KR20160117538A - 수압 시험 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

시험관의 사이즈가 광범위하게 미치는 경우에도, 각각의 시험관의 수압 시험을 정밀도 좋고, 또한 효율적이고 경제적으로 실시한다. 이것을 실현하기 위해서, 시험관에 대하여 병렬되고 또한 증압비가 단계적으로 높아진 복수개의 증압 실린더(41)를 사용한다. 복수개의 증압 실린더(41)의 구동원으로서, 병렬 배치된 복수대의 서보 모터 구동 펌프(51)를 사용한다. 증압 실린더(41)의 출력 측 수압이 시험 압력의 근방에 도달할 때까지는 복수대의 서보 모터 구동 펌프(51)를 동시 운전한다. 그 후에는 복수의 서보 모터 구동 펌프(51) 중 1대를 제외하고 구동을 정지하고, 남은 1대의 서보 모터 구동 펌프(51)에 의해 시험 압력까지 승압한다. 승압할 때에는, 복수개의 증압 실린터(41)를 증압비가 낮은 것으로부터 높은 것으로 차례로 사용한다.

Description

수압 시험 방법 및 장치{HYDRAULIC TESTING METHOD AND DEVICE}

본 발명은 전봉관(electric resistance welded pipe)이나 스파이럴관 등의 용접관 또는 심리스관의 품질 조사를 위하여 실시되는 수압 시험 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 시험관 내를 만수로 한 후에 유압 구동의 증압 실린더를 사용하여 그 시험관 내에 고압수를 주입하고 관내를 소정압으로 가압하여 유지하는 수압 시험 방법 및 장치에 관한 것이다.

전봉관의 제조 라인에서는 제조된 전봉관의 품질, 특히 심부라고 불리는 용접부의 품질을 조사하기 위하여 수압 시험이 실시된다. 여기에서의 수압 시험은 제조된 소정 길이의 전봉관을 시험 라인의 전후에 배치된 헤드 스톡과 테일 스톡 사이에 끼워서 전후 양단을 밀폐하고, 이 상태에서 헤드 스톡을 개재하여 전봉관 내로 고압수를 주입함으로써 행하여진다. 고압수의 압력은 보증 강도의 90% 정도에 달하고, 이 압력에 소정 시간 견디어 용접부의 파괴, 이에 의한 관 파열(burst)이 생기지 않는 것이 기계적 강도상 우량품으로 판정된다.

수압 시험 순서의 개요는 다음과 같다. 시험관을 헤드 스톡과 테일 스톡 사이에 고정하고, 양쪽의 관단(管端)을 밀폐한다. 헤드 스톡을 개재하여 시험관 내에 탱크로부터 저압(자중을 포함한다)에서 주수(注水)를 행한다. 시험관 내의 공기는 테일 스톡을 개재하여 관외로 배출된다. 시험관 내가 실질적으로 만수 상태가 되면, 그 시험관 내에 고압수를 강제적으로 공급하여 관내를 요구되는 시험 압력까지 가압하고, 또한 그 시험 압력으로 소정 시간 유지하여 가압 시험을 완료한다. 가압 시험이 완료되면, 테일 측 또는 헤드 측 또는 양측의 스톡에 설치된 감압 밸브를 열고, 관내를 감압한 후, 양 스톡 사이에서 시험관을 추출하고, 관내의 물을 피트에 배출하여 시험이 모두 완료된다.

시험관 내로 고압수를 강제적으로 공급하는 고압 급수계로서는, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 유압을 사용한 증압 기구가 사용된다. 즉, 유압으로 구동되는 증압 실린더에 의해 고압수가 시험관 내로 공급된다. 구체적으로 설명하면, 유압으로 구동되는 증압 실린더의 출력 측에 물을 흡수한 후, 그 실린더의 입력 측을 유압의 공급에 의해 승압하여, 실린더 내의 피스톤을 진출 구동함으로써, 증압 실린더의 출력 측으로부터 헤드 스톡 또는 시험관 내로 고압수를 공급한다.

증압 실린더의 구동계, 즉 증압 실린더의 입력 측에 압유를 공급하는 유압원으로서는 도 4에 도시한 바와 같이, 병렬 배치된 복수대의 유압 펌프(1)가 동시 사용된다. 그 이유는 시험관에 공급하는 고압수의 수압, 수량, 또는 공급 패턴 등이 시험관의 사이즈 등에 따라 다양하기 때문에, 증압 실린더(5)의 입력 측에 공급되는 압유의 유압, 유량도 광범위를 커버할 필요가 있는 것에 따른다.

유압의 제어는 복수대의 유압 펌프(1)로부터 증압 실린더(5)의 입력 측에 이르는 주라인(2)으로부터 분기한 부라인(3)에 체크 밸브로서 개재하여 설치된 비례 제어 밸브 (4)에 의해 행하여진다. 유압 제어 벨브가 주라인(2)에 개재하여 설치되지 않고, 주라인(2)으로부터 분기한 부라인(3)에 개재하여 설치되는 것은 병렬 배치된 복수대의 유압 펌프(1)가 동시 사용되는 것과 같고, 증압 실린더(5)에 공급되는 유압도 저압·소유량에서 고압·대류량까지 넓은 범위를 커버할 필요가 있기 때문이다.

그리고, 복수대의 유압 펌프(1)는 AC 모터로 구동되는 일반 유압 유닛이기 때문에, 일정 회전으로 압유를 계속 토출하고, 그 압유의 토출 압력이 부라인에 체크 밸브로서 개재하여 설치된 비례 제어 밸브에 의해 제어된다. 즉, 주라인(2)에서의 압유의 압력이 부라인(3)에 개재하여 설치된 비례 제어 밸브(4)에서의 설정 압력보다 높으면, 설정 압력이 유지되도록 압유가 비례 제어 밸브(4)를 개재하여 릴리스됨으로써, 주라인(2)에서의 압유의 압력이 설정 압력으로 유지된다. 유압 펌프(1)의 유압과 유량이란 도 5에 도시한 바와 같이 역비례의 관계에 있다. 유압과 고압 수압의 관계, 및 유량과 고압 수량의 관계는 비례 관계이다.

실제의 수압 시험에서는 비례 제어 밸브(4)에서의 설정 유압이 10MPa, 20MPa, 30MPa와 같이 단계적으로 높아져서 마지막에 설정 유지압으로 이행한다. 이와 같이, 고압수의 압력은 도 6에 도시한 바와 같이 단계적으로 높아져서 최종적으로 유지 압력에 도달한다. 고압수의 유량은 압력이 높아짐에 따라 감소하고, 유지 압력이 유지되고 있는 동안의 유량은 거의 0이고, 이 때, 증압 실린더(5)의 유압 구동계에 있어서는, 복수의 유압 펌프(1)로부터 토출되는 압유의 대부분이 부라인(3) 내의 비례 제어 밸브(4)를 개재하여 라인 밖으로 릴리스된다.

시험관 내로 공급되는 고압수의 압력을 단계적으로 높여서 유량을 감소시키 는 것은, 비례 제어 밸브(4)에서의 설정 압력을 당초부터 유지 압력에 대응하는 최고압으로 해두면, 도 7에 도시한 바와 같이 증압 실린더(5)의 입력 측이 대유량인 채로 승압되고, 그 결과, 증압 실린더 자신의 관성력(피스톤의 관성력) 등에 의해, 고압수의 압력이 오버 슈트를 일으켜서 압력 상한을 초과해 버리기 때문이다.

또한, 고압수의 유지 압력은 시험에 필요한 압력과 상한 압력 사이에 설정되어 있고, 고압수의 압력에 오버 슈트가 생기는 것을 방지하기 위해서, 시험관 내로 공급되는 고압수의 압력을 단계적으로 높여서 유량을 감소시키는 동시에, 고압수의 압력이 그 유지 압력에 도달하기 직전에, 비례 제어 밸브에서의 설정 압력을 유지 압력에 대응하는 최종압으로 조정하여, 상기 관성력의 완전 흡수를 도모한다.

