TWI338757B - Boiler tube inspection probe with centering mechanism and method of operating the same - Google Patents

Description

1338757 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上係關於非破壞性的檢驗系統，且更特定言 之係關於具有一中央定位機構之鍋爐管檢驗探測針及其操 作方法。 【先前技術】 鍋爐管故障係化石燃料發電站中強行停機的一個主要原 因。作為各種操作條件，例如熱、壓力及隨時間之磨損的 結果，銷《管最終由於逐漸形成周向及轴向的裂縫而開始 停止作用，及經歷壁變薄（經由侵蝕及腐蝕作用）。當一鍋 爐管開始洩漏時，舉例而言，經由漏洞逃逸的蒸汽損失到 錢爐％境中。除非該漏洞被發現及修理，否則該漏洞可繼 續成長直至該管最終破裂，&@4使操作該鋼爐的設施將 該鍋爐立即停機。該等故障證實為對於公共設施來說十分 昂貴且因此丞需早期鍋爐管洩漏檢測方法。 為此之故，有若干技術可用於結構表面之非破壞性檢 驗，其包含渦流、磁性微粒及染料滲透技術。在遠場渦流 榀驗之情况下，遠技術易受一材料内固有的材料特性變化 之影響，因而導致可遮掩一缺陷或可被誤認為係一缺陷之 L號。此外，現有的渦流技術無法量化及辨別其發現的任 何損壞。關於磁性微粒及染料滲透技術，兩者皆包含大量 化學品且由於化學品應用所需之時間及信號解釋，其不適 於锅爐之高速檢驗。 可被用於鍋爐管檢驗之另一非破壞性的技術係超音波測 130988.doc 1338757 在超音波測試中，—傳·感器發送脈衝波至-物體之表 面，並接收一缺陷之回音指示。— 赍從^ 耦0介質（例如液體）通 承係用以在該傳感器及該被檢 間k供一超音波能 二 =移。為了利用一單一傳感器在多個角度進行檢 用赶立要多次通過。或者，相控陣列超音波感測器利 用^波傳感器之-線性或：維陣列，其被按順序地依序 =°㈣個體小波之重疊’相控陣列提供調整該射束之 的此力。因此’該射束角可藉由調節該等個體脈衝之 疋時而被設定。 儘管有相控陣列超音波感測器提供的優點，用於工業鋼 爐中的管道呈現-關於檢驗之困難的挑戰，因為該等管道 周圍之空間(及通往其之通路)通常係極其受限的。在鍋爐 系統中’壁損失係小直徑(例如卜2英吋)管道的一個主要顧 慮’其中該等管道之外部直徑係不可到達的。結果， 需要從該等管道内部進行之檢驗。然而，該等管道通常也 =有小半徑的f曲（例如5·6英外）且通常在其末端係陷型 (准一形）。在管道幾何中的該等限制使其難以執行該等管道 t一有效的、全長的檢驗，因為現有的超音波探測針無法 杈貫穿過其中呈現的該等極端彎曲及陷型。 因此’需要提供-改良的探測針用於例如銷爐管檢驗之 應用。 【發明内容】 根，文閣明之態樣’一内部檢驗總成包含一長形轴構 ’其與-檢驗探測針柄合；及一中心定位機構，其經構 130988.doc 1338757 /將該檢驗探測針定位在巧於一待檢驗管道之内徑的中 …该中心定位機構進，步包含第一複數個指狀物，其在 其一第-端可拖轉地附接至一固定於該轴構件之一端之第 -座架表面，#第一複數個指狀物周向地圍繞該軸構件丨 =二複數個指狀物，其在其—第—端可㈣地附接至一固 定於該軸構件之—相對端之第二座架表面，使得該檢驗探 ’則針被置於該第一及第二複數個指狀物之間，該第二複數 個指狀物周向地圍繞該軸構件；及一與該第一及第二複數 個指狀物相關聯之擴張機構，該擴張機構被置於該第一及 第一複數個指狀物與該軸構件之間，該擴張機構經構形以 關於該軸構件之一縱軸選擇性地並向外地延伸該第一及第 二複數個指狀物之一第二端，以便引導該第一及第二複數 個指狀物之第二端接觸該待檢驗管道之一内表面，從而將 該檢驗探測針定位在關於該管道之内徑之中心。 根據本文闡明之其他態樣，一種將一檢驗探測針定位在 -待檢驗之管道之中心的方法包含啟動—擴張機構，該擴 張機構被置於複數個指狀物及一與一檢驗探測針耦合之長 形袖構件之間；該複數個指狀物進一步在其一第一端被可 梅轉地附接至-固定於該轴構件之一座架纟自，該複數個 指狀物周向地圍繞該軸構件；其中在啟動後，該擴張機構 關於遠軸構件之一縱軸向外延伸該複數個指狀物之一第二 端，以便引導旋轉滾筒接觸該待檢驗管道之一内表面，從 而將該檢驗探測針定位在該管道内之中心。 以上描述及其他特點將由以下圖式及詳細描述得以例 130988.doc 1338757 【實施方式】

