説明

伝熱管検査ケーブルおよびその挿入力解析方法

【課題】螺旋構造の長さが長い蒸気発生器の伝熱管に挿入可能な伝熱管検査ケーブルを提供する。
【解決手段】伝熱管の欠陥を検出することのできるセンサユニットと、ボディ部と前記ボディ部に回転可能に結合される車輪部とを備える複数の分離ユニットと、前記複数の分離ユニットのボディ部の内側で螺旋形に回転して延在し、前記センサユニットで検出された情報を伝達するデータケーブルと、前記複数の分離ユニットのボディ部を貫通して、前記データケーブルが切断されることを防止するワイヤーとを含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、伝熱管検査用の欠陥検出センサの被覆ケーブルおよびその挿入力解析方法に関し、より詳しくは、螺旋形熱交換器の細管欠陥検査用センサを細管に挿入する時に摩擦抵抗を減らして細管欠陥測定検査を可能にする検査ケーブルと、前記螺旋形熱交換器の細管欠陥検査用センサを細管に挿入する時に必要な挿入力を解析する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、原子力発電所は、蒸気発生器で発生した蒸気をタービンに送って電気を生産する。前記蒸気発生器は、熱交換器の伝熱管内部を流れる高温/高圧の1次水と伝熱管外部に流れる2次水が前記伝熱管の管壁を挟んで熱交換をし、これによって2次水が蒸気に変換される。
【0003】
前記蒸気発生器の内部を循環する1次水は、加圧器によって加圧された高温高圧水として、原子炉を通過しながら加熱および放射能に汚染される。したがって、前記伝熱管が破裂すれば、前記2次水を汚染し、放射能漏れを招くことになる。
【0004】
すなわち、蒸気発生器の伝熱管は、放射能を浴びた1次水および放射能を浴びていない2次水の境界を構成するため、前記伝熱管の健全性の検査は規定された稼動中の検査および日程によって厳格に規制されている。
【0005】
一般に、常用原子力発電所の蒸気発生器の伝熱管検査および一般熱交換器の細管検査の技術は、伝熱管内部で欠陥測定探触子(渦電流探触子、Eddy Current Test Probe、ECT探触子)を挿入して伝熱管の欠陥有無を検査し、その健全性を判断している。このような伝熱管の欠陥有無を検査するためには、蒸気発生器細管の大きさおよび形状に適合したECTセンサユニット(ECT探触子および被覆ケーブル)が必要である。
【0006】
前記被覆ケーブルは、データケーブルおよび断絶防止用ワイヤーで構成され、前記ECT探触子は前記被覆ケーブルの先端に位置する。
【0007】
蒸気発生器の伝熱管が直管または2〜3地点の折曲部がある場合には、被覆ケーブルと伝熱管の摩擦が少なくて前記ECTセンサユニットを伝熱管に挿入するのに問題がない。
【0008】
ただ、最近では、蒸気発生器を原子炉内に装着する一体型原子炉が開発されており、このような一体型原子炉の場合、貫流式螺旋形伝熱管で構成された蒸気発生器が用いられる。
【0009】
一般に、常用原子力発電所の蒸気発生器の伝熱管検査用の欠陥検出センサを伝熱管に挿入するのに必要な力は、伝熱管の長さに比例する。
【0010】
ただ、一体型原子炉は、伝熱管が螺旋形に形成され、欠陥検出センサの挿入するのに必要な力が指数関数的に増加するために欠陥検出センサの挿入が難しいという問題点、および一体型原子炉の伝熱管の大きさ(内径、外径)も小さくなり、従来の検査ケーブルで検査することが難しいという問題点があった。
【0011】
これにより、前記螺旋形伝熱管にECT探触子を容易に挿入するための挿入性が向上したケーブル開発のために、前記ケーブルの前記螺旋形伝熱管における挿入力を正確に解析する方法が要求されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】特開2007−24855号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明は、螺旋構造の長さが長い蒸気発生器の伝熱管に挿入可能な伝熱管検査ケーブルを提供することを目的とする。
【0014】
また、ケーブルの摩擦抵抗を最小化した伝熱管検査ケーブルを提供することを目的とする。
【0015】
また、伝熱管検査ケーブルを螺旋形伝熱管に挿入する場合に、前記伝熱管検査ケーブルの挿入力に影響を与える要因を分析できる伝熱管検査ケーブルの挿入力解析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明の一側面に係る伝熱管検査ケーブルは、伝熱管の欠陥を検出することのできるセンサユニットと、ボディ部と前記ボディ部に回転可能に結合される車輪部とを備える複数の分離ユニットと、前記複数の分離ユニットのボディ部の内側で螺旋形に回転して延在し、前記センサユニットで検出された情報を伝達するデータケーブルと、前記複数の分離ユニットのボディ部を貫通して、前記データケーブルが切断されることを防止するワイヤーとを含む。
【0017】
本発明の他の側面に係る伝熱管検査ケーブルは、伝熱管の内周面を検出するセンサユニットと、ボディ部と、一側は前記ボディ部の外部に突出して他側は前記ボディ部の中心に隣接した部分まで延在する車輪部とを備える複数の分離ユニットと、前記複数の分離ユニットの前記車輪部の間の空間で螺旋形に回転して前記ボディ部の長手方向に延在するデータケーブルと、前記複数の分離ユニットのボディ部を貫通して、前記データケーブルが切断されることを防止するワイヤーとを含む。
【0018】
本発明のまた他の側面に係る伝熱管検査ケーブルは、伝熱管の内周面を検出するセンサユニットと、ボディ部および前記ボディ部を貫通する単一の車輪部を備える複数の分離ユニットと、前記複数の分離ユニットの前記車輪部の両側で螺旋形に回転して前記ボディ部の長手方向に延在するデータケーブルと、前記複数の分離ユニットのボディ部を貫通して、前記データケーブルが切断されることを防止するワイヤーとを含み、前記車輪部の両断は前記ボディ部の外部に突出する。
【0019】
本発明のまた他の側面に係る伝熱管検査ケーブルの挿入力解析方法は、伝熱管の欠陥を検出することのできるセンサユニットと、端部に前記センサユニットが結合される被覆ケーブルを含む伝熱管検査ケーブルの挿入力解析方法において、前記被覆ケーブルの挿入に必要な挿入力を決定する因子は、前記被覆ケーブルの伝熱管に対する接触力B、前記伝熱管の曲率半径R、前記伝熱管および被覆ケーブルの間の摩擦係数μ、前記被覆ケーブルが前記伝熱管に挿入される挿入長さL、前記センサユニットが前記伝熱管に挿入されるのに必要な最小の力Stipを含み、前記被覆ケーブルの挿入における挿入力の算出式は以下の通りである。
【0020】
【数1】

