KR102488396B1 - 배관 검사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따라 배관 검사 장치가 제공된다. 상기 배관 검사 장치는, 배관 내부를 주행하는 동체부; 상기 동체부에 길이 방향을 따라 소정 간격으로 이격 배치되어 배관에 자기장을 인가하는 한 쌍의 자성부; 자기장이 인가된 배관의 누설 자기장의 자속 밀도를 측정하여 배관의 결함 유무를 판별하는 홀센서; 및 배관의 정전용량 변화를 측정하여 배관의 결함 위치를 판별하는 정전용량센서를 포함할 수 있다.

Description

배관 검사 장치{IN-LINE PIPE INSPECTION APPARATUS}

본 발명은 배관 검사 장치에 관한 것이다.

여러 산업 분야에서 다양한 형태의 배관이 설치된다. 예를 들어 상하수도관, 도시가스관, 석유화학 공장의 플랜트관 등을 통해 물, 유류, 액화가스 등의 유체가 이송된다. 이러한 배관은 설치된 후 시간의 흐름에 따라 노화나 부식으로 인하여 틈이 생기거나 공사 등으로 인한 외부 충격으로 배관에 손상이 발생할 수 있으며, 이로 인해 대형사고의 원인으로 작용할 수도 있다.

따라서, 수시로 또는 일정기간 마다 배관의 내부 상태를 확인하여 사고 발생을 예방하도록 유지 보수작업이 이루어지는데, 이러한 유지보수작업은 배관 주변의 시설물들로 인하여 점검하려는 배관에 접근이 어렵고 또한 배관이 지중에 매설되어 있는 경우에는 배관에 접근이 불가능하므로 많은 비용과 인력이 소요된다.

이를 해결하기 위해 배관 내부를 주행하면서 손상부위를 검사하는 도 1에 도시된 자기 누설 피그(magnetic flux pig) 등의 배관 검사 장치(10)가 도입된 바 있다.

이러한 배관 검사 장치(1)는 실링컵(2)을 통해 배관을 차폐하여 차압을 통해 배관 내부를 주행하며, 누설 자속을 감지하여 배관의 결함 유무를 검출하는 홀센서(4)와 보조 센서로서 와전류의 변화를 통해 배관의 내, 외부 결함(즉, 결함 위치)을 판별하는 와전류 센서(5)를 구비한다. 이때, 홀센서(4)가 누설된 자기장을 측정하기 위해, 홀센서(4)의 양 측에는 배관에 강한 자기장을 유도하기 위한 영구자석(3)의 양극을 설치하게 되는데, 와전류 센서(5)의 경우 홀센서(4)가 동작하는 강자기장 내에서는 정상 동작하기 어렵기 때문에 배관 검사 장치(1)의 후단에 별도로 이격하여 설치될 수밖에 없다.

종래의 배관 검사 장치는, 이와 같이, 결함 유무를 검출하는 홀센서(4)와 결함 위치를 판별하는 와전류 센서(5)를 이격하여 배치해야 함으로 인하여, 장치 구조의 최적화가 어렵다는 한계를 가지고 있었다.

본 발명은 홀센서와 정전용량센서를 통합하여 구조를 최적화한 배관 검사 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 따라 배관 검사 장치가 제공된다. 상기 배관 검사 장치는, 배관 내부를 주행하는 동체부; 상기 동체부에 길이 방향을 따라 소정 간격으로 이격 배치되어 배관에 자기장을 인가하는 한 쌍의 자성부; 자기장이 인가된 배관의 누설 자기장의 자속 밀도를 측정하여 배관의 결함 유무를 판별하는 홀센서; 및 배관의 정전용량 변화를 측정하여 배관의 결함 위치를 판별하는 정전용량센서를 포함할 수 있다.

또한, 상기 홀센서 및 상기 정전용량센서가 구비되는 센서 모듈부를 더 포함하고, 상기 센서 모듈부는 상기 한 쌍의 자성부 사이에 배치되어, 상기 자성부 사이의 배관 부위에 대하여 결함 유무 및 결함 위치를 판별할 수 있다.

또한, 상기 센서 모듈부에는, 상기 홀센서 및 상기 정전용량센서의 측정데이터를 데이터 저장부로 전달하는 통신부가 더 구비될 수 있다.

