特許事務所 富士山会 代表者 佐藤 富徳の発明館

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◆多管式熱交換器の作業用位置決め方法および作業装置、ならびに位置検出方法および装置(書誌+要約+請求の範囲)

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開平5-264509
(43)【公開日】平成5年(1993)10月12日
(54)【発明の名称】多管式熱交換器の作業用位置決め方法および作業装置、ならびに位置検出方法および装置
(51)【国際特許分類第5版】
G01N 27/82
F22B 37/02 7526-3L
F28G 15/04 7526-3L
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【全頁数】8
(21)【出願番号】特願平4-60429
(22)【出願日】平成4年(1992)3月17日
(71)【出願人】
【識別番号】000000284
【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社
【住所又は居所】大阪府大阪市中央区平野町四丁目1番2号
(72)【発明者】
【氏名】隅田 幸一
【住所又は居所】大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大阪瓦斯株式会社内
(72)【発明者】
【氏名】沖 正典
【住所又は居所】大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大阪瓦斯株式会社内
(72)【発明者】
【氏名】西村 博明
【住所又は居所】大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大阪瓦斯株式会社内
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 富徳
【住所又は居所】大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大阪瓦斯株式会社内
(74)【代理人】
【弁理士】
【氏名又は名称】西教 圭一郎 (外1名)

(57)【要約】
【目的】 多管式熱交換器の多数の伝熱管の内部の渦流探傷検査を自動化すること。
【構成】 渦流探傷検査プローブを各伝熱管に正確に挿入することができるようにするために、伝熱管の端面に近接してその伝熱管の管軸に垂直方向なx-y方向に、伝熱管の端面を検出する2組の対を成す検出素子を設け、この検出素子は、管軸に垂直方向に間隔をあけて配置されており、両検出素子の各出力の値が等しくなったとき、移動手段による作業手段および検出素子の移動を停止し、これによって作業手段から伝熱管に渦流探傷検査頭部を正確に挿入することが自動的に可能になる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】 多管式熱交換器の伝熱管の端面を検出する一体的に固定された一対の検出素子を、伝熱管の管軸に垂直な方向に間隔をあけて配置した状態で、前記方向に沿って移動し、両検出素子の出力が等しくなったときの位置を検出して、伝熱管の内部での作業を行う作業手段のための作業用位置決めをする多管式熱交換器の作業用位置決め方法。
【請求項2】 多管式熱交換器の伝熱管の内部での作業を行う作業手段と、作業手段を、伝熱管の端面に近接して伝熱管の管軸に垂直な移動方向に移動する移動手段と、作業手段に固定され、前記移動方向に間隔をあけて配置され、伝熱管の端面を検出する一対の検出素子と、両検出素子の各出力に応答し、各出力が等しくなったとき、移動手段を停止する制御手段とを含むことを特徴とする多管式熱交換器の作業装置。
【請求項3】 被検出物をそれぞれ検出する一体的に固定された一対の検出素子を、被検出物に沿って移動し、その移動中に、両検出素子の出力が等しくなった位置を検出することを特徴とする位置検出方法。
【請求項4】 被検出物をそれぞれ検出する一体的に固定された一対の検出素子と、両検出素子を被検出物に沿って移動する移動手段と、両検出素子の各出力に応答し、各出力が等しくなったときにおける位置を検出する手段とを含むことを特徴とする位置検出装置。

詳細な説明

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多管式熱交換器の渦流探傷などの作業を行うために位置決めをする方法と、その作業装置に関する。本発明はまた、伝熱管などの被検出物の位置を検出するための方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】液化ガスを、海水を用いて気化するための気化器として、シェルアンドチューブ形熱交換器とも呼ばれている多管式熱交換器が用いられている。この多管式熱交換器の伝熱管は、たとえば数千本にも及び、その数が多く、従来ではこのような多数の伝熱管の渦流探傷検査を、作業者が検査している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような手作業による多数の伝熱管の渦流探傷検査は、単純作業であり、しかも多くの労力を必要とし、さらにその検査の質のばらつきが大きい。
