(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管の欠陥を管内より探傷するために、管内に挿入される本体を軸の周りに回転可能に構成し、該回転軸を管軸に沿わせて本体を回転軸方向に移動させる管内挿型超音波探触子モジュールにおいて、
前記本体の断面上に、回転軸に対する第一の垂線と、この垂線とは回転方向に異なる角度における回転軸に対する第二の垂線と、前記二つの垂線とは回転方向に異なる角度における回転軸に対する第三の垂線を定義し、
一つの超音波探触子を第一の垂線上に配置し、第二の垂線の回転軸方向両側に二つの超音波探触子を振り分けて該第二の垂線に対して対称に傾斜させて配置し、第三の垂線の回転方向両側に二つの超音波探触子を振り分けて該第三の垂線に対して対称に傾斜させて配置したことを特徴とする管内挿型超音波探触子モジュール。
【請求項２】
第二の垂線の回転軸方向両側の二つの超音波探触子は、前記断面を含む平面上の一つの円周に回転軸方向両側から臨み、第三の垂線の回転方向両側の二つの超音波探触子は、前記断面を含む平面上の一つの円周にその断面内から臨むことを特徴とする請求項１記載の管内挿型超音波探触子モジュール。
【請求項３】
前記第一の垂線上の一つの超音波探触子により管の肉厚の欠陥及び溶接部の位置を検出し、前記第二の垂線両側の二つの超音波探触子により管周方向の欠陥を検出し、前記第三の垂線両側の二つの超音波探触子により管軸方向の欠陥を検出することを特徴とする請求項１又は２記載の管内挿型超音波探触子モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、管の欠陥を管内より探傷する管内挿型超音波探触子モジュールに係り、特に、曲管部の通過性に優れ、調心ずれによる探傷不具合が少ない管内挿型超音波探触子モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラ管等の管の欠陥、例えば、付着金物溶接部に発生する亀裂や肉厚異常を検査する装置として、超音波探傷の技術を利用した探傷装置が知られている。超音波探傷は、対象物からの超音波反射の変化から欠陥を検出するもので、水等の接触媒質を介して対象物に超音波を入射させる必要がある。そこで、この探傷装置では、ボイラ管等の検査対象の管には水等の接触媒質を満たし、この管内で管内挿型超音波探触子モジュール（以下、単に探触子モジュール）を移動させて配管経路に沿った検査を行うようになっている。
【０００３】
探触子モジュールは、超音波探触子を搭載して管内に挿入される本体を回転可能に構成したもので、この本体の回転軸を管軸に沿わせて本体を回転軸方向に移動させるようになっている。
【０００４】
ところで、管の欠陥は、主に肉厚の欠陥（肉厚が減ったもの等）、管周方向の欠陥（亀裂が周方向に広がったもの等）、管軸方向の欠陥（亀裂が軸方向に広がったもの等）があり、それぞれの欠陥に適した超音波探触子の形態（入反射角度など）がある。そこで、各欠陥を一回の探触子モジュール挿入で探傷するために、本体に複数の超音波探触子を搭載し、それぞれの超音波探触子を管に対して適切な姿勢となるよう配置した探触子モジュールが考えられている。
【０００５】
このような探触子モジュールでは、回転及び移動中に各超音波探触子を管に対して適切な姿勢に保持するために、本体の回転軸が管軸上に維持されなくてはならない。即ち、調心性が要求される。調心がずれると、管に対する超音波の入射角が不適切になるため探傷性能が低下したり、探傷不能になったりする。これと同時に、探触子モジュールでは、配管経路には多数の曲管部があるため、曲管部での通過を容易にしなければならない。
【０００６】
調心性の向上を図るためには、本体の周囲に適度な剛性及び可撓性を有する調心治具が設けられる。この調心治具は、直管部における調心性だけを得るならば、ある程度の剛性を有し、管の内径と同程度の径とすることができる。しかし、曲管部における通過性を考慮すると、かなりの可撓性を有するか、管の内径より小さい径とすることが必要である。このように、調心性と曲管部の通過性とは相反する要求であり、曲管部の通過性をよくするために、調心性はある程度犠牲にせざるを得ない。つまり、調心治具を用いても調心ずれが完璧になくなるわけではなく、多少の調心ずれが生じる。従って、多少の調心ずれがあっても探傷不具合が起きないような方策が望まれる。
【０００７】
また、曲管部の通過性をよくするには、本体の長さ（回転軸方向）を極力抑えなければならないが、複数の超音波探触子を搭載するものは、それだけ本体が大きくなるので、本体の長さを抑えるために特に配慮を要する。
【０００８】
