JP4969191B2 - 拡管確認検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器の管板に拡管接合された多数の伝熱管の接合状況を個々に検知する渦流センサーを備える拡管検査手段と、拡管検査手段によって検査された伝熱管の位置を測定する伝熱管測位手段とを有する拡管確認検査装置に関する。

多管式熱交換器では伝熱管と管板との拡管接合を、伝熱管１本毎に行なっている。このため、伝熱管と管板との拡管接合を行なっているときに拡管接合が完了した伝熱管と未接合の伝熱管との区別が不明になったり、伝熱管に拡管接合漏れが生じたりする可能性がある。そこで、伝熱管と管板との拡管接合を行なう際に、拡管接合が完了する度に接合完了データを入力し、予め得られている伝熱管配列データと組み合わせて伝熱管配列図の中に接合が完了した伝熱管位置を表示して、接合完了の伝熱管と未接合の伝熱管との区別が容易に行なえるとともに、接合漏れの発生も防止することができる装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３４０５３４号公報

しかしながら、多管式熱交換器の設置後、定期検査時、あるいは多管式熱交換器の補修時に拡管接合状況の検査を行なう場合は、現場で伝熱管の検査を個々に行なうことになり、検査を行なっている際に、検査完了の伝熱管と未検査の伝熱管の区別が不明になったり、伝熱管の検査漏れが生じたりする可能性が高く、検査作業の効率低下や検査の信頼性低下という問題が生じる。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、熱交換器の管板に拡管接合された多数の伝熱管の接合状況を個々に検知する渦流センサーを備える拡管検査手段と、拡管検査手段によって検査された伝熱管の位置を測定する伝熱管測位手段とを有し、検査漏れを防止して検査の信頼性を向上させる拡管確認検査装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る拡管確認検査装置は、熱交換器の管板に拡管接合された多数の伝熱管の接合状況を個々に検査する渦流センサーを備える拡管検査手段と、前記拡管検査手段によって検査された前記伝熱管の位置を測定する伝熱管測位手段とを有する拡管確認検査装置であって、
前記伝熱管測位手段は、前記拡管検査手段の一部であって、前記伝熱管に挿入する前記渦流センサーを支持する挿入治具に取付けられて該挿入治具の周囲に超音波パルスを送信する第１の超音波送信子と、
前記管板上または該管板を延長した平面上の予め決められた位置に隙間を有して配置され、前記第１の超音波送信子から送信された超音波パルスを受信する第１、第２の超音波受信子と、
前記管板の近傍に設けられた第２の超音波送信子と、
前記管板の近傍に隙間を有して配置され、前記第２の超音波送信子から送信された超音波パルスを受信する第３、第４の超音波受信子と、
前記第１の超音波送信子から送信された超音波パルスが前記第１、第２の超音波受信子に到達するのに要する伝搬時間ｔ₁、ｔ₂をそれぞれ求め、予め求めて記憶していた前記管板近傍の超音波伝搬速度および前記伝搬時間ｔ₁、ｔ₂から前記挿入治具の前記管板上での平面的位置を演算し記憶する挿入治具位置演算部とを有し、
しかも、前記挿入治具位置演算部には、前記第２の超音波送信子から送信された超音波パルスが前記第３、第４の超音波受信子に到達するのに要する伝搬時間ｔ₃、ｔ₄の測定から前記管板近傍の超音波伝搬速度の変化有無を確認し、該管板近傍の超音波伝搬速度が変化した場合は該管板近傍の新たな超音波伝搬速度を求め、記憶していた該管板近傍の超音波伝搬速度を該管板近傍の新たな超音波伝搬速度に更新させる音速補正器が設けられている。

本発明に係る拡管確認検査装置において、前記第１および第２の超音波受信子に無指向性マイクロホンを使用することが好ましい。

本発明に係る拡管確認検査装置において、前記無指向性マイクロホンの受音面を互いに、該受音面の中心を結ぶ中心連結線に直交する直線に対して、内側に４０度以上５０度以下傾けて配置することが好ましい。

請求項１〜３記載の拡管確認検査装置においては、拡管検査手段によって伝熱管を順次検査していく際に、伝熱管測位手段で挿入治具の管板上での平面的位置が演算され記憶されるので、拡管検査手段によって検査された伝熱管を順次記憶することが可能になり、拡管検査の進行状況に応じて、検査完了の伝熱管と未検査の伝熱管の区別を容易に行なうことも可能になる。その結果、伝熱管の検査漏れを防止することができ、検査作業の信頼性向上を図ることが可能になる。また、管板近傍の超音波伝搬速度の変化有無を確認し、管板近傍の超音波伝搬速度が変化した場合は新たな超音波伝搬速度を求めて、挿入治具の管板上での平面的位置を演算するので、検査中に温度および湿度が変化して超音波伝搬速度が変化しても、挿入治具の管板上での平面的位置を正確に求めることができる。

