管内挿入式超音波探傷検査装置
【課題】超音波探触子への電源供給や信号の送受のためのケーブルと、超音波探傷検査装置の管内移送のためのコイルバネ等を用いたケーブルを用いることなく、水流圧だけでスムーズに管内を移動できるようにした管内挿入式超音波探傷検査装置を提供する。
【解決手段】管内挿入式超音波探傷検査装置１０は、管４０の内壁に超音波を照射するとともに、超音波の反射波を受信する超音波探触子１１と、超音波探触子１１にパルス電圧を印加して超音波を発生させるとともに、超音波探触子１１で受信される超音波の反射波のパルス信号を受信するパルス発生受信部１２と、管４０の径方向に対して中央に位置するように超音波探触子を保持する調芯治具１４と、超音波探触子１１の水流方向上流側に設けられ、水ポンプにより加圧された水を駆動源として回転するウォータータービン１１４とを備える。
【解決手段】管内挿入式超音波探傷検査装置１０は、管４０の内壁に超音波を照射するとともに、超音波の反射波を受信する超音波探触子１１と、超音波探触子１１にパルス電圧を印加して超音波を発生させるとともに、超音波探触子１１で受信される超音波の反射波のパルス信号を受信するパルス発生受信部１２と、管４０の径方向に対して中央に位置するように超音波探触子を保持する調芯治具１４と、超音波探触子１１の水流方向上流側に設けられ、水ポンプにより加圧された水を駆動源として回転するウォータータービン１１４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管内挿入式超音波探傷検査装置に係り、特に、超音波探傷検査装置の管内移送のためのコイルバネ等を用いたケーブルや、電源供給や信号送受のためのケーブルを用いず、水流圧で超音波探傷検査装置を移送させながら、火力発電プラント等の熱交換器におけるボイラチューブ等の管の肉厚や傷を測定できるようにした、管内挿入式超音波探傷検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
火力発電プラント等の熱交換器におけるボイラチューブ等の管は、内部に高温、高圧の流体を通すことになるので、管体の傷や割れ、減肉等を検査する必要がある。しかしながら、こういった火力発電プラント等の熱交換器におけるボイラチューブ等の管は、設置された後では周囲に各種構築物が存在することになるため、外部からの探傷、肉厚検査等が難しい。
【０００３】
そのため、こういったボイラチューブ等の管内の検査に用いる超音波探触子として、本願出願人は、例えば、一例として特許文献１に示され、図２２に構成概略の一例を示したように、フレキシブルシャフト（バネコイル等の弾性材）７３で連結された超音波探触子ホルダ７２を有し、調芯のため、フレキシブルシャフト７３の超音波探触子ホルダ７２の前後に対向して配置される２つの弾性ワイヤ端部固定リング７８と、そのリング７８間の周囲にほぼ等間隔に配置され、周方向に第１の所定傾斜角および軸心に対し第２の所定傾斜角で両端がそれぞれ上記２つのリング７８に取付けられる、複数の弾性ワイヤ（調芯治具）７７とを有するねじりかご式調芯具８３などを備えた管内挿型超音波探触子を種々提案した。
【０００４】
なお、この図２２において７０は管内挿型超音波探触子であり、７１は超音波探触子本体、７４は管の曲がりにおいても管内挿型超音波探触子７０がスムーズに通過できるよう案内する先端ガイド、７５はフレキシブルシャフト７３と搬送ケーブル７６とを接続するためのケーブルジョイント、７９はねじりかご式調芯具８３の管壁への圧縮圧を略一定に保つためのコイル押バネ、８０はバネ圧調節ナット、８１はこの管内挿型超音波探触子７０が検査する被検管、８２は探傷のための超音波伝搬媒質とこの管内挿型超音波探触子７０の搬送送水とを兼ねた水である。
【０００５】
また、この図２２に示した管内挿型超音波探触子７０は、管内の移送をコイルバネ等を用いたケーブルによる押し込みで行いながら管の検査を行うもので、その装置構成が本願出願人の出願になる特許文献２に管内挿入式超音波探傷検査装置として示されている。その概略を示したのが図２３であり、この図２３の管内挿入式超音波探傷検査装置は、先端に挿入装置８８が設けられた連結式の案内ロッド９０を管寄せ８５内に送り込む案内装置８９、管寄せ８５内に送り込まれた案内ロッド９０の終端が結合され、先端に局部水浸用プローブヘッド（図２２における超音波探触子本体７１）が設けられたコイルバネ９４を案内ロッド９０内に送り込む送給装置９１、およびコイルバネ９４内に配設された超音波探傷用ケーブル９５と、水ホース９６の終端にそれぞれ接続された超音波探傷装置（Ｐｕｌｓｅｒ／Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）９７と、水ポンプ９８とを備え、ボイラ管８６を切断することなく、また大掛りな器材や大量の水を使用することなく、水ポンプ９８で送り込まれる水と、送給装置９１で管内に送り込まれるコイルバネ９４とによって局部水浸用プローブヘッドを管内で移動させ、ボイラ管８６内面の超音波探傷を可能としたものである。なお、この図２３において、８７は検査孔、９２は回転式インレットガイド、９３は支持架台である。
【０００６】
また特許文献３には、信号送受のためのケーブルが接続され、管内に挿入して管壁の異常の有無を検出する超音波測定装置を水圧でスムーズに移動させるため、測定装置本体の前後に可搬性を有する接続体を介して前部調芯移勤部材と後部調芯移動部材とを取り付けると共に、前部調芯部材の前方に前部円錐形案内子を、後部調芯部材の後方に後部円錐形案内子をそれぞれ設け、かつ、前部円錐形案内子と後部円錐形案内子の円錐形底面が互に向き合うように構成して、水圧を効率良く受けて超音波測定装置を効率良く移動させることができるようにした超音波測定装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３０４０６４１号公報
【特許文献２】特開平９−１４５６８７号公報
【特許文献３】実公昭和６２−４５１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、熱交換器におけるボイラチューブ等の管は、例えば長さが１００ｍを越えるものもあって非常に長いものがあるが、以上説明してきた特許文献１乃至３においては超音波探触子を、コイルバネ等を用いたケーブルと水の力とを利用して少しずつ管内へ押し込んで移動させており、そのために長いケーブルが必要となる。しかし、こういったコイルバネ等を用いたケーブルが長くなると重量が非常に大きくなると共に、このケーブルは特殊ケーブルのため高額となり、ケーブルの輸送コストも大きくなる。また、そのケーブルを巻き取るために巻取り装置が必要であるが、ケーブルが長いために装置が大型になると共にハンドリングが難しく、検査に熟練と人員を要する。
【０００９】
さらに、配管のベンド部（曲がり部）が増えるとこういったコイルバネ等を用いたケーブルとの接触抵抗が増え、ケーブルの流動抵抗が大きいために押し込む水のポンプは大きな力を必要とする。そのためポンプが大型化し、その輸送コストが高くつくと共に測定にこのように種々の装置が必要であるから、設置などのハンドリングが大掛かりになる上にメンテナンスが容易でなくなり、広い機器設置スペースも必要となる。
【００１０】
また、管を３６０度検査するため、チャンネル数を複数設定しても計測不可領域が存在するが、チャンネル数の増加は部品点数とケーブル径を増大させ、故障のリスクが高まると共に肉厚測定装置本体が大きくなり、現場での搬送・組立・調整に時間と労力を要して操作（調整）が複雑化し、最終的には搬送性に影響するためチャンネル数増加に限界が生じる。さらに、専用の高圧電源を確保する必要があるが水を併用するため感電の危険性があり、海外工事においては高額な輸送コストと長い輸送期間が必要、超音波探触子は金属製で比重が大きいためたわみ易く、その際管内面の突起部等と接触して挿入性を低下させる、などの問題がある。
【００１１】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、超音波探触子への電源供給や信号の送受のためのケーブルと、超音波探傷検査装置の管内移送のためのコイルバネ等を用いたケーブルを用いることなく、水流圧だけでスムーズに管内を移動できるようにした管内挿入式超音波探傷検査装置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】
【００１２】
本発明に係る管内挿入式超音波探傷検査装置は、水ポンプにより加圧された水が送り込まれる管に挿入される管内挿入式超音波探傷検査装置であって、前記管の内壁に超音波を照射するとともに、前記超音波の反射波を受信する超音波探触子と、前記超音波探触子にパルス電圧を印加して超音波を発生させるとともに、前記超音波探触子で受信される前記超音波の反射波のパルス信号を受信するパルス発生受信部と、前記管の径方向に対して中央に位置するように前記超音波探触子を保持する調芯治具と、前記超音波探触子の水流方向上流側に設けられ、前記水ポンプにより加圧された水を駆動源として回転するウォータータービンとを備えることを特徴とする。
【００１３】
上記管内挿入式超音波探傷検査装置によれば、超音波探触子への電源供給や信号の送受のためのケーブル、及び超音波探傷検査装置の管内移送のためのコイルバネ等を用いたケーブルが不要となる。よって、長く高価なケーブルとケーブルの巻取り装置が不要になるとともに、ケーブルの輸送コスト、大型で大きな力のポンプ等が不要となる。また、巻取り装置、ポンプ等を設置するスペースが不要となり、コスト削減が可能となる。さらに、ハンドリングが簡単になることから、検査に対する熟練も不要となるので人員も削減でき、メンテナンスも簡単になる。
また、超音波探触子への電源供給や信号の送受のためのケーブルと、超音波探傷検査装置の管内移送のためのコイルバネ等を用いたケーブルが無くなることで、配管のベンド部（曲がり部）での接触抵抗が低減する。よって、管内に挿入した管内挿入式超音波探傷検査装置を水流圧だけでスムーズに移動させることができる。
【００１４】
管内に供給される水流は、水ポンプによって加圧されて送り込まれるために流速が一定である。しかし、単に、管内挿入式超音波探傷装置を水流圧で押出すだけでは、管内挿入式超音波探傷装置の速度を安定させることが難しい。管内挿入式超音波探傷装置を用いて一定周期で探傷測定を繰り返す場合、管内を走行する管内挿入式超音波探傷装置の速度が一定でないと測定点数の粗密が発生し、探傷測定の検査結果にムラが生じてしまう。
そこで、上記管内挿入式超音波探傷検査装置は、水流を駆動力とするウォータータービンを備える。この場合、管内に供給される水流の流速が一定であるため、管内挿入式超音波探傷装置は回転数が一定のウォータータービンにより推進し、安定した速度で管内を走行することができる。また、安定した速度で管内を走行することができるので、検査結果にムラがなくなり、検査の精度を向上させることができる。
【００１５】
また、前記ウォータータービンの回転数を前記ウォータータービンの移動距離に換算する換算手段を備えてもよい。
これにより、ウォータータービンの移動距離が得られるので、管内における超音波探蝕子の位置を特定することが可能である。よって、管内の傷等の位置を特定することができる。
【００１６】
また、前記超音波探触子の水流方向下流側および上流側にそれぞれ設けられ、前記管の両端から発信される音波を受信する受信器と、前記受信器でそれぞれ受信される音波の受信時間の時間差から前記超音波探触子の位置を算出する算出手段とを備えてもよい。
これにより、超音波探触子の位置を算出することができるので、管内の傷等の位置を特定することができる。
【００１７】
また、前記超音波探触子の水流方向上流側に浮きを備えてもよい。
管内挿入式超音波探傷検査装置の構成要素は、通常、水に沈降する傾向があり、重力方向に対して下側の管壁に接触し、装置の安定走行に影響を及ぼす恐れがある。しかし、超音波探触子の水流方向上流側に浮きを備えることにより、管内挿入式超音波探傷検査装置の構成要素の重量に起因する構成要素と管壁との接触を低減することができる。よって、構成要素が水流圧で管の内壁に押しつけられることを防ぐことができ、管内挿入式超音波探傷検査装置を安定した速度で走行させることができる。
