JPH10267639A - 拡管率演算方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ０．５ｍｍ以下の薄肉の管であっても容易か
つ正確に拡管率を求めることができる拡管率演算方法を
提供する。 【解決手段】 管板１２、１３に設けた挿通孔１４、１
５内に管１１を挿通し、管１１を拡げて拡管する前後
に、それぞれ、超音波プローブ１９を管１１内に挿入
し、超音波プローブ１９から内壁に向けて超音波を発振
し、底面エコー多重反射波信号を受信してフーリエ変換
した後に、フーリエ変換した周波数データから管１１の
拡管前肉厚と拡管後肉厚とを測定し、これらの拡管前肉
厚と拡管後肉厚とから拡管率を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管板に挿入される
管を拡管する際に、管の拡管率を求める拡散率演算方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、拡管率を求める方法として、特開
昭６０−８２９１０号公報に記載されているように超音
波反射法を用いた拡管率計測方法がある。この拡管率計
測方法を、図１１に示す拡管率計測装置Ｂを参照して、
以下、簡単に説明する。まず、拡管前の管５０の肉厚を
求めるに際しては、インナープローブ５１を管５０内に
挿入する。このインナープローブ５１は、超音波振動子
５２とこの超音波振動子５２に対置された反射鏡５３よ
り構成されており、超音波振動子５２から発振された超
音波Ｖは反射鏡５３で反射されて管５０の拡管対象位置
Ｈに到達する。そして、そこからの反射波より超音波厚
さ計５４を用いて管５０の肉厚を計測する。

【０００３】次に、拡管後の管５０の肉厚を求めるに際
しては、拡管前と同様にインナープローブ５１を管５０
内に挿入し、拡管対象位置Ｈからの反射波より超音波厚
さ計５４を用いて管５０の肉厚を計測する。そして、こ
れらの計測された管５０の拡管前肉厚及び拡管後肉厚を
もとに、拡管率を求める式（拡管率＝（１−（拡管後肉
厚／拡管前肉厚））×１００％）よりコンピュータ５５
によってただちに拡管率を求めることができ、その値は
ディジタル表示装置５６に表示される。上記した拡管率
計測方法によって、拡管率算出の信頼性及び精度が向上
すると共に、計測作業も容易になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した拡管
率計測方法は、未だ、以下の解決すべき課題を有してい
た。即ち、超音波厚さ計５４を用いた管５０の肉厚の計
測は、通常、図１２に示すように、表面エコーと底面エ
コーとの間隔Ｄを計測することによって行われる。しか
し、管５０の肉厚が厚い場合は表面エコーと底面エコー
とが明確に分離されているので間隔Ｄの計測は容易であ
るが、管５０の肉厚が薄い（例えば、０．５ｍｍ）場
合、図１３に示すように、底面エコー多重反射波信号の
減衰速さが急激に速くなり、表面エコーが底面エコーと
一体となって表面エコーの位置の判断ができず、従っ
て、管５０の肉厚を正確に判断することは不可能ないし
困難であった。なお、５７はプリンターである。

【０００５】そこで、本発明者は、上記した底面エコー
多重反射波信号を高速フーリエ変換器を用いてフーリエ
変換したところ、管の肉厚の変化と、それに伴うフーリ
エ変換の結果値における第１ピークの周波数やピーク値
の間隔の変化との間には一定の相関関係があり、この相
関関係を利用すれば、薄肉の管であっても、拡管率を演
算できることを知見した。

【０００６】本発明は、このような知見に基づくもので
あり、例えば、０．５ｍｍ以下の薄肉の管であっても容
易かつ正確に拡管率を求めることができる拡管率演算方
法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の拡管率演算方法は、管板に設けた挿通孔内に管を
挿通し該管を拡げて拡管する前に超音波プローブを該管
内に挿入し、該超音波プローブから内壁に向けて超音波
を発振し、底面エコー多重反射波信号を受信してフーリ
エ変換した後に、該フーリエ変換した周波数データから
前記管の拡管前肉厚を測定する工程と、前記管板に設け
た挿通孔内に前記管を挿通し該管を拡げて拡管した後に
前記超音波プローブを該管内に挿入し、該超音波プロー
ブから内壁に向けて超音波を発振し、底面エコー多重反
射波信号を受信してフーリエ変換した後に、該フーリエ
変換した周波数データから前記管の拡管後肉厚を測定す
る工程と、前記拡管前肉厚と前記拡管後肉厚とから拡管
率を演算する工程とを具備する。