【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、伝熱管および伝熱管検査ケーブルの間の摩擦が減少し、小さい力でも伝熱管検査ケーブルを伝熱管内部に挿入することができる。
【0022】
また、本発明によれば、伝熱管検査ケーブルが伝熱管の形状および大きさに大きく影響を受けないため、蒸気発生器設計の多様性を追求することができる。
【0023】
また、本発明によれば、ケーブルの挿入および引き出し時に発生する摩擦による振動が減少し、センサの移動に影響を与えるノイズ因子を減らすことができる。
【0024】
また、本発明によれば、伝熱管の欠陥探知のために必要とされ得る付帯装備(空圧装置、Push Pullerなど)を必要とせず、低仕様で充分であるため、費用、時間、設置空間などの消耗を減らすことができる。
【0025】
また、本発明によれば、それぞれの蒸気発生器の単一伝熱管に対する検査を進めることができるため、漏れが予想される伝熱管を探して被覆を実施して全体蒸気発生器の寿命増加に寄与することができる。
【0026】
また、本発明によれば、現在実際に用いられている渦電流探傷装置にすぐに適用することができるため、常用製品として開発が容易であり、製品開発のための十分なインフラが構築されている。
【0027】
また、伝熱管検査ケーブルの挿入性を向上させるのに効果的な伝熱管検査ケーブルの素材および構造を導き出すことができる。
【0028】
また、本発明によれば、伝熱管検査ケーブルの挿入力および引出力を数式的に分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】本発明の実施形態に関する伝熱管検査ケーブルの斜視図である。
【図2】本発明の第1実施形態による伝熱管検査ケーブルの一部斜視図である。
【図3】本発明の第1実施形態による伝熱管検査ケーブル内部斜視図である。
【図4】本発明の第1実施形態による伝熱管検査ケーブルの断面図である。
【図5】本発明の第1実施形態による伝熱管検査ケーブルの作用を示す概略図である。
【図6】本発明の第1実施形態による伝熱管検査ケーブルおよび伝熱管の間の力平衡条件を示す概略図である。
【図7】本発明の第1実施形態に関する伝熱管検査ケーブルの挿入距離に応じて伝えられる挿入力を示すグラフである。
【図8】本発明の第2実施形態による伝熱管検査ケーブルの一部斜視図である。
【図9】本発明の第2実施形態による伝熱管検査ケーブルの内部斜視図である。
【図10】本発明の第2実施形態による伝熱管検査ケーブルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
以下では、図面を参照して本発明の具体的な実施形態を詳細に説明する。ただ、本発明の思想がそのような実施形態に制限されずに、本発明の思想を実施形態をなす構成要素の付加、変更および削除などによって異なるように提案することもできると言えるが、これもまた本発明の思想に含まれるものである。
【0031】
図1は、本発明の第1実施形態に関する伝熱管検査ケーブルの斜視図であり、図2は、本発明の第1実施形態による伝熱管検査ケーブルの一部斜視図であり、図3は、本発明の第1実施形態による伝熱管検査ケーブル内部の一部斜視図であり、図4は、本発明の第1実施形態による伝熱管検査ケーブルの断面図である。
【0032】
図1〜図4を参照すると、本実施形態による伝熱管検査ケーブル1には、センサユニット2、および被覆ケーブル3が含まれる。
【0033】
前記センサユニット2は、伝熱管の内部を動きながら前記伝熱管の欠陥を検出する。前記センサユニット2は、前記被覆ケーブル3の先端に結合される。前記センサユニット2には、渦電流センサユニット(Eddy Current Test Probe、ECTセンサユニット)または、超音波センサユニットを用いてもよい。
【0034】
前記被覆ケーブル3には、前記センサユニット2に結合される第1分離ユニット10と、前記第1分離ユニット10と円周方向に所定角度回転して連結される第2分離ユニット20と、前記センサユニット2で収集された情報を伝達するためのデータケーブル30と、前記データケーブル30が切断されることを防止するためのワイヤー40とが含まれる。
【0035】
前記被覆ケーブル3は、複数の分離ユニットが連結される方式で構成してもよい。前記複数の分離ユニットには前記ワイヤー40が貫通してもよい。これによって、前記複数の分離ユニットは、前記ワイヤー40によって掛かることができる。一例として、前記被覆ケーブル3の外皮はエンジニアリングプラスチック(Nylon−6)で製作された概略10mmの短い被覆管で構成してもよい。
