(57)【要約】      （修正有）【課題】弁を対象とした非侵入性検査技術を提供する。【解決手段】適正なプログラムをもつコンピュータが、位相化アレーシーケンスの信号を生成する。遅れをもつパルサーにおいて、この信号がマルチプレクサーを介して被試験弁に装着されたウォーターウエッジに送られる。開放位置から閉鎖位置までの弁のシーケンシャルな動作について、超音波信号が弁に満たされている流体を介して送信され、圧電結晶素子で反射され、マルチプレクサーに送り返される。信号を加算統合することによって、弁の動作に関する画像を生成でき、弁が適正に動作しているかどうかを判定できる。ウォーターウエッジを使用すると、ウォーターウエッジの屈折角が、弁に満たされている流体と同じであるため、弁の上部プレートが消えているように見える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体に満たされた弁の動作を試験して、弁の動作が適正であるかどうかを判断する試験方法であって、
出力信号の位相化アレーを発生するようにコンピュータをプログラム化したユーザーセットアップを用意する工程、
出力信号の前記位相化アレーを位相化出力パルスに変換する工程、
前記位相化出力パルスを、前記弁に装着されたウォーターウエッジに取り付けられた送信圧電素子に送る工程、
前記位相化出力パルスから、前記流体における音響位相化波面を発生する工程、
前記流体における反射信号を、前記ウォーターウエッジに取り付けられた受信圧電素子によって受信する工程、
前記反射信号を加算して、出力を出す工程、および
前記出力を表示して、運転時の前記弁の状態を視覚表示する工程を有することを特徴とする試験方法。
【請求項２】
前記変換する工程の後に、マルチプレクサーにおいて前記位相化出力パルスを第１マルチプレクス処理する工程を追加し、そして前記受信する工程の後に、前記マルチプレクサーにおいて前記反射信号を第２マルチプレクス処理する工程を追加した請求項１に記載の、流体に満たされた弁の動作を試験して、弁の動作が適正であるかどうかを判断する試験方法。
【請求項３】
前記ウォーターウエッジが、屈折率が水とほぼ同じ楔型固体材料である請求項２に記載の、流体に満たされた弁の動作を試験して、弁の動作が適正であるかどうかを判断する試験方法。
【請求項４】
前記ウォーターウエッジを前記弁の上部プレートに取り付け、該上部プレートに対する前記ウォーターウエッジの角度を０°〜７０°に設定した請求項３に記載の、流体に満たされた弁の動作を試験して、弁の動作が適正であるかどうかを判断する試験方法。
【請求項５】
前記弁が、ディスクを備えたスイング型逆止め弁である請求項４に記載の、流体に満たされた弁の動作を試験して、弁の動作が適正であるかどうかを判断する試験方法。
【請求項６】
流体に満たされたスイング型逆止め弁を現場で試験して、弁の動作が適正かどうかを判断する方法であって、
前記スイング型逆止め弁の比較的平坦な表面にウォーターウエッジを装着し、
位相化信号を発生するようにプログラム化してコンピュータをセットし、
前記位相化信号を発生し、
前記位相化信号から、所定の遅れをもった一連のパルス化信号を生成し、
所定の遅れを持った前記一連のパルス化信号を、マルチプレクサーを介して送信圧電結晶素子に送る一回目の送信操作を行い、
前記ウォーターウエッジおよび前記の比較的平坦な表面を介して音響波のアレーを前記流体に送信し、このさいに前記音響波のアレーを前記送信圧電結晶素子における前記一連のパルス化信号によって生成し、
前記の比較的平坦な表面および前記ウォーターウエッジを介して受信圧電結晶素子において音響波の反射アレーを受信し、このさいにこれら音響波の前記反射アレーが前記受信圧電結晶素子内に反射信号を生成し、
前記マルチプレクサーを介して、前記反射信号を所定の遅れをもつ受信素子に送って、一連の出力信号を発生する二回目の送信操作を行い、
前記一連の出力信号を加算して、加算出力を出し、そして
