超音波肉厚測定装置及び超音波肉厚測定方法
【課題】炉底管の上部の肉厚を容易に測定することができる超音波肉厚測定装置を提供する。
【解決手段】超音波肉厚測定装置２は、炉底管１１の下方に設けられ超音波を炉底管１１に向けて送信すると共に炉底管１１からのエコーを受信する超音波探触子２１と、超音波探触子２１に超音波を送信させると共に、炉底管内に充填された接触媒質を介して炉底管１１の上部に伝搬した超音波の炉底管１１内外面からのエコーを超音波探触子に受信させ、超音波探触子からエコーに相当する電気信号を取得する制御部２２と、制御部２２が取得した電気信号に基づいて炉底管１１内外面からのエコーの伝搬時間の時間差を検出し、時間差に基づいて炉底管１１の上部の肉厚を算出する演算部２３とを備える。
【解決手段】超音波肉厚測定装置２は、炉底管１１の下方に設けられ超音波を炉底管１１に向けて送信すると共に炉底管１１からのエコーを受信する超音波探触子２１と、超音波探触子２１に超音波を送信させると共に、炉底管内に充填された接触媒質を介して炉底管１１の上部に伝搬した超音波の炉底管１１内外面からのエコーを超音波探触子に受信させ、超音波探触子からエコーに相当する電気信号を取得する制御部２２と、制御部２２が取得した電気信号に基づいて炉底管１１内外面からのエコーの伝搬時間の時間差を検出し、時間差に基づいて炉底管１１の上部の肉厚を算出する演算部２３とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラーの炉底管の肉厚を超音波によって測定する超音波肉厚測定装置及び超音波肉厚測定方法に関する。特に、炉底管の上部の肉厚を容易に測定することができる超音波肉厚測定装置及び超音波肉厚測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の管を炉底面や炉壁面に設け、管内に供給された水を加熱するボイラーが知られている。図１にこのようなボイラーの例を示す。図１（ａ）は、ボイラー１の斜視図であり、図１（ｂ）は、ボイラー１の炉底面の一部断面図である。
Ｕ字型に曲げられた複数の管１０が並列に並べられ、ボイラー１の底面と壁面を構成している。ここで、ボイラー１の底面を構成する管１０を炉底管１１と呼ぶ。管１０内には水が循環される。それぞれの管１０は、板材１ａを介して溶接等によって互いに接続され、隙間がないようにされている。そして、ボイラー１内で燃焼が行われ、管１０中の水が加熱されて蒸気となり、動力源等として使用される。
【０００３】
製紙工場においては、製造工程から排出される黒液と呼ばれる廃液をボイラー１内で燃焼し、その熱によって管１０中の水を蒸気にし、その蒸気でタービンを回転させて発電したり紙を乾燥したりしている。（製紙工場におけるこのようなボイラーは、ソーダ回収ボイラーと呼ばれている。）
しかしながら、黒液を燃焼させるとスメルトという残渣がボイラーの炉底面の上側（炉底管の上側）に積層する。このスメルトは炉底面を構成する炉底管１１を腐食させ、炉底管１１の上部の肉厚を減肉させる。
このために、炉底管１１の上部の肉厚を適宜測定しなければならない。そして、ボイラー１の内側から超音波によって炉底管１１の上部の肉厚を測定しようとすると、炉底管１１の上側に積層したスメルトを除去しなければならない。しかしながら、スメルトはボイラーの熱の影響で硬化するために、炉底管１１の上側に積層したスメルトを炉底管１１の上側全面に亘って除去するのは困難である。そのために、部分的にスメルトを除去して炉底管１１の上部の肉厚を測定している。このように、炉底管１１の上部の肉厚を測定するのが困難であるという問題がある。
また、火力発電用のボイラーにおいても、残渣が炉底面の上側に積層するという同様の問題がある。
【０００４】
また、超音波によって管の種々の性状を測定する装置及び方法に関して特許文献１乃至３の発明が知られている。
しかしながら、特許文献１に記載の発明は、管の探傷を行う装置であって、管の肉厚を測定する装置でない。
また、特許文献２に記載の発明は、ボイラーの炉壁管の肉厚を測定する装置であって、炉底管の上部の肉厚を測定する装置でない。
また、特許文献３に記載の発明は、ボイラーの炉壁管の腐食き裂を探傷する方法であって、炉底管の上部の肉厚を測定する方法でない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５８−１０８４５１号公報
【特許文献２】特開昭６１−２９０３５７号公報
【特許文献３】特開平４−６４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するためになされたものであり、炉底管の上部の肉厚を容易に測定することができる超音波肉厚測定装置及び超音波肉厚測定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明者は、炉底管の下方から超音波を炉底管に送信し、炉底管の上部の肉厚を測定する方法を検討した。その結果、炉底管内に水を充填させた状態で炉底管の下方から超音波を炉底管に送信し、そのエコーを受信することにより、炉底管の上部の肉厚を測定することができるという知見を得た。
【０００８】
本発明は、上記の本発明者の知見に基づき完成されたものである。すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、ボイラーの炉底管の肉厚を超音波によって測定する超音波肉厚測定装置であって、前記炉底管の下方に設けられ超音波を該炉底管に向けて送信すると共に該炉底管からのエコーを受信する超音波探触子と、前記超音波探触子に超音波を送信させると共に、前記炉底管内に充填された接触媒質を介して該炉底管の上部に伝搬した超音波の該炉底管内外面からのエコーを該超音波探触子に受信させ、該超音波探触子から前記エコーに相当する電気信号を取得する制御部と、前記制御部が取得した前記電気信号に基づいて前記炉底管内外面からのエコーの伝搬時間の時間差を検出し、前記時間差に基づいて該炉底管の上部の肉厚を算出する演算部とを備えたことを特徴とする超音波肉厚測定装置を提供する。
【０００９】
本発明によれば、炉底管の上部の肉厚を炉底管の下方から測定することができるので、炉底管の上側の残渣を除去する必要がなく、炉底管の上部の肉厚を容易に測定することができる。
【００１０】
好ましくは、超音波肉厚測定装置は、前記超音波探触子を前記炉底管の管軸周りに揺動させながら管軸方向に移動させる駆動部を備える。
【００１１】
斯かる好ましい方法によれば、超音波探触子が揺動する範囲内における炉底管の上部の肉厚を炉底管の管軸方向に沿って容易に測定することができる。
また、超音波探触子が炉底管の管軸周りに揺動するので、炉底管の形状がほぼ真円であれば炉底管の周方向において超音波探触子と炉底管の上部との距離がほぼ一定になる。このことにより、炉底管の上部の肉厚を炉底管の周方向に連続して測定する場合にも、制御部による電気信号の取得と、演算部による炉底管の上部の肉厚の算出が容易になる。
【００１２】
