KR20200089265A - 부식 박화 검출을 개선하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

부식 박화 검출을 개선하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

파이프의 부분의 초음파 평가를 실시하기 위한 장치가 프레임 조립체 및 프레임 조립체 내에 배치된 복수의 초음파 센서를 포함한다. 프레임 조립체는 파이프의 외부 표면과 협력적으로 결합되도록 구성된 프레임을 포함한다. 프레임은, 프레임이 파이프와 결합될 때 파이프의 중앙 길이방향 축과 일반적으로 일치되는 축을 중심으로 곡선화된 곡선형 표면을 갖는다. 곡선형 표면은 일반적으로 파이프의 외부 반경과 동일한 반경에 의해서 일반적으로 형성된다. 복수의 초음파 센서가 곡선형 표면으로부터 일정한 거리에서 프레임 조립체 내에 배치된다.

Description

부식 박화 검출을 개선하기 위한 장치 및 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 특허 출원은, 기재 내용 전체가 본원에서 참조로 포함되는, 2017년 10월 27일자로 출원된 미국 가출원 제62/577,834호의 35 U.S.C. § 119(e) 하의 우선권 이익 향유를 주장한다.
본 발명은 파이프의 부분의 비파괴 평가를 실시하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 파이프의 부분의 비파괴 평가를 실시하기 위한 장치에서 이용하기 위한 프레임 조립체에 관한 것이다.
가스 및 액체의 이송을 위해서 이용되는 것과 같은 파이프라인은 내부 및 외부 부식, 균열, 제3자 손상 및 제조 결함에 의해서 공격받기 쉽다. 물을 이송하는 파이프라인에서 누출 또는 분출이 발생되는 경우에, 이는 문제가 될 것이나, 이는 일반적으로 환경에 유해하지는 않다. 그러나, 석유 또는 화학물질 파이프라인이 누출되거나 분출되는 경우에, 이는 환경적 재앙이 될 수 있다. 핵 반응로 내의 냉각제 시스템과 같은 중요한 시스템과 관련된 파이프라인이 고장나는 경우에, 보다 더 극단적인 재앙이 발생될 수 있다. 파이프라인의 안전한 운영을 유지하기 위한 시도에서, 파이프라인이 걱정의 원인이 되기 전에 결함 및 손상을 찾기 위해서 주기적인 검사가 실시된다. 그러한 주기적인 검사는 다양한 방식으로 실행될 수 있다. 파이프라인이 구축될 때, 검사자가 시각적, X-레이, 자기 입자, 초음파 및 다른 검사 방법을 이용하여 용접부를 평가할 수 있고 이들이 고품질을 갖는다는 것을 확인할 수 있다. 그러한 파이프라인이 서비스된 후에 미리 결정된 간격으로 노출 파이프라인을 검사하기 위해서, 유사한 방법이 또한 일반적으로 이용된다.
배관의 그러한 초음파 검사는 전형적으로 약 0.049 in2의 면적을 커버하는 약 0.250 인치 직경의 원형 형상의 초음파 센서를 이용하여 실시된다. 그러한 센서는 전형적으로 센서로 판독하기에 앞서서 기술자에 의해서 배열된 미리 결정된 간격의 그리드(grid) 상의 여러 지점들에 배치된다. 도 1은 그러한 종래 기술의 접근방식에 따른 90°엘보(10)의 초음파 검사를 위한 배열체의 예를 도시한다. 그러한 예에서, 그리드(12)(그 일부만이 도 1에 도시되어 있다)는, 그리드(12)의 여러 지점(14)(2개의 지점 만이 도 1에 표시되어 있다)에서 판독하기에 앞서서, (예를 들어, 페인트 마커를 통해서) 엘보(10)의 전체 표면 상에 배열되었다. 그러한 예에서, 그리드(12)를 엘보(10)의 표면 상에 배열하는데 적어도 2의 맨아워(man hour)가 전형적으로 소요되고, 전술한 센서를 그리드 상의 모든 지점에 배치하고 판독값을 기록하는데 적어도 45분이 추가적으로 소요될 수 있다. 따라서, 그러한 하나의 90°엘보의 벽의 제한된 백분율을 검사하는데, 거의 3시간 또는 그 초과의 시간이 요구될 수 있다. 그러한 방법이 다소 큰 박화 면적을 검출하는데 있어서 효과적일 수 있으나, 그러한 방법은 국소화된 부식을 검출하지 못할 수 있다. 또한, 요구되는 시간/비용으로 인해서, 그러한 검사의 빈도수가 제한될 수 있다.
따라서, 그러한 검사를 실시하기 위한 장치 및 방법에서 개선의 여지가 있다.
본 발명의 실시예는, 더 높은 해상도로 배관의 상당한 백분율을 평가할 뿐만 아니라 통상적인 접근방식보다 훨씬 더 짧은 시간에 그러한 평가를 달성할 수 있는, 배관의 비파괴 평가를 실시하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에서, 파이프의 부분의 초음파 평가를 실시하기 위한 장치에서 이용하기 위한 프레임 조립체가 제공된다. 프레임 조립체는: 파이프의 외부 표면과 협력적으로 결합되도록 구성된 프레임을 포함하고, 그러한 프레임은, 프레임이 파이프와 결합될 때 파이프의 중앙 길이방향 축과 일반적으로 일치되는 축을 중심으로 곡선화된 곡선형 표면을 갖고, 그러한 곡선형 표면은 일반적으로 파이프의 외부 반경과 동일한 반경에 의해서 일반적으로 형성되며, 프레임은 곡선형 표면으로부터 일정한 거리에서 복수의 초음파 센서를 내부에 수용하도록 구성된다.