【００１８】
また、前記水ポンプにより加圧された水の水流方向に沿って形成され、前記水よりも小さい比重を有するひげ状物を備えてもよい。
これにより、水流圧を受けやすくなるとともに、管内挿入式超音波探傷検査装置の構成要素の重量に起因する構成要素と管壁との接触を低減することができる。よって、管内に挿入した管内挿入式超音波探傷検査装置を水流圧だけでスムーズに移動させることができる。
【００１９】
また、前記管の内壁との間に、前記管の内壁との接触摩擦を低減する車輪状部材もしくはベアリングを備えてもよい。
これにより、管内挿入式超音波探傷検査装置が管の内壁と接触することによって生じる接触摩擦を低減することができるので、水流圧だけでスムーズに管内を移動することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、超音波探触子への電源供給や信号の送受のためのケーブル、及び超音波探傷検査装置の管内移送のためのコイルバネ等を用いたケーブルが不要となる。よって、長く高価なケーブルとケーブルの巻取り装置が不要になるとともに、ケーブルの輸送コスト、大型で大きな力のポンプ等が不要となる。また、巻取り装置、ポンプ等を設置するスペースが不要となり、コスト削減が可能となる。さらに、ハンドリングが簡単になることから、検査に対する熟練も不要となるので人員も削減でき、メンテナンスも簡単になる。
また、超音波探触子への電源供給や信号の送受のためのケーブルと、超音波探傷検査装置の管内移送のためのコイルバネ等を用いたケーブルが無くなることで、配管のベンド部（曲がり部）での接触抵抗が低減する。よって、管内に挿入した管内挿入式超音波探傷検査装置を水流圧だけでスムーズに移動させることができる。
さらに、ウォータータービンを備えることで、管内挿入式超音波探傷装置は、安定した速度で管内を走行することができる。よって、検査結果にムラがなくなり、検査の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態１に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】ウォータータービンの一例を示す斜視図である。
【図３】実施形態２に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の一例を示す図である。
【図４】実施形態２に係る管内挿入式超音波探傷検査装置を用いた探傷例を示す概略図である。
【図５】音波送信器が、ボイラチューブの端部に設けられた挿入ノズルを介して装着されている状態を示している。
【図６】音波情報と、受信信号情報の模式図である。
【図７】受信結果と、測定位置を示す図である。
【図８】位置情報を確認するグラフである。
【図９】実施形態３に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の一例を示す図である。
【図１０】実施形態３に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の他の構成例を示す図である。
【図１１】実施形態４に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の一例を示す概略構成図である。
【図１２】実施形態５に係る管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する超音波探触子に用いる帯型可塑性振動子の配置状態を説明するための図である。
【図１３】実施形態６に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動を容易にするための構成例で、浮きを付加した場合の構成図である。
【図１４】実施形態７に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動を容易にするための構成例で、ひげを付加した場合の構成図である。
【図１５】実施形態８に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、超音波探触子を調芯するための治具の数を増やした場合の構成図である。
【図１６】実施形態９に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する要素の間を繋ぐ部材に円盤を取り付けた場合の構成図である。
【図１７】実施形態１０に係る本発明になる管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置の進行方向先頭の構成要素にパラシュート状や円盤状の受水部を取り付けた場合の構成図である。
【図１８】実施形態１１に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する超音波探触子表面に毛布のように水に剪断力を生じる部材を設けた場合の構成図である。
【図１９】実施形態１２に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する要素の水流が当たる側に窪みを設け、水流圧を上昇させた場合の構成図である。
【図２０】実施形態１３に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する要素に凸凹を設けて水流力を利用する場合の構成図である。
【図２１】実施形態１４に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する要素に管壁との摩擦係数を低減する例えば車輪状物を設けた場合の構成図である。
【図２２】ケーブルによって管内に押し込んでいた従来の管内挿入式超音波探傷検査装置を説明するための構成概略図である。
【図２３】従来の管内挿入式超音波探傷検査装置を用い、火力発電プラント等の熱交換器における管の検査を行うための装置概略を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。
【００２３】
［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の一例を示す概略構成図である。図２は、ウォータータービンの一例を示す斜視図である。
【００２４】
管内挿入式超音波探傷検査装置１０は、図１に示すように、主に、超音波探触子（センサ）１１と、パルス発生受信部（Ｐｕｌｓｅｒ／Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）１２と、調芯治具１４と、ウォータータービン１１４と、換算装置（換算手段に相当）１１６とを備える。
また、管内挿入式超音波探傷検査装置１０は、管４０の曲がり部で引っかからないよう頭を接触させて滑らせながら走行させるための先端ガイド１５と、超音波送受信装置１２を駆動する電源となる電池（バッテリ）１３とを含む。これらの管内挿入式超音波探傷検査装置１０の構成要素は、フレキシブルシャフト１６で互いに接続される。
【００２５】
超音波探触子（センサ）１１は、管４０の内壁に超音波を照射するとともに、超音波の反射波を受信する。なお、図示しないが、超音波探触子１１はパルス電圧を印加することで振動する圧電素子を有する。
【００２６】
パルス発生受信部１２は、超音波探触子１１にパルス電圧を印加して超音波を発生させるとともに、超音波探触子１１で受信される超音波の反射波のパルス信号を受信する。
【００２７】
調芯治具１４は、管４０の径方向に対して中央に位置するように超音波探触子１１を保持する。
【００２８】
ウォータータービン１１４は、超音波探触子１１の水流方向上流側に設けられ、不図示の水ポンプにより加圧された水を駆動源として回転する。特に、ウォータータービン１１４の効果が十分に得られる観点から、ウォータータービン１１４は、水流方向の最上流側に設けることが好ましい。
ウォータータービン１１４としては、例えば、図２に示すように、軸１１４Ａの端部に一定の間隔で翼１１４Ｂが配置された構成の羽根車が挙げられる。
【００２９】
管４０内に供給される水流は、水ポンプによって加圧されて送り込まれるために流速が一定である。この場合、管内挿入式超音波探傷装置１０は回転数が一定のウォータータービン１１４により推進し、安定した速度で管内を走行することができる。
よって、上記の管内挿入式超音波探傷検査装置によれば、安定した速度で管内を走行することができるので、管内挿入式超音波探傷装置１０を用いて一定周期で探傷測定を繰り返す場合、測定点数の粗密の発生を防止できる。これにより、管内挿入式超音波探傷検査装置１０を用いた管内の探傷検査の検査結果にムラがなくなり、検査の精度を向上させることができる。
【００３０】
換算装置１１６は、ウォータータービン１１４の回転数をウォータータービン１１４の移動距離に換算する。
これにより、ウォータータービン１１４の移動距離が得られるので、管４０内における超音波探蝕子１１の位置を特定することが可能である。よって、管４０内の傷等の位置を特定することができる。
【００３１】
なお、図示しないが、換算装置１１６の代わりに、加速度センサを用いて、位置特定してもよい。一定周期で加速度をモニタリングし、公知の計算手法により加速度から超音波探蝕子１１の位置を計算し、管４０内の傷等の位置を特定することができる。
【００３２】
管内挿入式超音波探傷検査装置１０は、不図示の水ポンプにより加圧された水が送り込まれる管４０内に挿入され、図１に示すように、水流方向４２の水流圧を受けて管４０内を走行する。
【００３３】
このように、管内挿入式超音波探傷検査装置１０は、超音波探触子１１への電源供給や信号の送受のためのケーブル、及び超音波探傷検査装置の管内移送のためのコイルバネ等を用いたケーブルが不要となる。よって、長く高価なケーブルとケーブルの巻取り装置が不要になるとともに、ケーブルの輸送コスト、大型で大きな力のポンプ等が不要となる。また、巻取り装置、ポンプ等を設置するスペースが不要となり、コスト削減が可能となる。さらに、ハンドリングが簡単になることから、検査に対する熟練も不要となるので人員も削減でき、メンテナンスも簡単になる。
また、超音波探触子１１への電源供給や信号の送受のためのケーブルと、超音波探傷検査装置の管内移送のためのコイルバネ等を用いたケーブルが無くなることで、管４０のベンド部での接触抵抗が低減する。よって、管４０内に挿入した管内挿入式超音波探傷検査装置１０を水流圧だけでスムーズに移動させることができる。
【００３４】
［実施形態２］
次に、実施形態２に係る管内挿入式超音波探傷検査装置について説明する。
図３は、実施形態２に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の一例を示す図である。図４は、実施形態２に係る管内挿入式超音波探傷検査装置を用いた探傷例を示す概略図である。図５は、音波送信器が、ボイラチューブの端部に設けられた挿入ノズルを介して装着されている状態を示している。図６は、音波情報と、受信信号情報の模式図である。図７は、受信結果と、測定位置を示す図である。図８は、位置情報を確認するグラフである。
【００３５】
実施形態２に係る管内挿入式超音波探傷検査装置１００は、図１に示す換算装置１１６を用いた管４０内における超音波探蝕子１１の位置特定の手法が異なる点を除けば、図１で説明した管内挿入式超音波探傷検査装置１０と同一の構成である。なお、図３には説明を簡単にするために、パルス発生受信部１２と、電池１３と、ウォータータービン１１４と、先端ガイド１５とを省略し、超音波探触子１１と調芯治具１４とを示した。
また、実施形態１と同一の構成については、その詳細な説明を省略する。
【００３６】
管内挿入式超音波探傷検査装置１００は、図３に示すように、超音波探蝕子１１の位置特定するものとして、受信器１０３−１、１０３−２と、記憶装置１０４−１、１０４−２と、算出部（算出手段に相当）１０６とを備える。
【００３７】