好ましくは、前記炉底管の上部の肉厚を算出するために、送信される超音波の焦点が該炉底管の上部近傍に設定された第１超音波探触子と、前記炉底管の下部の肉厚を算出するために、送信される超音波の焦点が該炉底管の下部近傍に設定された第２超音波探触子とを備え、前記制御部は、前記第１超音波探触子に超音波を送信させると共に、前記炉底管内に充填された接触媒質を介して該炉底管の上部に伝搬した超音波の該炉底管内外面からのエコーを該第１超音波探触子に受信させ、該第１超音波探触子から前記エコーに相当する電気信号を取得し、前記第２超音波探触子に超音波を送信させると共に、前記炉底管の下部の該炉底管内外面からのエコーを該第２超音波探触子に受信させ、該第２超音波探触子から前記エコーに相当する電気信号を取得し、前記演算部は、前記制御部が取得した前記炉底管の上部からの前記電気信号に基づいて該炉底管の上部の該炉底管内外面からのエコーの受信の時間差を検出し、前記時間差に基づいて該炉底管の上部の肉厚を算出し、前記制御部が取得した前記炉底管の下部からの前記電気信号に基づいて該炉底管の下部の該炉底管内外面からのエコーの受信の時間差を検出し、前記時間差に基づいて該炉底管の下部の肉厚を算出する。
【００１３】
斯かる好ましい方法によれば、炉底管の任意の箇所の上部と下部との肉厚を同時に容易に測定することができる。
特に、超音波探触子を炉底管の管軸周りに揺動させながら管軸方向に移動させた場合には、超音波探触子が揺動する範囲内における炉底管の上部と下部との肉厚を炉底管の管軸方向に沿って容易に測定することができる。
【００１４】
また、前記課題を解決するため、本発明は、ボイラーの炉底管の肉厚を超音波によって測定する超音波肉厚測定方法であって、前記炉底管内に接触媒質を充填する第１ステップと、前記炉底管の下方より該炉底管に向けて超音波探触子から超音波を送信する第２ステップと、前記接触媒質を介して前記炉底管の上部に伝搬した超音波の該炉底管内外面からのエコーを前記超音波探触子によって受信する第３ステップと、前記超音波探触子が受信した前記炉底管内外面からのエコーの時間差に基づいて該炉底管の上部の肉厚を算出する第４ステップとを含むことを特徴とする超音波肉厚測定方法を提供する。
【００１５】
好ましくは、前記超音波探触子を前記炉底管の管軸周りに揺動させると共に管軸方向に移動させながら、前記第２乃至第４ステップを行う。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、炉底管の上部の肉厚を炉底管の下方から測定することができるので、炉底管の上側の残渣を除去する必要がなく、炉底管の上部の肉厚を容易に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１（ａ）はボイラーの斜視図であり、図１（ｂ）はボイラーの炉底面の一部断面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る超音波肉厚測定装置の構成図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｄ）は、上部の肉厚が異なる４本の炉底管において同超音波肉厚測定装置によって電気信号（エコー信号）に変換された表面エコーと底面エコーとを示す図である。
【図４】図４は、図３（ａ）〜（ｄ）において示した４本の炉底管１１の肉厚の測定値と実測値との相関図である。
【図５】図５は、第２の実施形態に係る超音波肉厚測定装置の構成図である。
【図６】図６（ａ）は同超音波肉厚測定装置における第１駆動部を炉底管の管軸方向から見た概略図であり、図６（ｂ）は超音波探触子の斜視図である。
【図７】図７は、同超音波肉厚測定装置における超音波探触子の揺動を説明する図である。
【図８】図８は、同超音波肉厚測定装置におけるガイド部の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の第１の実施形態に係る超音波肉厚測定装置ついて説明する。本実施形態では、例として、ソーダ回収ボイラーに使用されている超音波肉厚測定装置を示す。図２は、超音波肉厚測定装置の構成図である。炉底管１１は、鋼により成っている。
超音波肉厚測定装置２は、炉底管１１の下方に設けられる超音波探触子２１と、超音波探触子２１に超音波を送信させる制御部２２と、炉底管１１の肉厚を算出する演算部２３とを備えている。
超音波探触子２１は、超音波の送信方向が炉底管１１の管軸に向かうように設けられ、制御部２２に制御されて超音波を炉底管１１に向けて送信すると共に炉底管１１からのエコーを受信する。
【００１９】
炉底管１１の内部には、超音波を伝搬するための接触媒質が充填されている。本実施形態では、例として水Ｗが充填されている。
超音波の焦点は、炉底管１１の上部近傍に設定されており、超音波探触子２１から送信された超音波は、管内に充填された水Ｗを伝搬して、炉底管上部に到達し、炉底管１１の上部の内面１１ａと外面１１ｂとで反射し、エコーとなって炉底管内に充填された水Ｗを伝搬して超音波探触子２１に受信される。炉底管１１の上部の内面１１ａで反射したエコーを表面エコーと呼び、炉底管１１の上部の外面１１ｂで反射したエコーを底面エコーと呼ぶ。
超音波探触子２１は、表面エコーと底面エコーとを受信し、それぞれのエコーの強度に相当する電気信号（エコー信号）に変換して制御部２２に送信する。
制御部２２は、超音波探触子２１から受信した電気信号を増幅した後にＡ／Ｄ変換し、演算部２３に送信する。
演算部２３は、制御部２２によってＡ／Ｄ変換された表面エコーと底面エコーとを受信し、Ａ／Ｄ変換された表面エコーと底面エコーとの伝搬時間の時間差に基づいて、エコーの鋼中の伝搬速度から炉底管１１の上部の肉厚を算出する。演算部２３は、算出された肉厚を液晶ディスプレーやプリンタ等の表示部（図示せず）によって出力する。
このとき、炉底管１１と超音波探触子２１との間には、給水装置（図示せず）によって水が供給され、超音波が炉底管１１と超音波探触子２１との間を伝搬するようにされている。
【００２０】
超音波による炉底管の上部の肉厚の測定は次のように行う。
最初に、ユーザーは、炉底管１１内に接触媒質として水Ｗを充填する（第１ステップ）。このとき、運転中のボイラー１を停止して、炉底管１１の上部の肉厚を測定する場合には、ボイラー１の運転のために炉底管１１内に元から充填されている水Ｗを利用することが可能である。
続いて、ユーザーは、炉底管１１の下方に超音波探触子２１を炉底管１１に向けて設置し、制御部２２を介して超音波探触子２１から超音波を送信させる（第２ステップ）。このとき、ユーザーは、炉底管１１と超音波探触子２１との間に給水装置によって水を供給し、超音波が超音波探触子２１から炉底管１１に伝搬されるようにする。
続いて、炉底管１１中の水Ｗを介して炉底管１１の上部に伝搬した超音波が、炉底管１１の内外面で反射し、エコーとなって超音波探触子２１に受信される（第３ステップ）。
続いて、制御部２２及び演算部２３が、超音波探触子２１が受信した炉底管１１内外面からのエコーの伝搬時間の時間差に基づいて炉底管１１の上部の肉厚を算出する（第４ステップ）。算出された肉厚は、制御部２２によって、液晶ディスプレーやプリンタ等の表示部に出力される。
