WO2017183772A1

WO2017183772A1 - 다중 배열 코일 와전류 탐촉자와 스위칭 장치

Info

Publication number: WO2017183772A1
Application number: PCT/KR2016/009786
Authority: WO
Inventors: 이태훈; 조찬희; 윤병식; 유현주; 이동진
Original assignee: 한국수력원자력(주)
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-09-01
Publication date: 2017-10-26
Also published as: CN109073598A; KR101757589B1

Abstract

본 발명은 안전관련 모선에 다양한 설계 방안을 적용하였고 비상디젤발전기가 연결되는 안전모선과 대체교류발전기가 연결되는 안전모선을 완전히 분리하여 배치함으로써 모선 자체의 공통원인 고장을 고려함과 동시에 비상 전원에 대한 다양성을 확보하였으며, 이에 따라 안전모선의 공통원인 고장 발생 시에도 대체교류발전기를 통해서 발전소 안전정지에 필요한 필수 부하에 전원을 공급할 수 있도록 설계하였고, 상기 비상디젤발전기와 대체교류발전기가 연결되는 안전 모선이 분리됨에 따라 부하가 분리되고 부하가 분리됨에 따라 대체교류발전기의 용량도 줄어드는 효과를 얻을 수 있는 공통원인 고장을 고려한 안전모선 설계방법에 관한 것이다.

Description

다중 배열 코일 와전류 탐촉자와 스위칭 장치

본 발명의 코일 와전류 탐촉자(200)는 2열의 형태로 원주방향으로 조밀하게 와전류 코일을 배열하며, 열 사이의 간격은 일정하게 유지하고, 송신과 원주방향 수신 역할을 하는 코일(210)은 축 방향으로 긴 직사각형 형태로 구성하며, 축방향 검출 코일(220)은 원형으로 구성하고, 송신과 원주방향 수신 역할을 하는 코일을 직사각형 형태로 발명함으로써 축방향 길이를 기존 원형과 대비하여 길게 형성하며, 이로써 원주방향검사 와전류면적의 중첩정도를 높일 수 있고, 이를 통해 탐촉자의 이송속도를 높일 수 있는 다중 배열 코일 와전류 탐촉자와 스위칭 장치에 관한 것이다

본 발명은 발전소 열교환기 전도성 튜브(100)의 건전성 진단을 위해 사용할 수 있는 배열형 와전류 탐촉자에 관한 것이다.

발전소 열교환기 튜브는 열교환 성능을 향상시키기 위해 열전달율이 좋고 부식에 강하며 두께가 얇은 세관들로 제작되어 있다. 이 세관들은 압력경계를 유지하고 있고 매우 열악한 환경에 노출되어 있어 고온 고압 의한 균열, 배관과 배관 지지대 사이의 마모, 덴트(dent) 등 다양한 종류의 결함들이 발생하므로 건전성 진단을 위해 주기적인 비파괴 검사를 수행하고 있다. 열교환기 튜브 재질은 거의 대부분 자성체가 아닌 비자성체이며 이러한 두께가 얇은 비자성체 튜브의 비파괴검사방법으로는 와전류탐상검사가 주로 사용된다.

열교환기 튜브 와전류탐상검사는 튜브 내부에 삽입된 와전류탐촉자의 코일에 고주파(수십수백 ) 전류를 흘려주면 튜브에 와전류가 형성되며 이러한 와전류는 튜브의 기하학적 형상 변화, 재료의 전도도 및 결함에 의해 변하고 이러한 변화를 감지하여 결함의 유무 및 크기를 측정한다. 이러한 검사를 수행하는 와전류 탐촉자로 크게 보빈 탐촉자(Bobbin probe)와 회전형[RPC(Rotating Pancake coil)] 탐촉자를 이용하고 있다.

종래의 장치, 기구의 구조 및 동작원리에 대하여 살펴본다.