受信器１０３−１、１０３−２は、超音波探触子１１の水流方向下流側および上流側にそれぞれ設けられ、管４０の両端から発信される音波１０１を受信する。図３では、超音波探触子１１の水流方向下流側に設けられる受信器を前方側受信器１０３−１、超音波探触子１１の水流方向上流側の受信器を後方側受信機１０３−２とする。
【００３８】
記憶装置１０４−１、１０４−２は、前方側受信器１０３−１および後方側受信機１０３−２で音波１０１を受信した時間のデータ情報を記憶する。
なお、図３では、記憶装置を２台設けて、水流方向下流側の記憶装置１０４−１と、水流方向上流側の記憶装置１０４−２とで独立してその時間データを記憶するようにしているが、これに限定されることなく、記憶装置を１台として共用するようにしてもよい。
【００３９】
算出部１０６は、前方側受信器１０３−１および後方側受信機１０３−２でそれぞれ受信される音波１０１の受信時間の時間差から超音波探触子１１の位置を算出する。このように、超音波探触子１１の位置を算出することができるので、管４０内の傷等の位置を特定することができる。
【００４０】
音波１０１は、図４に示すように、管４０の両端の出入り口部４０ａ、４０ｂにそれぞれ設けられる音波送信機１０２−１、１０２−２によって発信される。
音波送信機１０２−２は、図５に示すように、管４０の出入り口部４０ｂに設けられた挿入ノズル１０９を介して装着されていてもよい。また、図示しないが音波送信機１０２−２と同様に、音波送信機１０２−１は、管４０の出入り口部４０ａに設けられた挿入ノズル１０９を介して装着されていてもよい。
【００４１】
音波送信機１０２−１、１０２−２から同時に発射された音波１０１は、前方側受信機１０３−１及び後方側受信機１０３−２で受信され、その時間情報を記憶装置１０４−１、１０４−２で記憶させる。その後、算出部を用いて、記憶装置１０４−１、１０４−２に記憶させておいた時間情報から音波探触子１１の位置を算出する。
【００４２】
例えば、管内挿入式超音波探傷検査装置１００では、位置情報を取得するために、先ず、管４０の両端に設けた音波送信装置１０２−１、１０２−２から音波１０１を一秒毎に発射させる。
その発射された音波は、図６に示すように、前方側受信機１０３−１の受信信号の情報（Ｔ１、Ｔ３・・・Ｔｍ）として記憶されるとともに、後方側受信機１０３−２の受信信号の情報（Ｔ２、Ｔ４・・・Ｔｎ）として記憶される。
その結果、前方側受信機１０３−１と後方側受信機１０３−２においては、図７に示すような時間信号が記憶される。
そして、図８に示すように、Δｔが０になるときには、管４０の長さは全長の１／２となり、Δｔが最小又は最大となるときには、管４０の長さの全長となることとなる。このようにして、算出部では、時間情報から管４０内における音波探触子１１の位置が算出される。
【００４３】
よって、検査が終了した後、音波１０１を受信した時間のデータと、肉厚測定データとを整合させて、ボイラチューブ等の管の探傷、肉厚検査等の情報の位置を特定することができる。
【００４４】
［実施形態３］
図９は、実施形態３に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の一例を示す図である。図１０は、実施形態３に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の他の構成例を示す図である。
【００４５】
実施形態１および実施形態２で述べた超音波探蝕子１１の位置特定の手法の他に、例えば、図９に示すように、超音波探触子（センサ）１１の先端側にエンコーダ記憶装置１１０を設け、管４０の内壁にローラ形状の車輪状部材１１１を接触させることで距離を計測するようにしてもよい。ここでは、管４０の内壁の凹凸に対応するように、凹凸のローラ形状の車輪状部材とすることで、管４０の内壁との接触摩耗を低減するようにしている。
これにより、車輪状部材１１１の回転速度より距離を算出し、上述の記憶装置に記憶させることで、管４０内における超音波探蝕子１１の位置を特定することが可能である。よって、管４０内の傷等の位置を特定することができる。
【００４６】
また、図１０に示すように、図９に示したローラ形状の車輪状部材を１１１Ａ及び１１１Ｂとして二方向に装着させて、走行の安定性を向上させるようにしてもよい。ここでは、ばね１１２を利用することにより、管４０の内壁に対して微力な圧力をかけて管４０の内壁と接触させている。
図９と同様に、管４０内における超音波探蝕子１１の位置を特定することが可能である。
【００４７】
［実施形態４］
図１１は、実施形態４に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の一例を示す概略構成図である。
管内挿入式超音波探傷検査装置１０は、図１１に示すように、収納容器（防水構造体）２０に収納してもよい。なお、管内挿入式超音波探傷検査装置１０は、図１と同様に、超音波探触子（センサ）１１と、パルス発生受信部（Ｐｕｌｓｅｒ／Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）１２と、電池１３などを含む。
【００４８】
収納容器（防水構造体）２０は、例えば、ＰＰ樹脂などの水より比重の軽い材料により円形、または楕円形などに形成し、防水構造として内部に空気を閉じこめられるようにする。これにより、管内挿入式超音波探傷検査装置１０が水中に浮いた状態で搬送され、管内面に突起等があっても接触して摩擦を生じたりすることがなくなる。
【００４９】
収納容器２０は、超音波探触子１１を収容する収納部２１と、パルス発生受信部１２を収容する収納部２２と、電池１３を収容して蓋２４で塞いで一端を閉じることができるようにした収納部２３と、収納部２１、２２、２３を互いに接続するＰＶＣなどの軟質ゴムで形成したフレキシブルシャフト１６とを含む。
【００５０】
それぞれの収納部２１、２２、２３は前記したように円形、または楕円形などに形成することで管壁に接触したとき、摩擦抵抗が少なくなるような形状に構成することが好ましいが、多角柱形状に形成しても良い。
【００５１】
また、収納部２１、２２、２３を繋ぐフレキシブルシャフト１６は、図１１では簡略化して描いてあるが、収納部２１、２２、２３との接続部をネジ状に形成してしっかりと結合できるようにするとともに、確実な防水構造とすることが必要である。そのため、例えば、ガスのコンセントとガス管の接合部のように、一端を凹凸状に形成してフレキシブルシャフト１６を強力な押し込み力で押し込むようにしたり、防水用油などを用いたりすることで防水構造とする。また、管４０のベンド部で管内挿入式超音波探傷検査装置１０がスムーズに通過できるように、フレキシビリティを大きくすることが好ましい。
【００５２】
［実施形態５］
図１２は、実施形態５に係る管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する超音波探触子に用いる帯型可塑性振動子の配置状態を説明するための図である。
【００５３】
まず、超音波探触子（センサ）１１の周囲３６０度の検査を一度で行えるような機構であるが、従来用いられていた超音波探触子は剛体であるため、その振動子により発せられる超音波のスキャンできる範囲が限られる。図１２（Ａ）に示すように、例え４チャンネル用いたとしても狭いスキャン範囲３１しか得られなかった。
【００５４】
これに対し、最近、例えば、曲面に配した超音波振動子が出現している。この超音波振動子を、図１２（Ｂ−１）および図１２（Ｂ−２）に示すように、超音波探触子１１の中心部３３にその曲率に合わせて４つ配し、それぞれのスキャン範囲３４を９０度とすることで、中心部３３の周囲３６０度を一度でスキャンできるようにすることができる。
なお、図１２（Ｂ−１）および図１２（Ｂ−２）は、説明を分かり易くするために４つの帯型振動子３０を２つに分けて示しているが、実際には中心部３３の周囲に９０度ずつ角度を異ならせて４つ配するようにする。上述の例では超音波振動子を４つ配した場合を示したが、振動子の対応角度に応じ、６つまたは８つ配するようにしてもよい。
【００５５】
そして超音波探触子１１から得られる管壁からのエコー信号は、パルス発生受信部１２に設けた図示していないメモリに記憶し、この管内挿入式超音波探傷検査装置１０がボイラチューブ等の管４０から排出された後、パソコンなどにデータだけ取り出して傷や減肉などの所在を解析する。
【００５６】
そのとき、管内挿入式超音波探傷検査装置１０の管４０内における位置が問題となるが、例えばボイラチューブ等の配管のベンド部（曲がり部）や配管の溶接部は特有なエコーが生じるから、それら特有なエコーとエコーの時間間隔を計り、間を均等割したり、管内挿入式超音波探傷検査装置１０から位置情報認識のための信号を発信する発信器を設け、その信号から位置を求めるようにしてもよい。
【００５７】
このようにすることにより、容易に管４０を３６０度検査することができ、しかも従来装置のように部品点数とケーブル径の増大といった問題を招くことがない。また、故障のリスクが高まったり、肉厚測定装置本体が大きくなることがなく、現場での搬送・組立・調整、操作も容易となり、感電の危険性、高額な輸送コストと長い輸送期間なども不要となる。
【００５８】
［実施形態６］
次に、管内挿入式超音波探傷検査装置１０における水流圧による管内移動を容易化させる機構について説明する。
図１３は、実施形態６に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動を容易にするための構成例で、浮きを付加した場合の構成図である。
【００５９】
図１３に示す管内挿入式超音波探傷検査装置１０は、超音波探触子１１に付加した浮きを付加する点を除けば、図１で説明した管内挿入式超音波探傷検査装置１０と同一の構成であるので、その図示を一部省略する。また、実施形態１と同一の構成については、その詳細な説明を省略する。
【００６０】
浮き４１は、図１３に示すように、超音波探触子１１の水流方向４２上流側に備えることが好ましい。
浮き４１を超音波探触子１１の下流側に付加した場合、超音波探触子１１が水流圧で管４０の内壁に押しつけられ、摩擦が増大する可能性があるのに対し、超音波探触子１１の上流側に浮き４１を付加すると、超音波探触子１１が水流圧で管４０の壁に押しつけられることがないので、管４０の中を水流圧でスムーズに移動させることができる。
【００６１】
また、浮き４１は、比重が水より軽い樹脂などで空気を閉じこめて形成されたり、軽い木で作成される。
管内挿入式超音波探傷検査装置１０の構成要素は、通常、水に沈降する傾向があり、重力方向に対して下側の管壁に接触し、装置の安定走行に影響を及ぼす恐れがある。しかし、超音波探触子１１の水流方向上流側に浮き４１を備えることにより、管内挿入式超音波探傷検査装置１０の構成要素の重量に起因する構成要素と管壁との接触を低減することができる。よって、構成要素が水流圧で管４０の内壁に押しつけられることを防ぐことができ、管内挿入式超音波探傷検査装置１０を安定した速度で走行させることができる。
【００６２】
なお、浮き４１は、超音波探触子１１の他に、例えば、重量の重い電池（バッテリ）１３に設けてもよいし、管内挿入式超音波探傷検査装置１０の全ての構成要素に設けてもよい。
【００６３】
［実施形態７］
図１４は、実施形態７に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動を容易にするための構成例で、ひげを付加した場合の構成図である。
図１４に示す管内挿入式超音波探傷検査装置は、説明を簡単にするために、パルス発生受信部１２と、ウォータータービン１１４と、電池１３と、調芯治具１４と、先端ガイド１５とを省略し、超音波探触子１１およびフレキシブルシャフト１６を示した。
【００６４】
超音波探触子１１は、図１４に示すように、不図示の水ポンプにより加圧された水の水流方向４２に沿って形成され、水よりも小さい比重を有するひげ状物４３を備えてもよい。
【００６５】