【００２１】
上記方法においては、制御部２２と演算部２３とによって炉底管１１の肉厚を算出する方法について説明したが、本発明はこれに限られるものでなく、例えば制御部２２が受信した電気信号の波形を表示装置に表示し、人手によって波形から表面エコーと底面エコーとの伝搬時間の時間差を読み取り、炉底管１１の肉厚を算出してもよい。
【００２２】
次に、このようにして測定された外径７０φ、初期肉厚６ｍｍの炉底管１１の上部の肉厚の測定結果を示す。
図３（ａ）〜（ｄ）は、上部の肉厚が異なる４本の炉底管１１において、超音波探触子２１によって電気信号（エコー信号）に変換された炉底管１１の上部の表面エコーと底面エコーとを示す図である。横軸は、炉底管１１中での超音波の伝搬距離を示し、伝搬時間から換算されている。縦軸は、受信されたエコーの強度を予め定められた基準強度に対する百分率で表わしている。表面エコーと底面エコーの強度の最大値は基準強度を越えている。図中の線分Ｇは、雑音を除外し表面エコーと底面エコーとを検出するために設けられたゲートである。表面エコーに対して底面エコーは振幅が小さくノイズの影響を受け易いため、基準強度に対するゲート高さは、底面エコーの方を表面エコーよりも高く設定している。またこのゲートの設定時間は発振エコー（図示せず）の伝搬時間を基準として定められるが、表面エコーのゲート開始時間と底面エコーのゲート開始時間との間は、それまでに測定された炉底管１１の上部の肉厚と減肉の程度によって調整される。
演算部２３は表面エコーの波形の立ち上がり（破線ｔ１で示す）と底面エコーの波形の立ち上がり（破線ｔ２で示す）とを、Ａ／Ｄ変換された表面エコーと底面エコーとから検出し、それぞれのエコーの立ち上がり時間の差に基づいて、伝搬速度から炉底管１１の上部の肉厚を算出する。
それぞれの図の右に、超音波肉厚測定装置２による測定値と、実際に肉厚を測定した実測値とを示している。
【００２３】
図４は、図３（ａ）〜（ｄ）において示した４本の炉底管１１の肉厚の測定値と実測値との相関図である。
４個の点は直線状に並んでおり、測定値と実測値とは強い相関を示している。超音波肉厚測定装置２によって、炉底管１１の上部の肉厚を精度良く測定することができる。
【００２４】
このように、炉底管１１の上部の肉厚を炉底管１１の下方から測定することができるので、炉底管１１の上側の残渣を除去する必要がなく、炉底管１１の上部の肉厚を容易に測定することができる。
【００２５】
また、超音波探触子２１として、超音波の焦点が炉底管１１の上部近傍に設定された第１超音波探触子と、超音波の焦点が炉底管１１の下部近傍に設定された第２超音波探触子とを備え、第１超音波探触子と制御部２２と演算部２３とによって炉底管１１の上部の肉厚を算出し、第２超音波探触子と制御部２２と演算部２３とによって炉底管１１の下部の肉厚を算出してもよい。炉底管１１の任意の箇所の上部と下部との肉厚を同時に容易に測定することができる。
【００２６】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る超音波肉厚測定装置について図を参照して説明する。第１の実施形態と同じ構成については説明を省略する。図５は、超音波肉厚測定装置２の構成図である。
本実施形態に係る超音波肉厚測定装置２は、第１の実施形態に係る超音波肉厚測定装置２の超音波探触子２１を炉底管１１の管軸周りに揺動させながら管軸方向に移動させる駆動部３を備えている。
駆動部３は、超音波探触子２１を保持して炉底管１１の管軸周りに揺動させる第１駆動部４と、第１駆動部４を炉底管１１の管軸方向に移動させる第２駆動部５と、第２駆動部５を炉底管１１の下面に固定する固定部６とを備えている。固定部６は、例えばマグネットである。
【００２７】
図６（ａ）は、第１駆動部４を炉底管１１の管軸方向から見た概略図であり、図６（ｂ）は、超音波探触子２１の斜視図であり、図７は、超音波探触子２１の揺動を説明する図であり、図８は、第１駆動部４を構成するガイド部の動作を説明する図である。
第１駆動部４は、第２駆動部５のステージ５１を貫通させる貫通穴４０を有している。また、第１駆動部４は、超音波探触子２１を炉底管１１の管軸方向の両側から隙間を空けて挟むように設けられた２枚の保持板４１を有している。保持板４１には、円弧状のスリット４１ａが凹側を上向きにして設けられている。
保持板４１に対向する超音波探触子２１のそれぞれの面には、スリット４１ａに嵌合する３本のピン２１０が設けられている。３本のピン２１０の内の中央の中央ピン２１０ａは他の２本のピン２１０よりも長い。ピン２１０は、スリット４１ａ内を摺動することができる。超音波探触子２１は、ピン２１０をスリット４１ａに嵌合させることによって第１駆動部４に保持されるとともに、炉底管１１の管軸周りに揺動することができる（図７参照）。
スリット４１ａの曲率は、超音波探触子２１から発信される超音波が炉底管１１に向かう状態で超音波探触子２１が炉底管１１の管軸周りを揺動するように設定されている。
【００２８】
保持板４１における炉底管１１の管軸方向の両外側には、超音波探触子２１を揺動させるガイド部４２が設けられている。ガイド部４２には垂直方向にスリット４２ａが設けられている（図８参照）。
超音波探触子２１の３本のピン２１０の内で、両端のピン２１０は第１駆動部４のスリット４１ａに届くだけの長さであるが、中央のピン２１０ａはスリット４１ａを貫通してガイド部４２のスリット４２ａに到達する長さであり、先端がスリット４２ａに嵌合している。
ガイド部４２は、炉底管１１の管軸方向に垂直であって水平なシャフト４３に貫通されており、シャフト４３に沿って摺動することができる。ガイド部４２は、炉底管１１の管軸方向に平行に設けられた回転軸４４を中心に回転するレバー４５の先端と連結棒４６によって連結されている。ガイド部４２と連結棒４６、及び連結棒４６とレバー４５の接合部分は回転自在になっている。
【００２９】
回転軸４４は、制御部２２からの制御によりモータによって回転する。回転軸４４が回転すると、レバー４５と連結棒４６とが屈伸し、ガイド部４２がシャフト４３に沿って往復運動をする。
ガイド部４２が往復運動をすると、スリット４２ａに嵌合した中央ピン２１０ａは、スリット４２ａに沿って上下動しながらシャフト４３に沿って往復運動をする。
中央ピン２１０ａがシャフト４３に沿って往復運動をすると、超音波探触子２１は、炉底管１１に向いた状態で炉底管１１の管軸周りを揺動する。
本実施形態では炉底管１１の管軸から見た超音波探触子２１が揺動する角度を１００°としているが、炉底管１１の上部の肉厚を、炉底管１１の幅方向のほぼ全域に亘って測定することができる。
【００３０】
第２駆動部５は、図５に示すように炉底管１１の管軸方向に延びて第１駆動部４を保持するステージ５１と、ステージ５１の一端側に設けられた駆動輪５２と、他端側に設けられたプーリ５３と、駆動輪５２とプーリ５３とに架けられたワイヤー５４とを有している。