본 발명에 따르면, 홀센서와 정전용량센서를 하나의 모듈로 통합하여 구현함으로써, 배관 검사 장치의 구조의 최적화 및 경량화가 가능하다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 종래의 배관 검사 장치를 도시한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배관 검사 장치를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 검사 모듈을 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 센서 모듈부를 도시한다.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 예시적 실시예를 상세하게 설명한다. 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 이하에서 기재되는 편의상 상하좌우의 방향은 도면을 기준으로 한 것이며, 해당 방향으로 본 발명의 권리범위가 반드시 한정되는 것은 아니다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 항목들 중의 어느 하나의 항목을 포함한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배관 검사 장치를 도시하고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 검사 모듈을 도시하며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 센서 모듈부를 도시한다.

도 2를 참조하면, 배관 검사 장치(1000)는 유체 압력에 의해 배관 내부를 주행하면서, 배관의 결함 등을 검사하도록 구현된 것으로서, 동체부(100), 실링컵(200), 검사 모듈(300) 및 데이터 저장부(400)를 포함할 수 있다.

동체부(100)는 배관 검사 장치(1000)의 몸체를 형성하는 부분으로서, 배관 내부로 삽입되어 이동 가능한 크기와 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 동체부(100)는 내부에 중공을 포함하는 원통 형상으로 형성될 수 있다. 동체부(100)는 내부 및 외부에 예를 들어, 검사 모듈(300), 배터리 팩, 데이터 저장부(400) 등 다양한 구성을 포함할 수 있으며, 배관 내부를 주행하면서 해당 구성이 배관 내부를 검사하도록 할 수 있다.

실시예에서, 배관 검사 장치(1000)의 동체부(100)는 하나 또는 복수 개로 구성될 수 있다. 복수 개로 구성되는 경우, 유니버셜 조인트와 같은 링크를 통해 동체부(100)가 서로 연결될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.

실링컵(200)은 하나 이상으로 구성되며, 동체부(100)의 외주면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 실링컵(200)은 동체부(100)의 길이 방향으로 적어도 일 위치(예를 들어, 검사 모듈(300)의 전방과 후방)에 이격 설치될 수 있다. 실링컵(200)은 배관 검사 장치(1000)가 배관을 따라 주행하는 과정에서 내벽과의 마찰에 의해 전달되는 외력과 충격력으로부터 센서 모듈부(330) 등을 보호하면서 상기 내벽과의 접촉성을 향상시키고, 안정된 지지력을 제공하게 된다.

실링컵(200)은 동체부(100)의 외주면으로부터 방사상으로 배관의 내벽을 향해 연장되어 배관의 내벽에 접촉되며, 배관 검사 장치(1000)와 배관의 내벽 사이를 차폐(sealing)할 수 있다. 이를 통해, 실링컵(200)은 배관 검사 장치(1000)의 전방과 후방에 차압을 발생시킴으로써, 배관 검사 장치(1000)의 주행을 위한 추진력을 제공할 수 있다. 실링컵(200)은 배관의 내벽과 접촉에도 견딜 수 있도록 내구성과 내마모성을 가지면서, 굴곡 구간을 통과할 때 소성변형 가능하도록 충분한 유연성을 가진 소재, 예를 들어, 우레탄 재질 등으로 제작될 수 있다.

검사 모듈(300)은 배관의 결함을 검사하기 위한 것으로서 배관 검사 장치(1000)의 길이 방향을 소정 길이만큼 연장 형성될 수 있다. 실시예에서, 검사 모듈(300)은 복수로 구성되며, 복수의 검사 모듈(300)이 동체부(100)의 외주면을 감싸도록 원주 방향을 따라 결합될 수 있다.

검사 모듈(300)은 자성부(310), 백요크(320), 센서 모듈부(330), 서스펜션(340) 및 휠부(350)를 포함할 수 있다.

자성부(310)는 검사 모듈(300)의 길이 방향으로 이격 배치된 한 쌍으로 구성되어, 자성부(310) 사이에 배치되는 배관 부위에 강자기장을 인가할 수 있다. 예를 들어, 자성부(310)는 영구 자석의 서로 다른 극(N극, S극)일 수 있으며, 이를 통해, 배관에 DC 자기장을 인가할 수 있다. 자성부(310)의 하측으로 백요크(320)가 설치된다.

센서 모듈부(330)는 적어도 하나 이상으로 구성되어 자성부(310)의 이격 공간에 설치되며, 배관의 결함 유무 및 결함 위치를 판별할 수 있다. 센서 모듈부(330)는 홀센서(331), 정전용량센서(332) 및 통신부(333)를 포함할 수 있다.