前記スイング型逆止め弁の操作サイクルを通して前記加算出力を表示することを特徴とする判断する方法。
【請求項７】
前記の比較的平坦な表面が前記スイング型逆止め弁の上部である請求項６に記載の、流体に満たされたスイング型逆止め弁を現場で試験して、弁の動作が適正かどうかを判断する方法。
【請求項８】
屈折率が水とほぼ同じプラスチック混合体から前記ウォーターウエッジを構成した請求項７に記載の、流体に満たされたスイング型逆止め弁を現場で試験して、弁の動作が適正かどうかを判断する方法。
【請求項９】
前記スイング型逆止め弁の少なくとも１回の全サイクルを通して前記試験を行う請求項８に記載の、流体に満たされたスイング型逆止め弁を現場で試験して、弁の動作が適正かどうかを判断する方法。
【請求項１０】
前記送信圧電結晶素子および前記受信圧電結晶素子を、前記上部に対する前記ウォーターウエッジの角度部分に取り付ける請求項８に記載の、流体に満たされたスイング型逆止め弁を現場で試験して、弁の動作が適正かどうかを判断する方法。
【請求項１１】
前記角度が０°〜７０°である請求項１０に記載の、流体に満たされたスイング型逆止め弁を現場で試験して、弁の動作が適正かどうかを判断する方法。
【請求項１２】
前記上部に対する前記ウォーターウエッジの角度がほぼ１５°〜２０°である請求項７に記載の、流体に満たされたスイング型逆止め弁を現場で試験して、弁の動作が適正かどうかを判断する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁の非侵入試験に関し、より具体的には、位相化アレーシーケンス走査を使用したスイング型逆止め弁の試験に関する。
【背景技術】
【０００２】
過去、弁が適正に動作しているかどうかを調べたい場合、この弁の流体流れをまず確認していた。より多くの情報が望まれる場合には、弁を分解していた。技術の進歩に従って、弁の内部動作を確認する他の方法が開発されてきている。例えば、磁場を利用すると、ＵＳＰ５，２３６，０１１に示されているように、逆止め弁のディスクの位置を知ることができる。また、超音波振動を利用して、逆止め弁をモニタリングすることもでき、この弁の動作が適正かどうかを判断することができる。さらに過去には、音響技術と磁気技術を併用して、弁の動作をモニタリングすることさえ実施されていた（ＵＳＰ５，００８，８４１を参照）。
【０００３】
また過去には、超音波を利用する多くの異なる技術が開発され、弁を分解することなく、弁の状態または位置のいずれかを判断していた。ところが、これら非侵入性検査技術は、弁の動作が適正かどうかを判断するために必要な情報すべてを与えるものではなかった。例えば、逆止め弁のクラッパー（ｃｌａｐｐｅｒ）が動作するヒンジピンは、長期間の使用が続くと摩耗する恐れがある。この状態が、ヒンジピンが故障する前に発見できない場合、破局的な事故が発生することがある。代表的な非侵入性検査技術では、ディスク型逆止め弁のヒンジピンの摩耗を発見することはできない。
【０００４】
過去数年の間に、超音波信号の波面を発生する位相化アレーが異なるタイプの検査技術に利用され始めている。例えば、位相化アレーを利用すると、ＵＳＰ７，５０３，２２７に記載されているように、パイプに流れる流体の流れを測定することができる。また、角度可変超音波トランスデューサーが、試験部材の表面に凹凸のあるパイプ、導管、プレートやその他の異質金属部材の検査技術に利用され始めている（ＵＳＰ５，３９２，６５２を参照）。
【０００５】
近年のコンピュータ性能の飛躍的向上に従って、各種装置機器の試験に位相化アレー超音波信号も利用され始めている（ＵＳ２００９／００４５９９４Ａ１を参照）。また業界では立体超音波検査にも位相化アレーが利用され始めている（ＵＳ２００９／０２９３６２１Ａ１およびＵＳＰ７，７８４，３４７を参照）。レーザービームと超音波信号を組み合わせたものでさえ、試験装置の保守プログラムに利用されている（ＵＳＰ７，７２８，９６７を参照）。また、超音波位相化アレーも溶接継ぎ手およびパイプの試験にいつのまにか利用され始めている（ＵＳＰ７，４１２，８９０を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＵＳＰ５，２３６，０１１