보빈 탐촉자는 코일 축이 튜브 축과 동일한 두 개의 코일을 한 개의 몸체에 환형으로 권선된 장치로 일정한 간극을 가지고 있다. 두 개의 코일은 차동형(Differential type)과 절대형(Absolute type) 검사가 동시에 가능하며, 검사 속도가 빠르고 세관 전 영역에 대한 검사가 가능하다. 하지만 축방향 균열에는 민감한 반면 원주방향 균열 검출에는 둔감한 단점을 가지고 있다. 회전형 탐촉자는 코일 축이 튜브 면에 수직한 팬케익(pancake) 형태의 코일을 탐촉자 동체의 표면에 위치시키고 구동장치에 의하여 동체가 회전하며 검사를 수행한다. 회전형 탐촉자 검사는 축방향 및 원주방향의 결함 검출 성능이 우수하지만 검사 속도가 매우 느리기 때문에 보빈 탐촉자를 이용한 1차 검사 이후 튜브 시트 상단이나 결함 의심부위에 대해서만 정밀검사를 수행한다.

이 두 가지 기법의 장점을 유지하고 단점을 보완한 기술이 다중 배열 코일 와전류 탐촉자 검사 기술이다. 이 기술은 와전류 코일을 검사 대상에 따라 원주방향으로 2차원적으로 배열하고 각각의 코일을 전자적으로 제어하며 도 1의 예시와 같이 여러 방향으로 송신과 수신을 함으로써 기계적인 회전 없이 코일이 배열된 영역에 대하여 전자기적 주사로 와전류검사를 수행할 수 있다. 이와 같은 전자기적인 주사를 통해 보빈 탐촉자의 빠른 검사의 장점과, 해당부위에 대한 2차원/3차원의 입체영상을 획득할 수는 회전형 탐촉자의 장점을 동시에 가지게 되어 검사시간을 단축하고, 검사 신뢰도를 향상시킬 수 있는 기술이다.

종래 기술이 가졌던 문제점에 대하여 살펴본다.

기존의 배열 와전류 탐촉자는 원형의 팬케익(pancake) 코일이 원주 방향으로 2열 또는 3열의 형태로 조밀하게 서로 엇갈려 배열되어 있다. 또한 전자기적인 주사를 위해 송수신 코일을 선택하는 스위칭 장치인 신호 분배기(multiplex, MUX)를 사용한다. 이 장치는 순서대로 송수신 코일을 선택하는 기능과 함께 스위칭을 통해 한 도선이 다수의 코일과 연결되기 때문에 와전류장비와 연결되는 도선의 수를 줄여주는 역할을 한다. 이 스위칭 장치는 크게 소형의 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit) 형태로 프로브에 삽입되어 있거나, 와전류 검사장치 차체에 설치되어 있다.

원형의 형태의 코일을 사용할 때의 문제점에 대해 살펴본다.

도 1에서 도시된 것과 같이 축방향으로 송수신 하는 송수신 코일 쌍은 축방향 균열을 검출하기 위함이고, 원주방향으로 송수신 하는 코일 쌍은 원주방향 균열을 검출하기 위함이다.

이 때 와전류 검사 장치는 일정한 신호 수집 주파수(sampling frequency)를 가지고, 연속적인 신호수집이 아닌 일정한 시간 간격으로 신호를 수집하게 된다.

즉 탐촉자 이동속도와 신호수집 주파수의 곱으로 신호수집 간격이 결정이 되는데 높은 민감도로 원주방향 균열을 검출하기 위해서는 코일의 신호수집 간격을 코일의 축방향 길이보다 짧게 하여 각 신호수집시 검사와전류면적을 중첩시켜가면서 신호 수집을 하여야 한다.

따라서 원주방향균열에 대하여 검출감도를 높이기 위해서는 탐촉자 이송속도를 줄여 신호수집 간격을 줄이거나 코일의 축방향 길이를 증가시켜 원주방향검사 와전류면적의 중첩정도를 높여야 한다. 하지만 공간 분해능을 높이기 위해 원주방향으로 많은 코일을 배열하게 되고 이로 인해 원형코일의 경우 직경이 작아서 필연적으로 축방향 길이는 짧아지게 된다.

이로 인해 검출 감도로 높이기 위해서는 이송속도를 그 코일의 축방향 길이에 맞추어 제한하여 측정해야 한다.

멀티플렉스 장치가 탐촉자에 내삽되어 있을 때의 문제점에 대해 살펴본다.