【0036】
図2および図3には、前記第1分離ユニット10および第2分離ユニット20の2つの分離ユニットが開示したが、前記伝熱管検査ケーブル1には複数の分離ユニットが含まれる。前記第1分離ユニット10には、ボディ部11と伝熱管の内周面と接触する車輪部12とが備えられる。より詳しくは、前記ボディ部11は伝熱管の内径より若干小さい直径を有する円筒状に形成してもよい。前記ボディ部11は、前記複数の分離ユニットの外形を形成する。
【0037】
前記ボディ部11の長さは、伝熱管の曲率半径に対応して調節してもよい。すなわち、伝熱管の曲率半径が小さい場合、前記ボディ部11の長さを相対的に小さく製作してもよく、伝熱管の曲率半径が大きい場合、前記ボディ部11の長さを相対的に長く製作してもよい。前記ボディ部11の中央部には前記ワイヤー40が通過できるワイヤー貫通孔115が穿孔形成される。前記ワイヤー貫通孔115は、前記ボディ部11の長手方向に真っ直ぐに延在することができる。
【0038】
また、前記ボディ部11の外周面には、前記データケーブル30を挿入することができるケーブル挿入部111が形成される。前記ケーブル挿入部111は、前記ボディ部11の外周面に螺旋形に形成してもよい。すなわち、前記ケーブル挿入部111は、前記ボディ部11の長手方向に次第に巻かれるような形状に形成してもよい。本実施形態では、前記ケーブル挿入部111が前記ボディ部11の外周面に形成されることが開示されるが、前記ケーブル挿入部111は前記ボディ部11の内部に穿孔形成されることももちろん可能である。
【0039】
したがって、前記データケーブル30は、前記ボディ部11に螺旋形に結合される。そして、前記伝熱管検査ケーブル1が伝熱管内部に進む過程で、前記データケーブル30の一部分に引張力が集中し、他の部分に圧縮力が集中するのを防止してもよい。すなわち、前記データケーブル30が平行して延在する時より、螺旋形に絡まりながら延在する場合、前記データケーブル30の各部分が均一に力を受けられるようになる。
【0040】
前記ケーブル挿入部111は、前記データケーブル30が挿入されるように所定の深さを陥没して形成してもよい。前記ケーブル挿入部111は、少なくとも概略前記データケーブル30の直径の長さだけ陥没することが好ましい。これは、前記ケーブル挿入部111に前記データケーブル30が挿入された時、前記データケーブル30は前記ボディ部11の外側に突出しないようにするためである。
【0041】
一方、前記ボディ部11には、前記車輪部12を挿入することができる車輪挿入溝112,113が形成される。前記車輪挿入溝112,113は、前記ボディ部11の外周面に所定深さに陥没形成される。前記車輪挿入溝112,113には、前記ボディ部11の前端に隣接した第1車輪挿入溝112と、前記ボディ部11の後端に隣接した第2車輪挿入溝113とが含まれる。前記第1車輪挿入溝112および前記第2車輪挿入溝113は、前記ボディ部11の長手方向に所定間隔離隔される。
【0042】
前記車輪挿入溝112,113は、前記ボディ部11の外周面に所定角度の間隔で複数形成してもよい。一例として、前記車輪挿入溝112,113は、前記ボディ部11の外周面に120度の間隔で3つ形成してもよい。
【0043】
前記第1車輪挿入溝112および第2車輪挿入溝113は、互いに並ぶように配置されないことが好ましい。すなわち、前記第2車輪挿入溝113は、前記第1車輪挿入溝112から所定角度回転して形成することが好ましい。これは、前記ボディ部11が前記伝熱管の内周面に接触することを防止するためである。一例として、前記車輪挿入溝112,113は、前記ケーブル挿入部111の間に形成してもよい。前記ケーブル挿入部111が前記ボディ部11に螺旋形に回転して形成されるため、前記第2車輪挿入溝113は、前記第1車輪挿入溝112から所定角度回転して形成してもよい。
【0044】
一方、前記車輪挿入溝112,113には、前記車輪部12の中心を貫通する回転軸114が備えられる。前記回転軸114は、前記車輪部12の回転の中心を提供する。
【0045】
前記ボディ部11には、前記車輪部12が複数結合される。前記車輪部12は、前記回転軸114によって前記ボディ部11に回転可能に結合される。前記車輪部12は、前記車輪挿入溝112,113に挿入される。前記車輪部12は、一側が前記ボディ部11の外部に突出し、他側が前記車輪挿入溝112,113の内部に位置する。
【0046】
より詳しくは、前記車輪部12の一側は、前記ボディ部11外部に突出して、他側は前記ボディ部11の中心に隣接した地点まで挿入される。
【0047】