이러한 증압 실린더에 의한 고압 급수계, 및 증압 실린더의 구동계에 의하면, 시험관 내에 요구되는 압력의 고압수를 요구되는 시간만큼 유지할 수 있다. 그러나, 시험관 내의 압력을 요구되는 압력까지 단계적으로 상승시키기 위해서, 소위 사이클 타임이 길어지고, 단위 시간당 처리 개수가 증가하여, 효율이 나쁘다는 본질적인 문제가 있다. 또한, 유압 펌프는 증압 실린더를 승압할 때에도, 그렇지 않을 때에도, 일정 회전으로 계속하여 동작하므로, 펌프의 동력 손실이 본질적으로 크다는 문제도 있다.

추가로, 전봉관의 제조에서는 최근, 정형롤의 획기적인 공용화 기술(특허문헌 2)이 제안됨에 따라, 1 라인으로 제조할 수 있는 전봉관의 사이즈(관경, 두께, 길이)를 8인치 직경으로부터 24 인치 직경, 또는 그 이상까지와 같이, 매우 넓게 할 수 있는 것이 하나의 경향으로 되어 있지만, 제조된 전봉관의 수압 시험에서는 이 경향 때문에, 시험관 내에 주입하는 고압수의 수압은 몇 배, 수량은 20배나 차이가 생기고, 이것이 반대로 다양한 문제의 요인이 된다.

첫째로, 시험관의 사이즈, 유지 압력의 차이마다 승압 속도, 승압 속도의 변경점의 설정을 행하기 위해, 방대한 데이터를 유지할 필요가 있고, 설정에 따른 조작이 상당히 번거로워진다. 이 때문에, 1라인으로 제조되는 사이즈의 종류가 증가한 최근에 있어서는, 수압 시험을 하나의 시험 장치로 행하는 것은 현실적이지 않다고 생각되고 있다. 그 결과, 1라인에 많은 수압 시험 장치가 필요하게 된다는 불합리가 발생하였다.

둘째로, 시험관의 사이즈가 광범위하게 미치기 때문에, 하나의 시험 장치로수압 시험을 행하려고 하면, 유압 펌프를 최대 사이즈에 맞출 필요가 있다. 유압 펌프는 상술한 바와 같이 항상 일정 회전으로 압유를 계속 토출하므로, 시험관의 사이즈가 작아졌을 때에 압유의 릴리스량이 늘어나고, 시험 기간 이외뿐만 아니라, 시험 기간 중에도 유압 펌프에 큰 동력 손실이 발생한다. 세째로, 유압 펌프를 최대 사이즈에 맞추면, 작은 사이즈에서 유압, 유량의 제어 정밀도가 저하된다. 이들 문제도 수압 시험을 하나의 시험 장치로 행하는 것은 곤란하다.

또한, 시험관 내의 고압수 공급에 앞서 저압수 공급에서는 시험관 내로의 공기의 잔류를 피할 수 없다. 저압수 공급에서 시험관 내에 공기가 잔류하면, 시험관 내로 고압 급수가 시작되어도 그 가압이 공기의 압축에 흡수되므로, 급수 초기의 압력 상승이 매우 늦어진다. 이것은 시험에 필요로 하는 시간(사이클 타임)의 연장을 더욱 초래한다. 그뿐만 아니라, 공기의 잔류량은 평균적으로는 1.5% 정도이지만, 그 편차가 크기 때문에 큰 불확정 요소가 된다. 이 때문에, 공기의 잔류는 설정 조작을 더욱 복잡하게 하는 원인도 되고 있다.

특허문헌 1:일본특허공보 제4738783호 특허문헌 2:미국특허공보 제4770019호

본 발명의 목적은 시험관의 사이즈가 광범위하게 미치는 경우에도, 각각의 시험관의 수압 시험을 정밀도 좋고, 또한 효율적이고 경제적으로 실시할 수 있는 수압 시험 방법 및 장치를 제공하는 것에 있다.

증압 실린더에 대하여 정밀한 유압 제어를 행하기 위해서는, 유압 펌프 등의 유압원으로부터 증압 실린더의 저압 측에 이르는 주라인에 유압 제어 벨브를 직접적으로 개재하여 설치하는 것이 유효하지만, 본 발명이 대상으로 하는 수압 시험 장치에 있어서는, 주라인을 고압의 압유가 다량으로 유통하기 때문에 이것이 곤란하다. 이 때문에, 종래는 그 주라인으로부터 분기한 부라인에 비례 제어 밸브가 개재하여 설치되어 있었지만, 동력 손실의 크기를 시작으로 하여, 다양한 문제가 있는 것은 상술한 바와 같다.

본 발명자들은 주라인으로부터 유압 제어 벨브를 배제한다는 기본 원칙을 유지하면서, 종래의 다양한 문제를 해결하기 위해서, 유압원인 압유 유닛 자체의 변경에 착안하고, 종래의 유압 펌프를 대신하는 다양한 압유 유닛에 대하여 비교 검토하였다. 그 결과, 이하의 사실이 판명되었다.

첫째로, 증압 실린더의 유압 구동원으로서는, 요구되는 압력 조건·유량 조건에 따른 회전수로 운전이 가능하고, 이로써 필요없는 동력 손실의 발생이 저지되는 서보 모터 구동 펌프의 사용이 효과적이다. 둘째로, 유압 펌프는 일반적으로 압력이 높아질수록 유량이 적어지는 바, 서보 모터 구동 펌프는 이 압력·유량의 조정 범위가 넓고, 2 용량형에서는 저압 대유량·고압 소유량이라는 2대의 펌프의 작동을 1대로 조달할 수 있다. 이러한 서보 모터 구동 펌프의 사용, 특히 복수대의 서보 모터 구동 펌프를 병렬적으로 사용하여, 특히 승압 초기에, 증압 실린더로 대량의 압유를 보내어 실린더를 승압하는 것이 효과적이다. 세째로, 승압의 최종 단계에서는 복수대의 서보 모터 구동 유압 펌프 중 하나를 선택적으로 사용하여 유지 압력까지 승압하는 것이 효과적이다.

즉, 증압 실린더의 유압 구동원이 서보 모터 구동 펌프이면, 구동원을 증압 실린더의 출력 측 압력에 기초하여 피드백 제어함으로써, 시험관의 사이즈, 두께 등이 다양한 경우에도, 개개의 시험관에 요구되는 유지 압력 및 유지 시간만을 설정하는 것만으로 필요한 승압을 행할 수 있다. 이 때문에, 시험관의 사이즈, 유지 압력의 차이마다 승압 속도, 승압 속도의 변경점의 설정을 행한다는 번거로움이 없어진다. 또한, 승압시에만 펌프가 작동하고, 또한 그 승압시에도 압유의 릴리스가 불필요하게 되기 때문에, 실질적으로 동력 손실이 발생하지 않는다.

구체적으로 설명하면, 서보 모터 구동 펌프의 능력이 20MPa이고, 증압 실린더의 증압비(수압 면적비)가 2이고, 유지 압력이 30MPa, 유지 시간이 10초라고 하면, 증압 실린더의 출력 측의 수압에 기초하여 서보 모터 구동 펌프를 피드백 제어하면, 서보 모터 구동 펌프는 증압 실린더의 출력 측의 수압이 30MPa가 될때까지(증압 실린더의 입력 측의 유압이 15MPa가 될때까지) 증압 실린더의 입력 측을 자동 승압하고, 그 후 또한, 설정된 유지 시간(10초간)만큼 그 압력을 유지하는 것이다.

이 때, 서보 모터 구동 펌프는, 승압 초기의 저압 기간에서는 비교적 저압의 압유를 증압 실린더의 입력 측에 단숨에 공급하여, 시험관 내로의 공기의 잔류에 의한 압력 흡수의 영향을 경미하게 억제하고, 그 후의 승압 기간에서는 비교적 고압의 압유를 증압 실린더의 입력 측에 연속적으로 공급하여 입력 측의 압력을 높여감에 따라, 단시간에서의 승압이 가능하게 된다. 특히 서보 모터 구동 펌프가 2 용량형인 경우에는, 저압 대유량과 고압 소유량이라는 2개의 모드를 가지고, 이들 2개의 모드의 전환에 의해, 보다 고속으로의 승압이 가능하게 된다.