【０００８】ここで、フーリエ変換とは、任意の周期を
有する周期関数を正弦波及び余弦波の和で表せる調和振
動の重ね合わせとして表現するものである。請求項２記
載の拡管率演算方法は、請求項１記載の拡管率演算方法
において、前記フーリエ変換した周波数データのうち、
第１ピークの周波数から前記拡管前肉厚と前記拡管後肉
厚とを測定するようにしている。請求項３記載の拡管率
演算方法は、請求項１記載の拡管率演算方法において、
前記フーリエ変換した周波数データのピーク値の間隔か
ら前記拡管前肉厚と前記拡管後肉厚とを測定するように
している。

【０００９】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。

【００１０】以下、図１〜図４を参照して、本発明の一
実施の形態に係る拡管率演算方法に用いる拡管率演算装
置Ａの構成について説明する。図１及び図２に示すよう
に、本実施の形態は、拡管率演算装置Ａによる拡管率演
算の対象となる管１１が、復水器１０の冷却管である場
合である。図示するように、このような管１１は、通
常、ステンレス鋼やアルミニウム黄銅からなり、その両
端は、それぞれ、管板１２、１３の挿通孔１４、１５内
に固定支持されている。

【００１１】図３及び図４に示すように、管１１の一端
であって管板１３によって固定されている部分は、軸線
方向に間隔を開けて内部からの押圧力によって形成され
た２つの外部膨出リング１６、１７を具備しており、こ
の外部膨出リング１６、１７間の管１１の部分は薄肉に
なって薄肉管部１１ａを形成している。そして、この薄
肉管部１１ａと対峙する状態に超音波プローブの一例で
ある探触子１９が配設されており、この探触子１９は、
超音波のパルス波を管１１の薄肉管部１１ａに発振し、
この薄肉管部１１ａの底面（薄肉管部１１ａの外壁）と
内表面（薄肉管部１１ａの内壁）間で多重に反射した底
面エコー多重反射波信号を受信するため設けられたもの
である。

【００１２】探触子１９の内部には振動子が内蔵される
と共に、探触子１９の一端（先部）は遅延材１８を介し
て薄肉管部１１ａに間接的に当接されている。ここに、
遅延材１８は、探触子１９を薄肉管部１１ａに直接当接
させた場合に得られる底面エコー波が多重に重ね合わさ
れた一定の周期をもたない複雑な波形を呈する底面エコ
ー多重反射波信号における送信パルスと表面エコーとを
分離するため用いるものであり、ポリアミド樹脂やアク
リル樹脂からなる。

【００１３】探触子１９の他端は導線２０を介して超音
波パルサーレシーバー２１に接続されており、この超音
波パルサーレシーバー２１は底面エコー多重反射波信号
を受信して波形処理するため設けられたものである。即
ち、超音波パルサーレシーバー２１に接続されている表
示装置２１ａ上で図５（ａ）に示す波形を有する底面エ
コー多重反射波信号は、送信パルスを含まない領域Ｚ
で、後述する高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）２２による
フーリエ変換のために波形が拡大される（図５
（ｂ））。

【００１４】また、超音波パルサーレシーバー２１には
高速フーリエ変換器２２が接続されている。ここで、高
速フーリエ変換器２２は、入力信号を分析して各周波数
に対する信号の強度を表示するものであって、周知の論
理演算素子によりフーリエ変換する方法や底面エコー多
重反射波信号をデジタルデータに変換しコンピュータを
用いてフーリエ変換アルゴリズムによりフーリエ変換す
る方法、或いは、その他のハード及びソフトを両用する
方法等が用いられる。なお、高速フーリエ変換器２２に
よって変換された結果をモニターするため表示装置２２
ａが高速フーリエ変換器２２に接続されており、図５
（ｃ）に示すように、フーリエ変換後の解析結果波形が
表示されることになる。