第１駆動部４は、貫通穴４０にステージ５１を貫通されてステージ５１上を摺動する。第１駆動部４は、また、ワイヤー５４に固定されている。
駆動輪５２は、制御部２２からの制御によりモータによって回転する。駆動輪５２が回転することにより、第１駆動部４に設けられた超音波探触子２１は、ワイヤー５４に引っ張られて炉底管１１の管軸方向に移動する。
尚、超音波探触子２１の揺動及び管軸方向への移動に伴い、炉底管１１の形状が真円でないこと等によって超音波探触子２１と炉底管１１との距離が変動して表面エコーと底面エコーの伝搬時間が変動する。そこで、表面エコーと底面エコーの伝搬時間が変動しても表面エコーと底面エコーとを検出できるように、制御部２２は、表面エコーの伝搬時間が変動すると、その変動に追従させて、次のエコーの受信のタイミング以降における表面エコーと底面エコーのそれぞれのゲートの設定時間を変動させている。
また、回転軸４４と駆動輪５２のそれぞれをモータによらずにハンドルによって手動で回転するようにしてもよい。このとき、回転軸４４を回転させるハンドルは、第１駆動部４に含まれ、駆動輪５２を回転させるハンドルは、第２駆動部５に含まれる。
【００３１】
超音波による炉底管の上部の肉厚の測定は次のように行う。
最初に、ユーザーは、炉底管１１内に接触媒質として水Ｗを充填する（第１ステップ）。このとき、運転中のボイラー１を停止して、炉底管１１の上部の肉厚を測定する場合には、ボイラー１の運転のために炉底管１１内に元から充填されている水Ｗを利用することが可能である。
続いて、ユーザーは、制御部２２を介して第１駆動部４によって超音波探触子２１を揺動させ、第２駆動部５によって超音波探触子２１を炉底管１１の管軸方向に移動させながら以下の第２ステップから第４ステップを繰り返して行う。このとき、回転軸４４と駆動輪５２の回転を、モータを用いずにハンドルによって手動で行ってもよい。
ユーザーは、制御部２２を介して超音波探触子２１から超音波を送信させる（第２ステップ）。このとき、ユーザーは、炉底管１１と超音波探触子２１との間に給水装置によって水を供給し、超音波が超音波探触子２１から炉底管１１に伝搬されるようにする。
続いて、炉底管１１中の水Ｗを介して炉底管１１の上部に伝搬した超音波が、炉底管１１の内外面で反射し、エコーとなって超音波探触子２１に受信される（第３ステップ）。
続いて、制御部２２及び演算部２３が、超音波探触子２１が受信した炉底管１１内外面からのエコーの伝搬時間の時間差に基づいて炉底管１１の上部の肉厚を算出する（第４ステップ）。算出された肉厚は、制御部２２によって、液晶ディスプレーやプリンタ等の表示部に出力される。
【００３２】
超音波肉厚測定装置２を上述したような構成にすることにより、超音波探触子２１が揺動する範囲内における炉底管１１の上部の肉厚を炉底管１１の管軸方向に沿って容易に測定することができる。
また、超音波探触子２１が炉底管１１の管軸周りに揺動するので、炉底管１１の形状がほぼ真円であれば炉底管１１の周方向において超音波探触子２１と炉底管１１の上部との距離がほぼ一定になる。このことにより、炉底管１１の上部の肉厚を炉底管１１の周方向に連続して測定する場合にも、制御部２２による電気信号の取得と、演算部２３による炉底管１１の上部の肉厚の算出が容易になる。
【００３３】
また、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、超音波探触子２１として、超音波の焦点が炉底管１１の上部近傍に設定された第１超音波探触子と、超音波の焦点が炉底管１１の下部近傍に設定された第２超音波探触子とを備え、第１超音波探触子と制御部２２と演算部２３とによって炉底管１１の上部の肉厚を算出し、第２超音波探触子と制御部２２と演算部２３とによって炉底管１１の下部の肉厚を算出してもよい。炉底管１１の全幅の上部と下部との肉厚を炉底管１１の管軸方向に沿って容易に測定することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・ボイラー
１１・・・炉底管
２・・・超音波肉厚測定装置
２１・・・超音波探触子
２２・・・制御部
２３・・・演算部
３・・・駆動部
Ｗ・・・水（接触媒質）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラーの炉底管の肉厚を超音波によって測定する超音波肉厚測定装置及び超音波肉厚測定方法に関する。特に、炉底管の上部の肉厚を容易に測定することができる超音波肉厚測定装置及び超音波肉厚測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の管を炉底面や炉壁面に設け、管内に供給された水を加熱するボイラーが知られている。図１にこのようなボイラーの例を示す。図１（ａ）は、ボイラー１の斜視図であり、図１（ｂ）は、ボイラー１の炉底面の一部断面図である。
Ｕ字型に曲げられた複数の管１０が並列に並べられ、ボイラー１の底面と壁面を構成している。ここで、ボイラー１の底面を構成する管１０を炉底管１１と呼ぶ。管１０内には水が循環される。それぞれの管１０は、板材１ａを介して溶接等によって互いに接続され、隙間がないようにされている。そして、ボイラー１内で燃焼が行われ、管１０中の水が加熱されて蒸気となり、動力源等として使用される。
【０００３】
製紙工場においては、製造工程から排出される黒液と呼ばれる廃液をボイラー１内で燃焼し、その熱によって管１０中の水を蒸気にし、その蒸気でタービンを回転させて発電したり紙を乾燥したりしている。（製紙工場におけるこのようなボイラーは、ソーダ回収ボイラーと呼ばれている。）
しかしながら、黒液を燃焼させるとスメルトという残渣がボイラーの炉底面の上側（炉底管の上側）に積層する。このスメルトは炉底面を構成する炉底管１１を腐食させ、炉底管１１の上部の肉厚を減肉させる。
このために、炉底管１１の上部の肉厚を適宜測定しなければならない。そして、ボイラー１の内側から超音波によって炉底管１１の上部の肉厚を測定しようとすると、炉底管１１の上側に積層したスメルトを除去しなければならない。しかしながら、スメルトはボイラーの熱の影響で硬化するために、炉底管１１の上側に積層したスメルトを炉底管１１の上側全面に亘って除去するのは困難である。そのために、部分的にスメルトを除去して炉底管１１の上部の肉厚を測定している。このように、炉底管１１の上部の肉厚を測定するのが困難であるという問題がある。
また、火力発電用のボイラーにおいても、残渣が炉底面の上側に積層するという同様の問題がある。
【０００４】
また、超音波によって管の種々の性状を測定する装置及び方法に関して特許文献１乃至３の発明が知られている。
しかしながら、特許文献１に記載の発明は、管の探傷を行う装置であって、管の肉厚を測定する装置でない。
また、特許文献２に記載の発明は、ボイラーの炉壁管の肉厚を測定する装置であって、炉底管の上部の肉厚を測定する装置でない。
また、特許文献３に記載の発明は、ボイラーの炉壁管の腐食き裂を探傷する方法であって、炉底管の上部の肉厚を測定する方法でない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５８−１０８４５１号公報
