(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる管内に流体の流れを利用して挿入される管の超音波検査装置であって、
中心部が管の軸芯上に位置する一以上の超音波探触子と、
該探触子を挟んで前記管の軸方向に対向配置され、中心部が管の軸芯上に位置し、管軸方向に摺動する一対のスライドリングと、一端が一方のスライドリングに他端が他方のスライドリングにそれぞれ取り付けられ、前記探触子を囲んで管の軸芯を中心として管の径方向に等間隔に配置され、常時管の内面に当接する複数の弾性ワイヤと、前記一対のスライドリングの外側で、該一対のスライドリングに接して管の軸芯上に位置し、前記スライドリングを前記探触子の中心部であり、かつ、管の軸芯方向に向けて押圧する一対のバネとから成る籠式支持具と、
前記バネの外側で管の径方向に向けて管内壁に圧着し、中心部が管の軸芯上に位置する一対のブラシ式支持具と、
該一対のブラシ式支持具の流体流れの前方側管軸中心部に接続した溝付きの牽引具と、
一対のブラシ式支持具の流体流れの後方側の管軸中心部に接続した複数個縦列接続された受圧具と、
該複数の受圧具とブラシ式支持具と籠式支持具と探触子を管径方向の中心部である管軸芯上でそれぞれ接続し、かつ、常に管の軸芯上を通るようにブラシ式支持具により支持される通信ケーブルと、
該通信ケーブルの先端に接続して探触子と通電される超音波送受信装置とを備えたことを特徴とする管の超音波検査装置。
【請求項２】
牽引具は管内を流れる流体の流れ方向に対して傾斜した流路を形成する溝を備えたことを特徴とする請求項１記載の管の超音波検査装置。
【請求項３】
探触子は超音波を送受信する振動子を備えたことを特徴とする請求項１記載の管の超音波検査装置。
【請求項４】
受圧具は、所定の間隔で通信ケーブルに圧着固定された止め金具を包み込むように接着固定され、管内を流れる流体が止め金具に直接接触しないように構成されていることを特徴とする請求項１記載の管の超音波検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を利用して通信ケーブル先端に取り付けた探触子を被検管内に挿入して、被検管の内側から超音波検査を実施する管内挿入式超音波検査装置に係わり、特に、曲がり部を有する長尺管内へ探触子付き通信ケーブルを円滑に挿入するための受圧具および牽引具と、曲管部でも探触子の調芯を好適に行うことができる管の超音波検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラなどで用いられる熱交換器管は長時間使用することによって腐食減肉や割れが発生することがあるので定期的に肉厚測定や探傷検査を行い、その健全性を確認する必要がある。しかし、前記熱交換器管は狭隘かつ複雑な様態で配置されているので、熱交換器管の外側からこれらの非破壊検査を行うことは困難である。そこで従来は管内挿入式超音波検査装置を用いて、熱交換器管の内側から超音波検査が行われている。
【０００３】
図６に示す従来の管内挿入式超音波検査装置を用いるシステムでは、熱交換器管１内に挿入される案内子１０１、該案内子１０１と連結された探触子１０２、探触子１０２を両端から支持し、熱交換器管１の中芯に調芯する支持具１０３及び該支持具１０３に接続され、両端を一対の止め具１０４、１０４で固定された多数の受圧具１０５、各受圧具１０５を接続する通信ケーブル１０７などを具備している。さらに、従来の管内挿入式超音波検査装置は、一端が探触子１０２に、他端が超音波送受信装置１０６に接続され、相互の間の信号伝達を行う通信ケーブル１０７、この通信ケーブル１０７を熱交換器管１の内部に送り出したり、あるいは巻き込んだりするケーブル巻き取り装置１０８、通信ケーブル１０７の全長に取り付けている多数の受圧具１０５に水圧を加えるために用いる水槽１０９、水槽１０９内の水を加圧するポンプ１１０、ポンプ１１０で発生する加圧水の流れ方向を切り替える三方弁１１１ａ、１１１ｂとによって構成されている。
【０００４】