홀센서(331)는 배관의 손상부에서의 누설 자기장의 자속 밀도를 측정하여 배관의 결함 유무를 판별할 수 있다. 즉, 자성부(310)에 의해 배관에 강자기장이 인가된 상태에서, 배관의 두께가 변화하면 누설 자기장의 자속 밀도가 변화되며, 이를 측정함으로써, 배관의 결함 유무(또는, 손상 유무)를 판별하게 된다.

정전용량센서(332)는 배관과의 사이의 정전용량의 변화를 측정하여 배관의 결함 위치(즉, 결함이 배관의 내부에 발생한 것인지 외부에 발생한 것인지)를 판별할 수 있다. 특히, 정전용량센서(332)의 경우, 와전류 센서와 달리, 홀센서(331)가 동작하는 강자기장 하에서도 동작이 가능하므로, 하나의 센서 모듈부(330)에 홀센서(331)와 정전용량센서(332)를 통합하여 구성이 가능하다. 이에 따라, 배관 검사 장치(1000)의 구조를 최적화하여 배관 검사 장치(1000)를 경량화함으로써, 저속, 저압의 배관에서도 운영 가능한 배관 검사 장치(1000)의 구현이 가능해진다.

통신부(333)는, 예를 들어, CANFD 통신 등의 유선 통신 또는 무선 통신이 가능하도록 구현된 송수신부로 구성되며, 홀센서(331) 및 정전용량센서(332)의 측정 데이터가 통신부(333)를 통해 데이터 저장부(400)로 전달되어 순차적으로 저장될 수 있다.

서스펜션(340)은 탄성 지지체를 포함하도록 구성되어, 자성부(310), 백요크(320) 및 센서 모듈부(330)의 조립체를 하측에서 탄성 지지할 수 있다. 탄성 지지체는 검사 모듈(300)의 길이방향으로 곡면의 형태를 갖도록 형성되며, 탄성 지지체의 곡면의 곡률은 주변 조건에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 고압의 배관에서는 탄성 지지체 곡면의 곡률을 크게 하여 배관과 배관 검사 장치(1000) 사이의 접촉을 강화할 수 있고, 저압의 배관에서는 탄성 지지체의 곡면의 곡률을 작게 함으로써 탄성 지지체의 반발력을 작게 하여 배관과 배관 검사 장치(1000) 사이의 마찰력을 최소화할 수 있다.

휠부(350)는 검사 모듈(300)의 상면에 결합될 수 있다. 휠부(350)는 배관의 내벽에 접촉되어 회전운동을 함으로써 마찰을 최소화할 수 있으며, 배관의 직경 변화 시, 배관 검사 장치(1000)가 직경 변화에 순응하도록 할 수 있다.

데이터 저장부(400)는 동체부(100)의 내측에 구비되며, 통신부(333)로부터 전달되는 홀센서(331) 및 정전용량센서(332)의 측정 데이터를 순차적으로 저장할 수 있다. 또한, 데이터 저장부(400)에는 배관 검사 장치(1000)의 배관 위치 측정, 배관 결함 검사 등의 동작을 수행하기 위한 프로그램 및 각종 데이터가 더 저장될 수 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 또한 각각의 실시예는 필요에 따라 서로 조합되어 운용할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예와 다른 실시예의 일부분들이 서로 조합되어 장치의 동작이 운용될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

100: 동체부 200: 실링컵
300: 검사 모듈 310: 자성부
320: 백요크 330: 센서 모듈부
331: 홀센서 332: 정전용량센서
333: 통신부 340: 서스펜션
350: 휠부 400: 데이터 저장부
1000: 배관 검사 장치

Claims (3)

1. 배관 검사 장치로서,
   배관 내부를 주행하는 동체부;
   상기 동체부에 길이 방향을 따라 소정 간격으로 이격 배치되어 배관에 자기장을 인가하는 한 쌍의 자성부;
   자기장이 인가된 배관의 누설 자기장의 자속 밀도를 측정하여 배관의 결함 유무를 판별하는 홀센서와 배관의 정전용량 변화를 측정하여 배관의 결함 위치를 판별하는 정전용량센서가 구비되는 센서 모듈부를 포함하고,
   상기 센서 모듈부는 상기 한 쌍의 자성부 사이에 배치되어, 상기 자성부 사이의 배관 부위에 대하여 결함 유무 및 결함 위치를 판별하는, 배관 검사 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서 모듈부에는,
   상기 홀센서 및 상기 정전용량센서의 측정데이터를 데이터 저장부로 전달하는 통신부가 더 구비되는, 배관 검사 장치.

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