)および第2センサ20(垂直探傷)からの信号が入力される探傷器(アンプ)が搭載されている。
なお、該探傷器は、第1センサ10または第2センサ20のそれぞれに連結された別個のものであっても、または、両者に共通のものであって、適宜(低速移動の間)切り換え自在なものであってもよい。
以上より、管内検査装置1は、第1センサ台車100に設置された第1センサ10を内面2aに押し当てて斜角探傷をするから、データ収集範囲が広いため、最少の設置台数でもって内面2aの全周をカバーすることができ、しかも高速で走行しながら欠陥(特に割れ)や局部減肉の有無を検査することが可能になる。
そして、第1センサ10が管2に欠陥が存在していることを検知したとき、当該欠陥が存在する範囲で、管内検査装置1は低速で移動し、螺旋状に移動する第2センサ20を内面2aに押し当てて垂直探傷をするから、欠陥の性状(局部的な肉厚の減少等を含む)が検査されることになる。さらに、当該欠陥が存在する範囲を通過した後は、再度、管内検査装置1は高速で移動しながら欠陥の有無を検査する。
よって、欠陥の性状検査のためにだけ、管内検査装置1を低速で移動し、欠陥の有無を検知するためには、管内検査装置1を高速で移動することができるから、管内検査の能率が向上する。
また、補助台車400に搭載した各種機器を、第1センサ台車100または第2センサ台車200の一方または両方に移設して、補助台車400を廃止してもよい。
さらに、第1センサは1個の振動子前面材17を、第2センサは1個の振動子前面材27を有しているが、第1センサが振動子前面材17と振動子前面材27を、または、第2センサが振動子前面材17と振動子前面材27を有してもよい。
Claims (1)
- 管内を移動する前方のセンサ台車に搭載した前方センサで欠陥の存在を検知し、該前方センサで検知された欠陥の個所に、該管内を移動する後方のセンサ台車が差し掛かった時点で、移動を継続しながら連続的に、後方のセンサ台車に搭載した後方センサを機能させることにより、該欠陥を精緻に検査する管内検査方法であって、
前記前方のセンサ台車と後方のセンサ台車とが連結され、前記後方センサを機能させる際、減速して低速で移動し、前記後方センサを機能させない間、高速で移動することを特徴とする管内検査方法。
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