一般に、前記車輪部12に加えられる摩擦力は、前記車輪部12の半径の長さに反比例する。したがって、上述したように、前記車輪部12の一側は前記ボディ部11の外部に突出し、他側は前記ボディ部11の中心に隣接した地点まで挿入されれば、前記車輪部12の半径を最大限増加させることができ、前記車輪部12に作用する摩擦力を相当に減らすことができる。
【0048】
前記車輪部12には、前記第1車輪挿入溝112に設けられる第1車輪部121と、前記第2車輪挿入溝113に設けられる第2車輪部122が含まれる。前記第1車輪部121および前記第2車輪部122を構成する複数の車輪は、前記ボディ部11の外周面で所定角度の間隔で配置される。
【0049】
一例として、前記第1車輪部121および第2車輪部122は、前記ボディ部11の外周面に120度の間隔でそれぞれ3つずつ結合することができる。
【0050】
前記第2車輪部122は、前記第1車輪部121から所定間隔離隔して結合することができる。また、上述したように、前記第2車輪挿入溝113は前記第1車輪挿入溝112から所定角度回転して形成されるため、前記第2車輪部122は前記第1車輪部121に対して同一角度で回転して配置される。これによって、前記ボディ部11の正面から眺めた時、前記第1車輪部121および第2車輪部122は重ならないようになる。すなわち、前記ボディ部11の正面から眺めた時、前記第1車輪部121の間に前記第2車輪部122が見えるようになる。
【0051】
一例として、前記第1車輪部121および前記第2車輪部122が120度の間隔で前記ボディ部11の外周面に配置され、前記複数の第1車輪部121の間に前記第2車輪部122が配置されされてもよい。この時、前記ボディ部11の正面から眺めれば、前記車輪部12は、60度の間隔で前記第1車輪部121および前記第2車輪部122が交互に配置されることを確認することができる(図4(b)参照)。
【0052】
前記ボディ部11の外側には、カバー部13が結合される。前記カバー部13は、前記データケーブル30が外部に露出するのを防ぎ、前記データケーブル30が損傷するのを防止する。前記カバー部13には、前記車輪部12が突出できる孔131が形成される。
【0053】
一方、前記データケーブル30は、前記ボディ部11に螺旋形に巻き込まれながら結合される。したがって、前記データケーブル30の一部分に力が集中するのを防止してもよい。また、前記蒸気発生器伝熱管の検査ケーブル1は、曲管に適用されるため、前記データケーブル30は剛性が小さい柔軟な材質で形成することが好ましい。
【0054】
前記データケーブル30は、前記第1車輪部121および第2車輪部122を構成するそれぞれの車輪の間に配置してもよい。
【0055】
前記データケーブル30は、前記第1分離ユニット10および前記第2分離ユニット20だけでなく、前記伝熱管検査ケーブル1を構成するすべての分離ユニットに結合される。
【0056】
一方、前記ワイヤー40は、前記ボディ部11を貫通する。前記ワイヤー40は前記ボディ部11の中央部を貫通してもよい。前記ワイヤー40は、前記伝熱管検査ケーブル1を構成する複数の分離ユニットを貫通する。すなわち、前記ワイヤー40を介して前記伝熱管検査ケーブル1を構成するすべての分離ユニットが連結される。前記伝熱管検査ケーブル1が伝熱管内部を動かす時、実質的に折り曲げられる部分は前記分離ユニットの間のワイヤー40部分である。したがって、前記伝熱管検査ケーブル1に曲げ剛性を提供するために前記ワイヤー40には鋼線を用いてもよい。
【0057】
前記第2分離ユニット20は、前記第1分離ユニット10と同一の構成要素を含み、同一の形状に形成される。すなわち、前記第2分離ユニット20にも、ボディ部21と、前記第1車輪部221および第2車輪部222で構成された車輪部22が含まれて、前記ボディ部21には前記データケーブル30が挿入されるケーブル挿入部211が形成される。
【0058】
前記第2分離ユニット20のケーブル挿入部211は、前記ボディ部21の外周面に螺旋形で回転する形状に形成され、前記第1分離ユニット10のケーブル挿入部111と連続的に連結されるように形成される。これは、前記データケーブル30が前記第1分離ユニット10および前記第2分離ユニット20にすべて螺旋形に巻かれて結合されるためである。前記データケーブル30は、前記伝熱管検査ケーブル1を構成するすべての分離ユニットに結合されるため、前記伝熱管検査ケーブル1を構成するすべての分離ユニットのケーブル挿入部は、連続的に連結されるように形成される。
【0059】