또한, 서보 모터 구동 펌프는 증압 실린더에 대하여 복수대를 병렬적으로 접속하여 동시에 운전함으로써 유량을 증가시킬 수 있고, 승압 시간의 단축을 더욱 도모할 수 있다. 단, 복수대의 서보 모터 구동 펌프를 유지 압력 도달까지 동시 운전하면, 완전한 동기 운전이 불가능하기 때문에, 승압 말기(유지 압력 도달 직전)에서 동기 불량에 기인하는 동작 불량이 발생하고, 정밀한 압력 컨트롤이 곤란해진다. 이 때문에, 승압 말기(유지 압력 도달 직전)에서는 복수의 서보 모터 구동 펌프 중 1대를 제외하고 운전을 정지하고 남은 1대의 서보 모터 구동 펌프로 승압을 행하는 것이 제어 정밀도의 점에서 유효하다.

한편, 증압 실린더에 대해서는 유지 압력이 낮은 경우에는 1개의 실린더로 증압을 행할 수 있다. 그러나, 유지 압력이 높은 경우에 1개의 실린더로 증압을 행하면, 필연적으로 실린더의 증압비가 커진다. 증압 실린더는 증압비가 작은 경우에는 저압 대유량으로 고속 동작을 행하지만, 증압비가 커지면 고압 소유량이 되고, 피스톤 스트로크의 증대에 의한 실린더 규모의 증대뿐만 아니라, 승압 속도가 저하됨에 따른 사이클 타임의 연장이 문제가 된다. 이 때문에, 시험관에 대하여, 증압비가 다른 복수개의 증압 실린더를 병렬적으로 접속하여, 증압비가 낮은 것으로부터 높은 것으로 단계적으로 사용하는 것이 유효하다.

구체적으로 설명하면, 유압원의 압력이 최대 20MPa이고, 유지 압력이 최대 75MPa인 경우, 3.75 이상의 증압비가 필요하게 된다. 1개의 증압 실린더로 증압을 행하는 경우에는 그 증압 실린더의 증압비로서 3.75 이상이 필요하게 되지만, 이러한 고증압비의 증압 실린더는 유압원의 압력이 한정되어 있는 상황하에서는 고증압비 때문에 필연적으로 소유량이 되므로, 승압 속도가 저하하는 것을 피할 수 없는 것이다.

그래서, 이 증압 실린더를 복수개로 분할하고, 증압비를 단계적으로 크게 한다. 예를 들면 20MPa의 증압 실린더와 75MPa의 증압 실린더를 사용하는 것이다. 그리고, 20MPa의 증압 실린더는 유압원의 최대 압력이 20MPa이기 때문에 증압비를 1로 하고, 75MPa의 증압 실린더의 증압비는 당초대로 3.75 이상으로 한다. 그렇게 하면, 증압 실린더의 출력 측이 20MPa에 도달할 때까지는 저증압비의 증압 실린더에 의해 고속 승압이 가능해지고, 20MPa 보다 위에는 당초대로의 승압 속도에 의한 승압이 행하여진다. 이로써 20MPa까지의 저압 기간에서의 승압 시간이 단축되고, 그 결과로 전체의 승압 시간이 단축된다.

특히, 구동원이 서보 모터 구동 펌프인 경우에는, 승압 초기에 사용되는 저증압비의 증압 실린더는 주로 저압 대유량으로 구동되고, 그 후에 사용되는 고증압비의 증압 실린더도 승압 개시 시에 필요한 입력 측의 압력(유압원의 압력)이 약5(20/3.75)MPa까지 저하되므로, 적어도 승압 당초에는 저압 대유량으로 구동된다. 이 때문에, 승압 시간이 더욱 단축된다. 이 점에서, 증압 실린더를 복수개로 분할한 경우의 유압원으로서, 압력과 유량의 조정 범위가 넓은 서보 모터 구동 펌프는 매우 효과적이고, 압력과 유량의 조정 범위가 특히 넓은 2 용량형의 서보 모터 구동 펌프가 보다 효과적이다.

20MPa, 40MPa 및 75MPa라는 3개의 증압 실린더를 사용한 경우에는, 40MPa의 증압 실린더에서의 증압비는 2가 된다. 그 결과, 20MPa까지의 저압 기간에 더하여, 20MPa로부터 40MPa까지의 중압 기간에서의 승압 시간도 단축되어, 전체의 승압 시간이 더욱 단축된다.

그리고, 이러한 복수대의 서보 모터 구동 펌프의 운전 모드의 전환과 운전대수의 전환의 조합에 의하면, 시험관의 사이즈가 8인치 직경으로부터 24인치 직경,또는 그 이상까지와 같이, 광범위하게 미치는 경우에도, 각각의 시험관 내를 유지 압력까지, 유지 압력의 설정과 유지 시간의 설정만이라는 간단한 설정 조작으로 게다가 단시간에 정확하고 또한 경제적으로 승압하여 유지하는 것이 가능해지는 것이다.

본 발명의 수압 시험 방법은 이러한 식견을 기초로 하여 완성된 것이고, 제조된 금속관을 수압 시험하기 위해서 유압 구동식의 증압 실린더로부터 시험관 내로 고압수를 강제적으로 공급하여 관내를 소정의 유지 압력으로 승압하는 수압 시험 방법에 있어서, 상기 증압 실린더의 유압 구동원으로서, 병렬 접속된 복수대의 서보 모터 구동 펌프를 사용하고, 상기 증압 실린더의 출력 측이 미리 설정한 유지 압력의 근방에 도달할 때까지는 복수대의 서보 모터 구동 펌프를 동시 운전하고, 그 후에는, 복수대의 서보 모터 구동 펌프 중 1대를 제외하고 운전을 정지하고 나머지 1대의 서보 모터 구동 펌프의 운전에 의해, 상기 증압 실린더의 출력 측을 유지 압력까지 도달시키는 것이다.

본 발명의 수압 시험 방법에 있어서는, 증압 실린더의 유압 구동원이 복수대의 서보 모터 구동 펌프를 병렬로 조합한 멀티 서보 펌프 방식이 됨으로써, 승압 시간이 단축된다. 구체적으로는, 증압 실린더의 출력 측이 미리 설정한 유지 압력 근방에 도달할 때까지는, 복수대의 서보 모터 구동 펌프가 당초에는 저압 대유량으로, 그 후에는 고압 소유량으로 이행하면서, 때때로 가능한 한 큰 출력으로 동시 운전한다. 이로써, 시험관 내로 고압수가 대량으로 공급되고, 시험관 내로의 잔류 공기의 영향을 억제하면서, 시험관 내가 고속으로 승압한다. 그 후에는, 증압 실린더의 출력 측이 유지 압력에 도달할 때까지 약간의 최종 기간만, 1대의 서보 모터 구동 펌프만 운전한다. 이로써, 멀티 서보 펌프 방식에서 문제가 되는 동기 불량에 기인하는 동작 불량의 발생이 방지된다. 이 때문에, 시험관 내를 유지 압력까지 고속으로 정확하고 안정적으로 승압할 수 있다. 서보 모터 구동 펌프에서는 유압의 릴리스가 생기지 않으므로, 승압 기간, 비승압 기간을 불문하고 동력 손실은 발생하지 않는다.

실제의 수압 시험 방법에서는, 유지 압력보다 소정압(예를 들면 1MPa) 낮은 전환점 압력을 설정해 놓고, 승압 중에는 증압 실린더의 출력 측에서 고압수의 수압을 측정하고, 측정 수압이 전환점 압력에 도달할 때까지는 복수대의 서보 모터 구동 펌프를 동시 운전하고, 측정 수압이 전환점 압력에 도달한 시점에서, 복수의 서보 모터 구동 펌프 중 1대를 제외하고 운전을 정지하고, 측정 수압이 유지 압력에 도달한 시점에서 운전 중인 1대의 서보 모터 구동 펌프의 운전을 정지하는 것이 좋다. 설정 조작으로서는 유지 압력 및 유지 시간을 설정하는 것만으로 이루어지므로, 설정 조작이 매우 간소화된다.