【0004】本発明の目的は、多管式熱交換器の検査などの作業用位置決め方法を提供し、自動的に伝熱管の検査などの作業を行うことができるようにした作業装置を提供することである。
【0005】また本発明は、たとえば伝熱管の管軸などの被検出物の位置を検出する方法および装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、多管式熱交換器の伝熱管の端面を検出する一体的に固定された一対の検出素子を、伝熱管の管軸に垂直な方向に間隔をあけて配置した状態で、前記方向に沿って移動し、両検出素子の出力が等しくなったときの位置を検出して、伝熱管の内部での作業を行う作業手段のための作業用位置決めをする多管式熱交換器の作業用位置決め方法である。
【0007】また本発明は、多管式熱交換器の伝熱管の内部での作業を行う作業手段と、作業手段を、伝熱管の端面に近接して伝熱管の管軸に垂直な移動方向に移動する移動手段と、作業手段に固定され、前記移動方向に間隔をあけて配置され、伝熱管の端面を検出する一対の検出素子と、両検出素子の各出力に応答し、各出力が等しくなったとき、移動手段を停止する制御手段とを含むことを特徴とする多管式熱交換器の作業装置である。
【0008】また本発明は、被検出物をそれぞれ検出する一体的に固定された一対の検出素子を、被検出物に沿って移動し、その移動中に、両検出素子の出力が等しくなった位置を検出することを特徴とする位置検出方法である。
【0009】また本発明は、被検出物をそれぞれ検出する一体的に固定された一対の検出素子と、両検出素子を被検出物に沿って移動する移動手段と、両検出素子の各出力に応答し、各出力が等しくなったときにおける位置を検出する手段とを含むことを特徴とする位置検出装置である。
【0010】
【作用】本発明に従えば、一体的に固定された一対の検出素子を、多管式熱交換器の多数の伝熱管の管軸に垂直な方向に沿って移動し、各検出素子によって、伝熱管の端面を検出し、その両検出素子の各出力が等しい出力値になったときの位置を検出することによって、伝熱管の内部での作業、たとえば渦流探傷検査作業などを行う作業手段のための作業用位置決めをすることができる。
【0011】また本発明に従えば、伝熱管の内部での作業を行う作業手段を、移動手段によって、伝熱管の管軸に垂直な移動方向に、その伝熱管の端面に近接して移動し、この移動手段によって、作業手段とともに一対の検出素子を移動し、各検出素子は、伝熱管の端面を検出し、両検出素子の各出力の値が等しくなったとき、移動手段を停止し、こうして作業手段による伝熱管の内部の渦流探傷検査などの作業を行うことができるようになる。
【0012】本発明に従えば、一体的に固定された一対の検出素子を、伝熱管の管軸に垂直な方向のように、被検出物に沿って移動し、その移動中に、両検出素子の出力が等しくなったときにおける位置を検出することによって、たとえば伝熱管の管軸を検出することが可能になる。このような被検出物の位置検出方法および装置は、伝熱管だけでなく、その他の各種の被検出物に関連して広範囲に本発明を実施することができる。
【0013】
【実施例】図1は、本発明の一実施例の断面図であり、図2はその全体の構成を示す図である。液化ガスを海水で気化するために、多管式熱交換器1が用いられる。この熱交換器1は、胴体2内に多数の水平な管軸を有する伝熱管3が設けられ、各伝熱管3の端部は管板4を挿通して気密に固定される。伝熱管3はたとえばチタン、銅合金などから成り、管板4は、ステンレス鋼製である。このような多管式熱交換器1の伝熱管3の渦流探傷検査を定期的に行うにあたり、その伝熱管3の自動的な検査を検査装置5によって自動的に可能になる。液化ガスを気化するには、伝熱管3内に海水が通過され、伝熱管3の外周面と管板4とによって形成される空間6には、気化されるべき液化ガスが供給される。
【0014】管板4が固定される胴体2の端部に取付けられている外向きフランジ7には、ブラケット8によって、定期検査時に、検査装置5が装着される。
【0015】図3はこの検査装置5の正面図であり、図4はその検査装置5の断面図である。ブラケット8は一対の支柱9,10に固定されており、これらの支柱9,10間にわたって連結部材11,12が固定され、こうして支柱9,10と連結部材11,12によって枠体61が構成される。連結部材11,12には、水平なx方向に延びるレール13,14がそれぞれ固定される。支持体15は鉛直方向であるy方向に延び、レール13,14によって案内され、x方向に移動可能である。移動体16は支持体15に沿ってy方向に昇降可能である。
【0016】支持体15をx方向に移動するためにモータ17が設けられ、索条20は、このモータ17によって駆動されるプーリ18と、もう1つのプーリ19とに巻掛けられ、支持体15に固定されて無端状とされた索条20が駆動され、こうして支持体15は矢符21の方向に水平往復移動可能である。移動体16を昇降可能とするためにモータ22が支持体15に取付けられ、これによってプーリ23が駆動される。支持体15にはもう1つのプーリ24が設けられる。移動体16には、2つのプーリ25,26が設けられる。索条27の上端部は支持体15に固定され、プーリ25からプーリ23を経て、さらにプーリ24からプーリ26を経て巻掛けられ、その索条27の下端部は支持体15に固定される。