特開平５−２８８７３５号公報に記載された探触子モジュールは、上記の要求をある程度満たすものであり、５個の超音波探触子のうち４個を２個ずつ背中合わせに配置することによって、それぞれの超音波探触子を適切な姿勢に配置すると共に短尺化を図っている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では、欠陥検査の実情からすると曲管部の通過性が十分なまで短尺化が図られているとは言えない。例えば、ボイラ管では、管の内径や曲げ半径が小さく、しかも、１８０°の曲りを有する曲管部が存在する。従って、ボイラ管の欠陥検査に適用するには、さらに探触子モジュールを短尺化させる必要がある。しかし、従来技術は、各欠陥用の超音波探触子が管軸方向に直列配置されているので、短尺化には限界がある。
【００１０】
また、従来技術では、同一用途の２個の超音波探触子が背中合わせに配置されているため、Ｓ１エコー（詳しくは、発明の実施の形態に述べる）を受信することができず、従って、調心ずれが僅かでもあると探傷に不具合が生じる。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、曲管部の通過性に優れ、調心ずれによる探傷不具合が少ない管内挿型超音波探触子モジュールを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、管の欠陥を管内より探傷するために、管内に挿入される本体を軸の周りに回転可能に構成し、該回転軸を管軸に沿わせて本体を回転軸方向に移動させる管内挿型超音波探触子モジュールにおいて、前記本体の断面上に、回転軸に対する第一の垂線と、この垂線とは回転方向に異なる角度における回転軸に対する第二の垂線と、前記二つの垂線とは回転方向に異なる角度における回転軸に対する第三の垂線を定義し、一つの超音波探触子を第一の垂線上に配置し、第二の垂線の回転軸方向両側に二つの超音波探触子を振り分けて該第二の垂線に対して対称に傾斜させて配置し、第三の垂線の回転方向両側に二つの超音波探触子を振り分けて該第三の垂線に対して対称に傾斜させて配置したものである。
【００１３】
第二の垂線の回転軸方向両側の二つの超音波探触子は、前記断面を含む平面上の一つの円周に回転軸方向両側から臨み、第三の垂線の回転方向両側の二つの超音波探触子は、前記断面を含む平面上の一つの円周にその断面内から臨んでもよい。
【００１４】
前記第一の垂線上の一つの超音波探触子により管の肉厚の欠陥及び溶接部の位置を検出し、前記第二の垂線両側の二つの超音波探触子により管周方向の欠陥を検出し、前記第三の垂線両側の二つの超音波探触子により管軸方向の欠陥を検出してもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１６】
図１に示されるように、本発明に係る探触子モジュールは、管内に挿入するべく略円柱状に形成された本体１を軸αの周りに回転可能に構成し、この本体１の回転軸αを管軸βに沿わせて本体１を回転軸方向（矢印Ｂ）に移動させるものである。本体１の外周には回転軸方向２箇所に調心治具２が取り付けられている。これらの調心治具２に挟まれた本体１の中央部分には、複数の超音波探触子３，４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂを回転方向（矢印Ｃ）に角度をずらせ同一円周（図示せず；断面Ａ−Ａを含む平面上にある）に臨ませて配置されている。
【００１７】
超音波探触子の具体的配置を説明すると、一つの超音波探触子３を回転軸αに対する第一の垂線γ上に配置してある（図１（ａ）参照）。以下では、回転方向の角度は第一の垂線γの角度を０°とする。この一つの超音波探触子３は、超音波の送受信方向が第一の垂線γに沿うものであり、管への超音波の入反射角度は垂直である。本体１の一部は、この超音波探触子３の端面を露出させるために平坦に形成されている。
【００１８】
また、第一の垂線γとは回転方向に異なる角度、ここでは９０°よりやや狭い角度（図１（ａ）参照）における回転軸αに対する第二の垂線δの回転軸方向両側（図１（ｂ）（ｃ）参照）に二つの超音波探触子４ａ，４ｂを振り分けて第二の垂線δに対して対称に傾斜させて配置してある。これら二つの超音波探触子４ａ，４ｂは、超音波の送受信方向が本体１の断面Ａ−Ａを挟んで対称になっており、管への超音波の入反射角度は垂直ではなく斜めであるが、一方の超音波探触子４ａ（４ｂ）から送信された超音波の反射が他方の超音波探触子４ｂ（４ａ）で受信されるようになっている。これら二つの超音波探触子４ａ，４ｂは、本体１の断面Ａ−Ａを含む平面上の一つの円周に断面Ａ−Ａの回転軸方向両側から臨んでいることになる。本体１の一部は、これら二つの超音波探触子４ａ，４ｂの端面を露出させるためにＶ字状に切りかかれている（図１（ｂ）参照）。
