KR840002449B1 - 산업설비용 음파감시 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

산업설비용 음파감시 장치

제1도는 본발 명에 따른 장치의 제1실시예에 대한 선도.

제2도는 각 센서에 수신된 신호와 한 센서의 수신음파와 다른 센서의 수신음파간의 시간 간격을 나타내는 신호를 도시한 도면.

제3도는 본 발명에 따른 장치에 제2실시예에 대한 선도.

본 발명은 설비에서 표류(stray)물체의 충격을 검출하기 위한 산업설비용 음파 감시장치에 관한 것이다.

원자로에서 또는 유체가 순환하는 파이프, 콘테이너 및 밸브와 같은 많은 부재를 갖추고 있는 산업설비에 있어서는, 유체가 고속으로 흐르면 볼트, 와서 또는 밸브의 요소와 같은 기계적 부재가 설비에서 고속으로 움진이는 표류물체가 되도록 떨어져 버릴수도 있다는 사실로 인해 설비의 구조악화의 위험성이 존재한다. 사실상 이렇나 설비에서는 부품이 가동중에 일어나기 쉬운 변형때문에, 다소 국부적인 완전한 파괴가 일어나서 설비에서 표류물체가 되도록 부품이 떨어지고 유체에 의해 침몰되는 경우에까지 이르게 된다.

특히 원자로에서는 이들 파괴를 일으키는 변형의 원인은 열적이거나 기계적인 것이며 그 효과는 침식에 의해 약화된다. 그리고 그것은 우선적으로 표류물체가 설비의 일부분과 충돌하기 쉬운 상기한 설비의 수력학적인 회로의 영역이 존재한다.

예를들면, 밸브를 포함하는 파이프의 경우에, 이들 특별한 장소는 파이프의 엘로우, 낮은 지점 또는 밸브 몸체이다. 가압수형 원자로의 경우에, 1차회로의 어떤 부분에 대한 표류물체의 충격은 유체의 유속이 초당 10-15m 정도로 매우 높기 때문에 특히 위험하다. 따라서 이러한 충격은 원자로 회로에 상당한 손상을 일으킨다. 이러한 손상은 원자로가 이미 작도중이거나 수리가 이온화 입자로부터 방사능 오염되기 쉬운 지역에서 실행될때는 수리하는 것이 대단히 어렵다.

그러므로 원자로에서 중대한 손장을 피하도록 제어실에서 적당한 결정을 하기 위해서는 회로구조에 대한 최초의 충격시부터 그러한 표류물체를 검출하는 것이 중요하다. 구조물상에 위치한 음파탐지기나 충격을 받기 쉬운 구조물의 근처에서 공기중에 위치한 마이크로폰을 사용하여 두개의 금속부품의 충격을 검출하는 방법은 오래전부터 공지되어 왔다. 금속충격에 의해 발생된 음파가 탐지기나 마이크로폰에 의해 검출될 때, 수신된 음파는 펄스형 신호를 내도록 변환된다. 그러므로 충격의 가능성이 높은 지역의 근처에서, 파괴의 가능성이 높은 부품가까이 위치될 수 있는 센서를 설치하는 데에는 상당한 주의를 기울여야 한다. 실제로 원자로와 같은 산업설비에서, 센서는 감시되도록 요구되는 충격이나 파괴의 현상에 상응하는 것보다 다른 응력에 잘 반응한다. 뱅브플랩(flap)의 밑폐, 제어봉이나 다른 이동 가능부재의 이동을 수반하는 잡음과 같은 각종 소스의 잡음은 센서의 단말에서 관찰되고 감시중인 지역의 두개의 부품들간에 생긴 충격에서 발생된 신호로서 오인될 수 있는 펄스형 음파신호를 발생하게 된다.

응답 주파수가 비교적 높고 (50KHz이상) 감지면적이 음파지역의 저주파수 성분으로 고려되는 가속계의 것보다 더 작은 음파방충 압전센서와 같은 센서를 사용할 지라도 표류물체의 충격으로 인한 신호와 설비의 다른 부품에서 다른 원인으로 인한 신호를 효과적으로 구별하는 것은 불가능하다.

특히, 현재 알려진 장치로는 소스가 밑폐된 약한 음파응력과 원거리에서 발생된 더큰 응력간의 구분을 할 수 없다. 원자로에 있어서 현재 알려진 장치는 증기발생기의 저부에 대한 충격으로 인한 음파와 예를들어 센서가 위치된 구역으로부터 매우 원거리에 있는 플랩밸브의 밀폐로 인한 음파간의 구별이 용이하지 않다. 간단한 계수나 기록수단을 갖춘 전자감시장치에 의한 센서기록의 이용은 신호형태를 고려하고 오실로스코우프를 사용하여 그들을 분석하여야 하기 때문에 불가능하다.