프레임은 주 통로를 포함할 수 있고, 그러한 주 통로는, 복수의 센서가 프레임 내에 수용될 때, 복수의 초음파 센서와 곡선형 표면 사이에 배치된다.
프레임 조립체는, 곡선형 표면 내에 형성된 주 통로의 개구부 주위에 배치되어 이를 둘러싸는 곡선형 표면으로부터 외측으로 연장되는 가요성 재료로 형성된 스커트를 더 포함할 수 있고, 주 통로 및 스커트는, 프레임 조립체가 파이프의 외부 표면 상에 배치될 때 저장소가 형성되도록 배치되며, 저장소는 일반적으로 복수의 초음파 센서에 의해서 제1 측면 상에, 파이프의 외부 표면에 의해서 제1 측면에 대향되는 제2 측면 상에, 그리고 제1 측면과 제2 측면 사이에서 연장되는 주 통로 및 스커트에 의해서 형성된다.
스커트는 개구부를 완전히 둘러쌀 수 있다.
스커트는 곡선형 표면 내에 형성된 홈 내에 부분적으로 배치될 수 있다.
프레임은 프레임의 외부 표면 상에 배치된 유체 공급 유입구로부터 저장소에 배치된 유체 배출구까지 연장되는 유체 공급 도관을 더 포함할 수 있고, 유체 공급 도관은 초음파 전도성 유체의 공급물을 저장소까지 이송하도록 구성될 수 있다.
스커트는 프레임에 대향되는 표면 상에 배치된 코팅을 포함할 수 있다.
프레임은, 저장소 내의 유입구로부터 프레임의 외부 표면에 형성된 배출구까지 연장되는 공기 제거 도관을 더 포함할 수 있다.
프레임은 공기 제거 도관 내에 제공된 밸브 배열체(valve arrangement)를 더 포함할 수 있다.
프레임 조립체는, 파이프를 따른 프레임 조립체의 위치를 추적하도록 구성된, 프레임 내에 형성된 공동 내에 배치되는 인코더 디바이스를 더 포함할 수 있다.
인코더 디바이스는 인코더 축을 중심으로 회전될 수 있는 인코더 휠을 포함할 수 있고, 인코더 휠은, 프레임 내에 형성된 개구부를 통해서 프레임으로부터 돌출되도록 그리고 파이프의 외부 표면과 결합되도록 구성된 외부 표면을 포함할 수 있다.
인코더 디바이스는 피벗 가능하게 프레임에 장착될 수 있고, 프레임은, 인코더 휠의 외부 표면이 프레임으로부터 외측으로 편향되도록 하는 방식으로 인코더 디바이스와 결합되는, 편향 메커니즘을 포함할 수 있다.
편향 메커니즘은, 인코더 디바이스 상의 편향 메커니즘에 의해서 제공된 편향력이 프레임 조립체의 사용자에 의해서 선택적으로 조정될 수 있도록, 프레임에 조정 가능하게 커플링될 수 있다.
프레임은, 파이프와 자기적으로 상호작용하도록 구성된, 곡선형 표면에 또는 그 주위에 배치되는 많은 수의 자기 요소를 포함할 수 있다.
각각의 자기 요소는 조정 메커니즘을 통해서 프레임에 조정 가능하게 커플링될 수 있고, 그러한 조정 메커니즘은, 각각의 자기 요소의 프레임과 관련된 상대적인 위치를 조정할 수 있게 함으로써, 자기 요소와 파이프 사이의 자기적 상호작용의 강도를 조정할 수 있게 한다.
프레임은 그 외부 표면에 제공된 많은 수의 표시를 포함할 수 있다. 그러한 표시는, 초음파 센서의 위치를 나타내도록 배치된 상승된 막대를 포함할 수 있다.
프레임은 곡선형 표면에 인접하여 제공된 많은 수의 모따기된 섹션을 포함할 수 있다.
프레임은 그 위에 배치된 많은 수의 인덱스 버튼(index button)을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 파이프의 부분의 초음파 평가를 실시하기 위한 장치가 제공된다. 그러한 장치는: 전술한 바와 같은 프레임 조립체; 및 프레임 조립체 내에 배치된 복수의 초음파 센서를 포함한다.
복수의 초음파 센서는 가요성의 64개 요소 위상 어레이 탐침(flexible 64 element phased array probe)을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 파이프의 부분의 비파괴 평가를 실시하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은: 프로세싱 유닛; 프로세싱 유닛과 통신하는 출력 디바이스; 및 전술한 바와 같은 장치를 포함하고, 복수의 초음파 센서는 프로세싱 유닛과 통신한다.
그러한 시스템은 정보를 프로세싱 유닛에 입력하기 위해서 프로세싱 유닛과 통신하는 입력 디바이스를 더 포함할 수 있다.
입력 디바이스 및 출력 디바이스는 하나의 터치스크린 메커니즘으로서 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 추가적인 양태로서, 상이한 직경의 상이한 파이프들의 부분들의 초음파 평가를 실시하는데 이용하기 위한 키트가 제공된다. 그러한 키트는: 복수의 초음파 센서를 갖는 센서 어레이; 및 전술한 복수의 프레임 조립체를 포함하고, 복수의 프레임 조립체 중 임의의 하나의 프레임 조립체의 곡선형 표면의 반경이 복수의 프레임 조립체 중 임의의 다른 하나의 프레임 조립체의 곡선형 표면의 반경과 상이하고, 센서 어레이는 복수의 프레임 중의 임의의 프레임에 선택적으로 커플링될 수 있다.