와전류 탐촉자는 많은 관을 검사를 하면서 마모나 충격에 의해 고장이 발생하는 소모성 자재이다. 신호이상이 발생하는 경우 코일에 문제가 있거나 스위칭 장치의 고장이 원인이지만, 스위칭 장치가 소형의 칩형태로 되어 있어 수리가 어렵고, 코일 문제라 하더라도 와전류 탐촉자 전체를 폐기하여야 한다. 이 때 소형 ASIC 형태의 칩이 내삽되어 있는 배열 코일 와전류탐촉자는 고가이기 때문에 검사 시 많은 비용이 소요될 수 있다. 또한 송수신 코일 선택 순서가 제작 시 고정이 되어 있어 다양한 모드의 검사는 불가능하다.

멀티플렉스 장치를 와전류장비에 장착했을 때의 문제점에 대해 살펴본다.

코일의 개수가 n개인 경우 와전류 탐촉자의 케이블은 n개의 도선으로 되어 있어 케이블의 직경이 커지고 이로 인해 케이블의 유연성이 떨어져 곡관에서의 검사가 어려워질 수 있다.

또한 도 2와 같이 탐촉자를 삽입/인출하기 위한 프로브 삽입기 같은 경우 회전부가 있어 탐촉자와 장비를 연결하기 위해서는 슬립링(Slip-ring)이 필요한데, 많은 채널수를 가진 슬립링은 가격이 고가이고, 노이즈가 발생할 가능성이 높아진다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발전소 열교환기 전도성 튜브의 건전성 진단을 위해 사용되는 배열형 와전류 탐촉자에 관한 것이며, 설계 제작된 배열형 와전류 탐촉자는 원주방향균열의 검출 민감도를 높이기 위해 원주방향 검사 코일을 축방향으로 긴 직사각형 형태로 발명하여 원주방향 결함 검출 민감도 및 검사 속도를 향상시키는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 배열 와전류 검사 시스템에서 스위칭 장치는 배열 코일 와전류 탐촉자와 독립적으로 단독모듈로 설계 제작하여, 소모품인 배열 코일 와전류 탐촉자의 제작 단가를 절감하고, 슬립링의 채널수를 최소화하여 슬립링의 제작 단가 절감과 노이즈를 방지할 수 있으며, 스위칭 장치는 탐촉자 커넥터 사이에 모드를 선택할 수 있는 탈착형 모드 결정용 연결 어댑터를 사용함으로써 다양한 형태의 모드로 검사가 가능하여 검사신뢰성을 향상시키는데 있다.

본 발명 과제의 해결 수단은 열교환기 튜브를 검사할 수 있는 배열 코일 와전류 탐촉자에 있어서, 원주 방향으로 조밀하게 원형으로 배열된 축방향 검출코일 및 축방향 검출코일의 하부에 원주 방향으로 조밀하게 원형으로 설치되어 와전류 송신과 원주 방향 수신 역할을 하는 송신 및 원주방향 수신코일을 포함하되, 원주방향 검사 와전류의 중첩정도를 높이고 탐촉자의 이동속도를 높이기 위하여 송신 및 원주방향 수신코일을 축방향으로 긴 직사각형 형상으로 형성함을 특징으로 하는 열교환기 튜브를 검사할 수 있는 배열 코일 와전류 탐촉자를 제공하는데 있다.

본 발명 과제의 또 다른 해결 수단은 배열 코일 와전류 탐촉자의 직사각형 코일은 와전류의 방향이 균열 방향과 수직으로 만나기 때문에 증가된 와전류 검출 감도를 얻을 수 있는 열교환기 튜브를 검사할 수 있는 배열 코일 와전류 탐촉자를 제공하는데 있다.

본 발명 과제의 또 다른 해결 수단은 코일 선택 신호를 받아 순차적으로 코일을 선택하는, 배열 코일 와전류 탐촉자와 별도로 구성된 단독 모듈 형태의 스위칭 장치를 구비한 열교환기 튜브를 검사할 수 있는 배열 코일 와전류 탐촉자를 제공하는데 있다.