このように構成された管内挿入式超音波検査装置を用いて熱交換器管１の内側から超音波検査を行う場合は、先ず、熱交換器管１の一端にホース１１２ａを介してケーブル巻き取り装置１０８を接続する。次に熱交換器管１の他端にホース１１２ｂを介して三方弁１１１ａ、１１１ｂと接続する。そして、ポンプ１１０からの圧力水がケーブル巻き取り装置１０８に向かって流れるように三方弁１１１ａ、１１１ｂを切り替えて、流体流路を形成する。その後、ポンプ１１０を起動し、圧力水を循環させ、多数の受圧具１０５に抗力を発生させてケーブル巻き取り装置１０８に巻き取っていた通信ケーブル１０７を熱交換器管１の内部に挿入しながら先端に取り付けた探触子１０２で熱交換器管１の内側から超音波検査を行っている。
【０００５】
また、熱交換器管１の超音波検査が終わると三方弁１１１ａ、１１１ｂを切り替え、加圧水の流れ方向を反転させて、受圧具１０５に逆方向の抗力を発生させて通信ケーブル１０７を熱交換器管１の内部から引出しケーブル巻き取り装置１０８に収納して一連の超音波検査を終了するものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来、この種の超音波検査装置で問題になっていたのは、止め具１０４が露出した部分で流体に乱れが生じて受圧具１０５に作用する抗力が低下し、熱交換器管１が長くなると全長にわたって通信ケーブル１０７が挿入できなくなることであった。
【０００７】
また、探触子１０２は超音波を送受信する振動子１１３（図７）の取付部で管軸芯に調芯することが必須の条件となるが、図７と図８に示すように熱交換器管１に小曲率の曲がり部がある場合、探触子１０２は支持具１０３の支点では前記管の曲がり部の中心に調芯できるものの、振動子１１３の取付部で芯ずれが生じ、信頼性の高い検査が不可能であった。さらに曲がり部では支持具１０３と熱交換器管１の接触摩擦抵抗が大きくなり、探触子１０２が管内を通過し得ない問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、曲がり部を有する長い被検管に対しても、管内からの超音波検査が好適に実施可能な検査装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記本発明の課題を解決するために、本発明は次のような構成を採用する。すなわち、流体が流れる管内に流体の流れを利用して挿入される管の超音波検査装置であって、中心部が管（１）の軸芯上に位置する一以上の超音波探触子（４）と、該探触子（４）を挟んで前記管（１）の軸方向に対向配置され、中心部が管（１）の軸芯上に位置し、管軸方向に摺動する一対のスライドリング（５）、（５）と、一端が一方のスライドリング（５）に他端が他方のスライドリング（５）にそれぞれ取り付けられ、前記探触子（４）を囲んで管（１）の軸芯を中心として管（１）の径方向に等間隔に配置され、常時管（１）の内面に当接する複数の弾性ワイヤ（６）と、前記一対のスライドリング（５）、（５）の外側で、該一対のスライドリング（５）、（５）に接して管（１）の軸芯上に位置し、前記スライドリング（５）、（５）を前記探触子（４）の中心部であり、かつ、管（１）の軸芯方向に向けて押圧する一対のバネ（７）、（７）とから成る籠式支持具（Ａ）と、前記バネ（７）、（７）の外側で管（１）の径方向に向けて管内壁に圧着し、中心部が管（１）の軸芯上に位置する一対のブラシ式支持具（Ｂ）と、該一対のブラシ式支持具（Ｂ）の流体流れの前方側管軸中心部に接続した溝付きの牽引具（１０）と、一対のブラシ式支持具（Ｂ）の流体流れの後方側の管軸中心部に接続した複数個縦列接続された受圧具（３）と、該複数の受圧具（３）とブラシ式支持具（Ｂ）と籠式支持具（Ａ）と探触子（４）を管径方向の中心部である管軸芯上でそれぞれ接続し、かつ、常に管（１）の軸芯上を通るようにブラシ式支持具（Ｂ）により支持される通信ケーブル（１０７）と、該通信ケーブル（１０７）の先端に接続して探触子（４）と通電される超音波送受信装置（１０６）とを備えた管の超音波検査装置である。
【００１０】
前記牽引具（１０）は管（１）内を流れる流体の流れ方向に対して傾斜した流路を形成する溝（１０ａ）を備えていると、流体の流れに対する抗力が発生し易くなる。
【００１１】