特に、請求項２記載の拡管確認検査装置においては、第１および第２の超音波受信子に無指向性マイクロホンを使用するので、第１の超音波送信子の移動に伴って第１、第２の超音波受信子にそれぞれ入射する超音波パルスの入射角度が大きく変動することになっても、第１の超音波送信子から送信された超音波パルスを確実に受信することが可能になる。その結果、第１の超音波送信子と第１、第２の超音波受信子を接近して配置することが可能になる。また、超音波パルスの受信信号の立ち上がりが鋭くなって、受信信号を検出する際の閾値レベルを高く設定することができ、空気の流れ等の外的要因によるノイズの影響を除去して確実に第一波を検出することができる。その結果、空気中を伝搬する超音波パルスを感度よく受信することができ、第１の超音波送信子と第１および第２の超音波受信子との間の距離を長くすることが可能になるとともに、管板上の広い範囲に渡って挿入治具を移動させながら、管板上での挿入治具の平面的位置を正確に求めることが可能になる。一方、第１の超音波送信子を移動させる領域が一定の場合、第１、第２の超音波受信子を第１の超音波送信子の移動領域に接近して配置して（コンパクトにして）、第１の超音波送信子からの超音波パルスを精度よく検出することができ、狭い管板から広い管板を対象に挿入治具の管板上での平面的位置を演算することができる。

請求項３記載の拡管確認検査装置においては、無指向性マイクロホンの受音面を互いに、受音面の中心を結ぶ中心連結線に直交する直線に対して、内側に４０度以上５０度以下傾けて配置するので、第１、第２の超音波受信子を管板上に固定していても、挿入治具とともに管板上で移動する第１の超音波送信子からの超音波パルスを、確実に受信することができる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る拡管確認検査装置のブロック図、図２は同拡管確認検査装置で使用する第１、第２の超音波受信子を取付ける受信子ホルダーの説明図、図３は同拡管確認検査装置で使用する第２の超音波送信子および第３、第４の超音波受信子を取付ける超音波送受信子取付け台の説明図、図４は同拡管確認検査装置のデータ処理器のブロック図、図５（Ａ）〜（Ｃ）は同拡管確認検査装置の使用方法の説明図、図６（Ａ）は同拡管確認検査装置の挿入治具位置演算部における処理内容の説明図、（Ｂ）は第１の超音波送信子の管板上での位置および第１、第２の超音波受信子でそれぞれ受信された超音波パルスの状況を表示した表示器画面の説明図、図７は同拡管確認検査装置による拡管検査状況を表示した表示器画面の説明図である。

図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る拡管確認検査装置１０は、熱交換器の管板１１に拡管接合された多数の伝熱管１２（図５（Ａ）参照）の接合状況を個々に検査する渦流センサー１３を備える拡管検査手段１４と、拡管検査手段１４によって検査された伝熱管１２の位置を測定する伝熱管測位手段１５とを有している。以下、これらについて詳細に説明する。

図１、図４に示すように、拡管検査手段１４は、伝熱管１２に挿入する渦流センサー１３を支持する挿入治具（挿入ガンともいう）１６と、渦流センサー１３の後端部に接続する渦流探傷ケーブル１７と、渦流探傷ケーブル１７を外周部に接触させながら進退させる図示しない回転輪、回転輪の回転駆動源、並びに回転輪の回転方向および回転数を検出するエンコーダを備えた挿入／巻取器１８とを有している。更に、拡管検査手段１４は、挿入／巻取器１８の回転駆動源の動作を制御する挿入／巻取制御器１９と、渦流センサー１３に発生した渦電流を検出する渦流探傷器２０と、渦流探傷器２０からの出力信号を処理して伝熱管１２の拡管接合部の体積変化を検出して拡管接合状態を判定する拡管接合判定部２１と、拡管接合判定部２１における検出データおよび拡管接合状況の判定データをそれぞれ所定の表示データに変換する表示手段２２と、表示手段２２からの出力される表示データを出力する表示器２３とを有している。

このような構成とすることにより、挿入治具１６の渦流センサー出入口２４を管板１１に接合された伝熱管１２の端部に当接させて、挿入／巻取制御器１９の指令により挿入／巻取器１８の回転輪を回転させることにより渦流探傷ケーブル１７を挿入／巻取器１８から一定の速度で伝熱管１２内に挿入し巻取ることができ、これによって渦流センサー１３を伝熱管１２内に一定速度で挿入することができる。このとき、渦流センサー１３で発生した渦電流を渦流探傷器２０で検出し渦流探傷出力信号（ＥＴ出力）として拡管接合判定部２１に入力しながら、挿入／巻取制御器１９を介してエンコーダからの出力信号（Ｅ／Ｃ出力）も拡管接合判定部２１に入力することで、渦流センサー１３の伝熱管１２内での位置（伝熱管１２の端面からの挿入距離）を常に把握することができる。このため、伝熱管１２の端面からの距離に対する伝熱管１２の体積変化、すなわち、伝熱管１２の拡管接合部の体積変化を検出することができ、体積変化から拡管接合状態を判定することができる。

図１、図２に示すように、伝熱管測位手段１５は、挿入治具１６の、例えば、渦流センサー出入口２４と渦流探傷ケーブル出入口２５の間に挟まれて挿入治具１６の周囲に超音波パルスを送信する円筒状の第１の超音波送信子２６と、受信子ホルダー２７を介して管板１１上の予め決められた位置に隙間を有して配置され、第１の超音波送信子２６から送信された超音波パルスを受信する第１、第２の超音波受信子２８、２９とを有している。ここで、第１の超音波送信子２６から送信される超音波パルスの周波数は３０〜５０ｋＨｚ、例えば４０ｋＨｚであり、超音波パルスの発信周期は５０〜１５０Ｈｚ、例えば１００Ｈｚである。また、第１、第２の超音波受信子２８、２９は無指向性マイクロホン（例えば、コンデンサー形マイクロホン）からなっている。