【００１５】高速フーリエ変換器２２には制御ＣＰＵ２
３が接続されており、この制御ＣＰＵ２３を用いて、フ
ーリエ変換されたデータに基づいて、拡管率を求める式
（拡管率＝（１−（拡管後肉厚／拡管前肉厚））×１０
０％）よりコンピュータによって拡管率を求めることが
できる。また、制御ＣＰＵ２３には表示装置２４が接続
されており、拡管率を数値によって表示することができ
る。表示装置２４としては、ＣＲＴや液晶ディスプレイ
或いはプラズマディスプレイ等が用いられる。

【００１６】次に、上記した構成を有する拡管率演算装
置Ａを用いて本発明の一実施の形態に係る拡管率演算方
法について説明する。

【００１７】（拡管前肉厚を測定する工程）図３に示す
ように、探触子１９から超音波のパルス波を拡管前の管
１１であって薄肉管部１１ａに相当する非押圧管部に発
振する。超音波の周波数は５〜５０ＭＨｚ程度の範囲の
ものが使用される。探触子１９から発振された超音波は
非押圧管部内に伝播し、底面（又は外表面）まで達し、
そこで反射される。反射された超音波は内表面で再度反
射され、非押圧管部内を伝播していく。この工程は繰り
返し行われ非押圧管部内を往復する底面エコー波が多数
発生する。探触子１９は、この底面エコー波が多数重畳
された底面エコー多重反射波を検知する。

【００１８】探触子１９で受信された底面エコー多重反
射波信号は超音波パルサーレシーバー２１を介して高速
フーリエ変換器２２に送られる。高速フーリエ変換器２
２においては、底面エコー多重反射波信号はフーリエ変
換される。即ち、底面エコー多重反射波信号はアナログ
データからデジタルデータに変換された後に、フーリエ
変換アルゴリズムに従ってデータ処理され周波数データ
に解析され、図５（ｃ）に示すように、表示装置２２ａ
に表示される波形を得ることができる。一方、本発明者
によって、図５（ｃ）に示すフーリエ変換による解析結
果波形における第１ピークＰの周波数の変化及びピーク
値の間隔の変化と管１１の肉厚の変化との間には一定の
相関関係があることが判明した。

【００１９】図６は肉厚の異なる管１１からの底面エコ
ー多重反射波信号のフーリエ変換された周波数データを
示す。肉厚は、０．２５ｍｍ、０．５１ｍｍ、０．７５
ｍｍ、１．１０ｍｍの４水準を準備している。発振する
超音波の周波数は１５ＭＨｚである。図６において、従
来における拡散率計測方法では測定が困難であった０．
２５ｍｍの肉厚においても、明瞭な第１ピークＰを観測
することができる。第１ピークＰの周波数は肉厚が厚く
なるにつれて順次小さくなっている。また、ピーク値間
の間隔も肉厚が厚くなるにつれて順次狭くなっている。

【００２０】第１ピークＰの周波数と管１１の肉厚との
関係を図７に示す。また、周波数のピーク値の間隔と管
１１の肉厚との関係を図８に示す。図７に示すように、
横軸は０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲の管１１の非押圧
管部の肉厚を表し、縦軸は第１ピークＰの周波数を表し
ている。肉厚と第１ピークＰの周波数との関係は双曲線
状を呈し、管１１の肉厚が薄くなると第１ピークＰの周
波数は急激に上昇している。特に、肉厚が０．３ｍｍ以
下になると第１ピークＰの周波数は１０〜３０ＭＨｚの
間を大きく変化する。このように、管１１の肉厚が薄い
と第１ピークＰの周波数の変化率が大きいので、肉厚の
変化を精密に検出することができる。また、図８に示す
ように、横軸は０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲の管１１
の非押圧管部の肉厚を表し、縦軸は周波数のピーク値の
間隔を表している。第１ピークＰの周波数の肉厚との関
係と同様にピーク値の間隔と肉厚も双曲線状の関係を有
する。