복수의 프레임 조립체는 적어도 5개의 프레임 조립체를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 따른 추가적인 양태에서, 전술한 바와 같은 시스템을 이용하여 파이프의 부분의 초음파 평가를 실시하는 방법이 제공된다. 그러한 방법은: 장치를 파이프의 외부 표면 상에 배치하는 단계; 초음파 전도 유체의 유동을 주 유체 공급 유입구에 제공하는 단계; 및 장치를 파이프의 길이방향 축에 평행한 방향으로 파이프의 외부 표면을 따라서 활주시키는 단계를 포함한다.
방법은, 장치를 외부 표면 상에 배치하는 단계에 앞서서, 스캐닝되는 지역의 좌측 및 우측 경계를 표시하기 위해서 표시를 파이프의 외부 표면에 마킹하는 단계를 더 포함할 수 있다.
프레임은, 프로세싱 유닛과 통신하는, 그 위에 배치된 많은 수의 인덱스 버튼을 포함할 수 있고; 방법은: 장치를 활주시키는 단계 후에, 장치가 활주되었던 곳에 인접한 위치에서 파이프의 외부 표면 상에 장치를 재배치하는 단계; 및 인덱스 버튼 중 하나를 활성화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
첨부 도면과 함께 읽을 때, 바람직한 실시예에 관한 이하의 설명으로부터, 본 발명을 완전히 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술의 비파괴 검사 기술에 따른 90°엘보의 초음파 검사를 위한 배열체의 예를 도시한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 파이프의 부분의 비파괴 평가를 실시하기 위한 예시적인 시스템의 부분적인 개략도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 파이프의 섹션의 외부 표면 상의 스캐닝 위치에 배치되어 도시된 도 2의 장치의 전방 입면도를 도시한다.
도 4는 파이프의 섹션 상에 배치된 도 2의 장치의 도 3의 배열체의 상면도를 도시한다.
도 5는 도 4의 선 5-5를 따라서 취한 도 2의 장치의 단면도를 도시한다.
도 6은 도 2의 장치의 저면도를 도시한다.
도 7는 도 3의 선 7-7를 따라서 취한 도 2의 장치의 단면도를 도시한다.
도 8은 종래 기술의 접근방식에서 이용되는 초음파 센서의 스캐닝 지역을 본 발명의 예시적인 실시예에 따라서 이용되는 것과 같은 초음파 센서 어레이의 스캐닝 지역에 나란히 비교한 것을 도시한다.
도 9는 도 1과 함께 설명한 바와 같은 종래 기술의 접근방식으로부터 얻어진 파이프의 섹션의 부분에서 취한 측정의 결과를 본 발명의 예시적인 실시예로부터 얻어진 결과의 개략적 표상에 나란히 비교한 것을 도시한다.
이제, 본 발명의 예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 전체적으로 이하에서 설명할 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 상이한 형태로 구현될 수 있고, 본원에서 기술된 예로 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이러한 예는, 이러한 개시 내용이 철저하고 완전한 것이 되도록, 그리고 본 발명의 범위를 당업자에게 완전히 전달하도록 제공된 것이다. 전반적으로 유사한 번호는 유사한 요소를 지칭한다.
본원에서 사용된 바와 같이, "숫자"의 용어는 1 또는 1 초과의 정수(즉, 복수)를 의미할 것이다.
본원에서 사용된 바와 같이, "선택적으로 배치된"이라는 문구는, "선택적으로 배치된" 요소가 용이하게 제거될 수 있고 및/또는 그러한 요소가 내부에 선택적으로 배치되는 다른 요소 내로 배치될 수 있다는 것을 의미한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예는, 배관의 주어진 섹션의 더 큰 백분율을 평가할 뿐만 아니라 통상적인 접근방식보다 훨씬 더 짧은 시간에 그러한 평가를 달성할 수 있는, 배관의 비파괴 평가를 실시하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 그러한 개선은, 센서를 예측 가능한 그리고 신뢰 가능한 방식으로 파이프를 따라서 이동시키는데 있어서 이용되는 신규한, 낮은-프로파일의 프레임 설계와 함께 이용되는 복수의 센서의 이용을 통해서 달성된다. 그러한 조합은, 통상적인 접근방식에 비해서 배관의 큰 섹션을 신속하게 스캐닝할 수 있게 한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 파이프의 부분의 비파괴 평가를 실시하기 위한 예시적인 시스템(15)의 부분적인 개략도이다. 시스템(15)은 출력 디바이스(18)와 통신하는 프로세싱 유닛(16) 및 검사되는 파이프와 상호작용하기 위한 장치(20)를 포함한다. 시스템(15)은 또한 정보를 프로세싱 유닛(16)에 입력하기 위해서 프로세싱 유닛(16)과 통신하는 입력 디바이스(미도시)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 출력 디바이스(18)는 프로세싱 유닛(16)에 정보를 입력하기 위한 그리고 그로부터 정보를 수신하기 위한 조합 입/출력 디바이스(예를 들어, 비제한적으로, 터치스크린) 형태일 수 있다.