서보 모터 구동 펌프는 동작 범위가 넓기 때문에 유압, 유량을 광범위하게 조정할 수 있고, 저압일 때는 대유량으로, 고압일 때는 소유량으로 압유를 증압 실린더의 저압 측에 공급할 수 있다. 조정 범위가 특히 넓은 2 용량형의 서보 모터 구동 펌프에 의하면, 승압 초기에는 시험관 내의 수압이 낮기 때문에, 복수대의 서보 모터 구동 펌프가 고압 대유량 모드로 운전됨으로써, 단시간에 시험관 내로 고압수를 공급할 수 있다. 시험관의 사이즈, 두께가 작을 때는 고압수의 공급량도 유지 압력도 작게 되기 때문에, 복수대의 서보 모터 구동 펌프가 저압 대유량 모드인채로 계속 운전되어, 유지 압력의 근방까지 승압이 행하여지고, 유지 압력의 근방에서부터는 서보 모터 구동 펌프가 1대가 되어, 최종적으로는 고압 소유량 모드로 유지 압력까지 관내가 고정밀도로 승압된다.

시험관의 사이즈, 두께가 클 때는 승압 초기 후에도, 복수대의 서보 모터 구동 펌프가 저압 대유량 모드로 계속 운전되어 고압수의 대량 공급을 계속하고, 계속하여 고압 소유량 모드로 고압수의 공급을 행한다. 유지 압력의 근방으로부터는 서보 모터 구동 펌프가 1대로 되어, 고압 소유량 모드로 유지 압력까지 관내를 승압한다. 중간 사이즈인 경우에는, 승압 초기 후의 저압 대유량 모드로부터 고압 소유량 모드로 전환 타이밍이 다양하게 변경된다.

유지 압력 근방의 승압 말기에 운전 펌프를 1대로 하는 것은, 복수대의 서보 모터 구동 펌프를 완전히 동기시켜서 구동하는 것이 곤란하기 때문에, 최종 단계의 고압 소유량에서의 승압을 복수대의 동시 구동으로 행하면, 유량이 극단적으로 적기 때문에 동기 부조가 현재화되고, 헌팅 등의 2차적 폐해가 발생하여, 최종 단계에서의 원활하고 정확한 승압이 곤란해지기 때문이다. 구동 펌프가 1대라도, 고압 소유량에 의해 관내가 신속히 승압된다. 정밀 제어의 관점에서는 소유량 쪽이 유리하다.

증압 실린더에 대해서는 1개라도 좋지만, 유지 압력의 설정 범위가 넓고, 유지 압력의 최대값이 유압원의 압력에 비하여 상당히 높아지는 경우 등을 고려하면, 복수개 쪽이 바람직하고, 보다 구체적으로는, 단계적으로 증압비를 높게 한 복수개의 증압 실린더를 시험관에 대하여 병렬적으로 배치하여, 증압비가 작은 것으로부터 큰 것으로 순차 사용하는 것이 바람직하다. 증압비가 작은 증압 실린더로부터, 증압비가 큰 증압 실린더로 순차, 단계적으로 사용하면, 증압비가 큰 증압 실린더만을 사용하는 경우에 비하여 저압 측, 또는 저압 측 및 중압 측에서의 승압 속도가 빠르고, 승압 시간이 단축된다.

또한, 본 발명의 수압 시험 장치는 복수대의 서보 모터 구동 펌프를 사용하는 멀티 서보 펌프 방식과, 복수개의 증압 실린더를 사용하는 멀티 실린더 방식을 조합함으로써 승압 시간의 단축을 더욱 도모하는 것이고, 구체적으로는, 증압 실린더의 유압 구동원으로서, 복수대의 서보 모터 구동 펌프가 상기 증압 실린더에 대하여 병렬로 접속되는 동시에, 상기 증압 실린더로서, 증압비가 단계적으로 커진 복수개가 시험관에 대하여 병렬로 접속되어 있고, 유압원과 복수개의 증압 실린더사이에, 유압원으로부터의 압유를 복수개의 증압 실린더에 택일적으로 공급하는 전환 기구가 설치되어 있는 것이다.

실제의 수압 시험 장치에서는 증압 실린더의 출력 측 라인에 고압수의 수압을 측정하는 수압 센서가 설치되고, 증압비가 작은 증압 실린더로부터 증압비가 큰 증압 실린더로 차례로 작동하도록 상기 전환 기구가 수압 센서에 의한 측정 수압 에 기초하여 제어되는 실린더 제어계가 설치되는 것이 기대된다.

또한, 증압 실린더의 출력 측 라인에 고압수의 수압을 측정하는 수압 센서가 설치되고, 측정 수압이 유지 압력보다 소정압(예를 들면 1MPa) 낮은 전환점 압력에 도달할 때까지는 복수대의 서보 모터 구동 펌프를 동시 운전하고, 그 후에, 측정 수압이 유지 압력에 도달할 때까지는 1대의 서보 모터 구동 펌프가 운전하도록 복수대의 서보 모터 구동 펌프가 제어되는 펌프 제어계가 설치되는 것이 기대된다.

이러한 제어계에 의하면, 최초에는 복수대의 서보 모터 구동 펌프로부터의 압유가 증압비의 가장 작은 증압 실린더로 공급되고, 측정 수압이 그 증압 실린더의 최대 수압 근방에 도달하면, 증압비가 다음으로 큰 증압 실린더로 압유가 공급되고, 이를 순차적으로 계속함으로써, 유지 수압의 근방까지는 복수대의 서보 모터 구동 펌프에 의해 시험관 내가 승압된다. 그 후에는 1대의 서보 모터 구동 펌프에 의해 시험관 내가 승압된다.

본 발명의 수압 시험 방법은 시험관 내로 고압수를 공급하는 증압 실린더를 유압 구동할 때에, 유압원으로서 병렬 배치된 복수대의 서보 모터 구동 펌프를 사용하고, 구동 펌프의 운전대수를 승압 시기에 따라 적절하게 전환하는 멀티 펌프 방식을 사용함으로써, 시험관의 사이즈가 광범위하게 미치는 시험 압력 및 그 유지 시간이 다방면에 걸치는 경우에도, 간단한 설정 조작으로 시험관 내를 시험 압력까지 정밀도 좋게 승압할 수 있다. 이로써, 1개의 시험 장치로 여러 종류의 수압 시험을 행하는 것이 가능하게 되고, 이에 따른 시험 장치의 합리화에 의한 효과는 엄청나다. 또한 사이클 타임이 단축됨으로써 단위 시간당 시험 개수가 많아지고, 이에 따른 합리화 효과도 크다. 또한, 동력 손실의 발생이 효과적으로 억제되므로, 이에 따른 동력 비용의 저감 효과도 크고, 수압 시험에 요하는 비용의 저감에 본 발명의 수압 시험 방법은 엄청난 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명의 수압 시험 장치는 상기 멀티 펌프 방식에 더하여, 증압비가 단계적으로 커지는 복수개의 증압 실린더를 증압비가 작은 것으로부터 큰 것으로 순차 운전하는 멀티 실린더 방식을 채용함으로써, 시험 시간의 단축을 더욱 도모하고, 수압 시험에 요하는 비용의 저감에 더욱 큰 효과를 발휘한다.

도 1은 본 발명의 수압 시험 방법을 실시하는데 적합한 수압 시험 장치의 구성도로, 유체 계통도이다.
도 2는 이 수압 시험 장치의 증압 실린더 구동원에 사용되는 서보 모터 구동 펌프의 사용 가능 범위를 나타내는 그래프로, 토출 압력과 토출 유량의 관계를 나타낸다.
도 3은 이 수압 시험에서의 관내 수압의 시간에 따른 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 종래의 수압 시험 방법에 사용되는 수압 시험 장치의 증압 실린더 구동원을 나타내는 유압 회로도이다.
도 5는 이 증압 실린더 구동원에 사용되고 있는 유압 펌프의 사용 가능 범위를 나타내는 그래프로, 토출 압력과 토출 유량의 관계를 나타낸다.
도 6은 종래의 수압 시험에서의 관내 수압의 시간에 따른 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 종래의 수압 시험에서의 관내 수압의 시간에 따른 변화를 나타내는 그래프이다.