受信子ホルダー２７は、第１、第２の超音波受信子２８、２９が、その受音面３０を互いに、受音面３０の中心を結ぶ中心連結線に直交する直線に対して、内側に４０度以上５０度以下、例えば、実質的に４５度傾けて配置され固定部材３１、３２により固定される第１、第２の受信子固定台３３、３４と、第１、第２の受信子固定台３３、３４にそれぞれ形成されたねじ孔３５に螺合する図示しない取付けねじを介して両端側がそれぞれ第１、第２の受信子固定台３３、３４に接続される連結部材３６とを有している。また、連結部材３６上面には受信子ホルダー２７を持ち上げる把手３６ａが取付けられ、第１、第２の受信子固定台３３、３４の裏面の両側には、伝熱管１２内に挿入可能な突起３７がそれぞれ取付けられている。ここで、第１、第２の受信子固定台３３、３４において、一方の突起３７は第１、第２の受信子固定台３３、３４の長手方向に形成された長孔３７ａを貫通している。これによって、対となる突起３７間の距離を調整して、伝熱管１２内への突起３７の挿入が容易になる。
このような構成とすることにより、第１の受信子固定台３３の裏面側に設けられた突起３７を予め決められた位置の伝熱管１２内に挿入し、第２の受信子固定台３４の裏面側に設けられた突起３７を予め決められた別の位置の伝熱管１２内にそれぞれ挿入することで、第１、第２の超音波受信子２８、２９を管板１１上の予め決められた位置に隙間を有して配置することができる。なお、管板を延長した平面上の予め決められた位置に隙間を有して第１、第２の超音波受信子を配置してもよい。

ここで、第１、第２の超音波受信子２８、２９は無指向性マイクロホンからなるので、第１の超音波送信子２６の移動に伴って第１、第２の超音波受信子２８、２９に入射する超音波パルスの入射角度が大きく変動することになっても、第１の超音波送信子２６から送信された超音波パルスを確実に受信することができる。このため、第１の超音波送信子２６と第１、第２の超音波受信子２８、２９を接近して配置することが可能になる。更に、第１、第２の超音波受信子２８、２９は無指向性マイクロホンからなるので、超音波パルスの受信信号の立ち上がりが鋭くなる。このため、受信信号を検出する際の閾値レベルを高く設定することができ、空気の流れ等の外的要因によるノイズの影響を除去して確実に第一波を検出することができる。その結果、第１の超音波送信子２６を移動させる領域が一定の場合、第１、第２の超音波受信子２８、２９を第１の超音波送信子２６の移動領域に接近して配置して（コンパクトにして）、第１の超音波送信子２６からの超音波パルスを精度よく検出することができる。

図１〜図５に示すように、超音波送受信子取付け台６１は、管板１１の近傍、例えば、管板１１上に配置された受信ホルダー２７に対して第１の超音波送信子２６が配置されない側の管板１１上に取付けられ、平面視して矩形状の超音波送受信子取付け台６１の上面の長手方向一側に取付けられた第２の超音波送信子３８と、超音波送受信子取付け台６１の上面の長手方向他側に第２の超音波送信子３８からの超音波パルスを受信できるように、第２の超音波送信子３８の送信面に対向して受信面が配置された第３の超音波受信子３９と、超音波送受信子取付け台６１の上面で第３の超音波受信子３９より第２の超音波送信子３８側の位置に受信面を第２の超音波送信子３８の送信面に向けて配置された第４の超音波受信子６２とを有している。ここで、第２の超音波送信子３８から送信される超音波パルスの周波数は３０〜５０ｋＨｚ、例えば４０ｋＨｚであり、超音波パルスの発信周期は５０〜１５０Ｈｚ、例えば１００Ｈｚである。

なお、符号６３、６５、６４は第２の超音波送信子３８、第３の超音波受信子３９、および第４の超音波受信子６２がそれぞれ取付けられる取付け部材、符号６６は取付け部材６３、６５を超音波送受信子取付け台６１の上面に取付ける取付けねじ、符号６７は超音波送受信子取付け台６１を持ち上げる把手、符号６８は超音波送受信子取付け台６１の両側に貫通して設けられ、伝熱管１２内に挿入されて超音波送受信子取付け台６１を管板１１上に取付ける挿入部材である。そして、一方の挿入部材６８は超音波送受信子取付け台６１の長手方向に形成された長孔６９を貫通している。これによって、挿入部材６８間の距離を調整でき、超音波送受信子取付け台６１の設置方向を自在に調整できる。

また、伝熱管測位手段１５は、第２の超音波送信子３８から送信された超音波パルスが第３、第４の超音波受信子３９、６２に到達するのに要する時間から管板１１近傍の超音波伝搬速度を測定し、第１の超音波送信子２６から送信された超音波パルスが第１、第２の超音波受信子２８、２９に到達するのに要する伝搬時間ｔ₁、ｔ₂をそれぞれ求めて、超音波伝搬速度および伝搬時間ｔ₁、ｔ₂から挿入治具１６の管板１１上での平面的位置を演算し記憶する挿入治具位置演算部４０を有している。なお、拡管接合判定部２１、表示手段２２、表示器２３、および挿入治具位置演算部４０でデータ処理器４１が構成されている。ここで、データ処理器４１は、例えば、拡管接合判定部２１、表示手段２２および挿入治具位置演算部４０の各機能を発現するプログラムをパーソナルコンピュータに搭載して形成することができる。