【特許文献２】ＵＳＰ５，００８，８４１
【特許文献３】ＵＳＰ７，５０３，２２７
【特許文献４】ＵＳＰ５，３９２，６５２
【特許文献５】ＵＳ２００９／００４５９９４Ａ１
【特許文献６】ＵＳ２００９／０２９３６２１Ａ１
【特許文献７】ＵＳＰ７，７８４，３４７
【特許文献８】ＵＳＰ７，７２８，９６７
【特許文献９】ＵＳＰ７，４１２，８９０
【０００７】
また、原子力規制産業が発展するに従って、原子力発電所における弁の、信頼性がきわめて高い非侵入性検査方法の確立が急務になってきている。操作員は、弁の適正動作に関して確実に知る必要がある。また、操作員は、弁が、修理ないし交換が必要な点まで摩耗し始めているかを知る必要がある。これは、今までに開発され、かつ使用されてきた検査技術では実現できない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の第１の目的は、弁を対象とした非侵入性検査技術を提供することである。
【０００９】
本発明の第２の目的は、位相化アレーシーケンス走査を使用したスイング型逆止め弁の試験を実現することである。
【００１０】
本発明の第３の目的は、弁が適正に動作しているかどうかを判断する非侵入性技術に位相化アレーシーケンス走査を使用することである。
【００１１】
本発明の第４の目的は、弁の適正動作を試験する非侵入性技術に位相化アレーシーケンス走査を使用することである。
【００１２】
本発明の第５の目的は、位相化アレーシーケンス走査と併用して、非侵入性技術によってスイング型逆止め弁の適正動作を試験するウォーターウエッジ（ｗａｔｅｒ  ｗｅｄｇｅ）を提供することである。
【００１３】
本発明の第６の目的は、位相化アレーシーケンス走査を流体に満たされている弁に伝達し、弁の適正動作を試験するウォーターウエッジを使用することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のユーザーセットアップは、位相化アレーを生成するように適正にプログラム化されたコンピュータからなる。この位相化アレーは、パルサーを介して所定の遅れをもってマルチプレクサーに送られる。このマルチプレクサーはパルサーから信号を受信し、連続セットの位相化アレー信号を生成し、これら信号がウォーターウエッジに装着された複数の圧電結晶素子に送られる。ウォーターウエッジは、屈折率が水と同じプラスチック混合体からなる楔形構造体である。
【００１５】
このウォーターウエッジは、逆止め弁の上部を形成する鋼プレートに取り付ける。逆止め弁が液体に満たされている場合には、位相化アレーシーケンス走査を使用して、受信圧電結晶素子を介してウォーターウエッジから反射される信号を受信することによって逆止め弁の動作をモニタリングできる。これら受信圧電結晶素子がマルチプレクサーへのシリアル入力を与える。マルチプレクサーの出力が所定の遅れをもって平行信号をレシーバーに送り、受信された信号が加算素子で加算（積算）される。加算された信号が位相アレー取得／制御素子を介して画像生成／表示素子に送られる。画像生成／表示素子では、逆止め弁の動作がモニタリングされ、動作が適正かどうか、あるいは修理が必要かどうかを判断できる。
【００１６】
本願の場合、少なくとも一枚の図面がカラー表示である。カラー表示図面が添付された本願明細書のコピーは、請求があり、そして必要な料金の納付があれば、特許庁から入手できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】位相化アレーシーケンス走査を使用して、スイング型逆止め弁において位相化アレー信号を発生する状態を示す図解を含むブロック図である。