ひげ状物４３は、比重が水より軽い例えば樹脂または炭素繊維であることが好ましく、管内挿入式超音波探傷検査装置の構成要素である超音波探触子１１に植立しても接着してもよい。また、ひげ状物４３のその長さは、水流に対する抗力を増やせる長さであれば特に限定する必要はないが、管４０の管壁に接触して超音波探触子１１を中心に位置させるようにしたり、管４０に接触しないようにして摩擦抵抗が生じないようにしたりしてもよい。
なお、図１４では、ひげ状物４３を超音波探触子１１に付加する例について説明したが、ひげ状物４３を付加する対象は、管内挿入式超音波探傷検査装置の構成要素であれば特に限定されない。
【００６６】
これにより、水流４２に対する抗力を増やして水流圧を受けやすくなるとともに、管内挿入式超音波探傷検査装置の構成要素の重量に起因する構成要素と管壁との接触を低減することができる。よって、管４０内に挿入した管内挿入式超音波探傷検査装置を水流圧だけでスムーズに移動させることができる。
【００６７】
［実施形態８］
図１５は、実施形態８に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、超音波探触子を調芯するための治具の数を増やした場合の構成図である。
図１５に示す管内挿入式超音波探傷検査装置は、説明を簡単にするために、パルス発生受信部１２と、ウォータータービン１１４と、電池１３と、先端ガイド１５とを省略し、超音波探触子１１、調芯治具１４と、フレキシブルシャフト１６を示した。
【００６８】
調芯治具１４は、図１５に示すように、複数の弾性ワイヤを有して形成される。このようにして形成される調芯治具１４を用いると、それぞれの調芯治具１４が受ける水流圧の合計が大きくなって水流４２に対する抗力が増加する。
よって、水流４２から受ける水流圧が増加するために、管内挿入式超音波探傷検査装置の管４０内における移動がスムーズになる。また、超音波探触子１１を管４０の略中心に位置させる力も大きくなるので、精度が向上する。
【００６９】
［実施形態９］
図１６は、実施形態９に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する要素の間を繋ぐ部材に円盤を取り付けた場合の構成図である。
図１６に示す管内挿入式超音波探傷検査装置は、説明を簡単にするために、パルス発生受信部１２と、ウォータータービン１１４と、電池１３と、調芯治具１４と、先端ガイド１５とを省略し、超音波探触子１１およびフレキシブルシャフト１６を示した。
【００７０】
フレキシブルシャフト１６は、図１６に示すように、円盤４８を複数有している。
円盤４８は調芯治具１４とは異なり、管４０におけるベンド部を通過可能な径以下の直径とする必要があり、必然的に水流圧を受ける面積は小さくなるが、この円盤を複数設けることで水流４２に対する抗力を増やすことができる。よって、管内挿入式超音波探傷検査装置の管４０内における移動がスムーズになる。
【００７１】
［実施形態１０］
図１７は、実施形態１０に係る本発明になる管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置の進行方向先頭の構成要素にパラシュート状や円盤状の受水部を取り付けた場合の構成図である。
【００７２】
図１７に示す管内挿入式超音波探傷検査装置は、説明を簡単にするために、パルス発生受信部１２と、ウォータータービン１１４と、電池１３と、調芯治具１４と、先端ガイド１５とを省略し、超音波探触子１１およびフレキシブルシャフト１６を示した。
【００７３】
図１７に示すように、超音波探触子１１は水流方向４２下流側に、軽量のワイヤ５２などで接続されるパラシュート状物５０または円盤５１を備える。
パラシュート状物５０または円盤５１は、例えば、アルミやプラスチックなど、軽比重の材料で型持ちするようにして形成される。
【００７４】
パラシュート状物５０または円盤５１は、上述する実施形態９と同様に調芯治具１４とは異なり、管４０におけるベンド部を通過可能な径以下の直径とする必要があるが、パラシュート状物５０は水流４２を大きく受け止めて巻き込みが多くなり、水流４２に対する抗力を増やすことができる。また、円盤５１は、実施形態９と同様に複数設けることで、水流４２に対する抗力を増やすことができる。
よって、管内挿入式超音波探傷検査装置の管４０内における移動がスムーズになる。
【００７５】
［実施形態１１］
図１８は、実施形態１１に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する超音波探触子表面に毛布のように水に剪断力を生じる部材を設けた場合の構成図である。
【００７６】
図１８に示す管内挿入式超音波探傷検査装置は、説明を簡単にするために、パルス発生受信部１２と、ウォータータービン１１４と、電池１３と、調芯治具１４と、先端ガイド１５とを省略し、超音波探触子１１およびフレキシブルシャフト１６を示した。
【００７７】
超音波探触子１１の表面には、図１８に示すように、水流に対して突出する複数の凸部５５が設けられている。複数の凸部５５は、例えば、表面がざらざらしたものであれば、毛布でもよいし、布状のものに植毛した服ブラシのようなものでもよく、毛布や服ブラシなどを超音波探触子１１の表面に貼り付けることによって形成される。
【００７８】
これにより、水流４２を擾乱させることで、水流４２は超音波探触子１１近傍で一部が取り込まれ、それが水流４２に対する抗力となる。この抗力によって管内挿入式超音波探傷検査装置１０が押されるので、管内挿入式超音波探傷検査装置の管４０内における移動がスムーズになる。
なお、図１８では、複数の凸部５５を超音波探触子１１に形成する例について説明したが、複数の凸部５５を形成する対象は、管内挿入式超音波探傷検査装置の構成要素であれば特に限定されない。
【００７９】
［実施形態１２］
図１９は、実施形態１２に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する要素の水流が当たる側に窪みを設け、水流圧を上昇させた場合の構成図である。
【００８０】
図１９に示す管内挿入式超音波探傷検査装置は、説明を簡単にするために、パルス発生受信部１２と、ウォータータービン１１４と、電池１３と、調芯治具１４と、先端ガイド１５とを省略し、超音波探触子１１およびフレキシブルシャフト１６を示した。
【００８１】
超音波探触子１１は、水流４２が当たる側に窪み６１が設けられている。
このような窪み６１を設けることにより、水流４２の巻き込みが多くなり、圧力差が大きくなって水流圧を増やすことができる。よって、管内挿入式超音波探傷検査装置１０の管４０内における移動がスムーズになる。
【００８２】
なお、図１９では、窪み６１を超音波探触子１１に形成する例について説明したが、窪み６１を形成する対象は、管内挿入式超音波探傷検査装置の構成要素であれば特に限定されない。
【００８３】
［実施形態１３］
図２０は、実施形態１３に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する要素に凸凹を設けて水流力を利用する場合の構成図である。
【００８４】
図２０に示す管内挿入式超音波探傷検査装置は、説明を簡単にするために、パルス発生受信部１２と、ウォータータービン１１４と、電池１３と、調芯治具１４と、先端ガイド１５とを省略し、超音波探触子１１およびフレキシブルシャフト１６を示した。
【００８５】
超音波探触子１１は、図２０に示すように、水流方向に添った面に凹凸６３が設けられている。
凹凸６３は、水流４２を巻き込み、流体力を発生させるものであれば特に限定されず、図２０に示すような円盤状のものであってもよいし、構成要素自体に設けた凹凸であってもよい。
【００８６】
このような凹凸６３を設けることにより、水流４２の巻き込みが多くなり、圧力差が大きくなって水流圧を増やすことができる。よって、管内挿入式超音波探傷検査装置１０の管４０内における移動がスムーズになる。
【００８７】
なお、図２０では、凹凸６３を超音波探触子１１に形成する例について説明したが、凹凸６３を形成する対象は、管内挿入式超音波探傷検査装置の構成要素であれば特に限定されない。
【００８８】
［実施形態１４］
図２１は、実施形態１４に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する要素に管壁との摩擦係数を低減する例えば車輪状物を設けた場合の構成図である。
【００８９】
図２１に示す管内挿入式超音波探傷検査装置は、説明を簡単にするために、パルス発生受信部１２と、ウォータータービン１１４と、電池１３と、調芯治具１４と、先端ガイド１５とを省略し、超音波探触子１１およびフレキシブルシャフト１６を示した。
【００９０】
図２１に示すように、超音波探触子１１と管４０の内壁との間に、管４０の内壁との接触摩擦を低減する車輪状部材もしくはベアリング６５を備えてもよい。
ここでは、管４０の内壁との接触摩擦を低減するものとして、車輪状部材もしくはベアリングが用いられているが、超音波探触子１１が管壁に当接したときに生じる摩擦を小さくするものであれば特に限定されず、フッ素樹脂などの摩擦係数の小さい部材を用いてもよい。
これにより、管内挿入式超音波探傷検査装置が管４０の内壁と接触することによって生じる接触摩擦を低減することができる。よって、管内挿入式超音波探傷検査装置は、水流圧だけでスムーズに管内を移動することができる。
【００９１】
以上、本発明の一例について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってよいのはいうまでもない。
例えば、実施形態１、実施形態２と、実施形態３〜１４とを適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明によれば、従来は熟練を要した火力発電プラント等の熱交換器におけるボイラチューブ等の管の検査を簡単に行うことができ、火力発電プラント等の熱交換器の管理を精度良く行うことができるようになる。
【符号の説明】
【００９３】
１０ 管内挿入式超音波探傷検査装置
１１ 超音波探触子（センサ）
１２ パルス発生受信部（Ｐｕｌｓｅｒ／Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）
１３ 電池（バッテリ）
１４ 調芯治具
１５ 先端ガイド
１６ フレキシブルシャフト
２０ 収納容器（防水構造体）
４０ 管
１１４ ウォータータービン
１１６ 換算装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管内挿入式超音波探傷検査装置に係り、特に、超音波探傷検査装置の管内移送のためのコイルバネ等を用いたケーブルや、電源供給や信号送受のためのケーブルを用いず、水流圧で超音波探傷検査装置を移送させながら、火力発電プラント等の熱交換器におけるボイラチューブ等の管の肉厚や傷を測定できるようにした、管内挿入式超音波探傷検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
火力発電プラント等の熱交換器におけるボイラチューブ等の管は、内部に高温、高圧の流体を通すことになるので、管体の傷や割れ、減肉等を検査する必要がある。しかしながら、こういった火力発電プラント等の熱交換器におけるボイラチューブ等の管は、設置された後では周囲に各種構築物が存在することになるため、外部からの探傷、肉厚検査等が難しい。
【０００３】
そのため、こういったボイラチューブ等の管内の検査に用いる超音波探触子として、本願出願人は、例えば、一例として特許文献１に示され、図２２に構成概略の一例を示したように、フレキシブルシャフト（バネコイル等の弾性材）７３で連結された超音波探触子ホルダ７２を有し、調芯のため、フレキシブルシャフト７３の超音波探触子ホルダ７２の前後に対向して配置される２つの弾性ワイヤ端部固定リング７８と、そのリング７８間の周囲にほぼ等間隔に配置され、周方向に第１の所定傾斜角および軸心に対し第２の所定傾斜角で両端がそれぞれ上記２つのリング７８に取付けられる、複数の弾性ワイヤ（調芯治具）７７とを有するねじりかご式調芯具８３などを備えた管内挿型超音波探触子を種々提案した。