更に、伝熱管測位手段１５は、第１、第２の超音波送信子２６、３８をそれぞれ駆動させるパルサー４２、４３と、パルサー４２、４３に駆動開始用のトリガー信号を出力する基準クロック４４と、第１〜第４の超音波受信子２８、２９、３９、６２からの各出力信号を増幅するプリアンプ４５〜４７、７０と、パルサー４２、４３の動作と同期させてプリアンプ４５、４６およびプリアンプ４７、７０からの出力信号をそれぞれ取り出すマルチプレクサー４８と、マルチプレクサー４８を介して取り出された出力信号のノイズを除去するフィルター４９と、フィルター４９からの出力信号が超音波パルスの伝搬距離の違いにより低下するのを電子的に補償するＤＡＣ回路５０とを備えたインタフェースユニット５１を有している。そして、インタフェースユニット５１には、ＤＡＣ回路５０の出力信号、基準クロック４４からのトリガー信号、挿入／巻取器１８のエンコーダからの出力信号、および渦流探傷器２０からの出力信号をそれぞれデジタル信号に変換して出力する高速ＡＤボード５２が設けられている。

ここで、挿入治具位置演算部４０は、管板１１上の伝熱管１２の管配列位置データ（例えば、管板１１上の特定点を原点に設定した場合の各伝熱管１２の座標データ）、受信子ホルダー２７の裏面側に設けられた対となる突起３７を挿入する伝熱管１２の管配列位置データ、第１の超音波送信子２６から送信した超音波パルスを第１、第２の超音波受信子２８、２９で受信させて管板１１近傍の超音波伝搬速度を測定する際の第１の超音波送信子２６、第１、第２の超音波受信子２８、２９の位置データ、第２の超音波送信子３８、第３、第４の超音波受信子３９、６２の位置データを入力するデータ入力器５３と、データ入力器５３から入力されたデータを記憶するデータ記憶器５４とを有している。

また、挿入治具位置演算部４０は、第１の超音波送信子２６から送信された超音波パルスが第１、第２の超音波受信子２８、２９に到達するのに要する時間を求めてデータ記憶器５４に格納された第１の超音波送信子２６、第１、第２の超音波受信子２８、２９の位置データに基づいて管板１１近傍の超音波伝搬速度を求めてデータ記憶器５４に出力する音速演算設定器５５と、第２の超音波送信子３８から送信された超音波パルスが第３、第４の超音波受信子３９、６２に到達するのに要する伝搬時間ｔ₃、ｔ₄を測定して管板１１近傍の超音波伝搬速度の変化有無を確認し、管板１１近傍の超音波伝搬速度が変化した場合は管板１１近傍の新たな超音波伝搬速度を求め、新たな超音波伝搬速度をデータ記憶器５４に入力して記憶している管板１１近傍の超音波伝搬速度を管板１１近傍の新たな超音波伝搬速度に更新させる音速補正器５５ａとを有している。

更に、挿入治具位置演算部４０は、第１の超音波送信子２６から送信された超音波パルスが第１、第２の超音波受信子２８、２９に到達するのに要する伝搬時間ｔ₁、ｔ₂をそれぞれ求めて、データ記憶器５４に格納されている超音波伝搬速度、伝熱管１２の管配列位置データ、および第１、第２の超音波受信子２８、２９の位置データから挿入治具１６の管板１１上での平面的位置を演算し記憶する治具位置演算器５６とを有している。

続いて、音速演算設定器５５の作用について詳細に説明する。
空気中を伝搬する超音波の伝搬速度は温度と湿度の影響を受けるが、挿入治具１６の管板１１上での平面的位置の演算に必要な精度（例えば、一辺が１２００ｍｍの正方形領域内での平面的位置の誤差が１０ｍｍ以下）から考えると、湿度の影響は小さいので、実質的には温度の影響を考慮すればよいことになる。従って、温度の影響を受ける超音波の伝搬速度をＶ、伝搬距離をＳとすると、伝搬速度Ｖと距離Ｓとの関係は、ｔを伝搬に要する時間、Ｃを定数（オフセット）とすると、一般に（１）式で表せる。
Ｓ＝Ｖｔ＋Ｃ・・・・・（１）

そこで、音速演算設定器５５では、例えば、第１、第２の超音波受信子２８、２９の位置を固定し、第１の超音波送信子２６を第１、第２の超音波受信子２８、２９から距離Ｓ₁となる第１の位置、第１、第２の超音波受信子２８、２９から距離Ｓ₂となる第２の位置に配置して超音波パルスを送信し、第１、第２の超音波受信子２８、２９に到達するまでの時間を測定する。ここで、第１の位置に第１の超音波送信子２６を配置した際に、第１の超音波受信子２８に到達するまでの時間がｔ₁₁、第２位置に第１の超音波送信子２６を配置した際に、第１の超音波受信子２８に到達するまでの時間がｔ₁₂とすると、（１）式の関係はＳ₁＝Ｖ₁ｔ₁₁＋Ｃ₁、Ｓ₂＝Ｖ₁ｔ₁₂＋Ｃ₁となり、これから超音波の伝搬速度Ｖ₁および定数Ｃ₁が求まる。また、第１の位置に第１の超音波送信子２６を配置した際に、第２の超音波受信子２９に到達するまでの時間がｔ₂₁、第２の位置に第１の超音波送信子２６を配置した際に、第２の超音波受信子２９に到達するまでの時間がｔ₂₂とすると、（１）式の関係はＳ₁＝Ｖ₂ｔ₂₁＋Ｃ₂、Ｓ₂＝Ｖ₂ｔ₂₂＋Ｃ₂となり、これから超音波の伝搬速度Ｖ₂および定数Ｃ₂が求まる。そして、得られたＶ₁、Ｃ₁、Ｖ₂、およびＣ₂は、データ記憶器５４に入力される。