【図２】位相化アレーシーケンス走査を使用した場合、この位相化アレーシーケンス走査から発生する反射信号の受信を説明する図解を含むブロック図である。
【図３】実際のスイング型逆止め弁に位相化アレーシーケンス走査を使用した場合の最終データ結果を示すカラー記録である。
【図４】データを図３に示した逆止め弁のディスクと相互作用するサウンドビームを示す横断面図である。
【図５】位相化アレーシーケンス走査を使用した４つの異なる逆止め弁を解析した結果を示す解析図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１について説明すると、全体を参照符号１２で示す位相化アレーシーケンススキャナーによってスイング型逆止め弁１０を試験している状態を示す。位相化アレーシーケンススキャナー１２は、スイング型逆止め弁１０を試験するさいに使用すべき波面を発生するようにプログラム化されたコンピュータからなるユーザーセットアップ１４を有する。他の型の弁を試験する場合には、ユーザーセットアップ１４を変更し、試験する弁に望まれる具体的な波面を発生するようにプログラムを変更すればよい。
【００１９】
ユーザーセットアップ１４からの波面信号は、位相化アレー取得／制御素子１６に送られる。位相化アレー取得／制御素子１６は、ユーザーセットアップ１４に収められているソフトウェアから指示を受け取り、コンピュータプログラムによって判断されたタイミングシーケンスで電圧をファイアする。位相化アレー取得／制御素子１６からの信号は所定の遅れをもってパルサーに送られ、マルチプレクサー２２に送られるスパイク信号電圧２０を発生する。図１に示す構成では、合計で１１の電圧スパイク信号２０を発生しているが、この信号数は位相化アレーシーケンススキャナー１２の設計に応じて加減することができる。
【００２０】
マルチプレクサー２２は、送信圧電結晶素子２６をファイアする出力パルス２４を管理する。本実施態様では、所定の遅れ１８をもってパルサーから１１個のスパイク電圧信号２０が受信されるため、１１個の送信圧電結晶素子２６を使用する。この好適な実施態様の場合、圧電結晶素子２６の数は１１であるが、圧電結晶素子数はエンドユーザーの意向によって加減することができる。
【００２１】
圧電結晶素子数は最小で３であるが、その上限は、送信されかつ受信される離散的な信号の数によってのみ制御できる。この好適な実施態様で使用される１１個の圧電結晶素子とほぼ同等の性能で、２０または３０個の圧電結晶素子を使用することができる。天然に産出する石英などの圧電結晶素子を利用できるが、品質制御の点から見て人工の格子で圧電結晶素子を構成するほうがよい。
【００２２】
送信圧電結晶素子２６は、ウォーターウエッジ３０の傾角部２８に取り付ける。この傾角部２８の角度は０°〜７０°であればよいが、出願人の知見によれば理想的な角度はほぼ２０°である。ウォーターウエッジ３０は実際には水から構成されるものではなく、屈折率が水と同じプラスチック混合体からなるものである。また、図１に示すウォーターウエッジ３０は実際の縮尺ではなく、ウォーターウエッジの下にあるスイング型逆止め弁１０に比較して、実際の大きさよりもほぼ１０倍大きく図示してある。ウォーターウエッジ３０は、図示のみを目的として拡大図示してある。
【００２３】
通常の試験時、スイング型逆止め弁１０には液体が満たされている。ウォーターウエッジ３０は屈折率が水と同じであるため、試験時、逆止め弁１０の上部プレート３２はあたかも存在しないように見える。これは、きわめて良好なサインである。従って、ウォーターウエッジ３０は、具体的には、スイング型逆止め弁１０の内部に封入されている流体とほぼ同じ屈折率をもつように設計する。
【００２４】