【特許文献２】特開昭６１−２９０３５７号公報
【特許文献３】特開平４−６４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するためになされたものであり、炉底管の上部の肉厚を容易に測定することができる超音波肉厚測定装置及び超音波肉厚測定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明者は、炉底管の下方から超音波を炉底管に送信し、炉底管の上部の肉厚を測定する方法を検討した。その結果、炉底管内に水を充填させた状態で炉底管の下方から超音波を炉底管に送信し、そのエコーを受信することにより、炉底管の上部の肉厚を測定することができるという知見を得た。
【０００８】
本発明は、上記の本発明者の知見に基づき完成されたものである。すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、ボイラーの炉底管の肉厚を超音波によって測定する超音波肉厚測定装置であって、前記炉底管の下方に設けられ超音波を該炉底管に向けて送信すると共に該炉底管からのエコーを受信する超音波探触子と、前記超音波探触子に超音波を送信させると共に、前記炉底管内に充填された接触媒質を介して該炉底管の上部に伝搬した超音波の該炉底管内外面からのエコーを該超音波探触子に受信させ、該超音波探触子から前記エコーに相当する電気信号を取得する制御部と、前記制御部が取得した前記電気信号に基づいて前記炉底管内外面からのエコーの伝搬時間の時間差を検出し、前記時間差に基づいて該炉底管の上部の肉厚を算出する演算部とを備えたことを特徴とする超音波肉厚測定装置を提供する。
【０００９】
本発明によれば、炉底管の上部の肉厚を炉底管の下方から測定することができるので、炉底管の上側の残渣を除去する必要がなく、炉底管の上部の肉厚を容易に測定することができる。
【００１０】
好ましくは、超音波肉厚測定装置は、前記超音波探触子を前記炉底管の管軸周りに揺動させながら管軸方向に移動させる駆動部を備える。
【００１１】
斯かる好ましい方法によれば、超音波探触子が揺動する範囲内における炉底管の上部の肉厚を炉底管の管軸方向に沿って容易に測定することができる。
また、超音波探触子が炉底管の管軸周りに揺動するので、炉底管の形状がほぼ真円であれば炉底管の周方向において超音波探触子と炉底管の上部との距離がほぼ一定になる。このことにより、炉底管の上部の肉厚を炉底管の周方向に連続して測定する場合にも、制御部による電気信号の取得と、演算部による炉底管の上部の肉厚の算出が容易になる。
【００１２】
好ましくは、前記炉底管の上部の肉厚を算出するために、送信される超音波の焦点が該炉底管の上部近傍に設定された第１超音波探触子と、前記炉底管の下部の肉厚を算出するために、送信される超音波の焦点が該炉底管の下部近傍に設定された第２超音波探触子とを備え、前記制御部は、前記第１超音波探触子に超音波を送信させると共に、前記炉底管内に充填された接触媒質を介して該炉底管の上部に伝搬した超音波の該炉底管内外面からのエコーを該第１超音波探触子に受信させ、該第１超音波探触子から前記エコーに相当する電気信号を取得し、前記第２超音波探触子に超音波を送信させると共に、前記炉底管の下部の該炉底管内外面からのエコーを該第２超音波探触子に受信させ、該第２超音波探触子から前記エコーに相当する電気信号を取得し、前記演算部は、前記制御部が取得した前記炉底管の上部からの前記電気信号に基づいて該炉底管の上部の該炉底管内外面からのエコーの受信の時間差を検出し、前記時間差に基づいて該炉底管の上部の肉厚を算出し、前記制御部が取得した前記炉底管の下部からの前記電気信号に基づいて該炉底管の下部の該炉底管内外面からのエコーの受信の時間差を検出し、前記時間差に基づいて該炉底管の下部の肉厚を算出する。
【００１３】
斯かる好ましい方法によれば、炉底管の任意の箇所の上部と下部との肉厚を同時に容易に測定することができる。
特に、超音波探触子を炉底管の管軸周りに揺動させながら管軸方向に移動させた場合には、超音波探触子が揺動する範囲内における炉底管の上部と下部との肉厚を炉底管の管軸方向に沿って容易に測定することができる。
【００１４】
また、前記課題を解決するため、本発明は、ボイラーの炉底管の肉厚を超音波によって測定する超音波肉厚測定方法であって、前記炉底管内に接触媒質を充填する第１ステップと、前記炉底管の下方より該炉底管に向けて超音波探触子から超音波を送信する第２ステップと、前記接触媒質を介して前記炉底管の上部に伝搬した超音波の該炉底管内外面からのエコーを前記超音波探触子によって受信する第３ステップと、前記超音波探触子が受信した前記炉底管内外面からのエコーの時間差に基づいて該炉底管の上部の肉厚を算出する第４ステップとを含むことを特徴とする超音波肉厚測定方法を提供する。
【００１５】
好ましくは、前記超音波探触子を前記炉底管の管軸周りに揺動させると共に管軸方向に移動させながら、前記第２乃至第４ステップを行う。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、炉底管の上部の肉厚を炉底管の下方から測定することができるので、炉底管の上側の残渣を除去する必要がなく、炉底管の上部の肉厚を容易に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１（ａ）はボイラーの斜視図であり、図１（ｂ）はボイラーの炉底面の一部断面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る超音波肉厚測定装置の構成図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｄ）は、上部の肉厚が異なる４本の炉底管において同超音波肉厚測定装置によって電気信号（エコー信号）に変換された表面エコーと底面エコーとを示す図である。
【図４】図４は、図３（ａ）〜（ｄ）において示した４本の炉底管１１の肉厚の測定値と実測値との相関図である。
【図５】図５は、第２の実施形態に係る超音波肉厚測定装置の構成図である。
【図６】図６（ａ）は同超音波肉厚測定装置における第１駆動部を炉底管の管軸方向から見た概略図であり、図６（ｂ）は超音波探触子の斜視図である。
【図７】図７は、同超音波肉厚測定装置における超音波探触子の揺動を説明する図である。
【図８】図８は、同超音波肉厚測定装置におけるガイド部の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の第１の実施形態に係る超音波肉厚測定装置ついて説明する。本実施形態では、例として、ソーダ回収ボイラーに使用されている超音波肉厚測定装置を示す。図２は、超音波肉厚測定装置の構成図である。炉底管１１は、鋼により成っている。
超音波肉厚測定装置２は、炉底管１１の下方に設けられる超音波探触子２１と、超音波探触子２１に超音波を送信させる制御部２２と、炉底管１１の肉厚を算出する演算部２３とを備えている。