본 발명 과제의 또 다른 해결 수단은 스위칭 장치와 탐촉자 커넥터 사이에 검사 모드를 선택할 수 있는 탈부착이 가능한 배열 코일 와전류 탐촉자를 제공하는데 있다.

본 발명은 발전소 열교환기 전도성 튜브의 건전성 진단을 위해 사용되는 배열형 와전류 탐촉자에 관한 것이다. 발명된 배열형 와전류 탐촉자는 원주방향균열의 검출 민감도를 높이기 위해 원주방향 검사 코일을 축방향으로 긴 직사각형 형태로 발명하여 원주방향 결함 검출 민감도 및 검사 속도를 향상시킨다.

본 발명의 또 다른 효과는 배열 와전류 검사 시스템에서 스위칭 장치는 배열 코일 와전류 탐촉자와 독립적으로 단독모듈로 설계 제작하여, 소모품인 배열 코일 와전류 탐촉자의 제작 단가를 절감하고, 슬립링의 채널수를 최소화 하여 슬립링의 제작 단가 절감과 노이즈를 방지할 수 있으며, 스위칭 장치는 탐촉자 커넥터 사이에 모드를 선택할 수 있는 탈착형 모드 결정용 연결 어댑터를 사용함으로써 다양한 형태의 모드로 검사가 가능하여 검사신뢰성을 향상시키는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 배열 코일 와전류 탐촉자 송수신 패턴을 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 배열 코일 와전류 시스템 구성도 및 탐촉자와 코일의 형상을 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 스위치장치와 송수신형 검사모드 I를 위한 연결 어댑터의 배선도를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 송수신형 검사모드 I에 대한 코일선택 패턴 순서를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 송수신형 검사모드 II를 위한 연결 어댑터의 배선도를 도시한 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 송수신형 검사모드 II에 대한 코일선택 패턴 순서를 도시한 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 세관 프로파일 검사모드 I를 위한 연결 어댑터의 배선도를 도시한 것이다.

도 8은 본 발명에 따른 세관 프로파일 검사모드 I에 대한 코일선택 패턴 순서를 도시한 것이다.

도 9는 본 발명에 따른 세관 프로파일 검사모드 II를 위한 연결 어댑터의 배선도를 도시한 것이다.

도 10은 본 발명에 따른 세관 프로파일 검사모드 I에 대한 코일선택 패턴 순서를 도시한 것이다.

도 11은 본 발명에 따른 축방향 차동 검사모드를 위한 연결 어댑터의 배선도를 도시한 것이다.

도 12는 본 발명에 따른 축방향 차동 검사모드에 대한 코일선택 패턴 순서를 도시한 것이다.

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대하여 살펴본다.

본 발명에 따른 열교환기 튜브를 검사할 수 있는 배열형 와전류 탐촉자는 원주방향균열의 검출 민감도를 높이기 위해 송신 및 원주방향 검사 코일의 형태를 축방향으로 긴 직사각형 형태로 발명하였다.

그리고, 배열 와전류 검사 시스템을 구성함에 있어 배열 코일 와전류 탐촉자와 스위칭 장치는 분리하여 서로 독립적인 형태로 발명하고, 배열 와전류 탐촉자와 슬립링 사이에 스위칭 장치를 위치시켜 슬립링의 채널수를 감소시킨다.

도 2와 같이 탐촉자를 삽입/인출하기 위한 프로브 삽입기와 같은 경우에는 회전부가 있어 탐촉자와 장비를 연결하기 위해서는 슬립링(Slip-ring)이 필요한데, 많은 채널수를 가진 슬립링은 가격이 고가이고, 노이즈가 발생할 가능성이 높아진다.

상기 배열 코일 와전류 탐촉자는 다수 형태의 검사모드로 검사할 수 있도록 스위칭 장치 커넥터와 탐촉자 커넥터 사이에 모드를 선택할 수 있는 탈착이 가능한 모드 결정용 연결 어댑터가 설치되어 있다.

상기 모드 결정용 연결 어댑터는 탈부착이 가능하도록 설계 제작하는 것이 바람직하다.