通常の運転時、コンピュータからなり、プログラムをもつユーザーセットアップ１４により、位相化アレー取得／制御素子１６が信号を発生し、この信号が所定の遅れ１８をもってパルサーに送られ、調時スパイク電圧信号２０を生成し、これら電圧信号２０がマルチプレクサー２２に送られる。マルチプレクサー２２から出てくる出力パルス信号２４が、送信圧電結晶素子２６をファイアし、ウォーターウエッジ３０内に波面を発生する。この波面が上部プレート３２に流れ、スイング型逆止め弁１０のチャンバー３４に流入する。波面３６はチャンバー３４内のパイ状の色の濃い部分で示されている。波面３６は、ディスクアーム４２を介してピン４０から吊り下げられたディスク３８に広がる。そして、波面３６は経時的にシーケンス化されて、スイング型逆止め弁１０内部の完全な円形のディスク３８に追従することになる。
【００２５】
図２について説明する。波面３６に応答して、音響信号が上部プレート３２およびウォーターウエッジ３０を介して送り返され、受信圧電結晶素子４４に受信されることになる。受信または送信には同じ圧電結晶素子を使用することができるが、この好ましい実施態様では、送信圧電結晶素子２６とは異なる受信圧電結晶素子４４を使用する。ウォーターウエッジ３０を介して受信圧電結晶素子４４で受信された音響信号は、反射信号４６を発生する。これら反射信号４６は、マルチプレクサー２２で処理され、遅延回路５０を備えたレシーバーに送られる帰還平行信号４８を発生する。遅延回路５０を備えたレシーバーから、反射された信号５２が加算素子５４に送られ、位相化アレー取得／制御素子１６に加算出力５６を出力する。位相化アレー取得／制御素子１６が画像信号５８を画像生成／表示素子６０に送る。この画像生成／表示素子６０が、位相化アレーシーケンス走査を使用した場合に、スイング型逆止め弁１０の通常動作時に内部で起こっていることを画像化するものである。
【００２６】
画像生成／表示素子６０は、信号振幅とタイミングを併用して、スイング型逆止め弁の動作に関して画像を生成する。従って、スイング型逆止め弁１０内部の特定のパルスのフライト時間が重要な上に、各信号の振幅も重要である。
【００２７】
図３について説明する。図示の画像は、逆止め弁の実動作時に経時的に記録されると考えられる画像である。スイング型逆止め弁が適正に動作している場合には、弁閉鎖信号６２が発生することになる。弁のディスクが開いている場合には、弁開放信号６４が閉鎖位置から完全開放位置に移行するさいのディスクの移行を示す。弁が完全に開放しているときには、弁開放信号６６が発生する。
【００２８】
主信号は、赤色に対応する。赤は、サイクルのこの時点で多くのエネルギーが戻っていることを示す。
【００２９】
逆運転時、図３に示すように下降傾斜面である弁閉鎖信号６８が発生する。スイング型逆止め弁のディスクが閉じると、別な弁閉鎖信号７０が発生するが、図３に示すように試験状態にある逆止め弁については、弁開放信号６６と弁閉鎖信号７０との間に弁閉鎖遅延信号７２が存在する。この弁閉鎖遅延信号７２は、図１および図２に示すピン４０の摩耗問題などの問題が弁に発生したことを示す。即ち、弁閉鎖遅延信号７２は、試験中の弁に、摩耗を原因とする問題が発生したことを示す。従って、破局的な事故が発生する前に、弁を修理するか、あるいは交換することができる。
【００３０】
図３に示す位相化アレーシーケンス走査信号をチェックすることによって、操作員は、（１）試験中の弁が適正に動作しているか、（２）試験中の弁に摩耗やその他の不具合が発生しているか、そして（３）弁が近いうちに問題を発生するかを直ちに知ることができる。図３に示す信号は、操作員にとって理解しやすいものである。
【００３１】
図４について説明する。パイ状のものは、図３に示すように、実際には弁および弁ディクスと相互作用するサウンドビームの横断面図である。なお、図４に示す横断面図は、図３に示す波面よりも説明が難しい。図４において、２つの赤色ドット７４は、実際には完全開放位置から完全閉鎖位置に移行する弁ゲートを示すものである。図４に示すパイ状の横断面図から意味のある情報を引き出すことはかなり難しく、図３に示す画像のほうが操作員によって理解しやすい。
【００３２】