더우기, 전기간섭현상은 감시회로에 의해 음향펄스로서 관찰되며 이것은 오경보의 원인이 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 설비에서 표류물체의 충격을 검출하기 위하여 표류물체의 충격시에 방사된 음파에 대한 음향센서를 사용하는 산업설비용 음파감시장치를 제공하는 것인데, 이 장치는 어떤 다른 방해음향 또는 전기현상을 제외하고 감시중인 지역에서 표류물체의 충격에 관계되는 음향신호만을 고려할 수 있게 한다.

이러한 목적상, 본 발명에 따른 음파감시 장치는 감시되어질 간격인 두개의 다른 지점에서 상기설비의 벽에 인접하여 배치된 제1 및 제2음향센서와, 상기 센서가 접속되어 있는 측정 및 경보회로를 구비하고 있으며, 상기 측정 및 경보회로는 각각 상기 제1 및 제2센서에서의 수신음파간의 시간간격을 측정하기 위한 수단과 최소한 두 감시구역의 단부들에 대응하는 최소한 두 세트의 선정된 값과 상기 시간간격을 비교하기 위한 수단과 상기 시간간격이 상기 감시구역중 하나에 대응하는 두 선정된 값에 포함되는 경우에 트리거되는 경보수단을 구비하고 있다.

본 발명을 보다 잘 이해할 수 있도록, 표류물체가 포함되어 있는 유체가 그 내부에서 이동하는 파이프를 감시하는데 사용되는 본 발명에 따른 장치에 대한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세히 설명하기로 한다.

제1도는 파이프부분(1)이 도시되어 있는데, 이 파이프 부분 위에는 파이프의 길이 1만큼 분리된 두 장소에서 각각 증폭기(5), (6)를 통해 측정 및 경보시스템에 접속된 두개의 음파탐지기(3), (4)가 위치하고 있다. 음파탐지기(3), (4)사이의 파이프의 중앙점은 0으로 표시되며, 감시되길 바라는 파이프의 구역(7)의 중앙은 C로 표시되고, 감시중인 이 구역의 종단점은 D와 E로 표시되어 있다.

충격이 점 C에서 일어날 때, 음파가 발생되어 파이핑을 구성하는 물질에 따르는 공지된 일정한 속도로써 파이프에 전파된다. 충격순간에 발생된 파동이 복잡하고 그때 여러 형태의 파(종방향파 횡방향파, 램(Lamb)파 또는 표면파)가 발생되더라도, 모든 파는 음파진동이 표면파의 속도로 전파되는 것처럼 충격 지점으로부터 일정한 거리에서 발생한다.

강철파이프의 경우에 표면파의 속도는 약 C=3,000m/S이다. 센서(3)과 (4)사이에 포함된 부분의 모든 점에 대해서, 과도시간차를 다음과 같이 정의할 수 있다.

Δt 1, 2=t₁-t₂또는 Δt 2, 1=t₂-t₁; Δt 1, 2=Δt 2.0=0 인 지점은 파이프 부분의 중앙에 위치한다. 센서 (3)과 (4)가 위치한 파이프의 지점들이 각각 A와 B로 표시되면,

이다.

측정 및 경보장치는 센서(3)과 센서(4)로부터 나온 음파의 도달시간의 차를 측정할 수 있는 장치(8)을 구비하며, 그 검출된 신호는 각각 증폭기(5)와 (6)의 레벨에서 증폭된다.

제2도에는 센서(3)에 의해 수신된 음파, 센서(4)에 의해 수신된 음파 및 도달시간차로부터 측정장치(8)에 의해 방출된 신호가 도시되어 있다.

도달시간차 Δt를 나타내는 신호는 간격조정장치(10)를 통해 Δt의 두값(Δt 최소와 Δt 최대)를 나타내는 신호를 수신하는 비교기(9)에 의해 수신된다. Δt 최대 및 Δt 최소의 값은 각각 점 D와 점 E에서의 충격신호간의 간격에 대응하며, 이점들은 음파감시가 실행되는 구역(7)을 한정한다. 비교기(9)는 측정된 Δt가 Δt 최소 및 Δt 최대 사이에 위치할 때 신호를 방출하며, 이러한 신호의 발생은 계수 및 표시장치(11)의 레벨에서 감시된 구역에서의 충격에 대응하는 메세지를 인쇄하게 한다. 그와 동시에 경보장치(12), 예컨대 신호램프는 충격의 존재가 완전히 표시되게 한다.