続いて、音速補正器５５ａの作用について詳細に説明する。
音速補正器５５ａでは、超音波パルスが第２の超音波送信子３８から第３、第４の超音波受信子３９、６２まで到達するのに要する各時間ｔ、ｐを測定することで超音波の伝搬速度Ｖおよび定数Ｃを求める。そして、求まった超音波の伝搬速度Ｖと、超音波パルスが第２の超音波送信子３８から第３の超音波受信子３９まで到達するのに要する時間ｔを用いて、（１）式の関係に基づいて第２の超音波送信子３８から第３の超音波受信子３９までの距離を確認することで、温度変化に伴う伝搬速度Ｖの影響を検知する。

先ず、音速補正器５５ａのスイッチが入ると、第２の超音波送信子３８から第３、第４の超音波受信子３９、６２に向けて超音波パルスが送信される。ここで、超音波パルスの伝搬時間は、対となって高速ＡＤボード５２から出力される第２の超音波送信子ＴＲＧ出力信号と第３、第４の超音波受信子出力信号の各立ち上がり時刻の時間差として求まる。そして、第２の超音波送信子３８から第３の超音波受信子３９までの距離は所定値Ｓ₀、第２の超音波送信子３８から第４の超音波受信子６２までの距離は所定値Ｕ₀と設定されているので、第２の超音波送信子３８から第３の超音波受信子３９に超音波パルスが伝搬するのに要する平均時間ｔ₀、第２の超音波送信子３８から第４の超音波受信子６２に超音波パルスが伝搬するのに要する平均時間ｐ₀を求めると、Ｓ₀＝Ｖ₀ｔ₀＋Ｃ₀、Ｕ₀＝Ｖ₀ｐ₀＋Ｃ₀の関係が得られ、これらの関係から超音波パルスの伝搬速度Ｖ₀および定数Ｃ₀が定まり、第２の超音波送信子３８から第３の超音波受信子３９までの距離Ｓ₀は、
Ｓ₀＝Ｖ₀ｔ₀＋Ｃ₀・・・・・（２）
と求まる。

そして、音速補正器５５ａでは、得られた伝搬速度Ｖ₀を超音波伝搬速度Ｖとしてデータ記憶器５４に入力するとともに、第２の超音波送信子３８から第３の超音波受信子３９に向けて送信されている超音波パルスの伝搬時間を測定し、伝搬速度Ｖ₀から（２）式に基づいて、第２の超音波送信子３８から第３の超音波受信子３９までの距離Ｓ₀を常時確認する。

次に、空気の温度が変化して超音波伝搬速度Ｖ₀がΔＶ変化し、これに伴って第２の超音波送信子３８から第３の超音波受信子３９に超音波パルスが伝搬するのに要する時間が−Δｔ変化したとする。ここで、音速補正器５５ａでは、（２）式を用いて第２の超音波送信子３８から第３の超音波受信子３９までの距離Ｓ₀を確認しているので、第２の超音波送信子３８から第３の超音波受信子３９に超音波が伝搬するのに要する時間が−Δｔ変化すると、（３）式で示すように、第２の超音波送信子３８から第３の超音波受信子３９までの距離がＳ’に変化したと判断する。
Ｓ’＝Ｖ₀×（ｔ₀−Δｔ）＋Ｃ₀・・・・・（３）
しかし、実際には超音波伝搬速度がＶ₀＋ΔＶとなって、距離Ｓ₀を伝搬時間ｔ₀−Δｔで伝搬しているので、（４）式に示す関係が成立する。
Ｓ₀＝（Ｖ₀＋ΔＶ）×（ｔ₀−Δｔ）＋Ｃ₀・・・・・（４）

そこで、音速補正器５５ａでは、予め設定されているＳ₀とＳ’の差の絶対値を演算して、この値が挿入治具１６の管板１１上での平面的位置の演算に必要な精度を超えた場合、（３）式および（４）式から
ΔＶ＝Ｖ₀×（Ｓ₀−Ｓ’）／（Ｓ’−Ｃ₀）・・・・・（５）
を求めてデータ記憶器５４に入力するとともに、Ｖ₀をＶ₀＋ΔＶに更新する。そして、データ記憶器５４では、記憶していた管板１１近傍の超音波伝搬速度Ｖ₁、Ｖ₂をそれぞれＶ₁＋ΔＶ、Ｖ₂＋ΔＶに更新して記憶する。
なお、超音波送受信子取付け台６１は、管板１１上に配置された受信ホルダー２７に対して第１の超音波送信子２６が配置されない側の管板１１上に取付けたが、管板１１の近傍であれば管板１１上に限定されない。ここで、管板の近傍とは、挿入治具１６の管板１１上での平面的位置の演算精度に影響を及ぼさないような超音波伝搬速度が保証される範囲で、例えば、一辺が１２００ｍｍの正方形領域内での平面的位置の誤差が１０ｍｍ以下の場合、管板上の温度との温度差が、±３℃以内となる範囲となる。

続いて、治具位置演算器５６の作用について詳細に説明する。
治具位置演算器５６では、第１の超音波送信子２６から送信された超音波パルスが第１、第２の超音波受信子２８、２９に到達するのに要する伝搬時間ｔ₁、ｔ₂をそれぞれ求める。ここで、伝搬時間ｔ₁、ｔ₂は、対となって高速ＡＤボード５２から出力される第１の超音波送信子ＴＲＧ出力信号と第１、第２の超音波受信子出力信号から、各信号の立ち上がり時刻の時間差として求まる。