이하에 본 발명의 실시형태를 설명한다. 본 실시형태의 수압 시험 방법 및 장치는 전봉관 제조 라인에서 제조되는 전봉관의 수압 시험에 사용된다.

본 실시형태의 수압 시험 장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 수압 시험을 받는 전봉관(10)(이하, 시험관(10)이라고 함)을 고정 헤드인 헤드 스톡 유닛(20A)과 가동 헤드인 테일 스톡 유닛(20B) 사이에 끼워서 관내로 주수를 행하고, 만수 후에 고압수를 공급함으로써, 시험관(10)의 용접부(심부)의 품질 등을 체크하는 것이고, 시험관(10) 내로 비가압(상압) 또는 저압으로 대량의 주수를 행하는 저압 급수계(30)와, 시험관(10) 내가 비가압수 또는 저압수로 만수가 된 후에 시험관(10) 내로 고압수를 강제적으로 가압 주입하는 고압 급수계(40)를 구비하고 있다.

저압 급수계(30)는 시험관(10)의 세트 위치보다 높은 위치에 설치된 물탱크(31) 내의 물을 자중, 또는 1MPa 이하(예를 들면 0.8MPa 정도)의 저압에 의해 시험관(10) 내로 단숨에 유입하는 것이다. 구체적으로는, 시험 후에 시험관(10)으로부터 배출되는 물을 하측의 풀(32)에 일단 모으고, 도시되지 않은 침전조로 이송한 후, 그 웃물을 물 섬프(33)에 모은다. 그리고, 물 섬프(33) 내의 물을 펌프(34)에 의해 필터 경유로 높은 위치의 탱크(31)에 퍼 올리고, 이를 시험관(10) 내에 헤드 스톡(20A) 경유로 유입한다. 이 때, 시험관(10) 내의 공기는 테일 스톡(20B)에 설치된 공기 배출 밸브(21)로부터 배출된다. 물탱크(31)로부터 헤드 스톡(20A)에 이르는 라인(E)에는 실린더식의 개폐 벨브(35)가 개재하여 설치되어 있다.

고압 급수계(40)는 만수 상태가 된 시험관(10) 내로, 유압식의 증압 실린더(41A, 41B)에 의해, 최대 75MPa와 같은 고압수를 강제적으로 공급하는 것이다. 유압식의 증압 실린더(41A, 41B)는 시험관(10)에 대하여 병렬적으로 배치되어 있고, 구동계(42)에 의해 선택적으로 구동된다. 증압 실린더(41A, 41B)의 선택적인 구동을 위해, 증압 실린더(41A, 41B)와 구동계(42) 사이에는 전자 밸브(43A, 43B)로 이루어지는 전환 기구(43)가 개재하여 설치되어 있다.

제 1 증압 실린더(41A)는 최대 압력이 21MPa인 저압용이고, 제 2 증압 실린더(41B)는 최대 압력이 75MPa인 고압용이다. 모두 구동계(42)로부터 공급되는 압유에 의해 피스톤이 왕복 구동되고, 퇴입 구동일 때에 출력 측에 상기 탱크(31) 내로부터 라인(A)을 경유하여 물을 흡수하고, 진출 구동일 때에 흡수한 물을 가압하여 라인(B) 경유로 헤드 스톡(20A)에 공급함으로써, 만수 상태의 시험관(10) 내에 고압수를 강제적으로 공급한다.

증압 실린더(41A, 41B)의 구동계(42)는 병렬적으로 배치된 복수대의 서보 모터 구동 펌프(44)를 주요 구성 요소로 하고 있다. 복수대의 서보 모터 구동 펌프(44) 중 1대의 서보 모터 구동 펌프가 주펌프, 나머지가 종펌프이다. 이들의 서보 모터 구동 펌프(44)는 모두 2 용량형이고, 이들의 동시 구동과, 이에 계속되는 주펌프의 단독 구동에 의해, 증압 실린더(41A, 41B)의 출력 측의 수압이 목표치까지 자동 승압된다. 이 자동 승압을 위해, 증압 실린더(41A, 41B)의 출력 측(라인(B))의 수압이 수압 센서(47)에 의해 측정되고, 실린더 제어계와 펌프 제어계를 겸하는 제어기(48)로 보내짐으로써, 전환 기구(43)의 전환 제어, 및 서보 모터 구동 펌프(44)의 출력 제어 및 전환 제어가 행하여진다.

전환 기구(43)의 전환 제어는 증압 실린더(41A, 41B)의 온 오프 전환 제어와, 온 상태에 있는 실린더의 정역 전환 제어로 이루어진다. 증압 실린더(41A, 41B)의 온 오프 전환 제어는 전환 기구(43)를 구성하는 전자 밸브(43A, 43B) 중 어느 한쪽을 개방 상태, 다른 쪽을 폐지 상태로 함으로써, 구동계(42)로부터의 압유를 증압 실린더(41A, 41B)중 어느 한쪽에 공급하고, 그 한쪽만을 정역 동작시키는 것이다. 또한, 정역 전환 제어는 증압 실린더(41A, 41B) 중 동작 상태에 있는 실린더의 정동작과 역동작을 전환하는 것이고, 이하와 같다.

서보 모터 구동 펌프(44)의 구동에 의해, 기름 섬프(45) 내의 기름이 가압되어서 토출된다. 토출되는 압유는 전자 밸브(43A, 43B) 중 개방 상태(정방향)에 있는 한쪽을 경유하여 라인(C)으로부터 증압 실린더(41A, 41B) 중 어느 한쪽의 입력 측(입구)에 공급된다. 이로써, 증압 실린더(41A, 41B) 중 어느 한쪽의 피스톤이 진출 구동되고, 출력 측으로부터 고압수가 토출된다. 이 고압수가 헤드 스톡(20A)으로 보내지는 것은 상술한 바와 같다. 피스톤의 진출 구동에 따라 입력 측(출구)으로부터 배출되는 기름은 전자 밸브(43A, 43B)의 한쪽으로부터 라인(D)을 경유하여 기름 섬프(45)로 되돌아온다.

전자 밸브(43A, 43B) 중 열림 상태에 있는 한쪽이 정방향으로부터 역방향으로 조작됨으로써, 기름 섬프(45) 내의 기름이 라인(C)을 경유하여 증압 실린더(41A, 41B) 중 어느 한쪽의 입력 측(출구)으로 공급되고, 피스톤이 퇴입 구동된다. 피스톤의 퇴입 구동에 따라 입력 측(입구)으로부터 배출되는 기름은 전자 밸브(43A, 43B)의 한쪽으로부터 라인(D)을 경유하여 기름 섬프(45)로 되돌아온다.

본 실시형태의 수압 시험 방법은 이러한 수압 시험 장치를 사용하여 실시된다. 이하에 본 실시형태의 수압 시험 장치의 기능을 설명하고, 또한, 본 실시형태의 수압 시험 방법을 설명한다.

구동계(42)의 주체를 이루는 서보 모터 구동 펌프(44)로서는 1 용량형 모델과 2 용량형 모델이 있고, 여기에서는 2 용량형이 사용되고 있다. 2 용량형 모델에서는 도 2에 도시한 바와 같이, 가변 용량형 펌프의 용량 전환에 의해, 저압 대유량 모드(M1)로부터 고압 소유량 모드(M2)로 전환, 및 고압 소유량 모드(M2)로부터 저압 대유량 모드(M1)로 전환이 가능하다. 이로써, 서보 모터 구동 펌프(44)는 AC 모터에 의해 구동되는 통상의 유압 펌프(도 5)와 비교하여, 저압 대유량에서 고압 소유량까지, 각별히 광범위하게 압력과 유량 관계의 조정이 가능해진다.

