JPH03176630A - 管の応力解放方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、管材等の配管による構造物の安全を確保する
ため管材に生じた応力を解放する方法において、磁歪応
力ｉ’ｌｌｌ定装置を用いて活管状態での調整作業を可
能とする管の応力解放方法に関するものである。

［従来の技術］ 例えばパイプラインのような構造物の場合、どこかに固
定部があると地盤沈下により不等沈下を生じ、構造物の
安全性に問題を生じることがある。

このような場合は一般に不等沈下による応力を解放して
構造物の安全を確保するようにしている。

管の曲げ応力を解放するためには、まずその管に働いて
いる曲げ応力を測定する必要がある。従来例えばパイプ
ラインのガバナステーションの応力解放工事では、パイ
プに働いている曲げ応力をｌＰ１定するのに歪ゲージを
用いていた。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の歪ゲージによる応力ａＦＪ定の場合
には、相対的な歪しか測定できないため、パイプライン
の一端をフランジ部で分解し、曲げ応力をゼロにして測
定器のゼロ点調整を行った後に実際の測定を行っていた
。通常パイプラインには液体又は気体等の流体が流れて
いるため、パイプラインの接続を外すためには、パイプ
ラインに流れている流体をバルブ等により止める必要が
あるという問題点があった。

また歪ゲージを貼付けるには被測定位置を表面処理して
から行う必要があり、パイプラインの塗装がはがされる
ため、測定後に再塗装を要するという問題点があった。

一方、非破壊残留応力ｆＡＰＪ定法であるＸ線応力測定
法を適用することも可能であるが、Ｘ線応力測定装置の
場合、装置自体が大きいため現場の狭い場所にＸ線装置
をセットすることはむつかしく、またたとえセット出来
たとしても、前処理に時間がかかりかつ表面を電解研磨
にて傷つける上に、ｄｐ１定に時間がかかる等の問題点
があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、配管された管材の接続を外さないで、即ち内部に
流体を流した活管状態で、管材に生した応力を解放する
調整作業ができる管の応力解放方性を得ることを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る管の応力解放方法は、管材等の配管によ
る構造物の安全を確保するため前記管材に生じた応力を
解放する方法において、磁歪センサが管材の外周面上ま
たは内周面上を非接触状態で相対移動する磁歪応力測定
装置を用いて、前記管材の管周方向の曲げ応力分布をＳ
ＩＮ曲線で近似して算出し、該算出値が前記構造物の保
安上の基準値を越えない値又は最小値となるように前記
構造物の調整を行い、管材に生じた応力を解放すること
ができる前記磁歪応力測定装置を備えたものである。

［作用］ この発明においては、管材等の配管による構造物の安全
を確保するため前記管材に生じた応力を解放する方法に
おいて、磁歪センサが管材の外周面上または内周面上を
非接触状態で相対移動する磁歪応力測定装置を用いて、
前記管材の管周方向の曲げ応力分布をＳＩＮ曲線で近似
して算出し、該算出値が前記構造物の保安上の基準値を
越えない値又は最小値となるように前記構造物の調整を
行い、管材に生じた応力を解放する。

［実施例］ 本発明は、例えばパイプラインのような構造物に働いて
いる管の曲げ応力を解放する工事に、先に出願した特願
昭６３−１５３６２２号公報に示された磁歪応力測定法
を適用し、パイプラインを接続したまま活管状態におい
て応力解放作業を可能とし、その作業の効率化を図るこ
とができるものである。

最初に上記先願に係る磁歪応力測定法の概要について説
明し、次に本発明に係る磁歪応力測定装置の構成とその
動作について記し、最後に本発明の磁歪応力測定法を用
いた管の応力解放方法について詳細に説明する。

鋼材又は鋼製構造物等の応力及び残留応力を測定する方
法として、Ｘ線や超音波のほかに磁歪センサによる方法
がある。この磁歪センサを用いて磁化可能な丸棒、パイ
プ等円柱材料の応力を測定する方法としては先に出願し
た特願昭８３−１５３６２２号公報に示された磁歪応力
測定法がある。