【００１９】
また、前記二つの垂線γ，δとは回転方向に異なる角度、ここでは１８０°（図１（ａ）参照）における回転軸αに対する第三の垂線εの回転方向両側に二つの超音波探触子５ａ，５ｂを振り分けて第三の垂線εに対して対称に傾斜させて配置してある。これら二つの超音波探触子５ａ，５ｂは、超音波の送受信方向が本体１の断面Ａ−Ａに沿うと共に第三の垂線εを挟んで対称になっており、管への超音波の入反射角度は垂直ではなく斜めであるが、一方の超音波探触子５ａ（５ｂ）から送信された超音波の反射が他方の超音波探触子５ｂ（５ａ）で受信されるようになっている。これら二つの超音波探触子５ａ，５ｂは、本体１の断面Ａ−Ａを含む平面上の一つの円周にその断面Ａ−Ａ内から臨んでいることになる。本体１の一部は、これら二つの超音波探触子５ａ，５ｂの端面を露出させるためにＶ字状に切りかかれている（図１（ａ）参照）。
【００２０】
第一の垂線γ上の一つの超音波探触子３は、管の肉厚の欠陥を検出するものであり、入反射角度が垂直であるから肉厚用垂直探触子という。第二の垂線δ両側の二つの超音波探触子４ａ，４ｂは、管周方向の欠陥を検出するものであり、入反射角度が斜めであるから管円周方向用斜角探触子という。第三の垂線ε両側の二つの超音波探触子５ａ，５ｂは、管軸方向の欠陥を検出するものであり、入反射角度が斜めであるから管軸方向用斜角探触子という。
【００２１】
また、管円周方向用斜角探触子４ａ，４ｂ及び管軸方向用斜角探触子５ａ，５ｂは、対をなす二つの超音波探触子が回転軸αに対する垂線δ，εに対して対称に傾斜させて配置してあるため、二つの超音波探触子が互いに相手の超音波探触子から送信された超音波の反射を受信することができる。このような配置を対角配置という。
【００２２】
調心治具２は、超高分子ポリエチレン等の樹脂からなり、図１（ｄ）に示されるように、本体１の回転方向に所定角度間隔で径方向外方に伸びた複数の羽状部材６を形成したものである。調心治具２の外径は、本体１の外径よりも大きく形成されているが、図１（ｃ）に示されるように、二点鎖線で示した検査対象の管７の内径に対しては若干のクリアランスを有するものである。このクリアランスにより、曲管部の通過性が図られている。
【００２３】
図１に示した本発明の探触子モジュールにあっては、５個の超音波探触子３，４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂを回転方向に角度をずらせ同一円周に臨ませて配置したことによって、各超音波探触子が断面Ａ−Ａ上かその断面の直ぐ近くに存在する。即ち、管を横断する略同一平面上に全ての超音波探触子が集約されて配置されている。この構成により、従来のように各種用途の超音波探触子が管軸方向に直列配置されているものに比べて、著しく本体１の短尺化を図ることができる。従って、本発明の探触子モジュールは曲管部の通過性が従来に比べて非常に優れている。
【００２４】
さらに、本発明の探触子モジュールにあっては、管円周方向用斜角探触子４ａ，４ｂ及び管軸方向用斜角探触子５ａ，５ｂにおいて、対をなす二つの超音波探触子が対角配置されているので、Ｓ１エコーを受信することができる。即ち、図２に示されるように、対象物２１に超音波を入射させたときの反射には、欠陥２２からの反射であるＦエコーと、入射表面からの反射であるＳ１エコーとがある。欠陥の検出は基本的にはＦエコーで行うが、Ｆエコーを判別するためのゲートをＳ１エコーに同期させることにより、調心ずれによる時間軸方向の変動の影響をなくすことができる。対角配置では、一方の超音波探触子２３から送信された超音波のＦエコーが当該超音波探触子２３で受信され、同時にＳ１エコーを他方の超音波探触子２４が受信されるので、Ｓ１エコーの利用が可能である。
【００２５】
従来技術では、対をなす二つの超音波探触子が背中合わせに配置されているため、Ｓ１エコーを受信することができず、調心ずれによる探傷不具合を回避できなかったが、本発明の探触子モジュールは対角配置を有するので、Ｓ１エコーを利用して調心ずれによる探傷不具合を少なくすることができる。従って、多少の調心ずれがあっても正常に探傷を行うことができる。
【００２６】
なお、図１及び図２では、超音波の経路を１本の線で示したが、実際には、超音波は、超音波探触子の端面とほぼ同等の幅をもって送受信されるものであり、従って、多少の調心ずれがあっても反射した超音波を受信することができる。
【００２７】
次に、本発明の探触子モジュールを用いた検査装置について説明する。
【００２８】