超音波探触子２１は、超音波の送信方向が炉底管１１の管軸に向かうように設けられ、制御部２２に制御されて超音波を炉底管１１に向けて送信すると共に炉底管１１からのエコーを受信する。
【００１９】
炉底管１１の内部には、超音波を伝搬するための接触媒質が充填されている。本実施形態では、例として水Ｗが充填されている。
超音波の焦点は、炉底管１１の上部近傍に設定されており、超音波探触子２１から送信された超音波は、管内に充填された水Ｗを伝搬して、炉底管上部に到達し、炉底管１１の上部の内面１１ａと外面１１ｂとで反射し、エコーとなって炉底管内に充填された水Ｗを伝搬して超音波探触子２１に受信される。炉底管１１の上部の内面１１ａで反射したエコーを表面エコーと呼び、炉底管１１の上部の外面１１ｂで反射したエコーを底面エコーと呼ぶ。
超音波探触子２１は、表面エコーと底面エコーとを受信し、それぞれのエコーの強度に相当する電気信号（エコー信号）に変換して制御部２２に送信する。
制御部２２は、超音波探触子２１から受信した電気信号を増幅した後にＡ／Ｄ変換し、演算部２３に送信する。
演算部２３は、制御部２２によってＡ／Ｄ変換された表面エコーと底面エコーとを受信し、Ａ／Ｄ変換された表面エコーと底面エコーとの伝搬時間の時間差に基づいて、エコーの鋼中の伝搬速度から炉底管１１の上部の肉厚を算出する。演算部２３は、算出された肉厚を液晶ディスプレーやプリンタ等の表示部（図示せず）によって出力する。
このとき、炉底管１１と超音波探触子２１との間には、給水装置（図示せず）によって水が供給され、超音波が炉底管１１と超音波探触子２１との間を伝搬するようにされている。
【００２０】
超音波による炉底管の上部の肉厚の測定は次のように行う。
最初に、ユーザーは、炉底管１１内に接触媒質として水Ｗを充填する（第１ステップ）。このとき、運転中のボイラー１を停止して、炉底管１１の上部の肉厚を測定する場合には、ボイラー１の運転のために炉底管１１内に元から充填されている水Ｗを利用することが可能である。
続いて、ユーザーは、炉底管１１の下方に超音波探触子２１を炉底管１１に向けて設置し、制御部２２を介して超音波探触子２１から超音波を送信させる（第２ステップ）。このとき、ユーザーは、炉底管１１と超音波探触子２１との間に給水装置によって水を供給し、超音波が超音波探触子２１から炉底管１１に伝搬されるようにする。
続いて、炉底管１１中の水Ｗを介して炉底管１１の上部に伝搬した超音波が、炉底管１１の内外面で反射し、エコーとなって超音波探触子２１に受信される（第３ステップ）。
続いて、制御部２２及び演算部２３が、超音波探触子２１が受信した炉底管１１内外面からのエコーの伝搬時間の時間差に基づいて炉底管１１の上部の肉厚を算出する（第４ステップ）。算出された肉厚は、制御部２２によって、液晶ディスプレーやプリンタ等の表示部に出力される。
【００２１】
上記方法においては、制御部２２と演算部２３とによって炉底管１１の肉厚を算出する方法について説明したが、本発明はこれに限られるものでなく、例えば制御部２２が受信した電気信号の波形を表示装置に表示し、人手によって波形から表面エコーと底面エコーとの伝搬時間の時間差を読み取り、炉底管１１の肉厚を算出してもよい。
【００２２】
次に、このようにして測定された外径７０φ、初期肉厚６ｍｍの炉底管１１の上部の肉厚の測定結果を示す。
図３（ａ）〜（ｄ）は、上部の肉厚が異なる４本の炉底管１１において、超音波探触子２１によって電気信号（エコー信号）に変換された炉底管１１の上部の表面エコーと底面エコーとを示す図である。横軸は、炉底管１１中での超音波の伝搬距離を示し、伝搬時間から換算されている。縦軸は、受信されたエコーの強度を予め定められた基準強度に対する百分率で表わしている。表面エコーと底面エコーの強度の最大値は基準強度を越えている。図中の線分Ｇは、雑音を除外し表面エコーと底面エコーとを検出するために設けられたゲートである。表面エコーに対して底面エコーは振幅が小さくノイズの影響を受け易いため、基準強度に対するゲート高さは、底面エコーの方を表面エコーよりも高く設定している。またこのゲートの設定時間は発振エコー（図示せず）の伝搬時間を基準として定められるが、表面エコーのゲート開始時間と底面エコーのゲート開始時間との間は、それまでに測定された炉底管１１の上部の肉厚と減肉の程度によって調整される。
演算部２３は表面エコーの波形の立ち上がり（破線ｔ１で示す）と底面エコーの波形の立ち上がり（破線ｔ２で示す）とを、Ａ／Ｄ変換された表面エコーと底面エコーとから検出し、それぞれのエコーの立ち上がり時間の差に基づいて、伝搬速度から炉底管１１の上部の肉厚を算出する。
それぞれの図の右に、超音波肉厚測定装置２による測定値と、実際に肉厚を測定した実測値とを示している。
【００２３】
図４は、図３（ａ）〜（ｄ）において示した４本の炉底管１１の肉厚の測定値と実測値との相関図である。
４個の点は直線状に並んでおり、測定値と実測値とは強い相関を示している。超音波肉厚測定装置２によって、炉底管１１の上部の肉厚を精度良く測定することができる。
【００２４】
このように、炉底管１１の上部の肉厚を炉底管１１の下方から測定することができるので、炉底管１１の上側の残渣を除去する必要がなく、炉底管１１の上部の肉厚を容易に測定することができる。
【００２５】
また、超音波探触子２１として、超音波の焦点が炉底管１１の上部近傍に設定された第１超音波探触子と、超音波の焦点が炉底管１１の下部近傍に設定された第２超音波探触子とを備え、第１超音波探触子と制御部２２と演算部２３とによって炉底管１１の上部の肉厚を算出し、第２超音波探触子と制御部２２と演算部２３とによって炉底管１１の下部の肉厚を算出してもよい。炉底管１１の任意の箇所の上部と下部との肉厚を同時に容易に測定することができる。
【００２６】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る超音波肉厚測定装置について図を参照して説明する。第１の実施形態と同じ構成については説明を省略する。図５は、超音波肉厚測定装置２の構成図である。
本実施形態に係る超音波肉厚測定装置２は、第１の実施形態に係る超音波肉厚測定装置２の超音波探触子２１を炉底管１１の管軸周りに揺動させながら管軸方向に移動させる駆動部３を備えている。
駆動部３は、超音波探触子２１を保持して炉底管１１の管軸周りに揺動させる第１駆動部４と、第１駆動部４を炉底管１１の管軸方向に移動させる第２駆動部５と、第２駆動部５を炉底管１１の下面に固定する固定部６とを備えている。固定部６は、例えばマグネットである。
【００２７】
図６（ａ）は、第１駆動部４を炉底管１１の管軸方向から見た概略図であり、図６（ｂ）は、超音波探触子２１の斜視図であり、図７は、超音波探触子２１の揺動を説明する図であり、図８は、第１駆動部４を構成するガイド部の動作を説明する図である。
第１駆動部４は、第２駆動部５のステージ５１を貫通させる貫通穴４０を有している。また、第１駆動部４は、超音波探触子２１を炉底管１１の管軸方向の両側から隙間を空けて挟むように設けられた２枚の保持板４１を有している。保持板４１には、円弧状のスリット４１ａが凹側を上向きにして設けられている。