本文揭示的係中心定位機構，其經構形以促成及保持在 一待檢驗之管道中的一探測針（舉例而言，例如一超音波 探測針）之準確的中心定位，即使是該管道包含驚曲及陷 型部分的情況。簡言之，該中心定位機構之特徵係複數個 指狀物，其可樞轉地附接至一與該探測針相關聯之軸構件 之一座架表面。該等指狀物周向地圍繞該軸構件，且包含 一被置於末端之旋轉滾筒。一擴張機構（舉例而言，例如 一膨脹囊）被置於該等指狀物及該軸構件之間，且當回應 一啟動信號（例如$氣、水、液體或電信號）而被啟動時， 其關於該軸構件之-縱轴向外延伸該等指狀物以便引導 該等旋轉滾筒接觸該待檢驗管道之_内表面，從而將 驗探測針定位在該管道内的中心。

與機械地旋轉超音波感測器件（例如—内部旋轉檢驗系 統（刪))相反，該等實施例避免旋鏡超音波“關於盆不 適合於通過在薄的、小直徑（例如15英对或更 :"的：凑、嚴重弯曲之缺點。實際上，本發明的該 中心定位機構之實施例進一 寻 器，該傳感器經電子方谷於一環形相控陣列傳感 深之調整。 方心 疋轉以用於射束形狀、角度及焦 首先參考圖1及2，其鞀 施例之探測針中心定二=發明之一例證性的實 文顯示之該等例證性Q 面圖°首先應瞭解本 的圖不-定按比例，且應預期各種元 )30988.doc •10- 1338757 件之尺寸可根據該待檢驗管道之大小及形狀進行修改。該 中心定位裝置⑽包含一，長形軸構件1〇2，其與一檢驗探測 針104例如一超音波相控陣列傳感器麵合。第-複數個指 狀物1〇6在#一第一端可抱轉地附接至固定於該軸構件H)2 之端112之一座架表面1〇8，而第二複數個指&物在 其一第一端可樞轉地附接至固定於該軸構件1〇2之一相對 端112之對應座架表面108，使得該檢驗探測針ι〇4被置 於該第一及第二複數個指狀物】〇6之間。 該第一及第二複數個指狀物1〇6皆周向地圍繞該軸構件 102。在-例證性的實施例中，每組或複數個指狀物⑽可 具有8個個別指狀物，然而也可應用一更大或更小的數 量。另外，每個指狀物106具有一旋轉滾筒1丨4，其被置於 指狀物的-第二端。如此構形’該第一及第二複數個指狀 物106之该第二（滾筒）端彼此面對。在一例證性的實施例 中，該第一及第二複數個指狀物之該等第二端之間的距 離，在圖1之停用狀態下，可為該待檢驗管道116之内徑之 大約1.5倍。 將進一步從圖丨及2中可見，一擴張機構118被置於該第 一及第一複數個指狀物106及該軸構件1 〇2之間。一旦被選 擇性地啟動（圖2)，該擴張機構118經構形以關於該軸構件 102之一縱軸120向外地延伸該第一及第二複數個指狀物 106之該第二端，以便引導該等旋轉滾筒114接觸該待檢驗 官道之一内表面1 22，從而將該檢驗探測針} 〇4定位在關於 該管道116之内徑之中心。在描述的一例證性的實施例 130988.doc •11 - 1338757 中，該擴張機構118包括一寧脹囊或胎，其中藉由經由一 供給管126餵給一加壓流.體（例如空氣、氣體、液體等）之施 加引起其一内氣室124膨脹，特定言之如圖2中所示。在此 情況下，該供給管126可被包含於一與該軸構件1〇2耦合的 撓性纜線128中。雖然未在圖1及2中特別地描述，但該撓