前記第2分離ユニット20は、前記第1分離ユニット10に所定角度回転して連結される。したがって、前記第2分離ユニット20の車輪部22は、前記第1分離ユニット10の車輪部12と並ぶように配置されずに、前記第1分離ユニット10の車輪部12に対して所定角度回転して配置される。
【0060】
前記第1分離ユニット10および前記第2分離ユニット20の間には、分離ユニットの間に露出し得る前記データケーブル30を保護するための連結用被覆チューブ50を結合してもよい。前記連結用被覆チューブ50は、曲げられるように柔軟な材質で形成してもよく前記連結用被覆チューブ50の長さを調節して前記伝熱管検査ケーブル1を構成する分離ユニットの間の長さを調節してもよい。
【0061】
以下では、前記伝熱管検査ケーブル1の作用について説明する。
【0062】
図5は、本発明の第1実施形態による伝熱管検査ケーブルの作用を示す概略図である。
【0063】
図1〜図5を参照すると、伝熱管の欠陥を検査するために、まず前記伝熱管検査ケーブル1を伝熱管内部に挿入する。前記伝熱管検査ケーブル1は、作業者の押す力によって前記伝熱管内部に入れることができる。
【0064】
前記センサユニット2は、前記伝熱管内部を動きながら前記伝熱管内部の欠陥を検出する。前記伝熱管内部の欠陥を検出する方法は、特定の方法に制限されず、公知のいかなる方法をも用いることができる。
【0065】
前記車輪部12は、前記伝熱管の内周面と接触し、前記伝熱管検査ケーブル1および前記伝熱管内周面の間の摩擦力を減少させる。また、前記伝熱管検査ケーブル1は、前記伝熱管の曲率に対応して、各分離ユニット間で折曲が発生してもよい。
【0066】
また、前記伝熱管検査ケーブル1が前記伝熱管内部に入る時、前記伝熱管検査ケーブル1を押す力は、各分離ユニットボディ部を介して伝えることができる。これによって、前記センサユニット2は、前記伝熱管の先端部まで進むことができる。前記センサユニット2で前記伝熱管の欠陥が検出されれば、前記データケーブル30を介して結合の内容がコンピュータCに伝えられ、作業者は前記コンピュータCのモニターなどによって前記伝熱管の欠陥の内容を確認することができる。
【0067】
一方、前記伝熱管検査ケーブル1を前記伝熱管内部に再び回収するために、作業者は前記伝熱管検査ケーブル1を引くことができる。
【0068】
この場合、前記車輪部12によって前記伝熱管検査ケーブル1および前記伝熱管内周面の間の摩擦力を減少し、前記伝熱管検査ケーブル1の各分離ユニット間で折曲が発生してもよいという点は前記伝熱管検査ケーブル1を前記伝熱管に挿入する時と同じである。
【0069】
ただ、前記伝熱管検査ケーブル1を引く時には、前記ワイヤー40に引張力がかかるという点で前記伝熱管検査ケーブル1を前記伝熱管に押込む時と異なる。
【0070】
図6は、本発明の第1実施形態に関する伝熱管および伝熱管検査ケーブルの間の力平衡条件を示す概略図であり、図7は本発明の第1実施形態に関する伝熱管検査ケーブルの挿入距離に応じて伝えられる挿入力を示すグラフである。
【0071】
図5および図6を参照すると、前記伝熱管は実際には一定の半径を有する円筒の周縁に螺旋形に巻回された形状をしている。ただ、分析の便宜性のために螺旋形伝熱管を平面に置いた円形の曲管と仮定してもよい。また、前記被覆ケーブル3の挿入条件は、前記被覆ケーブル3の先端にある前記センサユニット2を無視して断面形状と曲げ剛性が一定の柔軟なケーブルが円形の曲管の中に挿入されるものと単純化した。
【0072】
本実施形態における数式的分析過程で考慮した仮定事項を整理すれば次の通りである。
【0073】
仮定1:前記伝熱管は、平面上に置かれた円形の曲管と仮定する。すなわち、螺旋角を無視する。
仮定2:前記被覆ケーブル3の先端に結合された前記センサユニット2が受ける摩擦力は、考慮しない。
仮定3:前記被覆ケーブル3のすべての部分は円形の曲管の内面と均一に接触する。
仮定4:前記被覆ケーブル3の曲げ剛性による接触力は全区間で一定である。
仮定5:前記被覆ケーブル3と円形の曲管の間の摩擦係数は一定である。
【0074】
図6には、一定の曲率を有する伝熱管、すなわち円形の曲管内部で曲げ剛性を有する柔軟な前記被覆ケーブル3を挿入する過程で考慮することのできる力の平衡条件が示されている。図6で用いられた変数には、円形の曲管の曲率半径R、ケーブル挿入力S、挿入位置角θ、ケーブル曲げ剛性または、その他要因により発生する均一な接触力B、円形の曲管と前記被覆ケーブル3の間に作用する総垂直力N、円形の曲管と前記被覆ケーブル3との間の摩擦係数μがある。
【0075】
原点Oでモーメント平衡式を求めれば式(1)のようになる。
【0076】
【数2】