保持板４１に対向する超音波探触子２１のそれぞれの面には、スリット４１ａに嵌合する３本のピン２１０が設けられている。３本のピン２１０の内の中央の中央ピン２１０ａは他の２本のピン２１０よりも長い。ピン２１０は、スリット４１ａ内を摺動することができる。超音波探触子２１は、ピン２１０をスリット４１ａに嵌合させることによって第１駆動部４に保持されるとともに、炉底管１１の管軸周りに揺動することができる（図７参照）。
スリット４１ａの曲率は、超音波探触子２１から発信される超音波が炉底管１１に向かう状態で超音波探触子２１が炉底管１１の管軸周りを揺動するように設定されている。
【００２８】
保持板４１における炉底管１１の管軸方向の両外側には、超音波探触子２１を揺動させるガイド部４２が設けられている。ガイド部４２には垂直方向にスリット４２ａが設けられている（図８参照）。
超音波探触子２１の３本のピン２１０の内で、両端のピン２１０は第１駆動部４のスリット４１ａに届くだけの長さであるが、中央のピン２１０ａはスリット４１ａを貫通してガイド部４２のスリット４２ａに到達する長さであり、先端がスリット４２ａに嵌合している。
ガイド部４２は、炉底管１１の管軸方向に垂直であって水平なシャフト４３に貫通されており、シャフト４３に沿って摺動することができる。ガイド部４２は、炉底管１１の管軸方向に平行に設けられた回転軸４４を中心に回転するレバー４５の先端と連結棒４６によって連結されている。ガイド部４２と連結棒４６、及び連結棒４６とレバー４５の接合部分は回転自在になっている。
【００２９】
回転軸４４は、制御部２２からの制御によりモータによって回転する。回転軸４４が回転すると、レバー４５と連結棒４６とが屈伸し、ガイド部４２がシャフト４３に沿って往復運動をする。
ガイド部４２が往復運動をすると、スリット４２ａに嵌合した中央ピン２１０ａは、スリット４２ａに沿って上下動しながらシャフト４３に沿って往復運動をする。
中央ピン２１０ａがシャフト４３に沿って往復運動をすると、超音波探触子２１は、炉底管１１に向いた状態で炉底管１１の管軸周りを揺動する。
本実施形態では炉底管１１の管軸から見た超音波探触子２１が揺動する角度を１００°としているが、炉底管１１の上部の肉厚を、炉底管１１の幅方向のほぼ全域に亘って測定することができる。
【００３０】
第２駆動部５は、図５に示すように炉底管１１の管軸方向に延びて第１駆動部４を保持するステージ５１と、ステージ５１の一端側に設けられた駆動輪５２と、他端側に設けられたプーリ５３と、駆動輪５２とプーリ５３とに架けられたワイヤー５４とを有している。
第１駆動部４は、貫通穴４０にステージ５１を貫通されてステージ５１上を摺動する。第１駆動部４は、また、ワイヤー５４に固定されている。
駆動輪５２は、制御部２２からの制御によりモータによって回転する。駆動輪５２が回転することにより、第１駆動部４に設けられた超音波探触子２１は、ワイヤー５４に引っ張られて炉底管１１の管軸方向に移動する。
尚、超音波探触子２１の揺動及び管軸方向への移動に伴い、炉底管１１の形状が真円でないこと等によって超音波探触子２１と炉底管１１との距離が変動して表面エコーと底面エコーの伝搬時間が変動する。そこで、表面エコーと底面エコーの伝搬時間が変動しても表面エコーと底面エコーとを検出できるように、制御部２２は、表面エコーの伝搬時間が変動すると、その変動に追従させて、次のエコーの受信のタイミング以降における表面エコーと底面エコーのそれぞれのゲートの設定時間を変動させている。
また、回転軸４４と駆動輪５２のそれぞれをモータによらずにハンドルによって手動で回転するようにしてもよい。このとき、回転軸４４を回転させるハンドルは、第１駆動部４に含まれ、駆動輪５２を回転させるハンドルは、第２駆動部５に含まれる。
【００３１】
超音波による炉底管の上部の肉厚の測定は次のように行う。
最初に、ユーザーは、炉底管１１内に接触媒質として水Ｗを充填する（第１ステップ）。このとき、運転中のボイラー１を停止して、炉底管１１の上部の肉厚を測定する場合には、ボイラー１の運転のために炉底管１１内に元から充填されている水Ｗを利用することが可能である。
続いて、ユーザーは、制御部２２を介して第１駆動部４によって超音波探触子２１を揺動させ、第２駆動部５によって超音波探触子２１を炉底管１１の管軸方向に移動させながら以下の第２ステップから第４ステップを繰り返して行う。このとき、回転軸４４と駆動輪５２の回転を、モータを用いずにハンドルによって手動で行ってもよい。
ユーザーは、制御部２２を介して超音波探触子２１から超音波を送信させる（第２ステップ）。このとき、ユーザーは、炉底管１１と超音波探触子２１との間に給水装置によって水を供給し、超音波が超音波探触子２１から炉底管１１に伝搬されるようにする。
続いて、炉底管１１中の水Ｗを介して炉底管１１の上部に伝搬した超音波が、炉底管１１の内外面で反射し、エコーとなって超音波探触子２１に受信される（第３ステップ）。
続いて、制御部２２及び演算部２３が、超音波探触子２１が受信した炉底管１１内外面からのエコーの伝搬時間の時間差に基づいて炉底管１１の上部の肉厚を算出する（第４ステップ）。算出された肉厚は、制御部２２によって、液晶ディスプレーやプリンタ等の表示部に出力される。
【００３２】
超音波肉厚測定装置２を上述したような構成にすることにより、超音波探触子２１が揺動する範囲内における炉底管１１の上部の肉厚を炉底管１１の管軸方向に沿って容易に測定することができる。
また、超音波探触子２１が炉底管１１の管軸周りに揺動するので、炉底管１１の形状がほぼ真円であれば炉底管１１の周方向において超音波探触子２１と炉底管１１の上部との距離がほぼ一定になる。このことにより、炉底管１１の上部の肉厚を炉底管１１の周方向に連続して測定する場合にも、制御部２２による電気信号の取得と、演算部２３による炉底管１１の上部の肉厚の算出が容易になる。
【００３３】
また、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、超音波探触子２１として、超音波の焦点が炉底管１１の上部近傍に設定された第１超音波探触子と、超音波の焦点が炉底管１１の下部近傍に設定された第２超音波探触子とを備え、第１超音波探触子と制御部２２と演算部２３とによって炉底管１１の上部の肉厚を算出し、第２超音波探触子と制御部２２と演算部２３とによって炉底管１１の下部の肉厚を算出してもよい。炉底管１１の全幅の上部と下部との肉厚を炉底管１１の管軸方向に沿って容易に測定することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・ボイラー
１１・・・炉底管
２・・・超音波肉厚測定装置
２１・・・超音波探触子
２２・・・制御部
２３・・・演算部
３・・・駆動部
Ｗ・・・水（接触媒質）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラーの炉底管の肉厚を超音波によって測定する超音波肉厚測定装置であって、