性纖線128也被用以容納用於該傳感器1 (Μ之電線及用於傳 輸一超音波辆合介質（例如水）用於該傳感器104及管道116 之間的該等超音波信號之其他管道。然而，如之後闡明， 其他擴張機構也可被應用以便向外地引導該等指狀物 106 ’使得該等滾筒114接觸該管道u6之該内表面丨22。 每當該擴張機構118係處於一停用狀態，例如圖丨中所

不’舉例而言’一偏置機構丨3〇向内地偏置該複數個指狀 物106之該第二端朝向該軸構件ι〇2之該縱軸12〇。在所描 述之實施例中，該偏置機構13〇包含一彈性環132，其包裹 在該第一及第二複數個指狀物1〇6周圍，且其坐落於該等 指狀物1 06中界定之對應的槽口】34内。該彈性環1 32可包 含例如彈性圈、橡皮圈、〇形環等之結構。 仍參考圖1及2’該軸構件1〇2進一步具有反向組半透膜 136以便界疋—至138。當該裝置_在管之超音波檢驗期 間被移動穿過該管道116之長度，該室138在其中容有該超 曰波耦〇 "貝（例如水）。該等半透膜136以一容許該介質之 属之方式封裝該耦合介質’以便促進測試盔 湍流及無氣泡之愔 况。在一例證性的實施例中，該等半透 、匕S肖刷形密封。該耦合介質可被引入該室138 130988.doc •12· 1338757 中，舉例而s，其係經由形成於一對耦合劑傳送環丨42中 的複數個埠140引入。

現參考圖3，顯示的是一擴張機構〗5〇之一替代實施例之 示意圖’其可與該中心定位裝置之該等指狀物1〇6搭配使 用。如所示，一致動器丨52包含一傾斜或斜坡表面154，舉 例而言，其與一特定的指狀物106之該等滾筒114滑動接 合。該致動器152經構形在一與圖！及2中的該軸構件ι〇2之 該縱軸120大體上平行之方向移動，且舉例而言，其可被 螺線管啟動。因此，藉由啟動一螺線管156，該致動器152 被向内牽拉至一縮回位置，導致該滾筒114騎上去並沿著 該傾斜表面154移動，從而使該指狀物1〇6樞轉且以一向外 的方向移動該滾筒114。相反地，藉由停用該螺線管〗56, 在該螺線管156内的一内部偏置機構（例如一彈簧）導致該致 動器152回到其原始延伸位置。該指狀物偏置機構（例如環 1 3 2)爾後導致該指狀物1 〇 6回到一停用狀难。

立現參考圖4，顯示的是一例證性的内部檢驗系統16〇之示 意圖，其使用圖I及2之該探測針中心定位裝置1〇〇。一控 2器1 6 2經由一纜線丨6 4與該探測針丨〇 4及與該探測針中心 定位裝置1〇〇之該擴張機構118信號通訊。該纜線164可為 一多用纜線，其能運載電線及管道，舉例而言，為了傳輸 及接收來自該探測針1()4及中心^位裝置之信號。該缓線 164可為同於與該轴構件1()2耦合之該挽性之纔 線’或可為一單獨境線。該擴張機構118經由一由該㈣ 器提供之内部控制信號166啟動。如以上表明，而 130988.doc 13 1338757 &，該控制信號1 66可為一空氣、水、液體或電信號。 因此經構形，以上描述之探測針中心定位裝置實施例提 供一挽性檢驗工具用於特徵為彎曲及陷型之薄的鍋爐管之