【００２１】上記した図７と図８に示す較正曲線のデー
タは予め制御ＣＰＵ２３に記憶されているので、高速フ
ーリエ変換器２２から制御ＣＰＵ２３に送られてきた解
析結果波形データを図７と図８に示す較正曲線のデータ
のいずれかと比較することによって、ただちにかつ正確
に管１１の非押圧管部の肉厚、即ち、拡管前肉厚を計測
することができる。

【００２２】（拡管後肉厚を測定する工程）この場合
も、図３に示すように、探触子１９から超音波のパルス
波を拡管後の管１１であって押圧加工後の薄肉管部１１
ａに発振する。探触子１９で受信された底面エコー多重
反射波信号は超音波パルサーレシーバー２１を介して高
速フーリエ変換器２２に送られ、フーリエ変換を行うこ
とによって解析結果波形を得ることができる。そして、
高速フーリエ変換器２２からの制御ＣＰＵ２３に送られ
てきた解析結果波形データを図７と図８に示す較正曲線
のデータのいずれかと比較することによって、ただちに
かつ正確に管１１の薄肉管部１１ａの肉厚、即ち、拡管
後肉厚を計測することができる。

【００２３】（拡管率を演算する工程）その後、制御Ｃ
ＰＵ２３は、これらの計測された管１１の拡管前肉厚及
び拡管後肉厚をもとに、拡管率を求める式（拡管率＝
（１−（拡管後肉厚／拡管前肉厚））×１００％）より
ただちにかつ正確に拡管率を求めることができ、その値
は表示装置２４に表示される。

【００２４】このように、本実施の形態では、探触子１
９で受信された底面エコー多重反射波信号を高速フーリ
エ変換器２２を用いてフーリエ変換して得られる解析結
果波形データにおける肉厚に対する第１ピークを生じる
周波数の変化又はピーク値の間隔の変化に基づいて、例
えば、０．５ｍｍ以下の薄肉の管１１であっても、容
易、迅速かつ正確に拡管率を求めることができる。

【００２５】また、管板１２、１３に管１１が確実に固
定されているかの判断においては、上記した拡管率と共
に、固着力、即ち、管１１と管板１２、１３との密着率
も問題となるが、本実施の形態では、このような固着力
の評価も容易に行うことができる。即ち、本発明者は、
固着力は超音波（底面エコー多重反射波信号のエコー高
さ）の減衰状況と密接な関係を有することを知見した。
具体的には、図９に示す減衰曲線ａから明らかなよう
に、密着率が悪い場合は超音波の減衰が遅くなり、図１
０に示す減衰曲線ｂから明らかなように、密着率が良好
な場合は超音波の減衰が速くなる。従って、超音波パル
サーレシーバー２１に接続された表示装置２１ａに表示
されている底面エコー多重反射波信号の減衰状況から容
易に固着力を評価することができる。

【００２６】以上、本発明を、一実施の形態を参照して
説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記
載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に
記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施
の形態や変容例も含むものである。

【００２７】

【発明の効果】請求項１〜３記載の拡管率演算方法にお
いては、管板に設けた挿通孔内に管を挿通し管を拡げて
拡管する前後に、それぞれ、超音波プローブから管の内
壁に向けて超音波を発振し、底面エコー多重反射波信号
を受信してフーリエ変換した後に、フーリエ変換した周
波数データから管の拡管前肉厚と拡管後肉厚とを測定
し、拡管前肉厚と拡管後肉厚とから拡管率を演算するよ
うにしている。従って、０．３〜０．５ｍｍ程度の極め
て肉厚の薄い場合であっても、拡管前肉厚と拡管後肉厚
とを正確かつ迅速に測定することができるので、拡管率
を正確かつ迅速に求めることができる。