磁歪応力測定法は、磁性材料に荷重が作用すると透磁率
に異方性が生じ、荷重方向の透磁率が大きくなり、反対
に荷重方向と直角方向の透磁率が小さくなるので、両送
磁率の差を励磁コイルと検出コイルを持つ磁歪センサ（
磁気異方性センナともいう）によって検出することによ
り、主応力の方向および大きさを測定する方法である。

この測定方法によると、−点の測定時間がｌＯ〜１００
ＩＤｓｅｃですみ、取扱いもきわめて便宜である。

ところが、従来の磁歪応力測定法は、一般に磁歪センサ
を被測定面に接触させて行うものであるため、被測定面
の状態によって接触面における磁気抵抗が大きく異なる
。そのため、測定誤差が大きくなるという欠点があった
。

そこで、非接触状態、すなわち磁歪センサを被測定面か
ら一定の距離だけ離した状態で測定するという考え方が
出てくるわけであるが、この場合は磁歪感度が低下する
ため、磁歪センサの設定にありきわめて微妙な調整が必
要であるという別の問題があった。

前記先願の発明においては、前記非接触計測における問
題点を解決し、磁化可能な丸棒、パイプ等の円柱材料に
対する磁歪応力測定法を非接触方式で実施できる装置を
１５＃１発し、その１ｌＦＪ定装置を使用して円柱材料
の円周方向の応力分布を従来よりも精度良く測定できる
方法を提供した。

第１図は先の出願に係る磁歪応力δＩＩＩ定法を説明す
る図であり、同図（ａ）は円柱材料１に曲げ荷重を加え
て、円柱材料１の上側に引張り応力＋σ、Ｆ側に圧縮応
力−σが働いている状態を示す。また同図（ｂ）は円柱
材料１の中心軸に対して垂直に、ｎつその外周面と一定
の距ｆ１１ｈのリフト・オフ（ギャップのこと）を保ち
ながら、磁歪センサ２を円柱材料１の最上点即ち０°の
角度位置より時計遡り方向に円周方向に沿って１回転さ
せて、磁歪センサ２が０″〜３６０　”間のそれぞれの
角度位置において検出する磁歪信号を連続的に＃ｌｐｊ
定する方法を示している。

第２図は第１図の磁歪応力ＡＩ定法によるＳＩＮ近似法
を説明する図であり、同図（ａ）は磁歪センサ２が円柱
材料１の外周上の方位を示す角度とその応力分布を示し
、角度０°　（即ち円柱材料１の真上）において最大引
張り応力が、角度１８０゜（即ち円柱材料１の真下）に
−おいて最大圧縮応力が発生することから、応力分布は
５ＩＮｏ曲線に近似して分布する。

第２図（ｂ）は−２０ｋｇ／−の荷重を円柱材料に加え
たときの、歪ゲージによる応力の実測値とＳＩＮθ近似
値とを示している。この図から実際の応力分布とＳＩＮ
θ曲線とはかなり近似していることが判る。

以上により磁歪応力測定法の説明を終了し、次に磁歪応
力測定装置について説明する。

第３図は本発明の管の応力解放方法を適用する管の磁歪
応力測定装置のブロック図である。図において１０は走
行装置部であり、磁気異方性センサ１１及び走行台車１
２を内蔵する。磁気異方性センサ１１は非接触により管
材の円周方向の磁気異方性を検出するためのセンサであ
り、例えば直交する励磁コイルと検出コイルとを備え、
励磁コイルに一定の励振電流を流して、応力の作用によ
って生じる磁気異方性を検出コイルから得られる電圧信
号として検出するものである。走行台車１２は例えば管
外周上に設けられたレール又は／及びギヤ上を走行し、
磁気異方性センサ１１を管の円周方向に移動させ計測を
行わせるための走行機構である０１３は磁歪測定部であ
り、磁気異方性センサ（ｌの励磁コイルに定電流を供給
し、同時に該センサ１１の検出コイルより得られる検出
信号を増幅し、磁気λ方性に比例した電圧信号として出
力する磁歪測定部である。１４はモータ・ドライバであ
り、走行台車１２に走行駆動信号を供給し走行させ、そ
の走行結果の位置情報としてエンコーダ信号が帰還され
る。１５はＡ／Ｄ変換器、１６は例えばＲ３２３２Ｃ等
のインタフェース、１７はパーソナル・コンピュータ（
以下パソコンという）、１８はＣＲＴ又は液晶等を用い
たデータ表示部である。