프로세싱 유닛(16)은, 예를 들어, 마이크로프로세서, 마이크로제어기 또는 일부 다른 적합한 프로세싱 디바이스일 수 있는 프로세싱 부분, 그리고 프로세싱 부분의 내부에 있을 수 있거나 프로세싱 부분에 동작 가능하게 커플링될 수 있는 그리고 시스템(15)의 동작을 제어하기 위해서 프로세싱 부분에 의해서 실행될 수 있는 데이터 및 소프트웨어를 위한 저장 매체를 제공하는 메모리 부분을 포함한다. 메모리 부분은, 컴퓨터의 내부 저장 지역의 양식에서와 같이 데이터를 저장하기 위한 저장 레지스터를 제공하는, 비제한적으로, RAM, ROM, EPROM(들), EEPROM(들), FLASH, 및 기타와 같은 다양한 유형의 내부 및/또는 외부 저장 매체 중 하나 이상 중 임의의 것, 즉 기계 판독 가능 매체일 수 있고, 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리일 수 있다.
출력 디바이스(18)는 시스템(15)으로부터의 출력을 보기 위한 임의의 적합한 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 비제한적으로, 출력 디바이스(18)는: 전자 디스플레이 스크린, 유형의 출력을 생성하는 디바이스(예를 들어, 프린터), 또는 프로세싱 유닛(16)으로부터 수신된 정보를 임의의 적합한 통신 수단을 통해서 하나 이상의 다른 디바이스(근거리 또는 원거리)에 통신하는 디바이스 중 하나 이상일 수 있다.
예시적인 장치(20)의 다양한 부가적인 도면이 도 3 내지 도 7에 도시되어 있다. 장치(20)는, 프레임 조립체(22) 내에 선택적으로 배치되는, 프로세싱 유닛(16)과 (예를 들어, 번호가 부여되지 않은, 적합한 케이블링을 통해서) 통신하는 복수의 초음파 센서(21)(도 5)를 포함한다. 프레임 조립체(22)는, 파이프의 비파괴 평가를 실시하는 동안, 초음파 센서(21)가 파이프를 따라서 신속하게, 예측 가능하게, 반복 가능한 양식으로 이동될 수 있게 하면서, 검사되는 파이프로부터 일정한 거리에서 초음파 센서(21)를 유지하기 위해서 이용된다. 본원에서 구체적으로 설명된 예시적인 실시예에서, 복수의 초음파 센서(21)는 예를 들어 Olympus NDT Division에 의해서 제조된 가요성의 64개 요소(즉, 64개 센서) 위상 어레이 탐침의 형태이나, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고도 다른 적합한 센서 배열체가 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 도 8은 그러한 위상 어레이 탐침의 스캐닝 지역(B)과 '배경 기술' 항목에서 전술한 바와 같은 점 센서의 스캐닝 지역(A)의 비교를 도시한다.
프레임 조립체(22)는, 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 센서(21) 이외에, 그 내부에 또는 그 위에 배치되는 많은 수의 구성요소를 가지도록 구성된 프레임(23)을 포함한다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 프레임(23)은 부가식 제조 프로세스를 이용하여 ABS 재료로 구성되었다. 그러나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도, 그러한 프레임(23)이 다른 적합한 프로세스 및/또는 재료 또는 재료들로 형성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 프레임(23)은 일반적으로, 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 평가/검사되는 파이프(P)(그 일부만이 도시되어 있다)의 외부 표면(24)과 협력 가능하게 결합되도록, 그리고 이어서 도 4의 블록 화살표(D1 및 D2)에 의해서 도시된 바와 같이, 파이프(P)의 외부 표면(24)을 따라서 (즉, 파이프(P)의 길이방향 축(A)에 평행한 방향으로) 활주되도록 구성된다. 도 3의 도면으로부터, 장치(20)가, 일반적으로 좁은 공간 내에서 이용될 수 있게 하는 일반적으로 낮은 프로파일을 갖는다는 것을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
프레임(23)과 파이프(P) 사이의 그러한 협력적인 결합을 제공하기 위해서, 프레임(23)은, 프레임(23)이 일반적으로 파이프(P)와 결합될 때, 파이프(P)의 중앙 길이방향 축(A)과 일반적으로 일치되는 길이방향 축(A')을 중심으로 곡선화된 곡선형 표면(26)을 포함한다. 곡선형 표면(26)은 일반적으로, 파이프(P)의 외부 반경(R)과 일반적으로 동일한 반경(R')에 의해서 형성된다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 복수의 초음파 센서(21)와 파이프(P)의 외부 표면(24) 사이의 초음파 통신을 제공하기 위해서, 주 통로(30)가 초음파 센서(21)와 곡선형 표면(26) 사이에서 프레임(23) 내에 형성된다. 가요성 재료(예를 들어, 실리콘 스펀지 고무, 가요성 발포체, 또는 다른 적합한 재료)로 형성된 스커트(32)가 곡선형 표면(26)으로부터 외측으로 연장되고, 곡선형 표면(26) 내의 주 통로(30)의 개구부(번호를 부여하지 않음) 주위에 배치되어 완전히 둘러싼다. 도시된 예시적인 실시예에서, 스커트(32)는 곡선형 표면(26) 내에 형성된 홈(34)(도 7) 내에 부분적으로 배치되나, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고도, 스커트(32)의 다른 배열체가 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 주 통로(30) 및 스커트(32)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 장치(20)가 파이프(P)의 외부 표면(24) 상에 배치될 때, 저장소(36)가 형성되도록 배치되고, 저장소는 일반적으로 제1 측면(번호를 부여하지 않음) 상에 초음파 센서(21)에 의해서, 제1 측면과 대향되는 제2 측면(번호를 부여하지 않음) 상에 파이프(P)의 외부 표면(24)에 의해서, 그리고 제1 측면과 제2 측면 사이에서 연장되는 주 통로(30) 및 스커트(32)에 의해서 형성된다.