【０００４】
なお、この図２２において７０は管内挿型超音波探触子であり、７１は超音波探触子本体、７４は管の曲がりにおいても管内挿型超音波探触子７０がスムーズに通過できるよう案内する先端ガイド、７５はフレキシブルシャフト７３と搬送ケーブル７６とを接続するためのケーブルジョイント、７９はねじりかご式調芯具８３の管壁への圧縮圧を略一定に保つためのコイル押バネ、８０はバネ圧調節ナット、８１はこの管内挿型超音波探触子７０が検査する被検管、８２は探傷のための超音波伝搬媒質とこの管内挿型超音波探触子７０の搬送送水とを兼ねた水である。
【０００５】
また、この図２２に示した管内挿型超音波探触子７０は、管内の移送をコイルバネ等を用いたケーブルによる押し込みで行いながら管の検査を行うもので、その装置構成が本願出願人の出願になる特許文献２に管内挿入式超音波探傷検査装置として示されている。その概略を示したのが図２３であり、この図２３の管内挿入式超音波探傷検査装置は、先端に挿入装置８８が設けられた連結式の案内ロッド９０を管寄せ８５内に送り込む案内装置８９、管寄せ８５内に送り込まれた案内ロッド９０の終端が結合され、先端に局部水浸用プローブヘッド（図２２における超音波探触子本体７１）が設けられたコイルバネ９４を案内ロッド９０内に送り込む送給装置９１、およびコイルバネ９４内に配設された超音波探傷用ケーブル９５と、水ホース９６の終端にそれぞれ接続された超音波探傷装置（Ｐｕｌｓｅｒ／Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）９７と、水ポンプ９８とを備え、ボイラ管８６を切断することなく、また大掛りな器材や大量の水を使用することなく、水ポンプ９８で送り込まれる水と、送給装置９１で管内に送り込まれるコイルバネ９４とによって局部水浸用プローブヘッドを管内で移動させ、ボイラ管８６内面の超音波探傷を可能としたものである。なお、この図２３において、８７は検査孔、９２は回転式インレットガイド、９３は支持架台である。
【０００６】
また特許文献３には、信号送受のためのケーブルが接続され、管内に挿入して管壁の異常の有無を検出する超音波測定装置を水圧でスムーズに移動させるため、測定装置本体の前後に可搬性を有する接続体を介して前部調芯移勤部材と後部調芯移動部材とを取り付けると共に、前部調芯部材の前方に前部円錐形案内子を、後部調芯部材の後方に後部円錐形案内子をそれぞれ設け、かつ、前部円錐形案内子と後部円錐形案内子の円錐形底面が互に向き合うように構成して、水圧を効率良く受けて超音波測定装置を効率良く移動させることができるようにした超音波測定装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３０４０６４１号公報
【特許文献２】特開平９−１４５６８７号公報
【特許文献３】実公昭和６２−４５１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、熱交換器におけるボイラチューブ等の管は、例えば長さが１００ｍを越えるものもあって非常に長いものがあるが、以上説明してきた特許文献１乃至３においては超音波探触子を、コイルバネ等を用いたケーブルと水の力とを利用して少しずつ管内へ押し込んで移動させており、そのために長いケーブルが必要となる。しかし、こういったコイルバネ等を用いたケーブルが長くなると重量が非常に大きくなると共に、このケーブルは特殊ケーブルのため高額となり、ケーブルの輸送コストも大きくなる。また、そのケーブルを巻き取るために巻取り装置が必要であるが、ケーブルが長いために装置が大型になると共にハンドリングが難しく、検査に熟練と人員を要する。
【０００９】
さらに、配管のベンド部（曲がり部）が増えるとこういったコイルバネ等を用いたケーブルとの接触抵抗が増え、ケーブルの流動抵抗が大きいために押し込む水のポンプは大きな力を必要とする。そのためポンプが大型化し、その輸送コストが高くつくと共に測定にこのように種々の装置が必要であるから、設置などのハンドリングが大掛かりになる上にメンテナンスが容易でなくなり、広い機器設置スペースも必要となる。
【００１０】
また、管を３６０度検査するため、チャンネル数を複数設定しても計測不可領域が存在するが、チャンネル数の増加は部品点数とケーブル径を増大させ、故障のリスクが高まると共に肉厚測定装置本体が大きくなり、現場での搬送・組立・調整に時間と労力を要して操作（調整）が複雑化し、最終的には搬送性に影響するためチャンネル数増加に限界が生じる。さらに、専用の高圧電源を確保する必要があるが水を併用するため感電の危険性があり、海外工事においては高額な輸送コストと長い輸送期間が必要、超音波探触子は金属製で比重が大きいためたわみ易く、その際管内面の突起部等と接触して挿入性を低下させる、などの問題がある。
【００１１】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、超音波探触子への電源供給や信号の送受のためのケーブルと、超音波探傷検査装置の管内移送のためのコイルバネ等を用いたケーブルを用いることなく、水流圧だけでスムーズに管内を移動できるようにした管内挿入式超音波探傷検査装置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】
【００１２】
本発明に係る管内挿入式超音波探傷検査装置は、水ポンプにより加圧された水が送り込まれる管に挿入される管内挿入式超音波探傷検査装置であって、前記管の内壁に超音波を照射するとともに、前記超音波の反射波を受信する超音波探触子と、前記超音波探触子にパルス電圧を印加して超音波を発生させるとともに、前記超音波探触子で受信される前記超音波の反射波のパルス信号を受信するパルス発生受信部と、前記管の径方向に対して中央に位置するように前記超音波探触子を保持する調芯治具と、前記超音波探触子の水流方向上流側に設けられ、前記水ポンプにより加圧された水を駆動源として回転するウォータータービンとを備えることを特徴とする。
【００１３】
上記管内挿入式超音波探傷検査装置によれば、超音波探触子への電源供給や信号の送受のためのケーブル、及び超音波探傷検査装置の管内移送のためのコイルバネ等を用いたケーブルが不要となる。よって、長く高価なケーブルとケーブルの巻取り装置が不要になるとともに、ケーブルの輸送コスト、大型で大きな力のポンプ等が不要となる。また、巻取り装置、ポンプ等を設置するスペースが不要となり、コスト削減が可能となる。さらに、ハンドリングが簡単になることから、検査に対する熟練も不要となるので人員も削減でき、メンテナンスも簡単になる。
また、超音波探触子への電源供給や信号の送受のためのケーブルと、超音波探傷検査装置の管内移送のためのコイルバネ等を用いたケーブルが無くなることで、配管のベンド部（曲がり部）での接触抵抗が低減する。よって、管内に挿入した管内挿入式超音波探傷検査装置を水流圧だけでスムーズに移動させることができる。
【００１４】
管内に供給される水流は、水ポンプによって加圧されて送り込まれるために流速が一定である。しかし、単に、管内挿入式超音波探傷装置を水流圧で押出すだけでは、管内挿入式超音波探傷装置の速度を安定させることが難しい。管内挿入式超音波探傷装置を用いて一定周期で探傷測定を繰り返す場合、管内を走行する管内挿入式超音波探傷装置の速度が一定でないと測定点数の粗密が発生し、探傷測定の検査結果にムラが生じてしまう。
そこで、上記管内挿入式超音波探傷検査装置は、水流を駆動力とするウォータータービンを備える。この場合、管内に供給される水流の流速が一定であるため、管内挿入式超音波探傷装置は回転数が一定のウォータータービンにより推進し、安定した速度で管内を走行することができる。また、安定した速度で管内を走行することができるので、検査結果にムラがなくなり、検査の精度を向上させることができる。
【００１５】
また、前記ウォータータービンの回転数を前記ウォータータービンの移動距離に換算する換算手段を備えてもよい。
これにより、ウォータータービンの移動距離が得られるので、管内における超音波探蝕子の位置を特定することが可能である。よって、管内の傷等の位置を特定することができる。
【００１６】
また、前記超音波探触子の水流方向下流側および上流側にそれぞれ設けられ、前記管の両端から発信される音波を受信する受信器と、前記受信器でそれぞれ受信される音波の受信時間の時間差から前記超音波探触子の位置を算出する算出手段とを備えてもよい。
これにより、超音波探触子の位置を算出することができるので、管内の傷等の位置を特定することができる。
【００１７】
また、前記超音波探触子の水流方向上流側に浮きを備えてもよい。
管内挿入式超音波探傷検査装置の構成要素は、通常、水に沈降する傾向があり、重力方向に対して下側の管壁に接触し、装置の安定走行に影響を及ぼす恐れがある。しかし、超音波探触子の水流方向上流側に浮きを備えることにより、管内挿入式超音波探傷検査装置の構成要素の重量に起因する構成要素と管壁との接触を低減することができる。よって、構成要素が水流圧で管の内壁に押しつけられることを防ぐことができ、管内挿入式超音波探傷検査装置を安定した速度で走行させることができる。
【００１８】
また、前記水ポンプにより加圧された水の水流方向に沿って形成され、前記水よりも小さい比重を有するひげ状物を備えてもよい。
これにより、水流圧を受けやすくなるとともに、管内挿入式超音波探傷検査装置の構成要素の重量に起因する構成要素と管壁との接触を低減することができる。よって、管内に挿入した管内挿入式超音波探傷検査装置を水流圧だけでスムーズに移動させることができる。
【００１９】
また、前記管の内壁との間に、前記管の内壁との接触摩擦を低減する車輪状部材もしくはベアリングを備えてもよい。
これにより、管内挿入式超音波探傷検査装置が管の内壁と接触することによって生じる接触摩擦を低減することができるので、水流圧だけでスムーズに管内を移動することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、超音波探触子への電源供給や信号の送受のためのケーブル、及び超音波探傷検査装置の管内移送のためのコイルバネ等を用いたケーブルが不要となる。よって、長く高価なケーブルとケーブルの巻取り装置が不要になるとともに、ケーブルの輸送コスト、大型で大きな力のポンプ等が不要となる。また、巻取り装置、ポンプ等を設置するスペースが不要となり、コスト削減が可能となる。さらに、ハンドリングが簡単になることから、検査に対する熟練も不要となるので人員も削減でき、メンテナンスも簡単になる。
また、超音波探触子への電源供給や信号の送受のためのケーブルと、超音波探傷検査装置の管内移送のためのコイルバネ等を用いたケーブルが無くなることで、配管のベンド部（曲がり部）での接触抵抗が低減する。よって、管内に挿入した管内挿入式超音波探傷検査装置を水流圧だけでスムーズに移動させることができる。
さらに、ウォータータービンを備えることで、管内挿入式超音波探傷装置は、安定した速度で管内を走行することができる。よって、検査結果にムラがなくなり、検査の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態１に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】ウォータータービンの一例を示す斜視図である。
【図３】実施形態２に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の一例を示す図である。
【図４】実施形態２に係る管内挿入式超音波探傷検査装置を用いた探傷例を示す概略図である。
【図５】音波送信器が、ボイラチューブの端部に設けられた挿入ノズルを介して装着されている状態を示している。
【図６】音波情報と、受信信号情報の模式図である。
【図７】受信結果と、測定位置を示す図である。
【図８】位置情報を確認するグラフである。
【図９】実施形態３に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の一例を示す図である。