클럭(14)는 여러가지 충격이 매우 정확하게 시간적으로 기록될 수 있게 한다. 감시하에 있는 구역(7)에 대하여 파이프상에서 센서(3)과 (4)의 위치선택은 감시의 민감성이 최대가 되도록 선택된다. 센서(3)과 (4)가 위치한 지점 A와 B에 대하여 감시될 부분 D, E를 중앙에 위치시키는 것은 피해지는데, 그 이유는 그 때 검사중의 구역에서 Δt의 값이 영이거나 매우 작아서, 제2도에 도시된 것처럼 Δt가 영인 전기적 간섭으로부터 그들을 구별할 수 없게 되기 때문이다. 실제로, 센서(3)과 (4)에 의해 들어온 신호에 전기적 간섭(15)이 나타나는 것은 동시이지만, 반면에 센서에 의해 수신된 음파신호는 주기 Δt만큼 시간간격이 있게 된다. 센서의 위치선택에 의해 감시중인 구역에서의 충격으로 인한 신호를 확실히 인식하는 것이 가능하다.

제3도를 참조하면, 증폭기(25) 및 (26)를 통해 측정회로에 접속된 음향센서(23)(24)가 위치하고 있는 파이프부분(21)이 도시되어 있다. 앙서와 같이 측정회로는 한 센서와 다른 센서의 수신신호들간의 시간간격에 대한 측정장치(28)과, Δt최대 및 Δt최소의 값을 수신하는 비교기(29)를 구비하고 있다(그러나 이 경우에는 한 구역대신 4구역). 또한 측정된 Δt가 표시된 간격 Δt최소, Δt최대에 따라서 비교기(29)는 그 신호를 간격 4 Δt최소 -Δt최대가 측정된 Δt의 값을 포함하는 구역(31), (32), (33) 혹은 (34)에 대응하는 계수 및 표시장치로 전송한다. 따라서 측정 및 표시회로는 4개의 계수 및 표시장치(41), (42), (43) 및 (44)와 4개의 신호램프(45), (56), (47) 및 (48)을 구비한다. 그리고 상기한 바와같이 클럭(50)은 감시된 여러 구역의 레벨에서 기록된 충격이 시간적으로 기록될 수 있게 한다.

본 발명에 따른 장치의 주요 장점은 정확한 감시구역에서의 충격으로부터 발생한 신호와 간섭신호간의 완전한 구별과, 산업설비가 어떤 선형구조를 갖는 순간부터 이 설비에서 극히 용이하게 위치설정하는 것을 가능케하며, 또한 두 센서들 사이에 위치한 감시구역에서의 충격에 대한 보다 정확한 위치측정을 가능케한다는 점임을 알 수 있다.

그러나 본 발명은 상기에 설명된 실시예로 제한되지 않고 여러가지 변형례를 포함한다. 따라서, 두 센서 사이에 위치한 임의의 수의구역을 감시하에 두는 것이 가능하며 아울러 신호의 정확한 구분이 불가능한 두 센서로부터 등거리에 있는 중앙부분을 제외하고서는 두 센서 사이에 포함된 전체 설비구역에 걸쳐 감시를 행하는 것도 가능하다.

음파탐지기는 가속계형 또는 압전형이든간에 임의의 형태의 것을 사용하는 것이 가능한데, 그때에는 이 탐지기와 신호의 도달시간차를 측정하는 장치가 병용하여 사용된다.

경보장치는 조명 또는 음향경보이거나, 제어장치에 대하여 자동으로 동시작용하거나 작용하지 않는 기록에 의한 표시이건간에 임의의 장치를 사용할 수 있다. 그리고 본 발명에 따른 감시장치는 유체에 의해 고속으로 통과되던가 안되던가에 관계없이 파이프의 경우뿐만 아니라 최소한 부분적으로 선형구조를 갖는 전체 산업설비의 경우에 사용될 수 있다.

그렇지만 본 발명은 가압수형 원자로의 일차회로의 부분과같이 유체에 의해 고속으로 통과되는 선형형태의 설비의 경우에 응용하는 것이 가장 좋을 것이다.

Claims (1)

1. 산업설비에서 표류물체의 충격을 검출하도록 상기 표류물체의 충격시에 방사된 음파를 감지하는 음향센서를 사용하는 산업설비용 음파감시 장치에 있어서, 상기 감시장치가 감시되어질 간격인 두개의 다른 지점에서 상기 설비의 벽에 인접하여 배치된 제1 및 제2음향센서 (3, 4)와, 상기 센서가 접속되어 있는 측정 및 경보회로를 구비하며, 상기 측정 및 경보회로는 각각 상기 제1및 제2센서에서의 수신음파들간의 시간간격을 측정하기 위한 수단(8)과 최소한 두 감시구역의 단부들에 대응하는 최소한 두 세트의 선정된 값과 상기 시간간격을 비교하기 위한 수단(9)과, 상기 시간간격이 상기 감시구역중 하나에 대응하는 두 선정된 값들에 포함되는 경우에 트리거되는 경보수단(12)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 산업설비용 음파감시 장치.

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