なお、各信号の立ち上がり時刻の時間差を求める場合、第１の超音波送信子２６から送信されている超音波パルスから連続して、例えば３０〜８０個の超音波パルスを送信し第１、第２の超音波受信子２８、２９で受信して、各超音波パルス毎に第１の超音波送信子ＴＲＧ出力信号と第１、第２の超音波受信子出力信号との立ち上がり時刻の差を求め、これらの平均値をそれぞれ第１の超音波送信子ＴＲＧ出力信号と第１、第２の超音波受信子出力信号の立ち上がり時刻の時間差としている。これによって、周囲の雑音の影響を低くして伝搬時間ｔ₁、ｔ₂が正確に求まる。そして、伝搬時間ｔ₁、ｔ₂が求まると、データ記憶器５４に格納されているＶ₁、Ｃ₁、Ｖ₂、およびＣ₂を用いて、第１の超音波送信子２６と第１の超音波受信子２８までの距離Ｗ₁をＶ₁ｔ₁＋Ｃ₁から、第１の超音波送信子２６と第２の超音波受信子２９までの距離Ｗ₂をＶ₂ｔ₂＋Ｃ₂から算出する。

一方、第１、第２の超音波受信子２８、２９の距離Ｌは固定されているので、例えば、第１の超音波受信子２８の受音面３０の中心位置を測定上の原点Ｏ’とすると、第１の超音波送信子２６の中心位置の座標（ｘ，ｙ）は、
ｘ＝（Ｗ₁ ²−ｙ²）^1/2・・・・・（６）
ｙ＝（Ｗ₁ ²−Ｗ₂ ²＋Ｌ²）／２Ｌ・・・・・（７）
と求まる。

ここで、受信子ホルダー２７の突起３７を予め決められた位置の各伝熱管１２内に挿入することで第１、第２の超音波受信子２８、２９を管板１１上の予め決められた位置に配置することができるので、例えば、第１の超音波受信子２８の受音面３０の中心位置、すなわち、測定上の原点Ｏ’と第２の超音波受信子２９が固定された第２の受信子固定台３４の突起３７が挿入されている伝熱管１２の中心位置との位置関係が求まる。一方、第２の受信子固定台３４の突起３７が挿入されている伝熱管１２の中心位置は、管板１１上の伝熱管１２の管配列位置データから求まるので、管配列位置データの作成時に決めた原点Ｏに対する第１の超音波送信子２６の中心位置座標（Ｘ，Ｙ）が決定される。従って、管配列位置データと第１の超音波送信子２６の中心位置座標（Ｘ，Ｙ）を対比することにより、拡管検査を行なう伝熱管１２の管板１１上での位置が、第１の超音波送信子２６が設けられている挿入治具１６の管板１１上での平面的位置を求めることにより、決定できる。

そして、拡管検査を行なう毎に拡管検査を行なう伝熱管１２の管板１１上で位置を決定して位置決定データを求め、拡管検査が終了する毎に検査が終了した伝熱管１２の管板１１上での位置を伝熱管位置データとして治具位置演算器５６内に順次記憶するようにすると、拡管検査を行なう伝熱管１２の位置決定データおよび治具位置演算器５６内に格納された拡管検査済みの伝熱管位置データを表示手段２２を介して表示器２３に出力させると、例えば、管板１１上に配列された伝熱管１２の状態を示す伝熱管配置図に、拡管検査済みの伝熱管位置と拡管検査中の伝熱管位置をそれぞれ重ね合わせて表示することができる。

続いて、本発明の一実施の形態に係る拡管確認検査装置１０の使用方法について説明する。
図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、管板１１上で検査を行なおうとする領域の外側の予め決められた位置の伝熱管１２内に、受信子ホルダー２７の第１、第２の受信子固定台３３、３４の裏面側に設けられた突起３７をそれぞれ挿入して、受信子ホルダー２７を管板１１上に配置する。また、受信ホルダー２７に近接する外側に存在する伝熱管１２に挿入部材６８を挿入して管板１１上に超音波送受信子取付け台６１を配置する。

次いで、インタフェースユニット５１のＤＡＣ回路５０の出力信号および基準クロック４４からのトリガー信号が、図示しない切替スイッチを操作して音速演算設定器５５に入力されるようにする。そして、挿入治具１６を管板１１上で移動させて第１の超音波送信子２６を第１の超音波受信子２８から距離Ｓ₁となる第１の位置、距離Ｓ₂となる第２の位置に配置してそれぞれ超音波パルスを送信し、音速演算設定器５５で第１の超音波受信子２８に到達するまでの時間を測定することで、第１の超音波送信子２６と第１の超音波受信子２８の間に成立する（１）式における超音波の伝搬速度Ｖ₁および定数Ｃ₁を求める。また、第１の超音波送信子２６を第２の超音波受信子２９から距離Ｓ₁となる第１の位置、距離Ｓ₂となる第２の位置に配置してそれぞれ超音波パルスを送信し、音速演算設定器５５で第２の超音波受信子２９に到達するまでの時間を測定することで、第１の超音波送信子２６と第２の超音波受信子２９の間に成立する（１）式におけるＶ₂、Ｃ₂を求める。そして、得られたＶ₁、Ｃ₁、Ｖ₂、およびＣ₂をデータ記憶器５４に入力する。更に、音速補正器５５ａで、第２の超音波送信子３８から第３、第４の超音波受信子３９、６２に向けて超音波パルスが送信して超音波パルスの伝搬に要する時間を測定し、第２の超音波送信子３８から第３の超音波受信子３９までの距離Ｓ₀、第２の超音波送信子３８から第４の超音波受信子６２までの距離Ｕ₀から、（２）式における超音波の伝搬速度Ｖ₀、定数Ｃ₀を求める。