【図１０】実施形態３に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の他の構成例を示す図である。
【図１１】実施形態４に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の一例を示す概略構成図である。
【図１２】実施形態５に係る管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する超音波探触子に用いる帯型可塑性振動子の配置状態を説明するための図である。
【図１３】実施形態６に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動を容易にするための構成例で、浮きを付加した場合の構成図である。
【図１４】実施形態７に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動を容易にするための構成例で、ひげを付加した場合の構成図である。
【図１５】実施形態８に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、超音波探触子を調芯するための治具の数を増やした場合の構成図である。
【図１６】実施形態９に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する要素の間を繋ぐ部材に円盤を取り付けた場合の構成図である。
【図１７】実施形態１０に係る本発明になる管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置の進行方向先頭の構成要素にパラシュート状や円盤状の受水部を取り付けた場合の構成図である。
【図１８】実施形態１１に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する超音波探触子表面に毛布のように水に剪断力を生じる部材を設けた場合の構成図である。
【図１９】実施形態１２に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する要素の水流が当たる側に窪みを設け、水流圧を上昇させた場合の構成図である。
【図２０】実施形態１３に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する要素に凸凹を設けて水流力を利用する場合の構成図である。
【図２１】実施形態１４に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する要素に管壁との摩擦係数を低減する例えば車輪状物を設けた場合の構成図である。
【図２２】ケーブルによって管内に押し込んでいた従来の管内挿入式超音波探傷検査装置を説明するための構成概略図である。
【図２３】従来の管内挿入式超音波探傷検査装置を用い、火力発電プラント等の熱交換器における管の検査を行うための装置概略を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。
【００２３】
［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の一例を示す概略構成図である。図２は、ウォータータービンの一例を示す斜視図である。
【００２４】
管内挿入式超音波探傷検査装置１０は、図１に示すように、主に、超音波探触子（センサ）１１と、パルス発生受信部（Ｐｕｌｓｅｒ／Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）１２と、調芯治具１４と、ウォータータービン１１４と、換算装置（換算手段に相当）１１６とを備える。
また、管内挿入式超音波探傷検査装置１０は、管４０の曲がり部で引っかからないよう頭を接触させて滑らせながら走行させるための先端ガイド１５と、超音波送受信装置１２を駆動する電源となる電池（バッテリ）１３とを含む。これらの管内挿入式超音波探傷検査装置１０の構成要素は、フレキシブルシャフト１６で互いに接続される。
【００２５】
超音波探触子（センサ）１１は、管４０の内壁に超音波を照射するとともに、超音波の反射波を受信する。なお、図示しないが、超音波探触子１１はパルス電圧を印加することで振動する圧電素子を有する。
【００２６】
パルス発生受信部１２は、超音波探触子１１にパルス電圧を印加して超音波を発生させるとともに、超音波探触子１１で受信される超音波の反射波のパルス信号を受信する。
【００２７】
調芯治具１４は、管４０の径方向に対して中央に位置するように超音波探触子１１を保持する。
【００２８】
ウォータータービン１１４は、超音波探触子１１の水流方向上流側に設けられ、不図示の水ポンプにより加圧された水を駆動源として回転する。特に、ウォータータービン１１４の効果が十分に得られる観点から、ウォータータービン１１４は、水流方向の最上流側に設けることが好ましい。
ウォータータービン１１４としては、例えば、図２に示すように、軸１１４Ａの端部に一定の間隔で翼１１４Ｂが配置された構成の羽根車が挙げられる。
【００２９】
管４０内に供給される水流は、水ポンプによって加圧されて送り込まれるために流速が一定である。この場合、管内挿入式超音波探傷装置１０は回転数が一定のウォータータービン１１４により推進し、安定した速度で管内を走行することができる。
よって、上記の管内挿入式超音波探傷検査装置によれば、安定した速度で管内を走行することができるので、管内挿入式超音波探傷装置１０を用いて一定周期で探傷測定を繰り返す場合、測定点数の粗密の発生を防止できる。これにより、管内挿入式超音波探傷検査装置１０を用いた管内の探傷検査の検査結果にムラがなくなり、検査の精度を向上させることができる。
【００３０】
換算装置１１６は、ウォータータービン１１４の回転数をウォータータービン１１４の移動距離に換算する。
これにより、ウォータータービン１１４の移動距離が得られるので、管４０内における超音波探蝕子１１の位置を特定することが可能である。よって、管４０内の傷等の位置を特定することができる。
【００３１】
なお、図示しないが、換算装置１１６の代わりに、加速度センサを用いて、位置特定してもよい。一定周期で加速度をモニタリングし、公知の計算手法により加速度から超音波探蝕子１１の位置を計算し、管４０内の傷等の位置を特定することができる。
【００３２】
管内挿入式超音波探傷検査装置１０は、不図示の水ポンプにより加圧された水が送り込まれる管４０内に挿入され、図１に示すように、水流方向４２の水流圧を受けて管４０内を走行する。
【００３３】
このように、管内挿入式超音波探傷検査装置１０は、超音波探触子１１への電源供給や信号の送受のためのケーブル、及び超音波探傷検査装置の管内移送のためのコイルバネ等を用いたケーブルが不要となる。よって、長く高価なケーブルとケーブルの巻取り装置が不要になるとともに、ケーブルの輸送コスト、大型で大きな力のポンプ等が不要となる。また、巻取り装置、ポンプ等を設置するスペースが不要となり、コスト削減が可能となる。さらに、ハンドリングが簡単になることから、検査に対する熟練も不要となるので人員も削減でき、メンテナンスも簡単になる。
また、超音波探触子１１への電源供給や信号の送受のためのケーブルと、超音波探傷検査装置の管内移送のためのコイルバネ等を用いたケーブルが無くなることで、管４０のベンド部での接触抵抗が低減する。よって、管４０内に挿入した管内挿入式超音波探傷検査装置１０を水流圧だけでスムーズに移動させることができる。
【００３４】
［実施形態２］
次に、実施形態２に係る管内挿入式超音波探傷検査装置について説明する。
図３は、実施形態２に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の一例を示す図である。図４は、実施形態２に係る管内挿入式超音波探傷検査装置を用いた探傷例を示す概略図である。図５は、音波送信器が、ボイラチューブの端部に設けられた挿入ノズルを介して装着されている状態を示している。図６は、音波情報と、受信信号情報の模式図である。図７は、受信結果と、測定位置を示す図である。図８は、位置情報を確認するグラフである。
【００３５】
実施形態２に係る管内挿入式超音波探傷検査装置１００は、図１に示す換算装置１１６を用いた管４０内における超音波探蝕子１１の位置特定の手法が異なる点を除けば、図１で説明した管内挿入式超音波探傷検査装置１０と同一の構成である。なお、図３には説明を簡単にするために、パルス発生受信部１２と、電池１３と、ウォータータービン１１４と、先端ガイド１５とを省略し、超音波探触子１１と調芯治具１４とを示した。
また、実施形態１と同一の構成については、その詳細な説明を省略する。
【００３６】
管内挿入式超音波探傷検査装置１００は、図３に示すように、超音波探蝕子１１の位置特定するものとして、受信器１０３−１、１０３−２と、記憶装置１０４−１、１０４−２と、算出部（算出手段に相当）１０６とを備える。
【００３７】
受信器１０３−１、１０３−２は、超音波探触子１１の水流方向下流側および上流側にそれぞれ設けられ、管４０の両端から発信される音波１０１を受信する。図３では、超音波探触子１１の水流方向下流側に設けられる受信器を前方側受信器１０３−１、超音波探触子１１の水流方向上流側の受信器を後方側受信機１０３−２とする。
【００３８】
記憶装置１０４−１、１０４−２は、前方側受信器１０３−１および後方側受信機１０３−２で音波１０１を受信した時間のデータ情報を記憶する。
なお、図３では、記憶装置を２台設けて、水流方向下流側の記憶装置１０４−１と、水流方向上流側の記憶装置１０４−２とで独立してその時間データを記憶するようにしているが、これに限定されることなく、記憶装置を１台として共用するようにしてもよい。
【００３９】
算出部１０６は、前方側受信器１０３−１および後方側受信機１０３−２でそれぞれ受信される音波１０１の受信時間の時間差から超音波探触子１１の位置を算出する。このように、超音波探触子１１の位置を算出することができるので、管４０内の傷等の位置を特定することができる。
【００４０】
音波１０１は、図４に示すように、管４０の両端の出入り口部４０ａ、４０ｂにそれぞれ設けられる音波送信機１０２−１、１０２−２によって発信される。
音波送信機１０２−２は、図５に示すように、管４０の出入り口部４０ｂに設けられた挿入ノズル１０９を介して装着されていてもよい。また、図示しないが音波送信機１０２−２と同様に、音波送信機１０２−１は、管４０の出入り口部４０ａに設けられた挿入ノズル１０９を介して装着されていてもよい。
【００４１】
音波送信機１０２−１、１０２−２から同時に発射された音波１０１は、前方側受信機１０３−１及び後方側受信機１０３−２で受信され、その時間情報を記憶装置１０４−１、１０４−２で記憶させる。その後、算出部を用いて、記憶装置１０４−１、１０４−２に記憶させておいた時間情報から音波探触子１１の位置を算出する。
【００４２】
例えば、管内挿入式超音波探傷検査装置１００では、位置情報を取得するために、先ず、管４０の両端に設けた音波送信装置１０２−１、１０２−２から音波１０１を一秒毎に発射させる。
その発射された音波は、図６に示すように、前方側受信機１０３−１の受信信号の情報（Ｔ１、Ｔ３・・・Ｔｍ）として記憶されるとともに、後方側受信機１０３−２の受信信号の情報（Ｔ２、Ｔ４・・・Ｔｎ）として記憶される。
その結果、前方側受信機１０３−１と後方側受信機１０３−２においては、図７に示すような時間信号が記憶される。
そして、図８に示すように、Δｔが０になるときには、管４０の長さは全長の１／２となり、Δｔが最小又は最大となるときには、管４０の長さの全長となることとなる。このようにして、算出部では、時間情報から管４０内における音波探触子１１の位置が算出される。
【００４３】
よって、検査が終了した後、音波１０１を受信した時間のデータと、肉厚測定データとを整合させて、ボイラチューブ等の管の探傷、肉厚検査等の情報の位置を特定することができる。
【００４４】
［実施形態３］