【0017】移動体16には、図4に示されるように直円筒状のスリーブ29が固定される。このスリーブ29内には図1に示されるように渦流探傷検査用プローブ30が収納され、エアガン31からの圧縮空気によってプローブ30は伝熱管3内に挿入され、このとき、このプローブ30に固定されている索条33を巻取手段34から供給し、その後、巻取手段34によって巻取ってスリーブ30が伝熱管3内を引き戻して移動する途中で、その伝熱管3の渦流探傷検査を行う。渦流探傷検査法は、電磁誘導現象を利用した非破壊試験法であって、伝熱管3内に、プローブ30を挿入し、このプローブ30内に交流電流を流したコイルが設けられており、そのコイルの交流磁場によって伝熱管3の周方向に渦電流が生じ、伝熱管3に割れおよび腐食などの欠陥が存在すると、この渦電流が変化し、このとき、コイルのインピーダンスが変化し、電気信号として検出される。伝熱管3の欠陥によるコイルのインピーダンス変化の軌跡をオシロスコープで見ると、8字状のリサージュ波形を描き、この横軸と8字状のリサージュ波形の頂点との成す位相角は、伝熱管3の内面または外面にある欠陥の位置およびその欠陥の深さとに対応する。
【0018】プローブ30を伝熱管3内に正確に自動的な挿入が可能となるように、移動体16の位置決めが行われる。伝熱管3の内部で渦流探傷検査を行う作業手段35は、スリーブ29、プローブ30、エアガン31、索条33および巻取手段34などによって構成される。この作業手段35、したがって移動体16をx-y平面内で移動する移動手段36は、x方向のためのレール13,14、プーリ18,19およびベルト20、さらにモータ17を含み、y方向に関してプーリ23~26および索条27、さらにモータ22などとを含む。こうしてスリーブ29は、伝熱管3の端面3a(図1参照)に近接して、伝熱管3の管軸37に垂直なx-y平面内で移動方向であるx方向またはy方向に移動することができる。
【0019】スリーブ29の伝熱管3に対する位置を検出するために、スリーブ29の端部には検出手段38が固定される。図5は検出手段38の正面図である。図1と、この図5とを参照して、検出手段38は、スリーブ29に嵌め込まれてボルト39によって固定される保持体40と、この保持体40の取付孔41にボルト42によって固定される2組の対を成す検出素子43,44;45,46とを有する。保持体40は、プローブ30が挿通する挿通孔47を有する。検出素子43,44の軸線はy方向に平行であり、もう1つの対を成す検出素子45,46はx方向に平行な軸線を有する。これらの各対を成す検出素子43,44;45,46は同一構成を有し、伝熱管3の端面3aを検出し、たとえば導電体を選択的に検出する渦流センサであってもよく、あるいはまた透磁率を検出する磁気センサであってもよく、あるいはまた伝熱管3の端面3aに光を照射する発光ダイオードとその反射光を受光するホトトランジスタなどとの組合せから成る光学センサなどであってもよく、その他の構成によって端面3aを検出するように構成されていてもよい。
【0020】図6は、伝熱管3の端面3aと管板4とを示す多管式熱交換器1の一部の正面図である。この伝熱管3の端面3aに近接して検出手段38が移動手段36の働きによってy方向に移動したとき、検出素子43,44によって得られる出力レベルは、そのy方向の位置とともに、ライン48で示されている。この出力レベル48の基準となる零レベルはライン49で示される。伝熱管3の管軸37とスリーブ29の軸線50(図1および図5参照)とが一致した状態において、各検出素子43,44の出力レベルV1,V2は、等しい。こうして移動手段36によってスリーブ29をy方向に移動し、検出素子43,44の出力レベルV1,V2が等しくなったとき(V1=V2)、伝熱管3の軸線37とスリーブ29の軸線50とが一致したものと判断することができる。
【0021】このことはまた、図8に示されるように、移動手段36によってスリーブ29、したがって移動体16がx方向に移動されたときも同様である。図8(1)は多管式熱交換器1の伝熱管3の端面3aおよび管板4を示す一部の正面図であり、検出素子43~46は、伝熱管3の管軸37とそれらの検出素子43~46が固定されているスリーブ29の軸線50とが一致した状態を示している。検出素子45,46がスリーブ29、したがって移動体16とともにx方向に移動したときの出力レベルは図8(2)のライン51で示される。伝熱管3の管軸37とスリーブ29の軸線50とが一致した状態では、検出素子45,46の出力レベルV3,V4は等しい(V3=V4)。図8(2)の参照符52は、検出素子45,46の出力レベルの零レベルを示している。
【0022】図9は、図1~図8に示される実施例の電気的構成を示すブロック図である。検出素子43~46の各出力は、パーソナルコンピュータなどによって実現される処理回路54に与えられる。処理回路54はメモリ55に接続され、またその検出結果は表示手段56に表示される。処理回路54は、移動手段36のモータ17,22を制御し、またエアガン31の動作を制御し、さらに渦流探傷検査プローブ30の引き戻しのための巻取手段34を駆動させる。