【0077】
前記式を簡略して整理すれば式(2)のようになる。
【0078】
【数3】

【0079】
円形の曲管とケーブルが接する位置で半径方向の力平衡式を求めれば式(3)のようになる。
【0080】
【数4】

【0081】
上の式を簡略して整理すれば式(4)のようになる。
【0082】
【数5】

【0083】
式(4)を式(2)に代入すれば式(5)のようになる。
【0084】
【数6】

【0085】
上の式を挿入開始位置から特定位置角まで積分して整理すれば式(6)のようになる。この時、挿入開始位置は、θ=0の条件であり、入口挿入力はSである。
【0086】
【数7】

【0087】
【数8】

【0088】
前記式(7)を整理して挿入位置角θまで伝えられる挿入力S(θ)を求めれば式(8)のようになる。
【0089】
【数9】

【0090】
式(8)を挿入回転数nで表現すれば式(9)のようになる。
θ=2πn(9)
【0091】
【数10】

【0092】
また、式(8)は、式(11)のような挿入位置角θと挿入長さLの関係式を利用すれば、挿入長さに係る挿入力を式(12)のように求めることができる。
L=Rθ(11)
【0093】
【数11】

【0094】
図7には、前記式(12)の挿入力を挿入長さの関数で示したグラフを示す。図7において、Leは挿入力がそれ以上伝えられない最大の挿入長さを示す。
【0095】
前記式(7)および式(11)を用いてS=0になる最大の挿入長さの式を求めれば、式(13)のようになる。
【0096】
【数12】

【0097】
前記式(13)において、最大の挿入長さは摩擦係数に反比例することが分かる。これによって、同一の半径を有する円形の曲管で同一の初期挿入力を加えると仮定すれば、摩擦係数が半分になれば最大の挿入長さは二倍に増加することがある。また、同一の条件で円形の曲管の曲率半径もまた挿入性に大きな影響を与える重要な因子である。
【0098】
前記式(12)を変形して挿入量を広めることによって、必要な入口挿入力Sを挿入距離の関数によって求めれば式(14)のようになる。
【0099】
【数13】