図９は、実施形態３に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の一例を示す図である。図１０は、実施形態３に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の他の構成例を示す図である。
【００４５】
実施形態１および実施形態２で述べた超音波探蝕子１１の位置特定の手法の他に、例えば、図９に示すように、超音波探触子（センサ）１１の先端側にエンコーダ記憶装置１１０を設け、管４０の内壁にローラ形状の車輪状部材１１１を接触させることで距離を計測するようにしてもよい。ここでは、管４０の内壁の凹凸に対応するように、凹凸のローラ形状の車輪状部材とすることで、管４０の内壁との接触摩耗を低減するようにしている。
これにより、車輪状部材１１１の回転速度より距離を算出し、上述の記憶装置に記憶させることで、管４０内における超音波探蝕子１１の位置を特定することが可能である。よって、管４０内の傷等の位置を特定することができる。
【００４６】
また、図１０に示すように、図９に示したローラ形状の車輪状部材を１１１Ａ及び１１１Ｂとして二方向に装着させて、走行の安定性を向上させるようにしてもよい。ここでは、ばね１１２を利用することにより、管４０の内壁に対して微力な圧力をかけて管４０の内壁と接触させている。
図９と同様に、管４０内における超音波探蝕子１１の位置を特定することが可能である。
【００４７】
［実施形態４］
図１１は、実施形態４に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の一例を示す概略構成図である。
管内挿入式超音波探傷検査装置１０は、図１１に示すように、収納容器（防水構造体）２０に収納してもよい。なお、管内挿入式超音波探傷検査装置１０は、図１と同様に、超音波探触子（センサ）１１と、パルス発生受信部（Ｐｕｌｓｅｒ／Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）１２と、電池１３などを含む。
【００４８】
収納容器（防水構造体）２０は、例えば、ＰＰ樹脂などの水より比重の軽い材料により円形、または楕円形などに形成し、防水構造として内部に空気を閉じこめられるようにする。これにより、管内挿入式超音波探傷検査装置１０が水中に浮いた状態で搬送され、管内面に突起等があっても接触して摩擦を生じたりすることがなくなる。
【００４９】
収納容器２０は、超音波探触子１１を収容する収納部２１と、パルス発生受信部１２を収容する収納部２２と、電池１３を収容して蓋２４で塞いで一端を閉じることができるようにした収納部２３と、収納部２１、２２、２３を互いに接続するＰＶＣなどの軟質ゴムで形成したフレキシブルシャフト１６とを含む。
【００５０】
それぞれの収納部２１、２２、２３は前記したように円形、または楕円形などに形成することで管壁に接触したとき、摩擦抵抗が少なくなるような形状に構成することが好ましいが、多角柱形状に形成しても良い。
【００５１】
また、収納部２１、２２、２３を繋ぐフレキシブルシャフト１６は、図１１では簡略化して描いてあるが、収納部２１、２２、２３との接続部をネジ状に形成してしっかりと結合できるようにするとともに、確実な防水構造とすることが必要である。そのため、例えば、ガスのコンセントとガス管の接合部のように、一端を凹凸状に形成してフレキシブルシャフト１６を強力な押し込み力で押し込むようにしたり、防水用油などを用いたりすることで防水構造とする。また、管４０のベンド部で管内挿入式超音波探傷検査装置１０がスムーズに通過できるように、フレキシビリティを大きくすることが好ましい。
【００５２】
［実施形態５］
図１２は、実施形態５に係る管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する超音波探触子に用いる帯型可塑性振動子の配置状態を説明するための図である。
【００５３】
まず、超音波探触子（センサ）１１の周囲３６０度の検査を一度で行えるような機構であるが、従来用いられていた超音波探触子は剛体であるため、その振動子により発せられる超音波のスキャンできる範囲が限られる。図１２（Ａ）に示すように、例え４チャンネル用いたとしても狭いスキャン範囲３１しか得られなかった。
【００５４】
これに対し、最近、例えば、曲面に配した超音波振動子が出現している。この超音波振動子を、図１２（Ｂ−１）および図１２（Ｂ−２）に示すように、超音波探触子１１の中心部３３にその曲率に合わせて４つ配し、それぞれのスキャン範囲３４を９０度とすることで、中心部３３の周囲３６０度を一度でスキャンできるようにすることができる。
なお、図１２（Ｂ−１）および図１２（Ｂ−２）は、説明を分かり易くするために４つの帯型振動子３０を２つに分けて示しているが、実際には中心部３３の周囲に９０度ずつ角度を異ならせて４つ配するようにする。上述の例では超音波振動子を４つ配した場合を示したが、振動子の対応角度に応じ、６つまたは８つ配するようにしてもよい。
【００５５】
そして超音波探触子１１から得られる管壁からのエコー信号は、パルス発生受信部１２に設けた図示していないメモリに記憶し、この管内挿入式超音波探傷検査装置１０がボイラチューブ等の管４０から排出された後、パソコンなどにデータだけ取り出して傷や減肉などの所在を解析する。
【００５６】
そのとき、管内挿入式超音波探傷検査装置１０の管４０内における位置が問題となるが、例えばボイラチューブ等の配管のベンド部（曲がり部）や配管の溶接部は特有なエコーが生じるから、それら特有なエコーとエコーの時間間隔を計り、間を均等割したり、管内挿入式超音波探傷検査装置１０から位置情報認識のための信号を発信する発信器を設け、その信号から位置を求めるようにしてもよい。
【００５７】
このようにすることにより、容易に管４０を３６０度検査することができ、しかも従来装置のように部品点数とケーブル径の増大といった問題を招くことがない。また、故障のリスクが高まったり、肉厚測定装置本体が大きくなることがなく、現場での搬送・組立・調整、操作も容易となり、感電の危険性、高額な輸送コストと長い輸送期間なども不要となる。
【００５８】
［実施形態６］
次に、管内挿入式超音波探傷検査装置１０における水流圧による管内移動を容易化させる機構について説明する。
図１３は、実施形態６に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動を容易にするための構成例で、浮きを付加した場合の構成図である。
【００５９】
図１３に示す管内挿入式超音波探傷検査装置１０は、超音波探触子１１に付加した浮きを付加する点を除けば、図１で説明した管内挿入式超音波探傷検査装置１０と同一の構成であるので、その図示を一部省略する。また、実施形態１と同一の構成については、その詳細な説明を省略する。
【００６０】
浮き４１は、図１３に示すように、超音波探触子１１の水流方向４２上流側に備えることが好ましい。
浮き４１を超音波探触子１１の下流側に付加した場合、超音波探触子１１が水流圧で管４０の内壁に押しつけられ、摩擦が増大する可能性があるのに対し、超音波探触子１１の上流側に浮き４１を付加すると、超音波探触子１１が水流圧で管４０の壁に押しつけられることがないので、管４０の中を水流圧でスムーズに移動させることができる。
【００６１】
また、浮き４１は、比重が水より軽い樹脂などで空気を閉じこめて形成されたり、軽い木で作成される。
管内挿入式超音波探傷検査装置１０の構成要素は、通常、水に沈降する傾向があり、重力方向に対して下側の管壁に接触し、装置の安定走行に影響を及ぼす恐れがある。しかし、超音波探触子１１の水流方向上流側に浮き４１を備えることにより、管内挿入式超音波探傷検査装置１０の構成要素の重量に起因する構成要素と管壁との接触を低減することができる。よって、構成要素が水流圧で管４０の内壁に押しつけられることを防ぐことができ、管内挿入式超音波探傷検査装置１０を安定した速度で走行させることができる。
【００６２】
なお、浮き４１は、超音波探触子１１の他に、例えば、重量の重い電池（バッテリ）１３に設けてもよいし、管内挿入式超音波探傷検査装置１０の全ての構成要素に設けてもよい。
【００６３】
［実施形態７］
図１４は、実施形態７に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動を容易にするための構成例で、ひげを付加した場合の構成図である。
図１４に示す管内挿入式超音波探傷検査装置は、説明を簡単にするために、パルス発生受信部１２と、ウォータータービン１１４と、電池１３と、調芯治具１４と、先端ガイド１５とを省略し、超音波探触子１１およびフレキシブルシャフト１６を示した。
【００６４】
超音波探触子１１は、図１４に示すように、不図示の水ポンプにより加圧された水の水流方向４２に沿って形成され、水よりも小さい比重を有するひげ状物４３を備えてもよい。
【００６５】
ひげ状物４３は、比重が水より軽い例えば樹脂または炭素繊維であることが好ましく、管内挿入式超音波探傷検査装置の構成要素である超音波探触子１１に植立しても接着してもよい。また、ひげ状物４３のその長さは、水流に対する抗力を増やせる長さであれば特に限定する必要はないが、管４０の管壁に接触して超音波探触子１１を中心に位置させるようにしたり、管４０に接触しないようにして摩擦抵抗が生じないようにしたりしてもよい。
なお、図１４では、ひげ状物４３を超音波探触子１１に付加する例について説明したが、ひげ状物４３を付加する対象は、管内挿入式超音波探傷検査装置の構成要素であれば特に限定されない。
【００６６】
これにより、水流４２に対する抗力を増やして水流圧を受けやすくなるとともに、管内挿入式超音波探傷検査装置の構成要素の重量に起因する構成要素と管壁との接触を低減することができる。よって、管４０内に挿入した管内挿入式超音波探傷検査装置を水流圧だけでスムーズに移動させることができる。
【００６７】
［実施形態８］
図１５は、実施形態８に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、超音波探触子を調芯するための治具の数を増やした場合の構成図である。
図１５に示す管内挿入式超音波探傷検査装置は、説明を簡単にするために、パルス発生受信部１２と、ウォータータービン１１４と、電池１３と、先端ガイド１５とを省略し、超音波探触子１１、調芯治具１４と、フレキシブルシャフト１６を示した。
【００６８】
調芯治具１４は、図１５に示すように、複数の弾性ワイヤを有して形成される。このようにして形成される調芯治具１４を用いると、それぞれの調芯治具１４が受ける水流圧の合計が大きくなって水流４２に対する抗力が増加する。
よって、水流４２から受ける水流圧が増加するために、管内挿入式超音波探傷検査装置の管４０内における移動がスムーズになる。また、超音波探触子１１を管４０の略中心に位置させる力も大きくなるので、精度が向上する。
【００６９】
［実施形態９］
図１６は、実施形態９に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する要素の間を繋ぐ部材に円盤を取り付けた場合の構成図である。
図１６に示す管内挿入式超音波探傷検査装置は、説明を簡単にするために、パルス発生受信部１２と、ウォータータービン１１４と、電池１３と、調芯治具１４と、先端ガイド１５とを省略し、超音波探触子１１およびフレキシブルシャフト１６を示した。
【００７０】
フレキシブルシャフト１６は、図１６に示すように、円盤４８を複数有している。
円盤４８は調芯治具１４とは異なり、管４０におけるベンド部を通過可能な径以下の直径とする必要があり、必然的に水流圧を受ける面積は小さくなるが、この円盤を複数設けることで水流４２に対する抗力を増やすことができる。よって、管内挿入式超音波探傷検査装置の管４０内における移動がスムーズになる。
【００７１】
［実施形態１０］
図１７は、実施形態１０に係る本発明になる管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置の進行方向先頭の構成要素にパラシュート状や円盤状の受水部を取り付けた場合の構成図である。