続いて、インタフェースユニット５１のＤＡＣ回路５０の出力信号および基準クロック４４からのトリガー信号が、図示しない切替スイッチを操作して治具位置演算器５６に入力されるようにする。そして、挿入治具１６の渦流センサー出入口２４を検査を開始する伝熱管１２の端部に当接させて、渦流センサー１３を伝熱管１２内に挿入する。なお、符号５７は、第１の超音波送信子２６にパルサー４２からの超音波パルス発生信号を伝える超音波送信ケーブルである。そして、挿入治具１６に設けられた検査開始スイッチ５８を入れると、挿入／巻取制御器１９に設定された条件で挿入／巻取器１８が駆動し、渦流探傷ケーブル１７を測定長さだけ押し出した後、一定速度で引き戻す。これによって、渦流センサー１３の伝熱管１２内での移動が開始され拡管検査が始まる。

そして、音速補正器５５ａでは、引き続いて、第２の超音波送信子３８から第３の超音波受信子３９に向けて送信されている超音波パルスの伝搬時間を求めて、伝搬速度Ｖ₀から第２の超音波送信子３８と第３の超音波受信子３９の間の距離Ｓ₀が確認される。そして、伝搬時間が−Δｔ変化すると、第２の超音波送信子３８と第３の超音波受信子３９の間の距離Ｓ₀がＳ’に変化するので、Ｓ₀とＳ’の差の絶対値が予め設定された値の範囲（５〜１０ｍｍの範囲で、例えば８ｍｍ）を超えた場合、ΔＶ（＝Ｖ₀×（Ｓ₀−Ｓ’）／（Ｓ’−Ｃ₀））を求めて、データ記憶器５４に入力するとともに、Ｖ₀をＶ₀＋ΔＶに更新する。なお、データ記憶器５４では、記憶していた管板１１近傍の超音波伝搬速度Ｖ₁、Ｖ₂をそれぞれＶ₁＋ΔＶ、Ｖ₂＋ΔＶに更新して記憶する。

基準クロック４４を介してパルサー４２を駆動させて第１の超音波送信子２６から第１、第２の超音波受信子２８、２９に向けて超音波パルスを送信するようにすると、第１の超音波送信子２６および第１、第２の超音波受信子２８、２９の位置関係は、図６（Ａ）に示すようになり、表示手段２２を介して表示器２３に表示される第１、第２の超音波受信子２８、２９が受信した超音波パルスの受信信号は図６（Ｂ）に示される波形画像５９となる。そして、治具位置演算器５６で第１の超音波送信子２６から送信された超音波パルスが第１、第２の超音波受信子２８、２９に到達するのに要する伝搬時間ｔ₁、ｔ₂が求まるので、データ記憶器５４に格納されているＶ₁、Ｃ₁、Ｖ₂、およびＣ₂を用いて、第１の超音波送信子２６と第１の超音波受信子２８までの距離Ｗ₁がＶ₁ｔ₁＋Ｃ₁として、第１の超音波送信子２６と第２の超音波受信子２９までの距離Ｗ₂がＶ₂ｔ₂＋Ｃ₂として求まり、第１の超音波受信子２８の受音面３０の中心位置を測定上の原点Ｏ’としたときの第１の超音波送信子２６の中心位置の座標（ｘ，ｙ）が求まる。

ここで、受信子ホルダー２７の突起３７を予め決められた位置の各伝熱管１２内に挿入すると、測定上の原点Ｏ’と第２の超音波受信子２９が固定された第２の受信子固定台３４の突起３７が挿入されている伝熱管１２の中心位置との位置関係が決まり、第２の受信子固定台３４の突起３７が挿入されている伝熱管１２の中心位置は、管板１１上の伝熱管１２の管配列位置データから求まるので、管配列位置データの作成時に決めた原点Ｏに対する第１の超音波送信子２６の中心位置座標（Ｘ，Ｙ）が決定される。従って、表示手段２２を用いて、第１の超音波送信子２６の中心位置座標（Ｘ，Ｙ）のデータと管板１１上の伝熱管１２の伝熱管配置図とを重ね合わせて表示すると、表示器２３には、図６（Ｂ）に示される伝熱管配置画像６０が得られる。

そして、基準クロック４４を停止させて第１、第２の超音波送信子２６、３８からの超音波パルスの送信を停止させるとともに、第１の超音波送信子２６の中心位置座標（Ｘ，Ｙ）と管配列位置データとを対比して、第１の超音波送信子２６の中心位置座標（Ｘ，Ｙ）と精度範囲内で一致する、中心位置座標を有する伝熱管を特定し、この伝熱管１２の伝熱管位置データを拡管検査済伝熱管として治具位置演算器５６内に記憶する。