第３図の動作を説明する。管材の円周方向の応力を７Ｉ
Ｉ１１定するには、例えば管材の中心軸に対する垂直面
上の管材外周面に、図示されないレール又は／及びギヤ
を取付け、このレール又は／及びギヤ上にホルダを介し
て走行装置部ＩＯを走行可能に取付ける。次にパソコン
１７はインタフェース１６を介してモータ・ドライバ１
４に１回転の走行指令を与え、モータ・ドライバ１４は
前記レール又は／及びギヤ上の走行装置ＩＯを管周に沿
って１回転走行させる。この走行中に、磁気異方性セン
サ１１　（磁歪センサ２と同一のもの）が第１図（ｂ）
に示される管材外周面上の０９〜３６０°間の各角度位
置において、該センサ１１からそれぞれ検出された各検
出信号は磁歪測定部１３により信号増幅後出力され、さ
らに該出力はＡ／Ｄ変換器１５により量子化され、パソ
コン１７に供給される。パソコン１７は磁気異方性セン
サ１１の管材外周上の方位を示す各角度に対する磁歪測
定部１３からの測定値、又は／及びこの測定値をＳＩＮ
近似曲線により近似したデータを、図形もしくは数値表
示形式により、データ表示部１８に表示させ、必要の場
合図示されないプリンタによりハードコピーを出力する
。本７１１１定装置のデータ表示部１８に表示されたデ
ータ又はプリンタにより出力されたハードコピーデータ
に基づき、本発明に係る管の応力解放作業を行うことが
できる。

また上記実施例においては、磁歪センサを管材の外周面
上を非接触で走行させる例を示したが、同様に磁歪セン
サを管材の内周面上を非接触で走行させるようにしても
よい。またこの場合に磁歪センサを走行させずに、管材
をその中心軸に対して回転させ、磁歪センサを固定する
ようにしてもよい。いずれの場合も磁歪センサと管材と
が相対移動をすればよく、一方を固定し他方を移動させ
ることにより同一効果を得ることができる。

以下本発明の管の応力解放方法について説明する。

第４図は本発明を適用した一実施例であるガスのガバナ
ステーションの構造図である。同図においては、外部か
らのパイプラインはガバナステーション内にてそれぞれ
曲管部、パルプを介して中央部バルブに配管される。こ
の中央部パルプの両端の管が細くなっている場所が、通
常量も大きな応力が働く部分である。

従来の応力解放方法では、この中央部バルブの両端の管
が細くなっている場所に歪ゲージを取付番夕、左右のパ
ルプにより管内部のガスの流れを止め、中央部バルブの
片側のフランジを分解し、曲げ応力をゼロにして測定器
のゼロ点調理を行った後に実際の応力測定を行い、この
応力が小さくなるようにパルプのレベル調整等を行って
いた。

本発明の管の応力解放方法は次のような手順にて行う。

（１〉　　ガバナステーション内の中央部バルブの両端
が細くなっている部分について、第３図に示された磁歪
応力測定装置により磁歪測定を行い、その測定値から近
似されたＳＩＮ近似曲線の振幅値を算出し、管の曲げ応
力分布を図形表示により表示部又はプリンタに出力する
。この図形表示されるＳＩＮ近似曲線の最大振幅値の方
位が最大引張応力の方向を、また最小振幅値の方位が最
大圧縮応力の方向を示し、その信号振幅値が応力の大き
さを示している。従って作業者はこの図形表示によ′り
曲げ応力の方向とその大きさを視覚的に理解し、レベル
調整の方向を容易に見極めることができる。

（２〉　　あらかじめ、第５図に示すように曲げ応力と
管の磁歪応力測定装置により求められたＳＩＮ近似曲線
の信号振幅との較正曲線が得られている場合には、この
較正曲線より現在作用している曲げ応力を計測する。第
５図において、○印とΔ印はそれぞれ２つの測定系で歪
ゲージ等により実測した曲げ応力の計測値を示し、これ
らの計測値を近似した曲線が較正曲線となる。（但し第
５図において直線により近似している） また定量的な計測ができる較正曲線が得られていない場
合は、過去に得られた同一材料の管についての較正曲線
のバラツキから、曲げ応力対信号振幅の傾斜が最大の場
合と最小の場合の２つの較正曲線を設定し、この２つの
較正曲線の範囲内から、または最小傾斜の較正曲線を用
いて最悪状態における曲げ応力の大きさを推定すること
ができる。