【0023】渦流探傷検査プローブ30の出力は探傷器53に与えられ、伝熱管3の欠陥に対応したリサージュ波形が表示手段57によって表示され、またチャートレコーダである記録手段58によって記録紙59に検査結果が各伝熱管3毎にその軸線37方向に、記録紙59の長手方向に、記録される。
【0024】図10は、図9に示される処理回路54の動作を説明するためのフローチャートである。支柱9,10と連結部材11,12とから成る枠体61を、ブラケット8によって多管式熱交換器1のフランジ7に装着した後、作業装置5を用いて多数の各伝熱管3の欠陥を渦流探傷検査する際に、まず作業手段35のスリーブ29の軸線50を、検査されるべき伝熱管3の軸線37に一致させて作業手段35、したがって移動体16の位置決めを行うにあたり、図10のステップn1からステップn2に移り、移動手段36のモータ22を駆動して作業手段35のスリーブ29、したがって移動体16をy方向に移動し、ステップn3に移り、検出素子43,44の出力V1,V2が等しくなったかどうかを検出する。検出素子43,44の出力の値V1,V2が等しいことが判断されると、次のステップn4に移り、モータ22を停止し、スリーブ29のy方向の移動が停止される。次のステップn5では、モータ17が駆動されて作業手段35のスリーブ29、したがって移動体16がx方向に移動され、このとき検出素子45,46の出力レベルV3,V4が等しいどうかがステップn6で判断される。検出素子45,46の出力V3,V4が等しくなると、ステップn7ではモータ17が停止され、スリーブ29のx方向の移動が停止され、こうしてステップn8では一連の動作が停止される。このときスリーブ29の軸線50は、検査すべき伝熱管3の管軸37に正確に一致した状態となる。その後処理手段54は、エアガン31を動作させて渦流探傷検査プローブ30を管3内に発射し、その後、リール34を駆動し、索条33を巻取ってプローブ30を伝熱管3内で引き戻し、このとき伝熱管3の欠陥の渦流探傷検査を、探傷器53および記録手段58によって行う。
【0025】上述の実施例では、検出素子43~46は、伝熱管3の半径方向外方付近での出力レベルV1,V2(図7参照)およびV3,V4(図8(2)参照)がそれぞれ等しいかどうかを検出するように構成されたけれども、本発明の他の実施例として図11に示されるように検出素子43~46をその位置決め動作時には、スリーブ29の軸線50寄りに半径方向内方に移動し、伝熱管3の内周面近傍における検出素子43,44の出力レベルV11,V21が等しいかどうかを検出するようにしてもよく、このことは検出素子45,46に関しても同様である。この実施例ではプローブ30を伝熱管3内に挿入する際には、検出素子43~46は、プローブ30の挿入移動時に支障を来さないように、半径方向外方に退避可能な構造とする。
【0026】図12は、本発明のさらに他の実施例の一部の斜視図である。この実施例は、前述の実施例に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。この実施例では移動体16は伝熱管3の軸線37に垂直に移動するにあたり、作業者は支持体15をレール13,14に沿ってx方向に移動し、またその移動体16を支持体15に沿ってy方向に移動する。作業者は、検出手段38に備えられている前述の実施例と同様な検出素子43~46の出力に基づき、スリーブ29の軸線50と、検査すべき1つの伝熱管3の軸線37とが正確に一致したかどうかを知ることができる。
【0027】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、伝熱管の端面を検出する一対の検出素子を、一体的に固定して、その伝熱管の管軸に垂直な方向に移動し、両検出素子の出力の値が等しいときの位置を検出することによって、伝熱管の内部の作業を行う作業手段のための作業用位置決めをすることができるので、作業手段の自動的な位置決めなどを行うことができる。
【0028】また本発明によれば、作業手段を移動手段によって伝熱管の端面に近接して伝熱管の管軸に垂直な移動方向に移動して作業を行うことができるようにし、この作業手段には、一対の検出素子を、前記移動方向に間隔をあけて配置して取付けておき、検出素子の各出力の値が等しくなったときに移動手段を停止し、これによって作業手段による伝熱管の内部への渦流探傷検査頭部などの挿入をするなど、作業手段による自動的な作業を行うことができるようになる。
【0029】本発明によれば、たとえば伝熱管の端面などのような被検出物を一対の相互に固定された検出素子によって検出し、これらの両検出素子の出力が等しくなった位置を検出することによって、伝熱管の管軸などのような位置を検出することが可能になる。本発明は、伝熱管だけでなく、その他の被検出物に関連して広範囲に実施することができる。

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