【００２８】請求項２記載の拡管率演算方法において
は、フーリエ変換した周波数データのうち、０．３〜
０．５ｍｍ程度の極めて肉厚の薄い場合であっても、明
確に判定できる第１ピークの周波数から拡管前肉厚と拡
管後肉厚とを測定するようにしているので、薄肉管の拡
管率を正確かつ迅速に求めることができる。

【００２９】請求項３記載の拡管率演算方法において
は、フーリエ変換した周波数データのうち、０．３〜
０．５ｍｍ程度の極めて肉厚の薄い場合であっても、明
確に判定できる周波数のピーク値の間隔から拡管前肉厚
と拡管後肉厚とを測定するようにしているので、薄肉管
の拡管率を正確かつ迅速に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る拡管率演算方法を
適用可能な復水器の概念的構成説明図である。

【図２】図１のＩ−Ｉ矢視断面図である。

【図３】拡管率演算装置の構成説明図である。

【図４】図３のII−II矢視断面図である。

【図５】各表示装置に示された波形を示すグラフであ
る。

【図６】管の肉厚を異ならせた場合の高速フーリエ変換
器に接続された表示装置に示された波形を示すグラフで
ある。

【図７】管の肉厚とフーリエ変換した周波数データにお
ける第１ピークの周波数との関係を示すグラフである。

【図８】管の肉厚とフーリエ変換した周波数データにお
ける周波数のピーク値間の幅との関係を示すグラフであ
る。

【図９】固着力と底面エコー多重反射波信号の減衰状況
との関係を示すグラフである。

【図１０】固着力と底面エコー多重反射波信号の減衰状
況との関係を示すグラフである。

【図１１】従来の拡管率計測方法に用いる拡管率計測装
置の構成説明図である。

【図１２】厚肉の管の場合に得られる底面エコー多重反
射波信号のグラフである。

【図１３】薄肉の管の場合に得られる底面エコー多重反
射波信号のグラフである。

【符号の説明】

Ａ 拡管率演算装置 １０ 復水器 １１ 管 １１ａ 薄肉管
部 １２ 管板 １３ 管板 １４ 挿通孔 １５ 挿通孔 １６ 外部膨出リング １７ 外部膨出
リング １８ 遅延材 １９ 探触子
（超音波プローブ） ２０ 導線 ２１ 超音波パ
ルサーレシーバー ２１ａ 表示装置 ２２ 高速フー
リエ変換器 ２２ａ 表示装置 ２３ 制御ＣＰ
Ｕ ２４ 表示装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 昭広 福岡県福岡市中央区渡辺通２丁目１番82号 九州電力株式会社内 (72)発明者 梶木 良太 福岡県北九州市小倉北区井堀４丁目10番13 号 新日本非破壊検査株式会社内 (72)発明者 安永 元則 福岡県北九州市小倉北区井堀４丁目10番13 号 新日本非破壊検査株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管板に設けた挿通孔内に管を挿通し該管
   を拡げて拡管する前に超音波プローブを該管内に挿入
   し、該超音波プローブから内壁に向けて超音波を発振
   し、底面エコー多重反射波信号を受信してフーリエ変換
   した後に、該フーリエ変換した周波数データから前記管
   の拡管前肉厚を測定する工程と、 前記管板に設けた挿通孔内に前記管を挿通し該管を拡げ
   て拡管した後に前記超音波プローブを該管内に挿入し、
   該超音波プローブから内壁に向けて超音波を発振し、底
   面エコー多重反射波信号を受信してフーリエ変換した後
   に、該フーリエ変換した周波数データから前記管の拡管
   後肉厚を測定する工程と、 前記拡管前肉厚と前記拡管後肉厚とから拡管率を演算す
   る工程とを具備する拡管率演算方法。
2. 【請求項２】 前記フーリエ変換した周波数データのう
   ち、第１ピークの周波数から前記拡管前肉厚と前記拡管
   後肉厚とを測定するようにしたことを特徴とする請求項
   １記載の拡管率演算方法。
3. 【請求項３】 前記フーリエ変換した周波数データのピ
   ーク値の間隔から前記拡管前肉厚と前記拡管後肉厚とを
   測定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の拡
   管率演算方法。