また、超音波探触子（４）は超音波振動子を備え、受圧具（３）は、所定の間隔で通信ケーブル（１０７）に圧着固定された止め金具（２）を包み込むように接着固定され、管（１）内を流れる流体が止め金具（２）に直接接触しないように構成されている。
【００１２】
【作用】
本発明による受圧具は、受圧具に内包された止め金具によって通信ケーブルに取り付けられているので管内流体は層流状態を維持でき、乱れることがない。
【００１３】
籠式支持具を形成するスライドリングの周囲に配置した各弾性ワイヤの最大外径部分が振動子の中心線上で熱交換器管内面に当たり探触子を調芯するとともに、ブラシ式支持具が熱交換器管内面にあたり探触子を、探触子の両端から調芯しているので曲がり部においても振動子は芯ずれすることがない。
【００１４】
また、探触子は管内流体から効率よく抗力を得ることができる牽引具により牽引されているので支持具と熱交換器管の接触摩擦抵抗が大きくなる曲がり部でも通過できる。
【００１５】
また、探触子は超音波を送受信する振動子を備えており、該振動子と超音波送受信装置とが通信ケーブルで接続されているので、複雑な形状の管内でも超音波検査が好適に実施可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
図１〜図４に示す実施例において、概ね球形をした受圧具３は、所定の間隔で通信ケーブル１０７に圧着固定された止め金具２を包み込むように接着固定され、熱交換器管１内を流れる流体が止め金具２に直接接触しないように構成されている。このように構成された受圧具３は熱交換器管１の内部を循環する流体の層流から抗力を得て、先端に探触子４を付けた通信ケーブル１０７を熱交換器管１の内部に挿入する。
【００１７】
また、受圧具３は摩擦抵抗および比重が小さな材料から構成され、２つの半球を接着させて球状にした構造からなっているので管１内への挿入抵抗を小さくすることができるとともに、例えば前記半球同士の接着面が剥がれても通信ケーブル１０７から外れて飛散することはない。
【００１８】
一方、止め金具２はアルミ合金材等を用い通信ケーブル１０７に圧着固定されているので通信ケーブル１０７を構成する多芯の同軸ケーブルがばらけることがない。
【００１９】
図２は熱交換器管１の曲がり部内で探触子４が調芯されている状況を示している。超音波検査装置は振動子１１３を内部に収納した籠式支持具Ａと該籠式支持具Ａの両端部に設けたブラシ式支持具Ｂを備えている。
【００２０】
籠式支持具Ａは探触子４の軸方向に対向配置され、軸芯方向に摺動するスライドリング５、熱交換器管１内の径方向に探触子４を挟んで対向配置されたスライドリング５間の周囲に等間隔で配置された弾性ワイヤ６、熱交換器管１の軸方向に探触子４を挟んで対向配置されたスライドリング５を探触子４の中心に向かって押す圧縮コイルバネ７で構成されている。
【００２１】
籠式支持具Ａのスライドリング５は圧縮コイルバネ７によって探触子４の軸方向の中心部に向けて均等な力で押されているので管内の径方向に等間隔で配置された弾性ワイヤ６を押し広げ、熱交換器管１の曲がりの最大径部分が振動子１１３の軸の中心線に一致する。したがって、図３の熱交換器管１の断面図に示すように熱交換器管１の曲がり部においても振動子１１３の配置位置を熱交換器管１の中心に調芯できる。
【００２２】
なお、振動子１１３から発信される超音波の一部は前面にある弾性ワイヤ６で一部反射され、ノイズとなるが弾性ワイヤ６は細く、また断面が円形であるため反射エネルギーは有用な信号エネルギーより２０ｄＢ以上小さく、検査の障害にならないことを確認した。
【００２３】
次にブラシ式支持具Ｂは連結リング８の周囲にナイロン繊維部９を植え込んで構成され、探触子４を管１の軸方向両端から支持している。このように構成されたナイロン繊維部９の径は熱交換器管１の内径より若干大きくなっており、弾力で探触子４を熱交換器管１の中心に調芯している。ナイロン繊維部９の弾力は、ナイロン繊維の太さ、長さ、数を調整することによって任意に設定できる。
【００２４】