図３に示されるように、ボイラ管３１を検査する検査装置は、探触子モジュールを含む管内ユニット３２と、管内ユニットに一端が接続されたフロート付きケーブル３３と、このフロート付きケーブル３３を水と共にボイラ管３１に挿入する挿入タンク３４と、フロート付きケーブル３３を送り出す送り装置３５と、フロート付きケーブル３３の反対端に接続されて探触子モジュールからのデータを採取するデータ採取装置３６と、水の循環を図る循環ポンプ３７とを備える。
【００２９】
この検査装置では、フロート付きケーブル３３が送り装置３５によって送り出されると共に循環される水に押されてボイラ管３１内に送り込まれる。これにより、管内ユニット３２がボイラ管３１内を前進する。ボイラ管３１には１８０°の曲りを有する曲管部が存在するが、本発明の探触子モジュールは前述のように超音波探触子が集約配置されたことにより短尺化されているので、曲管部を容易に通過することができる。また、このような曲管部での通過性を図るために調心治具２にクリアランスを設けたので多少の調心ずれが生じるが、超音波探触子を対角配置としたことによりＳ１エコーを利用することができるので、調心ずれがあっても正常に探触を行うことができる。
【００３０】
図４に示されるように、管内ユニットは、本発明の探触子モジュール４１と、スリップリングを搭載したスリップリング部４２と、モータ部４３とを可撓性のシャフト部材を介して直列に連ねて構成されている。モータ部４３のモータによりシャフト部材を回転させると、シャフト部材に連結された探触子モジュール４１及びスリップリングが回転する。スリップリングは、回転される探触子モジュール４１の電気系統と固定であるモータ部４３までの電気系統とを導通させるものである。探触子モジュール４１、スリップリング部４２、モータ部４３には、それぞれ調心治具２が取り付けられている。
【００３１】
この管内ユニットを前記の検査装置によりボイラ管３１内で前後移動させる。探触子モジュール４１は、調心治具２の働きにより、ボイラ管３１の軸心位置を維持して移動することになる。管内ユニットにおいて、モータの働きにより、探触子モジュール４１はボイラ管３１の軸心の周りに回転する。このとき、探触子モジュール４１に搭載された肉厚用垂直探触子３は、ボイラ管３１の内面に対して垂直に臨んでいるので、肉厚の欠陥の検査及び溶接部の位置の確認を行うことができる。また、管円周方向用斜角探触子対４は、ボイラ管３１の内面に対して管軸方向から傾斜して臨んでいるので、管周方向の欠陥をよく検査することができる。また、管軸方向用斜角探触子対５は、ボイラ管３１の内面に対して管周方向から傾斜して臨んでいるので、管軸方向の欠陥をよく検査することができる。
【００３２】
ボイラ管３１には外周に付着金物４４が設けられており、肉厚の減りや付着金物溶接部４５に発生する亀裂を検査することが重要である。上記の検査装置は、探触子モジュールに複数の超音波探触子を搭載したので、これらの肉厚の欠陥、管周方向の欠陥及び管軸方向の欠陥を一回の探触子モジュール挿入で探傷することができる。しかも、本発明では、超音波探触子が集約配置されたことにより探触子モジュールが短尺化されているので、曲管部を容易に通過することができると共に、超音波探触子が対角配置されているので調心ずれがあっても正常に探傷を行うことができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３４】
（１）複数の超音波探触子を回転方向に角度をずらせ同一円周に臨ませて配置したので、超音波探触子が集約配置され、曲管部の通過性に優れた探触子モジュールが実現される。
【００３５】
（２）回転軸に対する垂線の両側に二つの超音波探触子を振り分けて垂線に対して対称に傾斜させて配置したので、超音波探触子の対角配置が得られ、調心ずれによる探傷不具合を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す探触子モジュールの構成図であり、図１（ａ）はＡ−Ａ断面図、図１（ｂ）は上面図、図１（ｃ）は側面図、図１（ｄ）は端面図である。
【図２】本発明における超音波探触子の対角配置による探触方法を示す図である。
【図３】本発明の探触子モジュールを用いた検査装置の構成図である。
【図４】図３の検査装置の管内ユニットの構成図である。
【符号の説明】
１  本体
２  調心治具
３  肉厚用垂直探触子
４ａ，４ｂ  管円周方向用斜角探触子
５ａ，５ｂ  管軸方向用斜角探触子
α  回転軸
β  管軸
γ  第一の垂線
δ  第二の垂線
ε  第三の垂線
【図１】
0004161452.tif 000002
【図２】
0004161452.tif 000003
【図３】
0004161452.tif 000004
【図４】
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