또한, 스위칭 장치 커넥터와 탐촉자 커넥터 사이에는 모드를 선택할 수 있는 탈착이 가능한 모드 결정용 연결 어댑터를 사용함으로써 이의 교환을 통해 다양한 형태의 검사모드로 검사가 가능하도록 한다.

본 발명에 따른 도 2에서와 같은 배열 코일 와전류 탐촉자(200)는 2열의 형태로 원주방향으로 조밀하게 와전류 코일을 배열한다.

원주 방향으로 조밀하게 원형으로 배열되어 축방향 와전류를 검출하는 축방향 와전류 검출코일(220)을 구비하고, 축방향 와전류 검출코일(220)의 하부(도 2의 도면상 에서)에 원주 방향으로 조밀하게 원형으로 설치되어 와전류 송신과 원주 방향 수신 역할을 하는 송신 및 원주방향 수신코일(210)을 포함한다.

본 발명은 원주방향 검사 와전류의 중첩정도를 높이고, 탐촉자의 이동속도를 높이기 위하여 송신 및 원주방향 수신코일을 축 방향으로 긴 직사각형 형상으로 형성한다.

보다 구체적으로, 열 사이의 간격은 일정하게 유지하고, 송신과 원주방향 수신 역할을 하는 코일(210)은 축방향으로 긴 직사각형 형태로 발명하며, 축방향 검출 코일(220)은 원형으로 구성한다. 송신과 원주방향 수신 역할을 하는 코일을 직사각형 형태로 발명함으로써 축방향 길이를 기존 원형과 대비하여 길게 한다. 이로써 원주방향검사 와전류면적의 중첩정도를 높일 수 있고, 이를 통해 탐촉자의 이송속도를 높일 수 있다.

또한 균열에 대한 와전류의 민감도는 와전류의 방향이 균열 방향과 수직일 때 가장 높으며, 본 발명에 따른 직사각형 코일에 의해 발생된 와전류는 원주방향 균열에 수직에 가깝기 때문에 와전류 검출 감도를 증가시킬 수 있는 유리한 효과가 있다.

도 3은 본 발명에 따른 스위치장치와 송수신형 검사모드 I를 위한 모드 결정용 연결 어댑터의 배선도를 도시한 것이다.

도 3에서 스위칭 장치(310)는 배열 코일 와전류 탐촉자와 독립적인 별도의 독립 모듈로 설계 제작하고, 배열 와전류 탐촉자와 탐촉자 이송장치(410)의 슬립링(420) 사이에 위치시킨다.

스위칭 장치의 각 MUX(330)는 와전류 검사장치(430)에서 코일 선택 신호(340)를 받아서 순차적으로 1번 채널에서 n번 채널로 스위칭하도록 프로그래밍되어 있다.

이 때 코일 선택 신호는 n 비트의 신호나 사각 펄스의 연속신호 형태를 사용할 수 있다. 각 스위칭을 통해 도 4와 같은 순서로 검사가 이루어지도록 코일을 선택한다. 해당 스위칭 장치는 n 개의 도선을 가지는 와전류 탐촉자를 m개(n>m)로 줄여 적은 개수의 채널을 가지는 슬립링을 사용할 수 있도록 한다. 슬립링의 채널수를 감소시킴으로써 슬립링 가격을 절감하고, 노이즈 발생 문제를 방지한다.

와전류 탐촉자에 설치된 코일에서 발생한 와전류를 와전류 검사장치(310)로 전송하는 케이블이 설치되어 있다.

코일의 개수가 n개인 경우 와전류 탐촉자의 케이블은 n개 이상의 도선으로 구성되어 케이블의 직경이 커지고 이로 인해 케이블의 유연성이 떨어져 곡선형 관에서의 검사가 어려워질 수 있다.

탐촉자의 케이블은 많은 도선에 의해 직경이 커지고 유연성이 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 이는 의료용으로 많이 사용되는 마이크로 다중 동축(Micro-multi coaxial) 케이블을 사용하는 것이 바람직하다.