渦流センサー１３が、伝熱管１２の端部側の拡管検査を開始した際の初期位置に戻り、図示しない検査完了ランプが点灯したことが確認されると、挿入治具１６の渦流センサー出入口２４を拡管検査が終了した伝熱管１２から離脱させ、渦流センサー出入口２４を次に検査しようとする伝熱管１２の端部に当接させ、渦流センサー１３を伝熱管１２内に挿入する。そして、検査開始スイッチ５８を入れて拡管検査を開始する。以上の操作を繰り返すことにより、拡管検査を行なう毎に、拡管検査を行なう伝熱管１２の管板１１上で位置が求まり、拡管検査が終了した伝熱管１２の伝熱管位置データが治具位置演算器５６内に順次記憶される。従って、拡管検査が進行した場合、治具位置演算器５６内の拡管検査を行なっている伝熱管１２の位置決定データおよび拡管検査済みの伝熱管位置データを表示手段２２を介して表示器２３に出力させると、図７に示すように、管板１１上に配列された伝熱管１２の状態を示す伝熱管配置図に、拡管検査済みの伝熱管位置と拡管検査中の伝熱管位置をそれぞれ重ね合わせて表示することができ、拡管検査の進行状況を容易に確認することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部または全部を組み合わせて本発明の拡管確認検査装置を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。

本発明の一実施の形態に係る拡管確認検査装置のブロック図である。 同拡管確認検査装置で使用する第１、第２の超音波受信子を取付ける受信子ホルダーの説明図である。 同拡管確認検査装置で使用する第２の超音波送信子および第３、第４の超音波受信子を取付ける超音波送受信子取付け台の説明図である。 同拡管確認検査装置のデータ処理器のブロック図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は同拡管確認検査装置の使用方法の説明図である。 （Ａ）は同拡管確認検査装置の挿入治具位置演算部における処理内容の説明図、（Ｂ）は第１の超音波送信子の管板上での位置および第１、第２の超音波受信子でそれぞれ受信された超音波パルスの状況を表示した表示器画面の説明図である。 同拡管確認検査装置による拡管検査状況を表示した表示器画面の説明図である。

符号の説明

１０：拡管確認検査装置、１１：管板、１２：伝熱管、１３：渦流センサー、１４：拡管検査手段、１５：伝熱管測位手段、１６：挿入治具、１７：渦流探傷ケーブル、１８：挿入／巻取器、１９：挿入／巻取制御器、２０：渦流探傷器、２１：拡管接合判定部、２２：表示手段、２３：表示器、２４：渦流センサー出入口、２５：渦流探傷ケーブル出入口、２６：第１の超音波送信子、２７：受信子ホルダー、２８：第１の超音波受信子、２９：第２の超音波受信子、３０：受音面、３１、３２：固定部材、３３：第１の受信子固定台、３４：第２の受信子固定台、３５：ねじ孔、３６：連結部材、３６ａ：把手、３７：突起、３７ａ：長孔、３８：第２の超音波送信子、３９：第３の超音波受信子、４０：挿入治具位置演算部、４１：データ処理器、４２、４３：パルサー、４４：基準クロック、４５〜４７：プリアンプ、４８：マルチプレクサー、４９：フィルター、５０：ＤＡＣ回路、５１：インタフェースユニット、５２：高速ＡＤボード、５３：データ入力器、５４：データ記憶器、５５：音速演算設定器、５５ａ：音速補正器、５６：治具位置演算器、５７：超音波送信ケーブル、５８：検査開始スイッチ、５９：波形画像、６０：伝熱管配置画像、６１：超音波送受信子取付け台、６２：第４の超音波受信子、６３、６４、６５：取付け部材、６６：取付けねじ、６７：把手、６８：挿入部材、６９：長孔、７０：プリアンプ

Claims (3)

1. 熱交換器の管板に拡管接合された多数の伝熱管の接合状況を個々に検査する渦流センサーを備える拡管検査手段と、前記拡管検査手段によって検査された前記伝熱管の位置を測定する伝熱管測位手段とを有する拡管確認検査装置であって、
   前記伝熱管測位手段は、前記拡管検査手段の一部であって、前記伝熱管に挿入する前記渦流センサーを支持する挿入治具に取付けられて該挿入治具の周囲に超音波パルスを送信する第１の超音波送信子と、
   前記管板上または該管板を延長した平面上の予め決められた位置に隙間を有して配置され、前記第１の超音波送信子から送信された超音波パルスを受信する第１、第２の超音波受信子と、
   前記管板の近傍に設けられた第２の超音波送信子と、
   前記管板の近傍に隙間を有して配置され、前記第２の超音波送信子から送信された超音波パルスを受信する第３、第４の超音波受信子と、
   前記第１の超音波送信子から送信された超音波パルスが前記第１、第２の超音波受信子に到達するのに要する伝搬時間ｔ₁、ｔ₂をそれぞれ求め、予め求めて記憶していた前記管板近傍の超音波伝搬速度および前記伝搬時間ｔ₁、ｔ₂から前記挿入治具の前記管板上での平面的位置を演算し記憶する挿入治具位置演算部とを有し、
   しかも、前記挿入治具位置演算部には、前記第２の超音波送信子から送信された超音波パルスが前記第３、第４の超音波受信子に到達するのに要する伝搬時間ｔ₃、ｔ₄の測定から前記管板近傍の超音波伝搬速度の変化有無を確認し、該管板近傍の超音波伝搬速度が変化した場合は該管板近傍の新たな超音波伝搬速度を求め、記憶していた該管板近傍の超音波伝搬速度を該管板近傍の新たな超音波伝搬速度に更新させる音速補正器が設けられていることを特徴とする拡管確認検査装置。
2. 請求項１記載の拡管確認検査装置において、前記第１および第２の超音波受信子に無指向性マイクロホンを使用することを特徴とする拡管確認検査装置。
3. 請求項２記載の拡管確認検査装置において、前記無指向性マイクロホンの受音面を互いに、該受音面の中心を結ぶ中心連結線に直交する直線に対して、内側に４０度以上５０度以下傾けて配置することを特徴とする拡管確認検査装置。

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