동작 시에, 저장소(36)에는, 프레임(23)의 외부 표면(번호를 부여하지 않음) 상에 배치된 주 유체 공급 유입구(42)로부터 저장소(36) 내로 개방된 많은 수의 배출구(44)까지 연장되는 많은 수의 유체 공급 도관(40)(하나의 일부가 도 7에 도시됨)을 통해서, 적절한 초음파 전도성 유체(미도시, 예를 들어 비제한적으로 물)의 공급이 제공된다. 도시된 예시적인 실시예에서, 스커트(32)에 의해서 경계 지어진 지역 내에서 곡선형 표면(26) 내에 일반적으로 형성되는 3개의 배출구(44)가 이용되나(예를 들어, 도 6 참조), 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고도 많은 수의 배출구(44)의 다른 수량 및/또는 배치가 변경될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
스커트(32)와 파이프(P)의 외부 표면(24) 사이에서 개선된 밀봉을 제공하기 위해서 및/또는 그 사이의 마찰을 줄이기 위해서, 코팅(번호를 부여하지 않음)이 스커트(32)의 파이프 접촉 표면(46) 상에 제공될 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 폴리에틸렌 테이프의 층이 이용되었으나, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고도 다른 적합한 재료가 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 7의 단면도에서 도시된 바와 같이, 저장소(36) 내에 초기에 포획될 수 있는 또는 동작 중에 내부에서 기포로서 발생될 수 있는 임의의 공기를 제거하기 위해서(그리고 그에 따라 초음파 센서(21)와 파이프(P) 사이의 중단 없는 통신을 보장하기 위해서), 많은 수의 공기 제거 도관(50)이 저장소(36) 내의 하나 이상의 유입구(52)로부터 프레임(23)의 외부 표면 내에 형성된 하나 이상의 배출구(54)까지 연장된다. 그러한 도관(50)은 또한, 장치(20)의 사용자가 요구하는 바에 따라 그러한 경로가 선택적으로 개방 또는 폐쇄될 수 있게 하는 적합한 체크 밸브 배열체를 구비할 수 있다.
이제 도 5의 단면도를 참조하면, 파이프(P)를 따른 장치(20)의 위치를 추적하기 위해서 그리고 후속 평가에서 반복 가능성을 제공하기 위해서, 프레임 조립체(22)는 프레임(23) 내에 형성된 공동(60) 내에 배치된 인코더 디바이스(58)를 더 포함한다. 인코더 디바이스(58)는 적절한 케이블링(번호를 부여하지 않음)을 통해서 프로세싱 유닛(16)에 전기적으로 연결된다. 일반적으로 구성되는 바와 같이, 인코더 디바이스(58)는, 인코더 축(64)을 중심으로 회전될 수 있는 인코더 휠(62)을 포함한다. 인코더 휠(62)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 프레임(23) 내에 형성된 개구부 또는 슬롯(68)을 통해서 프레임(23)으로부터 약간 돌출되도록 그리고 파이프(P)의 외부 표면(24)과 결합되도록 구성된, 외부 표면(66)을 포함한다. 인코더 휠(62)의 외부 표면(66)과 파이프(P)의 외부 표면(24)의 일정한 결합을 보장하는데 도움을 주기 위해서, 인코더 디바이스(58)는 프레임(23)에 피벗 가능하게 장착될 수 있고, 스프링(70) 또는 다른 적합한 메커니즘과 같은 편향 메커니즘이 프레임(23) 상에 또는 내에 제공될 수 있고, 그러한 편향 메커니즘은 인코더 휠(62)의 외부 표면(66)을 일반적으로 파이프(P)의 외부 표면(24)을 향해서 편향시킨다. 그러한 편향 메커니즘은, 그러한 메커니즘에 의해서 인코더 디바이스(58)에 제공되는 그리고 그에 따라 그 인코더 휠(62)의 외부 표면(66)에 제공되는 편향력이 장치(20)의 사용자에 의해서 선택적으로 조정될 수 있도록, 프레임(23)에 조정 가능하게 커플링될 수 있다. 일반적으로 프레임(23)의 단부에 또는 그 부근에 배치되어 도시되어 있지만, 인코더 디바이스(58)가 프레임(23)에 대한 다른 위치에 배치될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 인코더 휠(62)을 이용하는 것이 도시되어 있지만, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고도, 인코더 디바이스(58)가 프레임(23)의 배치를 추적하기 위한 임의의 적합한 배열체를 이용할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
프레임 조립체(22)와 파이프(P)의 외부 표면(24)의 일정한 결합을 보장하기 위해서, 프레임(23)은, 곡선형 표면(26)에 또는 그 주위에 배치된(예를 들어, 곡선형 표면(26) 내에 형성된 함몰부 상에 또는 내에 제공된) 많은 수(도시된 예시적인 실시예에서 4개가 포함된다)의 자기 요소(80)를 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 편평한 단부 상에서 자극(pole)을 갖는 축방향 링 자석이 자기 요소(80)로서 이용되었지만, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고도, 다른 적합한 자석 또는 자기적 구조물이 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 각각의 자기 요소(80)는, 예를 들어, 비제한적으로 적합한 조정 메커니즘 및 알란 헤드 스크류(Alan head screw)(82)를 통해서 프레임(23)에 조정 가능하게 커플링될 수 있고, 이는 파이프(P)와 관련된 각각의 자기 요소(80)의 상대적인 배치가 조정될 수 있게 하고 그에 따라 각각의 요소(80)와 파이프(P) 사이의 자기적 인력의 강도가 선택적으로 조정될 수 있게 한다. 그러한 자기 요소(80)를 포함하는 것이 장치(20)와 파이프(P)의 외부 표면(24) 사이의 일정한 결합을 보장할 뿐만 아니라, 장치(20)에서 2개가 파이프(P)에 자기적으로 부착되어 유지되게 하여, 장치(20)가 파이프(P) 상에 있었던 위치의 추적을 놓치지 않으면서, 필요할 때 기술자가 양 손을 사용할 수 있게 한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
사용자가 장치(20) 내의 복수의 초음파 센서(21)의 위치를 용이하게 식별할 수 있게 하기 위해서, 프레임(23)은 그 일체형 부분으로서 또는 그에 부가된 요소로서 형성된 많은 수의 표시를 구비할 수 있다. 도시된 예시적인 실시예에서, 프레임(23)은, 초음파 어레이(21)의 대향 단부들을 나타내는 상승된 막대(84)뿐만 아니라, 초음파 어레이(21)의 중심을 나타내는 더 짧은 중앙 막대(86) 형태의 표시를 포함한다. 또한, 도시된 예시적인 실시예에서, 그러한 표시는 또한, 복수의 초음파 센서(21)의 일부의 위치 및 식별 번호에 관한 표시를 제공하는 숫자(88)와 같은, 영숫자 문자 형태일 수 있다.