도 3에서 도시한 바와 같이 스위칭 장치와 배열 코일 프로브 커넥터 사이에는 탈착이 가능한 모드 결정용 연결 어댑터(310)를 사용하도록 발명하였다. 모드 결정용 연결 어댑터는 배열 코일의 송수신 순서를 변경할 수 있도록 발명한 것으로 이를 통해 검사자의 필요에 의해 원주방향 송수신 간격을 증가시키거나, 자기코일을 송수신함으로써 튜브의 형상 프로파일을 측정할 수 있도록 할 수 있다.

또한 축방향 와전류 신호를 차동 형태로 수집할 수 있다. 이와 같은 모드선택을 모드 결정용 연결 어댑터의 교환으로 손쉽게 이루어질 수 있도록 한다.

본 발명의 코일 와전류 탐촉자는 2열의 형태로 원주방향으로 조밀하게 와전류 코일을 배열하며, 열 사이의 간격은 일정하게 유지하고, 송신과 원주방향 수신 역할을 하는 코일은 축 방향으로 긴 직사각형 형태로 구성하며, 축방향 검출 코일은 원형으로 구성하고, 송신과 원주방향 수신 역할을 하는 코일을 직사각형 형태로 발명함으로써 축방향 길이를 기존 원형과 대비하여 길게 형성하며, 이로써 원주방향검사 와전류면적의 중첩정도를 높일 수 있고, 이를 통해 탐촉자의 이송속도를 높일 수 있는 다중 배열 코일 와전류 탐촉자와 스위칭 장치를 제공하여 원주방향검사 와전류면적의 중첩정도를 높일 수 있고 탐촉자 이송속도를 높일 수 있으므로 산업상 이용가능성이 매우 높다.

Claims

열교환기 튜브를 검사할 수 있는 배열 코일 와전류 탐촉자에 있어서,

원주 방향으로 조밀하게 원형으로 배열된 축방향 검출코일(220); 및

축방향 검출코일(220)의 하부에 원주 방향으로 조밀하게 원형으로 설치되어 와전류 송신과 원주 방향 수신 역할을 하는 송신 및 원주방향 수신코일(210)을 포함하되,

원주방향 검사 와전류의 중첩정도를 높이고 탐촉자의 이동속도를 높이기 위하여 송신 및 원주방향 수신코일을 축방향으로 긴 직사각형 형상으로 형성함을 특징으로 하는 열교환기 튜브를 검사할 수 있는 배열 코일 와전류 탐촉자.
제1항에 있어서,

배열 코일 와전류 탐촉자의 직사각형 코일은 증가된 와전류 검출 감도를 얻기 위하여 전류의 방향이 균열 방향과 수직으로 만나도록 구성된 열교환기 튜브를 검사할 수 있는 배열 코일 와전류 탐촉자.
제1항에 있어서,

코일 선택 신호를 받아 순차적으로 코일을 선택하도록 배열 코일 와전류 탐촉자와 별도로 단독 모듈 형태의 스위칭 장치를 구비한 열교환기 튜브를 검사할 수 있는 배열 코일 와전류 탐촉자.
제3항에 있어서,

상기 스위칭 장치는 슬립링의 채널수를 감소시키기 위하여 배열 와전류 탐촉자와 슬립링 사이에 위치시킴을 특징으로 하는 열교환기 튜브를 검사할 수 있는 배열 코일 와전류 탐촉자.
제4항에 있어서,

상기 배열 코일 와전류 탐촉자는 다수 형태의 검사모드로 검사할 수 있도록 스위칭 장치 커넥터와 탐촉자 커넥터 사이에 모드를 선택할 수 있는 탈착이 가능한 모드 결정용 연결 어댑터를 더 설치된 열교환기 튜브를 검사할 수 있는 배열 코일 와전류 탐촉자.
제5항에 있어서,

상기 모드 결정용 연결 어댑터는 탈부착이 가능하도록 제작된 열교환기 튜브를 검사할 수 있는 배열 코일 와전류 탐촉자.
제1항에 있어서,

와전류 탐촉자에 설치된 코일에서 발생한 와전류를 와전류 검사장치(310)로 전송하는 케이블이 설치되고,

상기 케이블은 마이크로 다중 동축(Micro-multi coaxial) 케이블로 제작된 열교환기 튜브를 검사할 수 있는 배열 코일 와전류 탐촉자.