제조된 전봉관인 시험관(10)의 수압 시험에서는 이 시험관(10)에 대하여, 제 1 단계로서, 이 시험관(10)을 시험 라인에 세트하고, 헤드 스톡(20A)과 테일 스톡(20B) 사이에 끼운다. 제 2 단계로서, 저압 급수계(30) 내의 물탱크(31) 내에 물을 채운 상태에서, 라인(E) 내의 실린더식 개폐 벨브(35)를 닫힘 상태로부터 열림 상태로 전환한다. 이로써, 탱크(30) 내의 물이 자중 또는 1MPa 이하의 저압에 의해 라인(E)을 통하여 시험관(10) 내로 단숨에 유입한다. 물탱크(31)로부터 시험관(10) 내로 주수에 의해 관내가 만수 상태로 되면, 제 3 단계로서, 고압 급수계(40)로부터 시험관(10) 내로 최대 압력이 75MPa와 같은 고압수를 공급하고, 시험관(10) 내를 수압 시험에 요구되는 시험 수압까지 승압하고, 또한 그 시험 수압을 수압 시험에 요구되는 유지 시간 동안 유지한다. 이 조작은 시험관(10)에 요구되는 시험 압력에 의해 상이한다. 시험 압력은 유지 압력이므로, 양자는 같은 의미이다.

이하에, 고압 급수계(40)에 의한 고압수의 공급 조작, 이에 의한 시험관(10) 내의 승압 조작을 시험 압력마다 설명한다. 서보 모터 구동 펌프(44)는 3대 사용하고, 1대는 주펌프, 2대는 종펌프이고, 어느 쪽의 최대 가압력도 21MPa 이상이다. 저압용의 증압 실린더(41A)는 최대 가압력이 21MPa이고, 증압비(수압 면적비)는 1이다. 고압용의 증압 실린더(41B)는 최대 가압력이 75MPa이고, 증압비 (수압 면적비)는 3.57이다.

시험 압력(유지 압력)이 21MPa 이하인 경우에는, 시험 압력(유지 압력) 및 유지 시간을 제어기(48)에 설정하면, 제 1 단계로서, 저압용의 증압 실린더(41A)가 퇴입 동작을 행하도록 구동계(42)가 조작된다. 구체적으로는, 증압 실린더(41A)에 대응하는 전자 밸브(43A)를 역방향에 열림으로 하고, 증압 실린더(41B)에 대응하는 전자 밸브(43B)를 닫힘으로 한 상태에서, 구동계(42) 내의 3대의 서보 모터 구동 펌프(44)가 최대 출력 또는 이에 가까운 출력으로 동시 운전한다. 증압 실린더(41A)의 퇴입 동작에 의해, 그 실린더(41A)의 출력 측에 물탱크(31) 내에서 물이 흡수된다. 그러면, 제 2 단계로서, 전자 밸브(43A)가 역방향으로부터 정방향으로 전환하고, 증압 실린더(41A)가 진출 동작을 개시한다.

증압 실린더(41A)의 진출 동작 개시 당초에는 입력 측의 유압이 낮다. 이 때문에, 2 용량형의 서보 모터 구동 펌프(44)는 저압 대유량 모드로 운전하고, 증압 실린더(41A)의 입력 측에 대량의 압유를 단시간에 강제적으로 공급한다. 이로써, 증압 실린더(41A)의 출력 측으로부터 라인(B), 또는 헤드 스톡(20A)을 통하여 만수 상태의 시험관(10) 내로 가압수가 대량으로 강제 공급된다. 증압 실린더(41A)의 입력 측으로의 압유의 강제 공급, 이에 따른 시험관(10) 내로의 가압수의 공급에 따라, 증압 실린더(41A)의 출력 측의 수압이 오르고, 증압 실린더(41A)의 입력 측의 유압도 오른다. 이로써, 2 용량형의 서보 모터 구동 펌프(44)는 저압 대유량 모드로부터 고압 소유량 모드로 이행하고, 유압을 높이면서 증압 실린더(41A)의 입력 측으로의 압유의 공급을 계속한다. 그 결과, 증압 실린더(41A)의 출력 측으로부터 시험관(10) 내로 가압수가 압력을 높이면서 공급된다.

시험관(10) 내로 가압수가 공급되면, 도 3에 도시한 바와 같이 그 공급에 따라 시험관(10) 내의 압력이 상승한다. 시험관(10)의 내압은 증압 실린더(41A, 41B)의 출력 측(라인(B))에 설치된 수압 센서(47)에 의해 모니터되어 있다. 그 내압이 유지 개시 압력보다도 낮고 또한 설정 유지 압력보다도 ΔP(고정 값으로, 여기에서는 1MPa)만큼 낮은 전환점 압력에 도달하면, 3대의 서보 모터 구동 펌프(44) 중 종펌프를 정지하고, 주펌프만을 계속하여 운전한다. 그 주펌프는 고압 소유량 모드(M2)(도 2 참조)로 운전을 계속하고, 시험관(10)의 내압을 설정 유지 압력까지 높인다.

시험관(10) 내가 설정 유지 압력에 도달하면, 그 압력을 소정 시간 유지하여 시험을 마친다. 그 후에는, 헤드 스톡(20A) 또는 테일 스톡(20B), 또는 이들의 양쪽에 설치된 감압 밸브를 열어, 관내를 감압한다. 감압이 끝나면, 시험관(10)으로부터 테일 스톡(20B)을 분리한 후, 그 시험관(10)을 고정 테일 스톡(20A)으로부터 분리하고, 경사지게 하여, 관내의 물을 전량 하측의 풀(32)로 배출한다. 그 물의 일부가 다음 시험에 재사용되는 것은 상술한 바와 같다.

시험 압력(유지 압력)이 21MPa를 초과하여 75MPa 이하인 경우에는, 시험 압력 (유지 압력) 및 유지 시간을 제어기(48)에 설정하면, 제 1 단계로서, 저압용의 증압 실린더(41A) 및 고압용의 증압 실린더(41B)가 퇴입 동작을 행하도록 구동계(42)가 조작된다. 구체적으로는, 증압 실린더(41A, 41B)에 대응하는 전자 밸브(43A, 43B)를 역방향에 열림으로 한 상태에서, 구동계(42) 내의 3대의 서보 모터 구동 펌프(44)가 최대 출력 또는 이에 가까운 출력으로 동시 운전한다. 증압 실린더(41A, 41B)의 퇴입 동작에 의해, 이들 실린더(41A, 41B)의 출력 측에 물탱크(31) 내로부터 물이 흡수된다. 그렇게 하면, 제 2 단계로서, 전자 밸브(43A)가 역방향으로부터 정방향으로 전환하고, 전자 밸브(43B)가 역방향의 열림 상태에서 닫힘 상태로 전환된다. 이로써, 증압 실린더(41A)만이 진출 동작을 개시한다.

증압 실린더(41A)의 진출 동작 개시 당초에는 입력 측의 유압이 낮다. 이 때문에, 2 용량형의 서보 모터 구동 펌프(44)는 저압 대유량 모드로 운전하고, 증압 실린더(41A)의 입력 측에 대량의 압유를 단시간에 강제적으로 공급한다. 이로써, 증압 실린더(41A)의 출력 측으로부터 라인(B) 및 헤드 스톡(20A)을 통하여 만수 상태의 시험관(10) 내로 가압수가 대량으로 강제 공급된다. 증압 실린더(41A)의 입력 측으로의 압유의 강제 공급, 이에 따른 시험관(10) 내의 가압수로의 공급에 따라, 증압 실린더(41A)의 출력 측 수압이 오르고, 증압 실린더(41A)의 입력 측 유압도 오른다. 그 결과, 2 용량형의 서보 모터 구동 펌프(44)는 저압 대유량 모드로부터 고압 소유량 모드로 이행하고, 유압을 높이면서 증압 실린더(41A)의 입력 측 압유의 공급을 계속한다. 이로써, 증압 실린더(41A)의 출력 측으로부터 시험관(10) 내로 가압수가 압력을 높이면서 공급된다.

시험관(10) 내로 가압수가 공급되면, 시험관(10) 내의 압력이 상승한다. 시험관(10) 내의 압력은 증압 실린더(41A, 41B)의 출력 측(라인(B))에 설치된 수압 센서(47)에 의해 모니터되어 있다. 그 내압이 21MPa에 달하면, 제 3 단계로서, 전자 밸브(43A)가 정방향의 열림 상태에서 닫힘 상태로 전환되고, 전자 밸브(43B)가 닫힘 상태로부터 정방향의 열림 상태로 전환된다. 이로써, 저압용의 증압 실린더(41A)가 진출 동작을 정지하고, 대신하여 고압용의 증압 실린더(41B)가 진출 동작을 개시한다.