이제까지 장치(20)의 기본적인 구성요소(즉, 복수의 초음파 센서(21) 및 프레임 조립체(22) 그리고 그 구성요소)를 설명하였고, 이제 장치(20)의 기본적인 동작을 도 3, 도 4 및 도 9를 참조하여 설명할 것이다. 파이프를 검사하기 위해서 장치(20)를 이용하기 전의 초기 단계로서, 파이프(P)의 외부 표면(24)을 바람직하게 표시(100)로 마크하여, 스캐닝되는 지역의 좌측 및 우측 경계를 표시한다. 전형적으로, 그러한 표시(100)의 배치는, 파이프(P)의 원주를 복수의 초음파 센서(21)에 의해서 덮인 지역의 폭과 동일한 복수의 간격으로 나누는 것에 의해서 결정된다. 그러한 표시(100)가 제공된 후에, 장치(20)는 파이프(P)의 외부 표면(24) 상에 배치되고, (예를 들어, 저장소 또는 다른 공급부로부터 액체를 제공하는 적합한 펌프를 통해서) 초음파 전도 유체의 유동이 주 유체 공급 유입구(42)에 제공되고, 이어서 장치(20)는, 파이프(P)의 희망 길이가 스캐닝될 때까지, (도 4의 블록 화살표(D1 또는 D2)에 의해서 도시된 바와 같이) 파이프(P)의 길이방향 축(A)에 평행한 방향으로 파이프(P)의 외부 표면(24) 상에서 활주된다.
도 9의 부분(B)은, 몇 초 이내에 장치(20)에 의해서 만들어진 통과 중 하나의 통과에서 얻어진 데이터(약 8000개의 데이터 지점)의 (도 2의 출력 유닛(18) 상에서 제공되는 것과 같은) 그래프 출력(200)의 부분적인 개략적 예를 도시한다. 도 9에 도시된 예에서, 상이한 조각들(hashes)의 각각은, 스케일(202)로 도시된 바와 같은, 상이한 두께들에 상응하는 상이한 색채들(예를 들어, 적색, 오렌지색, 황색, 녹색, 청색 등)을 나타낸다. 바람직한 실시예에서, (선명하게 분리되는 것에 대조적인 것으로서, 무지개와 유사하게, 예를 들어 적색으로부터 오렌지색으로 전이되고, 오렌지색은 황색으로 그리고 이어서 녹색, 등으로 전이되는) 색채들의 연속적인 혼합을 이용하여 두께의 전이를 보다 양호하게 도시한다. 따라서, 출력(200)이 그에 따라 일반적으로 기후 레이더 지도(weather radar map)와 유사하나, 상이한 색채들로 상이한 태풍 세기들을 보여주는 대신, 상이한 두께들을 도시한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 의해서 제공된 예시적인 출력(200)과 대조적으로, 도 9의 부분(A)은, 획득하는데 있어서 약 45분이 요구되는 파이프의 유사한 섹션에 대한, 본원의 '배경기술' 항목에서 설명된 바와 같은 방법에 의해서 얻어진 데이터(210)(39개의 데이터 지점)를 도시한다. 그러한 비교로부터, 본 발명이, 훨씬 더 큰 해상도를 가지며 파이프(P)의 벽 두께의 변동에 관한 용이하게 판독 가능한 결과를 제공하는, 더 신속한 결과를 제공한다는 것을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
장치(20)가 후속하여 용이하게 인접 통과할 수 있게 하기 위해서, 프레임 조립체(23)는, 주어진 통과의 완료 후에 장치(22)의 사용자가 후속 통과의 위치를 용이하게 표시할 수 있게 하는, 프로세싱 유닛(16)에 전기적으로 연결된 하나 이상의 인덱스 버튼을 포함할 수 있다. 도시된 예시적인 실시예에서, 프레임 조립체(23)는 좌측 인덱스 버튼(102) 및 우측 인덱스 버튼(104)을 포함하고, 각각의 인덱스 버튼은 일반적으로, 사용자의 왼손 또는 오른손의 각각에 의해서 용이하게 활성화될 수 있도록, 장치(20)의 단부 부근에 배치된다. 동작 시에, 장치(20)로 스캐닝 통과를 완료할 때, 사용자는 적절한 인덱스 버튼을 활성화시켜, 그들이 실시하는 다음 스캐닝 통과가 막 완료된 통과의 우측(그리고 그에 따라 버튼(104)을 활성화시킬 수 있다) 또는 막 완료된 통과의 좌측(그리고 그에 따라 버튼(102)을 활성화시킬 수 있다)에 대한 것임을 표시할 수 있다. 활성화될 때, 버튼(102 및 104)의 각각은 신호를 프로세싱 유닛(16)에 제공하고, 그러한 신호는 프로세싱 유닛(16)에 의해서 각각의 컬럼의 표시로서 인식되고, 그러한 컬럼에서, 수신되는 스캔으로부터의 데이터가 이전의 스캔으로부터의 데이터와 관련하여 출력 내에 배치된다.