第６図は磁歪応力測定装置の較正曲線の管によるバラツ
キを示す図である。

（３）　　（２）項により計測した又は推定した管の曲
げ応力が小さくなるように、パルプのレベルを調整する
。

（４）　　再び磁歪応力測定装置により曲げ応力の測定
を行い、保安上規定された基準値以下に収っているかど
うかを確認し、収まっていない場合にはさらに調整を繰
り返し、基準値よりも小さい値になるようにする。例え
ば第５図の較正曲線が得られていて、曲げ応力を５ｋｇ
／ｍＪ以下にしたいときは、ＳＩＮ近似曲線の振幅を０
，８Ｖ以下にすればよい。またｍ６図により推定を行う
場合には、最悪の場合でも、ＳＩＮ近似曲線の振幅を０
．５ｖ以下にすれば、曲げ応力は５ｋｇ／−以下と推定
される。さらに全く較正曲線がない場合においてもＳＩ
Ｎ近似曲線の振幅を最小化するように調整を繰り返せば
、定量的な応力値は把握できなくとも、パイプラインを
活管状態で、曲げ応力を最も小さくするように調整する
ことが可能となる。

このように磁歪応力測定法による応力解放方法は、パイ
プラインを接続したまま活管状態での作業が可能である
、非接触測定で管に傷をつけない、測定所要時間は一箇
所数分で足りる、曲げ応力の大きさがグラフ表示のため
視覚的に理解しやすい等の、他の方法では得られない大
きな利点を有する。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、管材等の配管による構
造物の安全を確保するため前記管材に生じた応力を解放
する方法において、磁歪応力測定装置のＡ１１ｌ定値に
近似したＳＩＮ近似＋Ｉｈ線の振幅値に払づき、構造物
の調整を行い骨材に生じた応力を解放するようにしたの
で下記に列挙する効果がｉｌｌられる。

１、従来の歪ゲージにて応力解放を実施する場合に比べ
、活管状態での工事の実施が可能である。

２、管に非接触で応力測定可能なため、管に傷つけるこ
となくかつ塗装の上から＃ｌｌｊ定できる。従って前処
理やｌＰｊ定後の再塗装処理等が不要である。

３、δＩｌｌ定に要する時間は、一箇所数分のため作業
が迅速に遂行できる。

４、曲げ応力の大きさが、グラフにより表示されるため
、作業者が曲げ応力が小さくなることを視覚で理解でき
るため、調整が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は先願に係る磁歪応力測定法を
説明する図、第２図（ａ）及び（ｂ）は第１図の磁歪応
力測定法によるＳＩＮ近似法を説明する図、第３図は本
発明の管の応力解放方法を適用する管の磁歪応力測定装
置のブロック図、第４図は本発明を適用した一実施例で
あるガスのガバナステーションの構造図、第５図は曲げ
応力と管の磁歪応力Ｊｌ定装置により求められたＳＩＮ
近似曲線の信号振幅との較正曲線を示す図、第６図は磁
歪応力測定装置の較正曲線の管によるバラツキを示す図
である。 図において、１は円柱材料、２は磁歪センサ、１０は走
行装置部、１１は磁気異方性センサ、１２は走行台車、
１３は磁歪測定部、１４はモータ・ドライバ、１５はＡ
／Ｄ変換器、１６はインタフェース、１７はパソコン、
１８はデータ表示部である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　管材等の配管による構造物の安全を確保するため前記
   管材に生じた応力を解放する方法において、磁歪センサ
   が管材の外周面上または内周面上を非接触状態で相対移
   動する磁歪応力測定装置を用いて、前記管材の管周方向
   の曲げ応力分布をＳＩＮ曲線で近似して算出し、該算出
   値が前記構造物の保安上の基準値を越えない値又は最小
   値となるように前記構造物の調整を行い、管材に生じた
   応力を解放することを特徴とする管の応力解放方法。