【0100】
前記式(14)を他の形態で表せば、式(15)のようになる。
【0101】
【数14】

【0102】
前記式(15)において、Stipは前記被覆ケーブル3の先端に取付ける前記センサユニット2の挿入に必要な最小挿入力である。前記式(14)および式(15)を参照すると、前記被覆ケーブル3を曲管に挿入する過程で曲管の入口で加えなければならない入口挿入力は挿入長さが増加することによって指数関数的に急激に増加する。この時、摩擦係数が大きいほど入口挿入力の増加率は大きく表れる。
【0103】
整理すれば、前記被覆ケーブル3の挿入性は、摩擦係数、曲率半径、ケーブルの曲げ剛性の影響を受ける。より詳しくは、摩擦係数が小さく、曲率半径が大きく、曲げ剛性が小さいほど前記被覆ケーブル3の挿入性は向上する。また、曲管の曲率半径は前記被覆ケーブル3の設計変数ではないため、前記被覆ケーブル3の挿入性を向上させるためには摩擦係数および曲げ剛性を最大限小さくすることが要求されると言える。
【0104】
前記被覆ケーブル3の挿入力算出式によれば、前記被覆ケーブル3の挿入性を向上させるためには、摩擦係数が小さいケーブル素材を選択したり、前記被覆ケーブル3に車輪(wheel)のように形状的に摩擦が少ない構造を導入することが好ましいことが分かる。より詳しくは、前記被覆ケーブル3は素材の側面では従来のナイロン6(Nylon−6)より摩擦係数の低いテフロン(登録商標)(Teflon)素材のケーブルを用いることが好ましく、構造的面で車輪を導入する場合には、車輪の直径を最大限大きくすることが好ましいと言える。
【0105】
以下では、本発明の第2実施形態について説明する。前記第2実施形態は、前記第1実施形態と車輪部、データケーブル、ワイヤーの配置において差異点があるため、前記差異点を除く前記第1実施形態と重複する内容は前記第1実施形態の説明を援用することにする。
【0106】
図8は、本発明の第2実施形態による伝熱管検査ケーブルの一部斜視図であり、図9は、本発明の第2実施形態による伝熱管検査ケーブル内部の一部斜視図であり、図10は、本発明の第2実施形態による伝熱管検査ケーブルの断面図である。
【0107】
図8〜図10を参照すると、本実施形態による伝熱管検査ケーブル5には、第1分離ユニット60と、前記第1分離ユニット60と所定角度回転して連結される第2分離ユニット70と、前記第2分離ユニット70に所定角度回転して連結される第3分離ユニット80と、前記第3分離ユニット80に所定角度回転して連結される第4分離ユニット90と、センサユニット2で収集された情報を伝達するためのデータケーブル31と、前記データケーブル31が切断されることを防止するためのワイヤー41とが含まれる。
【0108】
前記第1分離ユニット60には、ボディ部61と、伝熱管の内周面と接触する車輪部62が備えられる。
【0109】
前記ボディ部61には、前記データケーブル31を挿入することができるケーブル挿入部611と、前記車輪部62が貫通してもよい車輪孔を612と、前記ワイヤー41が貫通できるワイヤー号を613が形成される。
【0110】
前記ケーブル挿入部611は、前記ボディ部61の外周面に螺旋形に形成してもよい。すなわち、前記ケーブル挿入部611は、前記ボディ部61の長手方向に次第に巻かれるような形状に形成してもよい。一例として、本実施形態では2つのケーブル挿入部611が前記ボディ部61に螺旋形に形成することが開示される。
【0111】
前記伝熱管検査ケーブル5を構成する複数の分離ユニットのケーブル挿入部が、螺旋形を維持して連続的に連結されるのは、前記第1実施形態と同様である。一例として、図9(b)には前記第1分離ユニット60〜第4分離ユニット90のケーブル挿入部611,711,811,911が螺旋形を維持して連続的に連結されることが示される。また、前記ケーブル挿入部611は前記車輪部62を基準として対称的に形成してもよい。したがって、前記伝熱管検査ケーブル5が伝熱管で動く時、前記データケーブル31が受ける力が分散してもよい。
【0112】
前記車輪部62および前記データケーブル31が干渉することを防止するために、前記ケーブル挿入部611は、前記車輪孔612と重ならないように形成される。
【0113】
前記車輪孔612は、前記ボディ部61の側面に貫通形成される。前記車輪孔612は、前記車輪部62が干渉されないように前記車輪部62より若干大きく形成される。前記車輪孔612は前記車輪部62と対応するように平たい形状に形成してもよい。前記車輪孔612は、前記ボディ部61の中心部を通るように形成することが好ましい。これは、前記伝熱管検査ケーブル5が伝熱管内部を動かす時、均衡を維持してもよいようにするためである。
【0114】
前記伝熱管検査ケーブル5を構成する各分離ユニットは、隣り合う分離ユニットに対して回転して連結されるため、前記各分離ユニットの車輪孔も隣り合う分離ユニットの車輪孔に対して所定角度回転する。一例として、図9(b)には、第1〜第4分離ユニットの車輪孔が隣り合う分離ユニットの車輪孔に対して45度の角度で回転して形成することが示される。
【0115】
前記車輪部62は、前記ボディ部61に回転可能に結合される。前記車輪部62は前記車輪孔612を貫通して前記ボディ部61の両側に突出する。このために、前記車輪部62の直径は前記ボディ部61の幅より大きく形成されなければならない。
【0116】
前記伝熱管検査ケーブル5を構成する各分離ユニットの車輪孔が隣り合う分離ユニットの車輪孔と所定角度回転するため、前記各分離ユニットの車輪部62,72,82,92も隣り合う分離ユニットの車輪部と所定角度回転する。これによって、前記ボディ部61の前面から眺める時、前記伝熱管検査ケーブル5を構成する隣り合う分離ユニットの車輪部は重ならない。一例として、図9(a)には、前記ボディ部61の前面から眺める時、前記伝熱管検査ケーブル5を構成する各分離ユニットの車輪部が重ならないで、45度角度に配置されることを見ることができる。これは、前記伝熱管検査ケーブル5を構成する各々のボディ部と前記伝熱管の内周面が接触することを防止するためである。