고압용의 증압 실린더(41B)의 증압비는 3.57이다. 이 때문에, 서보 모터 구동 펌프(44)의 최대 압력이 21MPa이라도, 출력 측의 수압을 75MPa까지 높일 수 있다. 고압용의 증압 실린더(41B)로 전환되었을 때, 출력 측의 수압은 21MPa까지 승압되어 있으므로, 서보 모터 구동 펌프(44)의 실질적인 부담은 5.9(21/3.57)MPa부터가 된다. 이러한 저압이라면, 서보 모터 구동 펌프(44)는 다시 저압 대용량 모드(M1)로 운전한다. 이 때문에, 증압 실린더(41B)의 입력 측에 다시 대량의 압유가 공급되기 시작한다. 증압 실린더(41B)의 증압비는 3.57로 높고, 그 만큼, 출력 측은 저유량이 되지만, 입력 측이 대유량이므로, 고압측의 유량이 보충되어, 증압 실린더(41A)의 출력 측의 유량보다 적어지지만, 그 차이는 작다. 따라서, 증압 실린더(41B)의 출력 측으로부터 라인(B) 및 헤드 스톡(20A)을 통하여 시험관(10) 내로 가압수가 대량으로 강제 공급되어, 시험관(10) 내가 더욱 승압된다.

증압 실린더(41B)의 입력 측 압유의 강제 공급, 이에 따른 시험관(10) 내로의 가압수의 추가 공급에 따라, 증압 실린더(41A)의 출력 측 수압이 더욱 오르면, 증압 실린더(41A)의 입력 측 유압도 오른다. 이로써, 2 용량형의 서보 모터 구동 펌프(44)는 저압 대유량 모드로부터 고압 소유량 모드로 이행하고, 유압을 더욱 높이면서 증압 실린더(41B)의 입력 측으로의 압유의 공급을 계속한다. 그 결과, 증압 실린더(41B)의 출력 측으로부터 시험관(10) 내로 가압수가 압력을 더욱 높이면서 공급되어, 시험관(10) 내의 수압이 더욱 높아지게 된다.

시험관(10) 내의 수압이 유지 개시 압력보다도 낮고 또한 설정 유지 압력보다도 ΔP(여기에서는 1MPa)만큼 낮은 전환점 압력에 도달하면, 3대의 서보 모터 구동 펌프(44) 중 종펌프를 정지하고, 주펌프만을 계속하여 운전한다. 그 주펌프는 고압 소유량 모드(M2)로 운전을 계속하고, 시험관(10)의 내압을 설정 유지 압력까지 높인다.

시험관(10) 내가 설정 유지 압력에 도달하면, 그 압력을 소정 시간 유지하여 시험을 마친다. 그 후에는, 헤드 스톡(20A) 또는 테일 스톡(20B), 또는 이들의 양쪽에 설치된 감압 밸브를 열어, 관내를 감압한다. 감압이 끝나면, 시험관(10)으로부터 테일 스톡(20B)을 분리한 후, 그 시험관(10)을 고정 테일 스톡(20A)으로부터 분리하고, 경사지게 하여, 관내의 물을 전량 하측의 풀(32)에 배출한다. 그 물의 일부가 다음 시험에 재사용되는 것은 상술한 바와 같다.

이러한 수압 시험 방법, 특히 시험관(10) 내의 승압 방법에 의하면, 제어기 (48)에 유지 압력과 유지 시간을 설정하면, 나중에는 제어기(48)가 증압 실린더(41A, 21B)의 출력 측의 수압에 따라서 자동 제어를 행하므로, 설정 조작이 간단하다. 이 때문에, 시험관(10)의 사이즈, 두께가 다양한 경우에도 하나의 시험 장치로 모든 사이즈의 시험관(10)을 시험하는 것이 가능해진다.

여러 종류의 시험관(10)을 하나의 장치로 시험하는 경우에는, 1개의 시험관(10)의 시험에 필요로 하는 시간(사이클 타임)을 짧게 할 필요가 있지만, 본 실시형태의 수압 시험 방법에서는 이것도 가능하다. 즉, 본 실시형태의 수압 시험 방법에서는 설정 유지 압력의 근방까지 복수대의 유압 유닛에 의해 시험관(10) 내의 승압을 행하므로, 시험관(10) 내에 대량의 고압수를 단시간에 공급할 수 있다. 또한, 이들 유압 유닛이 저압 대유량 모드(M1)와 고압 소유량 모드(M2)를 병유하는 2 용량형의 서보 모터 구동 펌프(44)이기 때문에, 시험관(10)의 사이즈, 두께가 다양하고, 24인치 직경을 초과하는 극단적으로 큰 직경으로 두꺼운 시험관(10)을 포함하는 경우에도, 어느 시험관(10) 내에도, 승압 초기의 잔류 공기의 압축에 의한 가압의 흡수를 보충하여, 설정 유지 압력 근방까지 가급적 짧은 시간에 승압할 수 있다.

추가로, 설정 유지 압력 근방에서 설정 유지 압력까지는 복수대의 서보 모터 구동 펌프(44) 중 1대만이 고압 소유량 모드(M2)로 단독 운전하고, 소유량에 의해 설정 유지압에 수렴시키므로, 오버 슈트를 발생시킬 위험이 없다. 또한, 동기 불량에 의한 헌팅의 문제도 생기지 않는다. 따라서, 설정 유지압에 수렴시키는 정밀도가 높다.

또한, 시험의 전(全) 기간, 및 시험 외의 전 기간을 통하게 하고, 필요량의 압유만이 증압 실린더(41)의 저압측에 공급되고, 릴리스되는 압유가 실질적으로 존재하지 않기 때문에, 사실상, 유압 유닛에서의 동력 손실이 발생하지 않는다.

이렇게 하여, 본 실시형태의 수압 시험 방법에 의하면, 작은 직경의 시험관(10)으로부터 큰 직경의 시험관(10)까지 하나의 수압 시험 장치로 시험을 행할 수 있다. 또한, 각 시험에서는 시험의 소요 시간이 단축되고, 단위 시간당 시험 개수가 증가하는 동시에, 유압 유닛에서의 동력 손실의 발생이 억제된다. 이들 때문에 시험에 요하는 비용이 대폭 저감한다.

또한, 고압 급수에 있어서 복수대의 서보 모터 구동 펌프(44)가 저압 대유량 모드인 채로 출력 측의 수압이 전환점 압력에 도달한 경우에는, 고압 소유량 모드의 전환은 일어나지 않는다. 또한, 그 후의 유지 압력까지의 단독 운전에서도 서보 모터 구동 펌프(44)는 저압 대유량 모드인채로 운전을 계속한다.

실시예

이러한 수압 시험 방법에 의해, 외경이 203mm에서 21인치까지의 전봉강관을 실제로 시험한 결과를 설명한다. 전봉강관은 API-X80 규격이다. 두께는 외경이 203mm인 관을 제외하고, 각 외경에 대하여 5.0mm, 12.7mm의 2종류이고, 외경이 203mm인 관에서는 12.7mm의 1종류이다. 길이는 모든 관에 대하여 1372cm(13.72m)이다. 항복응력 YS는 최소값인 555MPa와 최대값인 705MPa 사이의 562MPa로 설정하고, 이것과 강관 사양으로부터 시험 압력(P)을 구하였다. 시험 압력(P)의 산출식은 수식 1과 같다.