전술한 내용으로부터, 본 발명의 실시예가, 이전의 해결책보다 더 신속하게, 더 구체적으로, 그리고 용이하게 판독될 수 있는 결과를 가지고, 배관의 섹션이 초음파적으로 스캐닝될 수 있게 한다는 것을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시예가 파이프의 직선형 부분뿐만 아니라 곡선형 섹션 모두의 검사에서 용이하게 이용될 수 있다는 것을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 곡선형 섹션의 내측 둘레(intrados)를 수용하기 위해서, 도 4에 도시된 바와 같이 두께(T)가 최소화될 수 있고, 그에 따라 스커트(32)가 스캐닝 통과 중에 파이프(P)의 외부 표면(24)으로부터 분리되지 않도록 보장할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 적용예에 따라, 프레임(23)이 하나 이상의 모따기된 섹션, 예를 들어 도 7에 도시된 모따기된 섹션(110)을 구비할 수 있고, 그러한 모따기된 섹션은 파이프의 곡선형 섹션의 내측 둘레 부분 상에서의 프레임(23)의 보다 양호한 피팅을 제공한다.
상이한 직경들의 파이프들을 검사하기 위한 비용-효율적 해결책을 제공하기 위해서, 복수의 초음파 센서(21)가, 제1 직경을 갖는 파이프에 피팅되는 크기의 프레임(23)을 갖춘 프레임 조립체(22)를 갖는 제1 장치(20)로부터 용이하게 제거될 수 있고, 제1 직경과 상이한 제2 직경을 갖는 다른 파이프에 피팅되는 크기의 프레임(23)을 갖춘 프레임 조립체(22)를 갖는 제2 장치(20) 내로 용이하게 배치될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예가 키트로서 제공되고, 그러한 키트는, 상이한 직경의 파이프에 피팅되는 크기의 프레임(23)을 각각 갖는, 복수의(예를 들어, 비제한적으로 5개의) 프레임 조립체(22)를 따라서 복수의 초음파 센서(21)를 갖는 단일 센서 어레이를 포함한다. 따라서, 그러한 키트의 사용자는 단일 센서 어레이를 검사되는 파이프에 피팅되는 크기의 프레임(23)을 갖는 프레임 조립체(22) 내에 선택적으로 배치할 수 있다.
비록 현재 가장 실용적이고 바람직한 실시예인 것으로 간주되는 것을 기초로 설명의 목적을 위해서 본 발명을 구체적으로 설명하였지만, 그러한 구체적인 내용이 단지 그러한 목적을 위한 것임을 그리고 본 발명이 개시된 실시예로 제한되지 않고, 반대로, 변형예 및 균등한 배열체를 커버하기 위한 것임을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명이, 가능한 범위까지, 임의의 실시예의 하나 이상의 특징이 임의의 다른 실시예의 하나 이상의 특징과 조합될 수 있다는 것을 고려한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
청구범위에서, 괄호 안의 임의의 참조 부호는 청구항을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. "포함하는" 또는 "포괄하는"이라는 단어는 청구항에 나열된 것 이외의 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 몇 개의 수단을 나열하는 장치 청구항에서, 이러한 수단의 몇몇이 하나의 그리고 동일한 하드웨어의 물품에 의해서 구현될 수 있다. 요소에 선행하는 부정관사("a" 또는 "an")는 복수의 그러한 요소의 존재를 배제하지 않는다. 몇 개의 수단을 나열하는 임의의 장치 청구항에서, 이러한 수단의 몇몇이 하나의 그리고 동일한 하드웨어의 물품에 의해서 구현될 수 있다. 특정 요소가 서로 상이한 종속항 내에서 인용된다는 단순한 사실은, 이러한 수단들의 조합이 유리하게 이용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다.