【0117】
一方、前記データケーブル31は、各分離ユニットの車輪部と干渉することを避けながら、前記各分離ユニットボディ部に螺旋形に巻かれて結合される。前記データケーブル31は2つが含まれてもよく前記各分離ユニットの車輪部の両側を通るように結合してもよい。
【0118】
前記ワイヤー号を613は、前記車輪部62の両側を通るように穿孔形成してもよい。これによって、前記ワイヤー41は前記各分離ユニットの車輪部を基準として対称的に配置することができる。したがって、前記伝熱管検査ケーブル5が伝熱管で動く時、前記ワイヤー41が受ける力を分散することができる。
【0119】
本実施形態の場合、前記第1実施形態より前記車輪部の半径を格段に大きくし、前記車輪部と伝熱管の間の摩擦力を画期的に減らすことができる。
【符号の説明】
【0120】
1:伝熱管検査ケーブル
2:センサユニット
3:被覆ケーブル
10:第1分離ユニット
11:ボディ部
12:車輪部
13:カバー部
20:第2分離ユニット
30:データケーブル
40:ワイヤー
111:ケーブル挿入部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
伝熱管の欠陥を検出することのできるセンサユニットと、
ボディ部と前記ボディ部に回転可能に結合される車輪部とを備える複数の分離ユニットと、
前記複数の分離ユニットのボディ部の内側で螺旋形に回転して延在し、前記センサユニットで検出された情報を伝達するデータケーブルと、
前記複数の分離ユニットのボディ部を貫通して、前記データケーブルが切断されることを防止するワイヤーと、
を含む伝熱管検査ケーブル。
【請求項2】
前記ボディ部には、前記ボディ部の長手方向に次第に螺旋形に巻かれるような形状に形成されるケーブル挿入部が形成される請求項1に記載の伝熱管検査ケーブル。
【請求項3】
前記各分離ユニットケーブル挿入部は、前記分離ユニットと隣り合う分離ユニットのケーブル挿入部と連続的に連結されるように形成される請求項2に記載の伝熱管検査ケーブル。
【請求項4】
前記ボディ部の長さは、伝熱管の曲率半径に対応して調節される請求項1に記載の伝熱管検査ケーブル。
【請求項5】
前記車輪部には、第1車輪部および前記第1車輪部から設定された間隔を離隔する第2車輪部が含まれ、
前記第2車輪部は、前記第1車輪部から設定された角度を回転する請求項1に記載の伝熱管検査ケーブル。
【請求項6】
前記車輪部は、前記ケーブル挿入部の間に結合される請求項2に記載の伝熱管検査ケーブル。
【請求項7】
前記車輪部の一側は、前記ボディ部の外部に突出し、他側は前記ボディ部の中心に隣接した地点まで挿入される請求項1に記載の伝熱管検査ケーブル。
【請求項8】
前記データケーブルは、前記車輪部間に延在する請求項1に記載の伝熱管検査ケーブル。
【請求項9】
前記車輪部は、前記ボディ部を貫通して、前記車輪部の両断は前記ボディ部の外部に突出する請求項1に記載の伝熱管検査ケーブル。
【請求項10】
前記車輪部は、前記ボディ部の中央部を貫通する単一の車輪である請求項9に記載の伝熱管検査ケーブル。
【請求項11】
前記ケーブル挿入部は、前記車輪部を基準として対称的に形成される請求項10に記載の伝熱管検査ケーブル。
【請求項12】
前記ワイヤーは、前記各分離ユニットの車輪部を基準として対称的に配置される請求項10に記載の伝熱管検査ケーブル。
【請求項13】
前記各分離ユニットは、前記分離ユニットと隣り合う分離ユニットに対して所定角度回転して連結される請求項1に記載の伝熱管検査ケーブル。
【請求項14】
伝熱管の内周面を検出するセンサユニットと、
ボディ部と、一側は前記ボディ部の外部に突出して、他側は前記ボディ部の中心に隣接した部分まで延在する車輪部とを備える複数の分離ユニットと、
前記複数の分離ユニットの前記車輪部の間の空間で螺旋形に回転して前記ボディ部の長手方向に延在するデータケーブルと、
前記複数の分離ユニットのボディ部を貫通して、前記データケーブルが切断されることを防止するワイヤーと、
を含む伝熱管検査ケーブル。
【請求項15】
前記各分離ユニットは、隣り合う分離ユニットに対して所定角度回転して連結される請求項14に記載の伝熱管検査ケーブル。
【請求項16】
伝熱管の内周面を検出するセンサユニットと、
ボディ部および前記ボディ部を貫通する単一の車輪部を備える複数の分離ユニットと、
前記複数の分離ユニットの前記車輪部の両側で螺旋形に回転して前記ボディ部の長手方向に延在するデータケーブルと、
前記複数の分離ユニットのボディ部を貫通して、前記データケーブルが切断されることを防止するワイヤーと、
を含み、
前記車輪部の両断は、前記ボディ部の外部に突出する伝熱管検査ケーブル。
【請求項17】
前記各分離ユニットは、隣り合う分離ユニットに対して所定角度回転して連結される請求項16に記載の伝熱管検査ケーブル。
【請求項18】
伝熱管の欠陥を検出することのできるセンサユニットと、端部に前記センサユニットが結合される被覆ケーブルを含む伝熱管検査ケーブルの挿入力解析方法において、
前記被覆ケーブルの挿入に必要な挿入力を決定する因子は、前記被覆ケーブルの伝熱管に対する接触力B、前記伝熱管の曲率半径R、前記伝熱管および被覆ケーブルの間の摩擦係数μ、前記被覆ケーブルが前記伝熱管に挿入される挿入長さL、前記センサユニットが前記伝熱管に挿入されるのに必要な最小の力Stipを含み、
前記被覆ケーブルの挿入における挿入力の算出式は、
【数1】

である伝熱管検査ケーブルの挿入力解析方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2012−47718(P2012−47718A)
【公開日】平成24年3月8日(2012.3.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−31348(P2011−31348)
【出願日】平成23年2月16日(2011.2.16)
【出願人】(500002490)コリア アトミック エナジー リサーチ インスティチュート (20)
【Fターム(参考)】