[수 1]

P=(2×계수(f)×YS(min)×두께(t))/외경(D)

각 시험관의 사양, 시험 압력(P) 및 이들로부터 산출한 필요 수량을 표 1에 기재한다. 필요 수량은 저압 급수 수량과 고압 급수 수량의 2종류를 나타내고, 고압 급수 수량에 대해서는 잔류 공기의 압축을 흡수하는데 필요한 수량, 강관의 팽창을 흡수하는데 필요한 수량, 21MPa 승압에 필요한 수량, 21MPa로부터 시험 압력으로 승압하는데도 필요한 수량, 및 이러한 합계 수량을 나타내는 동시에, 합계 수량 중, 저압용의 증압 실린더가 부담하는 수량, 고압용의 증압 실린더가 부담하는 수량을 나타낸다. 시험 압력이 21MPa 이하일 때에는, 21MPa 승압에 필요한 수량은 시험 압력으로의 승압에 필요한 수량이고, 21MPa로부터 시험 압력으로 승압하는데 필요한 수량은 0이다.

저압용의 증압 실린더의 최대 용량은 95L, 고압용의 증압 실린더의 최대 용량은 40L이다. 서보 모터 구동 펌프로서는 15kW인 것을 3대 사용하였다. 시험관 내의 잔류 공기량은 여기에서는 1.5%로 하였지만, 실제는 크게 불규칙한 것을 피할 수 없는 것은 상술한 바와 같다. 따라서, 여기에서 산출한 필요 수량은 기준이며, 실제의 시험에서는 증압 실린더의 출력 측의 수압을 모니터함으로써, 이 편차의 영향을 회피할 수 있는 것도 상술한 바와 같다.

[표 1]

1개의 시험에 요하는 사이클 타임은 예를 들면 다음과 같다. 시험관의 로딩, 언로딩에 6.0초, 시험관의 센터링에 1.0초, 테일 헤드의 전진에 4.0초, 비가압 급수에 6.0 내지 9.5초, 공기 배출 밸브의 조작에 0.5초, 시험 압력까지의 강제 가압 급수에 3.5 내지 10초, 유지 시간이 10초, 압력 배출 시간에 0.5초, 테일 헤드 후퇴에 3.0초, 시험관의 배출에 1.0초, 타임 러그가 1.5 내지 3.0초이며, 사이클 타임은 37.0 내지 47.5초 사이에 들어갔다. 강제 가압 급수 시간이 불규칙한 것은 시험 압력이 다르기 때문이고, 본 실시형태의 수압 시험 방법에서는 이 강제 가압 급수 시간의 단축이 현저하다. 또한, 종래의 수압 시험 방법에서는 처음부터 이러한 여러 종류의 시험관을 하나의 장치로 시험하는 것 자체가 불가능하였다.

또한, 구동계(42)의 주체를 이루는 서보 모터 구동 펌프(44)의 대수는 2대 이상이면 좋고, 개개의 펌프(44)의 능력과 요구되는 특성에 의해 적절히 결정된다.

상술한 수압 시험에 합격한 시험관은 다음 공정에서 관이음과의 접속을 위해 관단에 나사 절삭이 행하여진다. 나사 절삭이 완료된 시험관은 한 쪽 또는 양쪽 단에 관이음을 장착한 상태로 동일한 수압 시험에 제공된다. 한쪽 단에만 관이음을 장착하여 수압 시험되는 경우에는, 시험관의 단부 내를 밀봉하는 플러그와 관이음의 개방측을 밀봉하는 플러그가 일체가 된 특수 플러그 내에 고압수를 공급하여 나사부의 누수를 시험한다. 그 때문에 관내 전체를 만수로 하는 경우에 비해 소량의 고압수로 시험되지만, 실시예와 동일하게 고압에서 시험되기 때문에, 역시 승압에는 시간을 필요로 한다. 따라서, 이러한 관단의 수압 시험에 있어서도 실시예의 수압 시험 방법 및 장치가 매우 유효하고, 시험 시간의 단축 효과가 현저하다.

상술한 설명에서는 시험 대상은 전봉관이었지만, 본 발명은 심리스관의 수압 시험에도 적용 가능하다. 심리스관 수압 시험의 경우에는 시험 압력이 예를 들면 160MPa로, 전봉관에 비해 높다. 이 때문에, 증압 실린더는 3개, 또는 그 이상 사용하는 것이 바람직하다. 서보 모터 구동 펌프는 15kW인 것이면 8 내지 9대 필요하다. 마찬가지로, 전봉관의 수압 시험에서도 증압 실린더를 3개 이상 사용하는 것이 가능하다.

10 : 시험관
20A: 헤드 스톡 유닛
20B: 테일 스톡
21: 공기 배출 벨브
30: 저압 급수계
31: 물탱크
32: 풀
33: 물 섬프
34: 펌프
35: 개폐 벨브
40: 고압 급수계
41: 증압 실린더
42: 증압 실린더(41)의 구동계
43: 전환 기구(전자 밸브)
44: 서보 모터 구동 펌프
45: 기름 섬프
47: 수압 센서
48: 제어계

Claims (8)

1. 제조된 금속관을 수압 시험하기 위해서 유압 구동식의 증압 실린더로부터 시험관 내로 고압수를 공급하여 관내를 소정의 시험 압력으로 승압하여 소정 시간 유지하는 수압 시험 방법에 있어서, 상기 증압 실린더의 유압식 구동원으로서, 병렬 접속된 복수대의 서보 모터 구동 펌프를 사용하고, 상기 증압 실린더의 출력 측이 미리 설정한 시험 압력 근방에 도달할 때까지는 복수대의 서보 모터 구동 펌프를 동시 운전하고, 그 후에는, 복수대의 서보 모터 구동 펌프 중 1대를 제외하고 운전을 정지하고 나머지 1대의 서보 모터 구동 펌프의 운전에 의해, 상기 증압 실린더의 출력 측을 시험 압력까지 도달시켜서 유지하는 수압 시험 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 서보 모터 구동 펌프가 2 용량형인 수압 시험 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 시험 압력보다 소정 압력 작은 전환점 압력을 설정해 놓고, 승압 중에는 증압 실린더의 출력 측에서 고압수의 수압(P)을 측정하고, 측정 수압이 상기 전환점 압력에 도달할 때까지는 복수대의 서보 모터 구동 펌프를 동시 운전하고, 측정 수압이 상기 전환점 압력에 도달한 시점에서, 복수의 서보 모터 구동 펌프 중 1대를 제외하고 운전을 정지하고, 측정 수압이 시험 압력에 도달한 시점에서 운전 중의 1대의 서보 모터 구동 펌프의 운전을 정지하는 수압 시험 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 증압비를 단계적으로 높게 한 복수개의 증압 실린더를 시험관에 대하여 병렬적으로 배치하여, 증압비가 작은 것으로부터 큰 것으로의 순서로 사용하는 수압 시험 방법.
5. 제조된 금속관을 수압 시험하기 위해서 유압 구동식의 증압 실린더로부터 시험관 내로 고압수를 공급하여 관내를 소정의 시험 압력으로 승압하여 소정 시간 유지하는 수압 시험 장치에 있어서, 증압 실린더의 유압 구동원으로서, 복수대의 서보 모터 구동 펌프가 상기 증압 실린더에 대하여 병렬로 접속되는 동시에, 상기 증압 실린더로서, 증압비가 단계적으로 커진 복수개가 시험관에 대하여 병렬로 접속되어 있고, 유압원과 복수개의 증압 실린더 사이에 유압원으로부터의 압유를 복수개의 증압 실린더로 택일적으로 공급하는 전환 기구가 설치되어 있는 수압 시험 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 서보 모터 구동 펌프가 2 용량형인 수압 시험 장치.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 증압 실린더의 출력 측 라인에 고압수의 수압을 측정하는 수압 센서가 설치되고, 증압비가 작은 증압 실린더로부터 증압비가 큰 증압 실린더로 차례로 동작하도록 상기 전환 기구가 수압 센서에 의한 측정 수압에 기초하여 제어되는 실린더 제어계가 구성되어 있는 수압 시험 장치.
8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 시험 압력보다 소정압 작은 전환점 압력이 설정되어 있고, 측정 수압이 전환점 압력에 도달할 때까지는 복수대의 서보 모터 구동 펌프를 동시 운전하고, 그 후에 측정 수압 P가 시험 압력에 도달할 때까지는 1대의 서보 모터 구동 펌프가 운전하도록 복수대의 서보 모터 구동 펌프가 제어되는 펌프 제어계가 구성되어 있는 수압 시험 장치.
   
   

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