図４には牽引具１０部分の側面図（図４（ａ））と図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図（図４（ｂ））を示す。牽引具１０は熱交換器管１の軸芯に対して角度θだけ傾斜した溝１０ａを外周囲に具備している。この溝１０ａの傾斜角θが管１の軸芯に対して４５度のときに牽引具１０には管１内の流体に起因する抗力が効率よく発生し、探触子４を管内流体の流れ方向に引っ張ることができる。ここで、管内流体による牽引力はフレキシブルシャフト１１で連結する牽引具１０の数を調整することによって任意に設定できる。
【００２５】
本発明の他の実施例を図５に示す。これは探触子４を２個連結させ高密度で検査する例である。２個の探触子４、４の間と２個連結させ探触子４の端にブラシ式支持具Ｂを設けた実施例であり、その他の構成は前記実施例と同じである。
【００２６】
曲がった熱交換器管１の内部でも籠式支持具Ａとブラシ式支持具Ｂは前記の調芯作用により２つの振動子１１３、１１３を熱交換器管１の中心に調芯させることができる。
【００２７】
なお、振動子１１３を３個以上連結した場合でもなんら問題なく振動子を熱交換器管１の中心に調芯する。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、熱交換器管内面との摩擦抵抗が小さく、かつ高い抗力が発生する受圧具によって長い熱交換器管でも全長にわたり通信ケーブルを円滑に挿入可能となる。また、熱交換器管の曲がり部においても籠式支持具とブラシ式支持具で探触子を支持し、振動子を熱交換器管の中心に調芯できるので高精度検査が可能となる。さらに流体から高効率で抗力が得られる牽引具によって探触子を牽引しているので熱交換器管の曲がり部においても通過が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係わる熱交換器管内に配置される超音波検査装置の受圧具の側断面図である。
【図２】  上記実施例に係わる超音波検査装置の探触子が熱交換器管の曲がり部で支持される様子を説明する側断面図である。
【図３】    図２のＣ−Ｃ線断面矢視図であり、振動子が熱交換器管の中心に調芯されている様子を説明する図である。
【図４】    図１の熱交換器管内に配置される超音波検査装置の牽引具の側面図（図４（ａ））と図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図（図４（ｂ））である。
【図５】  本発明の他の実施例に係わる超音波検査装置の探触子が熱交換器管の曲がり部で支持される様子を説明する側面図である。
【図６】  従来の管内挿入式超音波検査装置の全体構成図（図６（ａ））と管内に配置された超音波検査装置の側面図（図６（ｂ））である。
【図７】  従来の管内挿入式超音波検査装置の探触子が熱交換器管の曲がり部で支持される様子を説明する側面図である。
【図８】  図７のＡ−Ａ線矢視図であり、振動子が熱交換器管の中心からずれている様子を説明する図である。
【符号の説明】
１  熱交換器管                ２  止め金具
３  受圧具                    ４  探触子
５  スライドリング            ６  弾性ワイヤ
７  圧縮コイルバネ            ８  連結リング
９  ナイロン繊維部            １０  牽引具
１０ａ  溝                    １１  フレキシブルシャフト
１０１  案内子                １０２  探触子
１０３  支持具                １０４  止め具
１０５  受圧具                １０６  超音波送受信装置
１０７  通信ケーブル          １０８  ケーブル巻き取り装置
１０９  水槽                  １１０  ポンプ
１１１ａ、１１１ｂ  三方弁    １１２ａ、１１２ｂ  ホース
１１３  振動子
Ａ  籠式支持具                Ｂ  ブラシ式支持具
【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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