Claims (18)

  1. 파이프(P)의 부분의 초음파 평가를 실시하기 위한 장치에서 이용하기 위한 프레임 조립체(22)이며:
    파이프의 외부 표면(24)과 협력적으로 결합되도록 구성된 프레임(23)을 포함하고, 프레임은, 프레임이 파이프와 결합될 때 파이프의 중앙 길이방향 축(A)과 일반적으로 일치되는 축(A')을 중심으로 곡선화된 곡선형 표면(26)을 갖고, 곡선형 표면은 일반적으로 파이프의 외부 반경(R)과 동일한 반경(R')에 의해서 일반적으로 형성되며, 프레임은 곡선형 표면으로부터 일정한 거리에서 복수의 초음파 센서(21)를 내부에 수용하도록 구성되는, 프레임 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    프레임은 내부에 형성된 주 통로(30)를 포함하고, 주 통로는, 복수의 센서가 프레임 내에 수용될 때, 복수의 초음파 센서와 곡선형 표면 사이에 배치되는, 프레임 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    곡선형 표면 내에 형성된 주 통로의 개구부 주위에 배치되어 이를 둘러싸는 곡선형 표면으로부터 외측으로 연장되는 가요성 재료로 형성된 스커트(32)를 더 포함하고,
    주 통로 및 스커트는, 프레임 조립체가 파이프의 외부 표면(24) 상에 배치될 때 저장소(36)가 형성되도록 배치되며, 저장소는 일반적으로 제1 측면 상에 복수의 초음파 센서에 의해서, 제1 측면에 대향되는 제2 측면 상에 파이프의 외부 표면에 의해서, 그리고 제1 측면과 제2 측면 사이에서 연장되는 주 통로 및 스커트에 의해서 형성되는, 프레임 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    프레임은 프레임의 외부 표면 상에 배치된 유체 공급 유입구(42)로부터 저장소에 배치된 유체 배출구(44)까지 연장되는 유체 공급 도관(40)을 더 포함하고, 유체 공급 도관은 초음파 전도성 유체의 공급물을 저장소까지 이송하도록 구성되는, 프레임 조립체.
  5. 제3항에 있어서,
    스커트는 프레임에 대향되는 표면 상에 배치된 코팅을 포함하는, 프레임 조립체.
  6. 제3항에 있어서,
    프레임이, 저장소 내의 유입구(52)로부터 프레임의 외부 표면에 형성된 배출구(54)까지 연장되는 공기 제거 도관(50)을 더 포함하는, 프레임 조립체.
  7. 제3항에 있어서,
    파이프를 따른 프레임 조립체의 위치를 추적하도록 구성된, 프레임 내에 형성된 공동(60) 내에 배치되는 인코더 디바이스(58)를 더 포함하는, 프레임 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    인코더 디바이스는 인코더 축(64)을 중심으로 회전될 수 있는 인코더 휠(62)을 포함하고, 인코더 휠은 외부 표면(66)을 포함하고, 상기 외부 표면은 프레임 내에 형성된 개구부(68)를 통해서 프레임으로부터 돌출되도록 그리고 파이프의 외부 표면과 결합되도록 구성되는, 프레임 조립체.
  9. 제8항에 있어서,
    인코더 디바이스는 피벗 가능하게 프레임에 장착되고, 프레임은 편향 메커니즘(70)을 포함하고, 편향 메커니즘은 인코더 휠의 외부 표면이 프레임으로부터 외측으로 편향되도록 하는 방식으로 인코더 디바이스와 결합되는, 프레임 조립체.
  10. 제3항에 있어서,
    프레임은, 파이프와 자기적으로 상호작용하도록 구성된, 곡선형 표면에 또는 그 주위에 배치되는 많은 수의 자기 요소(80)를 포함하는, 프레임 조립체.
  11. 제3항에 있어서,
    프레임은 그 위에 배치된 많은 수의 인덱스 버튼(102, 104)을 포함하는, 프레임 조립체.
  12. 파이프의 부분의 초음파 평가를 실시하기 위한 장치(20)이며:
    제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같은 프레임 조립체(22); 및
    프레임 조립체 내에 배치된 복수의 초음파 센서(21)를 포함하는, 장치(20).
  13. 파이프의 부분의 비파괴 평가를 실시하기 위한 시스템(15)이며:
    프로세싱 유닛(16);
    프로세싱 유닛과 통신하는 출력 디바이스(18); 및
    제12항에 기재된 바와 같은 장치(20)를 포함하고,
    복수의 초음파 센서가 프로세싱 유닛과 통신하는, 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    정보를 프로세싱 유닛에 입력하기 위해서 프로세싱 유닛과 통신하는 입력 디바이스를 더 포함하는, 시스템.
  15. 상이한 직경의 상이한 파이프들의 부분들의 초음파 평가를 실시하는데 이용하기 위한 키트이며:
    복수의 초음파 센서(21)를 갖는 센서 어레이; 및
    제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같은 복수의 프레임 조립체(22)를 포함하고,
    복수의 프레임 조립체 중 임의의 하나의 프레임 조립체의 곡선형 표면(26)의 반경(R')은 복수의 프레임 조립체 중 임의의 다른 하나의 프레임 조립체의 곡선형 표면의 반경과 상이하고,
    센서 어레이는 복수의 프레임 중 임의의 프레임에 선택적으로 커플링될 수 있는, 키트.
  16. 제13항에 기재된 바와 같은 시스템(15)을 이용하여 파이프의 부분의 초음파 평가를 실시하는 방법이며:
    장치(20)를 파이프(P)의 외부 표면(24) 상에 배치하는 단계;
    초음파 전도 유체의 유동을 주 유체 공급 유입구(42)에 제공하는 단계; 및
    장치를 파이프의 길이방향 축(A)에 평행한 방향으로 파이프의 외부 표면을 따라서 활주시키는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    장치를 외부 표면 상에 배치하는 단계에 앞서서, 스캐닝되는 지역의 좌측 및 우측 경계를 표시하기 위해서 표시(100)를 파이프의 외부 표면에 마킹하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    프레임은 프로세싱 유닛(16)과 통신하는, 그 위에 배치된 많은 수의 인덱스 버튼(102, 104)을 포함하고; 방법은:
    장치를 활주시키는 단계 후에, 장치가 활주되었던 곳에 인접한 위치에서 파이프의 외부 표면 상에 장치를 재배치하는 단계; 및
    인덱스 버튼 중 하나를 활성화시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
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