本出願人は、ウォーターウエッジ３０の傾角２８が１５°ならば、良好なデータが得られることを見出した。図３に示す図は、１５°における体積補正サウンドビームである。音響エネルギーについては、（１）独立した一つの角度で測定できるか、あるいは（２）全音響エネルギーを一つの画像にまとめることができる。いずれも一長一短がある。
【００３３】
図５について説明する。４つの異なる弁７６、７８、８０および８２の位相化アレーシーケンス走査について、それぞれサイクル１、２、３および４として示す。弁７６のサイクル１は、傾斜８４によって示すように、正常な開放サイクルを有する。完全開放位置８６も弁７６については正常である。閉鎖サイクル８８時、弁７６の内部摩耗によって弁閉鎖が９０で示すように遅れる。この弁閉鎖の遅れ９０は、スイング型逆止め弁のピン４０（図１および図２参照）の摩耗の典型例である。弁が完全に閉じると、閉鎖信号９２が再び発生する。
【００３４】
過度の摩耗やその他の機能劣化が認められないスイング型逆止め弁７８の正常運転が、サイクル２である。
【００３５】
しかし、弁８０には、ゲートの開放や閉鎖サイクル３によって示されるように、問題が多い。弁８０のゲートまたはディスク３８は、閉鎖位置近くで振動する傾向がある。このゲート振動は、参照符号９４で示す。また、完全に開放したときには、弁８０は、参照符号９６で示すように、開放位置で振動する。弁８０の閉鎖サイクル時には、参照符号９８で示すように弁の中間位置でゲート振動が起きる。同様に、弁８０が完全に閉鎖すると、参照符号１００で示すように、閉鎖位置でゲート振動が再び発生する。弁８０は、サイクル３に示すように、破局的な事故が発生しそうな弁である。破局的な事故の発生時には、ヒンジピンのディスクからの離脱などの事態など数多くの事態のうちどれかが発生するだけでなく、べつな同種の事故の発生も考えられる。従って、弁８０と同様な動作の弁は直ちに交換する必要がある。
【００３６】
サイクル４によって示される弁８２は、同様に、正常機能で動作している弁である。
【００３７】
図３および図５から理解できるように、スイング型逆止め弁の試験時に位相化アレーシーケンス走査を使用すると、操作員は、弁が正常に動作しているかどうかを簡単にチェックできる。
【００３８】
位相化アレーシーケンス走査が適正に動作するためには、試験時の弁を液体で満たす必要がある。ディスクの上流にのみ液体がある場合、弁を試験することは可能であるが、ウォーターウエッジをディスクのヒンジ点の上流に設けておくことが必要である。
【００３９】
ヒンジ式の逆止め弁以外の他の形式の弁に位相化アレーシーケンス走査を使用することが望ましい場合、動作が良好で適正な弁については既知の信号を発生させる必要がある。従って、同種形式の弁をチェックするさいには、この既知信号と未知信号を比較して、弁が適正に動作しているかどうかをみきわめる必要があると考えられる。
【符号の説明】
【００４０】
１０：スイング型逆止め弁
１２：位相化アレーシーケンススキャナー
１４：ユーザーセットアップ
１６：位相化アレー取得／制御素子
２０：スパイク信号電圧／電圧スパイク信号
２２：マルチプレクサー
２４：出力パルス
２６：送信圧電結晶素子
３０：ウォーターウエッジ
３２：上部プレート
４４：受信圧電結晶素子
５４：加算素子
６０：画像生成／表示素子
【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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【外国語明細書】
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【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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