前記炉底管の下方に設けられ超音波を該炉底管に向けて送信すると共に該炉底管からのエコーを受信する超音波探触子と、
前記超音波探触子に超音波を送信させると共に、前記炉底管内に充填された接触媒質を介して該炉底管の上部に伝搬した超音波の該炉底管内外面からのエコーを該超音波探触子に受信させ、該超音波探触子から前記エコーに相当する電気信号を取得する制御部と、
前記制御部が取得した前記電気信号に基づいて前記炉底管内外面からのエコーの伝搬時間の時間差を検出し、前記時間差に基づいて該炉底管の上部の肉厚を算出する演算部とを備えたことを特徴とする超音波肉厚測定装置。
【請求項２】
前記超音波探触子を前記炉底管の管軸周りに揺動させながら管軸方向に移動させる駆動部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波肉厚測定装置。
【請求項３】
前記炉底管の上部の肉厚を算出するために、送信される超音波の焦点が該炉底管の上部近傍に設定された第１超音波探触子と、
前記炉底管の下部の肉厚を算出するために、送信される超音波の焦点が該炉底管の下部近傍に設定された第２超音波探触子とを備え、
前記制御部は、前記第１超音波探触子に超音波を送信させると共に、前記炉底管内に充填された接触媒質を介して該炉底管の上部に伝搬した超音波の該炉底管内外面からのエコーを該第１超音波探触子に受信させ、該第１超音波探触子から前記エコーに相当する電気信号を取得し、
前記第２超音波探触子に超音波を送信させると共に、前記炉底管の下部の該炉底管内外面からのエコーを該第２超音波探触子に受信させ、該第２超音波探触子から前記エコーに相当する電気信号を取得し、
前記演算部は、前記制御部が取得した前記炉底管の上部からの前記電気信号に基づいて該炉底管の上部の該炉底管内外面からのエコーの受信の時間差を検出し、前記時間差に基づいて該炉底管の上部の肉厚を算出し、
前記制御部が取得した前記炉底管の下部からの前記電気信号に基づいて該炉底管の下部の該炉底管内外面からのエコーの受信の時間差を検出し、前記時間差に基づいて該炉底管の下部の肉厚を算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波肉厚測定装置。
【請求項４】
ボイラーの炉底管の肉厚を超音波によって測定する超音波肉厚測定方法であって、
前記炉底管内に接触媒質を充填する第１ステップと、
前記炉底管の下方より該炉底管に向けて超音波探触子から超音波を送信する第２ステップと、
前記接触媒質を介して前記炉底管の上部に伝搬した超音波の該炉底管内外面からのエコーを前記超音波探触子によって受信する第３ステップと、
前記超音波探触子が受信した前記炉底管内外面からのエコーの時間差に基づいて該炉底管の上部の肉厚を算出する第４ステップとを含むことを特徴とする超音波肉厚測定方法。
【請求項５】
前記超音波探触子を前記炉底管の管軸周りに揺動させると共に管軸方向に移動させながら、前記第２乃至第４ステップを行うことを特徴とする請求項４に記載の超音波肉厚測定方法。
【請求項１】
ボイラーの炉底管の肉厚を超音波によって測定する超音波肉厚測定装置であって、
前記炉底管の下方に設けられ超音波を該炉底管に向けて送信すると共に該炉底管からのエコーを受信する超音波探触子と、
前記超音波探触子に超音波を送信させると共に、前記炉底管内に充填された接触媒質を介して該炉底管の上部に伝搬した超音波の該炉底管内外面からのエコーを該超音波探触子に受信させ、該超音波探触子から前記エコーに相当する電気信号を取得する制御部と、
前記制御部が取得した前記電気信号に基づいて前記炉底管内外面からのエコーの伝搬時間の時間差を検出し、前記時間差に基づいて該炉底管の上部の肉厚を算出する演算部とを備えたことを特徴とする超音波肉厚測定装置。
【請求項２】
前記超音波探触子を前記炉底管の管軸周りに揺動させながら管軸方向に移動させる駆動部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波肉厚測定装置。
【請求項３】
前記炉底管の上部の肉厚を算出するために、送信される超音波の焦点が該炉底管の上部近傍に設定された第１超音波探触子と、
前記炉底管の下部の肉厚を算出するために、送信される超音波の焦点が該炉底管の下部近傍に設定された第２超音波探触子とを備え、
前記制御部は、前記第１超音波探触子に超音波を送信させると共に、前記炉底管内に充填された接触媒質を介して該炉底管の上部に伝搬した超音波の該炉底管内外面からのエコーを該第１超音波探触子に受信させ、該第１超音波探触子から前記エコーに相当する電気信号を取得し、
前記第２超音波探触子に超音波を送信させると共に、前記炉底管の下部の該炉底管内外面からのエコーを該第２超音波探触子に受信させ、該第２超音波探触子から前記エコーに相当する電気信号を取得し、
前記演算部は、前記制御部が取得した前記炉底管の上部からの前記電気信号に基づいて該炉底管の上部の該炉底管内外面からのエコーの受信の時間差を検出し、前記時間差に基づいて該炉底管の上部の肉厚を算出し、
前記制御部が取得した前記炉底管の下部からの前記電気信号に基づいて該炉底管の下部の該炉底管内外面からのエコーの受信の時間差を検出し、前記時間差に基づいて該炉底管の下部の肉厚を算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波肉厚測定装置。
【請求項４】
ボイラーの炉底管の肉厚を超音波によって測定する超音波肉厚測定方法であって、
前記炉底管内に接触媒質を充填する第１ステップと、
前記炉底管の下方より該炉底管に向けて超音波探触子から超音波を送信する第２ステップと、
前記接触媒質を介して前記炉底管の上部に伝搬した超音波の該炉底管内外面からのエコーを前記超音波探触子によって受信する第３ステップと、
前記超音波探触子が受信した前記炉底管内外面からのエコーの時間差に基づいて該炉底管の上部の肉厚を算出する第４ステップとを含むことを特徴とする超音波肉厚測定方法。
【請求項５】
前記超音波探触子を前記炉底管の管軸周りに揺動させると共に管軸方向に移動させながら、前記第２乃至第４ステップを行うことを特徴とする請求項４に記載の超音波肉厚測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−６８０７１（Ｐ２０１２−６８０７１Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１１６４４（Ｐ２０１０−２１１６４４）
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（５９２２４４３７６）住友金属テクノロジー株式会社 (43)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（５９２２４４３７６）住友金属テクノロジー株式会社 (43)
【Ｆターム（参考）】
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