【００７２】
図１７に示す管内挿入式超音波探傷検査装置は、説明を簡単にするために、パルス発生受信部１２と、ウォータータービン１１４と、電池１３と、調芯治具１４と、先端ガイド１５とを省略し、超音波探触子１１およびフレキシブルシャフト１６を示した。
【００７３】
図１７に示すように、超音波探触子１１は水流方向４２下流側に、軽量のワイヤ５２などで接続されるパラシュート状物５０または円盤５１を備える。
パラシュート状物５０または円盤５１は、例えば、アルミやプラスチックなど、軽比重の材料で型持ちするようにして形成される。
【００７４】
パラシュート状物５０または円盤５１は、上述する実施形態９と同様に調芯治具１４とは異なり、管４０におけるベンド部を通過可能な径以下の直径とする必要があるが、パラシュート状物５０は水流４２を大きく受け止めて巻き込みが多くなり、水流４２に対する抗力を増やすことができる。また、円盤５１は、実施形態９と同様に複数設けることで、水流４２に対する抗力を増やすことができる。
よって、管内挿入式超音波探傷検査装置の管４０内における移動がスムーズになる。
【００７５】
［実施形態１１］
図１８は、実施形態１１に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する超音波探触子表面に毛布のように水に剪断力を生じる部材を設けた場合の構成図である。
【００７６】
図１８に示す管内挿入式超音波探傷検査装置は、説明を簡単にするために、パルス発生受信部１２と、ウォータータービン１１４と、電池１３と、調芯治具１４と、先端ガイド１５とを省略し、超音波探触子１１およびフレキシブルシャフト１６を示した。
【００７７】
超音波探触子１１の表面には、図１８に示すように、水流に対して突出する複数の凸部５５が設けられている。複数の凸部５５は、例えば、表面がざらざらしたものであれば、毛布でもよいし、布状のものに植毛した服ブラシのようなものでもよく、毛布や服ブラシなどを超音波探触子１１の表面に貼り付けることによって形成される。
【００７８】
これにより、水流４２を擾乱させることで、水流４２は超音波探触子１１近傍で一部が取り込まれ、それが水流４２に対する抗力となる。この抗力によって管内挿入式超音波探傷検査装置１０が押されるので、管内挿入式超音波探傷検査装置の管４０内における移動がスムーズになる。
なお、図１８では、複数の凸部５５を超音波探触子１１に形成する例について説明したが、複数の凸部５５を形成する対象は、管内挿入式超音波探傷検査装置の構成要素であれば特に限定されない。
【００７９】
［実施形態１２］
図１９は、実施形態１２に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する要素の水流が当たる側に窪みを設け、水流圧を上昇させた場合の構成図である。
【００８０】
図１９に示す管内挿入式超音波探傷検査装置は、説明を簡単にするために、パルス発生受信部１２と、ウォータータービン１１４と、電池１３と、調芯治具１４と、先端ガイド１５とを省略し、超音波探触子１１およびフレキシブルシャフト１６を示した。
【００８１】
超音波探触子１１は、水流４２が当たる側に窪み６１が設けられている。
このような窪み６１を設けることにより、水流４２の巻き込みが多くなり、圧力差が大きくなって水流圧を増やすことができる。よって、管内挿入式超音波探傷検査装置１０の管４０内における移動がスムーズになる。
【００８２】
なお、図１９では、窪み６１を超音波探触子１１に形成する例について説明したが、窪み６１を形成する対象は、管内挿入式超音波探傷検査装置の構成要素であれば特に限定されない。
【００８３】
［実施形態１３］
図２０は、実施形態１３に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する要素に凸凹を設けて水流力を利用する場合の構成図である。
【００８４】
図２０に示す管内挿入式超音波探傷検査装置は、説明を簡単にするために、パルス発生受信部１２と、ウォータータービン１１４と、電池１３と、調芯治具１４と、先端ガイド１５とを省略し、超音波探触子１１およびフレキシブルシャフト１６を示した。
【００８５】
超音波探触子１１は、図２０に示すように、水流方向に添った面に凹凸６３が設けられている。
凹凸６３は、水流４２を巻き込み、流体力を発生させるものであれば特に限定されず、図２０に示すような円盤状のものであってもよいし、構成要素自体に設けた凹凸であってもよい。
【００８６】
このような凹凸６３を設けることにより、水流４２の巻き込みが多くなり、圧力差が大きくなって水流圧を増やすことができる。よって、管内挿入式超音波探傷検査装置１０の管４０内における移動がスムーズになる。
【００８７】
なお、図２０では、凹凸６３を超音波探触子１１に形成する例について説明したが、凹凸６３を形成する対象は、管内挿入式超音波探傷検査装置の構成要素であれば特に限定されない。
【００８８】
［実施形態１４］
図２１は、実施形態１４に係る管内挿入式超音波探傷検査装置の管内における移動力を大きくするための構成例で、管内挿入式超音波探傷検査装置を構成する要素に管壁との摩擦係数を低減する例えば車輪状物を設けた場合の構成図である。
【００８９】
図２１に示す管内挿入式超音波探傷検査装置は、説明を簡単にするために、パルス発生受信部１２と、ウォータータービン１１４と、電池１３と、調芯治具１４と、先端ガイド１５とを省略し、超音波探触子１１およびフレキシブルシャフト１６を示した。
【００９０】
図２１に示すように、超音波探触子１１と管４０の内壁との間に、管４０の内壁との接触摩擦を低減する車輪状部材もしくはベアリング６５を備えてもよい。
ここでは、管４０の内壁との接触摩擦を低減するものとして、車輪状部材もしくはベアリングが用いられているが、超音波探触子１１が管壁に当接したときに生じる摩擦を小さくするものであれば特に限定されず、フッ素樹脂などの摩擦係数の小さい部材を用いてもよい。
これにより、管内挿入式超音波探傷検査装置が管４０の内壁と接触することによって生じる接触摩擦を低減することができる。よって、管内挿入式超音波探傷検査装置は、水流圧だけでスムーズに管内を移動することができる。
【００９１】
以上、本発明の一例について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってよいのはいうまでもない。
例えば、実施形態１、実施形態２と、実施形態３〜１４とを適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明によれば、従来は熟練を要した火力発電プラント等の熱交換器におけるボイラチューブ等の管の検査を簡単に行うことができ、火力発電プラント等の熱交換器の管理を精度良く行うことができるようになる。
【符号の説明】
【００９３】
１０ 管内挿入式超音波探傷検査装置
１１ 超音波探触子（センサ）
１２ パルス発生受信部（Ｐｕｌｓｅｒ／Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）
１３ 電池（バッテリ）
１４ 調芯治具
１５ 先端ガイド
１６ フレキシブルシャフト
２０ 収納容器（防水構造体）
４０ 管
１１４ ウォータータービン
１１６ 換算装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水ポンプにより加圧された水が送り込まれる管に挿入される管内挿入式超音波探傷検査装置であって、
前記管の内壁に超音波を照射するとともに、前記超音波の反射波を受信する超音波探触子と、
前記超音波探触子にパルス電圧を印加して超音波を発生させるとともに、前記超音波探触子で受信される前記超音波の反射波のパルス信号を受信するパルス発生受信部と、
前記管の径方向に対して中央に位置するように前記超音波探触子を保持する調芯治具と、
前記超音波探触子の水流方向上流側に設けられ、前記水ポンプにより加圧された水を駆動源として回転するウォータータービンとを備えることを特徴とする管内挿入式超音波探傷検査装置。
【請求項２】
前記ウォータータービンの回転数を前記ウォータータービンの移動距離に換算する換算手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の管内挿入式超音波探傷検査装置。
【請求項３】
前記超音波探触子の水流方向下流側および上流側にそれぞれ設けられ、前記管の両端から発信される音波を受信する受信器と、
前記受信器でそれぞれ受信される音波の受信時間の時間差から前記超音波探触子の位置を算出する算出手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の管内挿入式超音波探傷検査装置。
【請求項４】
前記超音波探触子の水流方向上流側に浮きを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の管内挿入式超音波探傷検査装置。
【請求項５】
前記水ポンプにより加圧された水の水流方向に沿って形成され、前記水よりも小さい比重を有するひげ状物を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の管内挿入式超音波探傷検査装置。
【請求項６】
前記管の内壁との間に、前記管の内壁との接触摩擦を低減する車輪状部材もしくはベアリングを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の管内挿入式超音波探傷検査装置。
【請求項１】
水ポンプにより加圧された水が送り込まれる管に挿入される管内挿入式超音波探傷検査装置であって、
前記管の内壁に超音波を照射するとともに、前記超音波の反射波を受信する超音波探触子と、
前記超音波探触子にパルス電圧を印加して超音波を発生させるとともに、前記超音波探触子で受信される前記超音波の反射波のパルス信号を受信するパルス発生受信部と、
前記管の径方向に対して中央に位置するように前記超音波探触子を保持する調芯治具と、
前記超音波探触子の水流方向上流側に設けられ、前記水ポンプにより加圧された水を駆動源として回転するウォータータービンとを備えることを特徴とする管内挿入式超音波探傷検査装置。
【請求項２】
前記ウォータータービンの回転数を前記ウォータータービンの移動距離に換算する換算手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の管内挿入式超音波探傷検査装置。
【請求項３】
前記超音波探触子の水流方向下流側および上流側にそれぞれ設けられ、前記管の両端から発信される音波を受信する受信器と、
前記受信器でそれぞれ受信される音波の受信時間の時間差から前記超音波探触子の位置を算出する算出手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の管内挿入式超音波探傷検査装置。
【請求項４】
前記超音波探触子の水流方向上流側に浮きを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の管内挿入式超音波探傷検査装置。
【請求項５】
前記水ポンプにより加圧された水の水流方向に沿って形成され、前記水よりも小さい比重を有するひげ状物を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の管内挿入式超音波探傷検査装置。
【請求項６】
前記管の内壁との間に、前記管の内壁との接触摩擦を低減する車輪状部材もしくはベアリングを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の管内挿入式超音波探傷検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１１−７５３８３（Ｐ２０１１−７５３８３Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２６５９８（Ｐ２００９−２２６５９８）
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]