内部檢驗。特定言之，該中心定位裝置相容於使用一相控 陣列環傳感器之相控超音波測試，其無需使用例如發動機 或鏡子之旋轉組件而以電子方式旋轉。藉由向外延伸該中 〜疋位機構之該等指狀物，在其末端之該等滾筒接觸該待 檢驗管道之該内壁，從而準確地將該探測針定位在該管道 内徑中心用於一超音波束之傳輸及反射。 雖然本發明已參考各種例證性的實施例被描述，但熟習 此項技術者應瞭解在無違本發明之^圍下可作出各種變更 且其中的元件可由等效物代替。$外，在無違其基本範圍 下了作^多修改使得_特定的情況或材料適應於本發明 二此，其意為本發明不受限於揭示為用於執行本

==最佳模式之特定實施例，而本發明將包含處 、Ί求項之範圍内的所有實施例。 【圖式簡單說明】 圃係一根據本發明之—例證性 定位裴置之剖面圖 圖2係圖1之該探測針 狀物顯示在-展開的位置；置之另一剖面圖’其指 圖3係根據本發明 機構之示意圓；及 例證性的實㈣之—替代擴張 圖4係-使用圖1及2之該探測針 衣罝之例證性 130988.doc 1338757 的内部檢驗系統之示意圖。 【主要元件符號說明】. 100 102 104 106 108 110 • 112 114 116 118 120 122 124 126 鲁 128 130 • 132 134 136 138 140 142 中心定位裝置 軸構件 檢驗探測針 複數個指狀物 座架表面 一端 相對端 旋轉滾筒 管道 擴張機構 縱軸 内表面 内氣室 供給管 撓性纜線 偏置機構 彈性環 槽口 半透膜 室 複數個埠 耦合劑傳送環 130988.doc -15- 1338757 150 擴張機構 152 致動器 154 傾斜或斜坡表面 156 螺線管 160 内部檢驗系統 162 控制器 164 纜線 166 内部控制信號 130988.doc - 16-

Claims (1)

1. 申請專利範圍： 種内部檢驗總成，丼包括： 一長形轴構件’其與_檢驗探測針耗合·及 -中心定位機構’其經構形將該檢 於-待檢驗之管道之内徑的令：-位在關 步包括： "亥中〜义位機構進一 第一複數個指狀物，其在其一 至因宁认磲了樞轉地附接 該軸構件之-端之-第-座架表面，該第一,f 數個指狀物周向地圍繞該軸構件； X ^ 第二複數個指狀物，其在Α 一第一 牡/、第知可樞轉地附接 固疋於該軸構件之-相對端之一第二座架表面，使得 錢驗探測針被置於該第—及第二複數個指狀物之間， •Λ第一複數個指狀物周向地圍繞該軸構件丨及 —與該第一及第二複數個指狀物相關聯之擴張機 構’該擴張機構被置於該第一及第二複數個指狀物與該 軸構件之間，該擴張機構經構形以關於該軸構件之一縱 軸選擇性地向外延伸該第一及第二複數個指狀物之一第 一端，以便引導該第一及第二複數個指狀物之第二端接 觸該待檢驗管道之一内表面 在關於該管道之内徑之中心 2.如請求項丨之内部檢驗總成 脹囊。 3 ·如請求項1之内部檢驗總成 從而將該檢驗探測針定位 其中該擴張機構包括 膨 其進一步包括被置於該第 及第二複數個指狀物之該第二端的一旋轉滾筒，該等 130988.doc 方疋轉滾筒經構形以在該_張機構之啟動後接觸該待檢驗 管道之該内表面。 4. 如凊求項1之内部檢驗總成，其進一步包括一偏置機 構，該偏置機構經構形以每當該擴張機構係停用時向内 偏置。亥第—及第二複數個指狀物之該第二端朝向該軸構 件之該縱軸。 5. 如凊求項4之内部檢驗總成其中該偏置機構包括一捲 繞該第一及第二複數個指狀物的彈性環。 6·如請求項5之内部檢驗總成，其中該彈性環座落於形成 於該複數個指狀物中的複數個槽口内。 7·如請求項1之内部檢驗總成，其中該第一及第二複數個 指狀物之第二端彼此面對。 8. 如請求項7之内部檢驗總成，其中當該擴張機構處於一 停用狀態時，該第一複數個指狀物之第二端及該第二複 數個扎狀物之第二端之間的距離係該待檢驗管道之該内 徑之大約1 · 5倍。 9. 如明求項丨之内部檢驗總成，其中該探測針包括—超音 波相控陣列傳感器。 θ 10. 如請求項9之内部檢驗總成，其中該超音波相控陣列傳 感器為環形。 Π.如請求項！之内部檢驗總成’其進一步包括—對半透 膜’該對半透膜被置於該軸構件周圍在該檢驗探測針之 相對兩側，以便界定-其中容有一超音波輛合介質之 130988.doc 1338757 其中該等半透骐包含一對 12.如清求項丨丨之内部檢驗總成 刷形密封。 其中該擴張機構包括一螺 對應的指狀物滑動接觸之 13.如請求項1之内部檢驗總成， 線管操作致動器，具有一與一 斜坡表面。

   14.如請求項1之内部檢驗總成， 應用於其之外來控制信號啟動 其中5玄擴張機構係藉 由一 15. 16. 如請求項14之内部檢驗總成’ 氣、水、液體或電信號之一者 一種將一檢驗探測針定位在一 法’該方法包括： 其中該控制信號包括一空 〇 待檢驗之管道之中心的方 狀物及 啟動一擴張機構，該擴張機構被置於複數個指 與一檢驗探測針耦合之長形軸構件之間；9 該複數個指狀物進-步在其—第一端被可拖轉地附接 至一固定於該軸構件之座架表面，該複數㈣狀物周向 地圍繞該軸構件；

   其中在啟動後…w行州π战神稱件之一縱軸向 外延伸該複數個指狀物之第二端，以便引導該等旋轉滚 筒接觸該待檢驗管道之-内表面，從而將該檢驗探測針 定位在該管道内之中心。 17, 如請求項16之方法，其中該擴張機構包括一膨脹囊。 18. 如請求項16之方法，其中一旋轉滚筒被置於該複數個指 狀物之第二端上，該等旋轉滾筒中的每個經構形以在該 擴張機構啟動後接觸該待檢驗管道之該内表面。 130988.doc 1338757 1如請求項】6之方法，^ ^ ^ ^ ^ ^ 共T在忒擴張機構停用後，一偏置 機構向内偏置該複數嗰 ^ 双1固钆狀物之第一端朝向該軸構件之 该縱·^。 2 0.如ό青求項I 6 方•ij•丄 之方法其中該偏置機構包括一捲繞該複數 個指狀物的彈性環。 • 2丨如請求項20之方法，#由枯播w择产- 具中該彈性％座洛於形成於該複數 ， 個指狀物中的複數個槽口内。 22.如請求項16之方法’其中該探測針包括一超音波相控陣 φ 列傳感器。 2 3 .如請求項2 2 ：?方^ . 、 ’ 中該超音波相控陣列傳感器為環 形。 24. 如請求項1 6之方、、土 〇 '，其申該擴張機構包括一螺線管操作 致動器，該致叙 助具有一與一對應指狀物滑動接觸之斜 坡表面。 25. 如請求項16之方法 其進一步包括藉由向該膨脹機構提 #-外部控制信號啟動該擴張機構。 • 26.如請求項25之方法，梵士外# *丨 友其中该控制信號包括空氣、水、液 體或電信號其中之—者。 I30988.doc