KR100950573B1 - 다채널형 초음파 탐상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하우징의 내부에 복수의 격실을 두고, 상기 격실에는 전원단자와 케이블로 연결된 진동자가 내장되어 있으며, 일측면에는 상기 각 진동자로 부터 초음파가 발진되고 또, 피검체의 다중 목표물에 반사되어 되돌아오는 에코 초음파가 입사되는 투명한 아크릴 판이 설치된 탐상 본체;

상기 탐상 본체의 타측면에 위치하며, 원호형 장공이 형성되어 있어서 이 장공을 관통하는 조임볼트에 의해 상기 탐상 본체와 체결되고, 지그에 의해 피검체에 고정되는 고정편;으로 구성된 것을 특징으로 하는 다채널 초음파 탐상장치이다.

다채널 초음파 탐상장치

Description

다채널형 초음파 탐상장치{Multi channel type ultrasonic flow detection apparatus}

본 발명은 다채널형 초음파 탐상장치에 관한 것이다.

더 상세하게는 수 개의 진동자가 챔버 내에 각각 격리되게 구성되게 함으로써 산과 돌기가 다단형으로 형성되어 있는 예컨데, 휠 도브테일(wheel dovetail)과 같은 곳을 효과적이고 신속하게 탐상할 수 있도록 한 것과, 탐상각도를 가변시킬 수 있어서 탐상시 교정이 손쉽도록 한 것에 특징을 갖는 다채널형 초음파 탐상장치에 관한 것이다.

원자력 발전소나 화력 발전소에는 열에너지를 기계적인 회전에너지로 변환시켜주는 증기터빈이 설치된다. 상기한 증기터빈은 고속회전되기 때문에 운전중 손상 및 결함을 가질 수 있다.

특히, 당 분야에서 잘 알려져 있듯이 증기터빈의 회전로터(1)의 외주면에 결합 설치되는 휠 도브테일(wheel dovetail)(2)의 말단부에는 도 1에서 보듯이 다단 형의 융기부(3)가 형성되어 있는데, 이 융기부(3)의 각 모서리는 응력이 집중되는 부위여서 고속운전중에 손상 및 결함의 발생 가능성이 매우 높다고 알려져 있다.

이에 따라, 상기한 손상 및 결함을 검출하기 위해 초음파 탐상법이 이용되고 있다. 초음파 탐상법은 탐촉자로 부터 보통 1∼10MHz의 초음파펄스를 피검체 내에 입사시켰을 때 피검체 내에 존재하는 불연속을 검출하는 방법으로서 피검체 내의 불연속부로부터 반사되는 에너지량, 송신된 초음파가 피검체를 투과하여 불연속부로부터 반사되어 되돌아올 때까지의 진행시간, 초음파가 피검체를 투과할 때 감쇠되는 양의 차이를 적절한 표준자료(Standard data)와 비교하여 결함의 위치와 크기 등을 측정하는 방법을 일컫는다.

한편, 상기한 휠 도브테일(2)의 융기부(3) 모서리를 초음파 탐상하기 위한 종래의 방법은, 1개의 탐촉자를 휠 도브테일의 측면부에 부착하여 검시원이 수동으로 탐사를 하였다. 이때, 휠 도브테일의 간격은 매우 협소할 뿐만 아니라, 상기 융기부에 결속되는 버켓(bucket)의 길이가 길이가 길 경우에는 검시원의 접근이 어렵기 때문에 수동탐상에 어려움이 있다.

또한, 도 2에서와 같이 제한된 접촉면에서 휠 도브테일(2)의 말단부로 초음파를 입사시키기 위해 탐촉자(진동자)(4)의 입사각과 입사점을 정확히 설정하는 것이 매우 중요하나 수동탐상으로는 정밀한 탐상을 수행하는 것이 어렵고, 피검체의 결함형상 및 결함신호를 구분하는 것이 매우 어렵다.

이로 인해, 탐상중 오류가 발생하게 될 가능성이 높고 탐상시간의 지연 및 탐상의 신뢰도가 저하되는 문제점으로 이어지고 있다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 주요 목적은 복수의 진동자를 갖고 있어서 검사시간을 단축할 수 있음과, 탐상각도를 조절할 수 있어서 정확한 위치에서 탐상을 진행할 수 있고 이로 인해 탐상의 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있도록 한 다채널 초음파 탐상장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

본원의 청구항 1에서와 같이,

하우징의 내부에 복수의 격실을 두고, 상기 격실에는 전원단자와 케이블로 연결된 진동자가 내장되어 있으며, 일측면에는 상기 각 진동자로 부터 초음파가 발진되고 또, 피검체의 다중 목표물에 반사되어 되돌아오는 에코 초음파가 입사되는 투명한 아크릴 판이 설치된 탐상 본체;

상기 탐상 본체의 타측면에 위치하며, 원호형 장공이 형성되어 있어서 이 장공을 관통하는 조임볼트에 의해 상기 탐상 본체와 체결되고, 지그에 의해 피검체에 고정되는 고정편;으로 구성된 것을 특징으로 하는 다채널형 초음파 탐상장치이다.

본원의 청구항 2에서와 같이,

상기 고정편의 상측 중앙부와 상기 탐상 본체는 보강 조임볼트에 의해 체결 된 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널형 초음파 탐상장치이다.

본원의 청구항 3에서와 같이,

상기 고정편과 상기 탐상 본체의 사이는 스페이서에 의해 일정간격으로 이격된 것을 특징으로 하는 다채널형 초음파 탐상장치이다.

본원의 청구항 4에서와 같이,

상기 아크릴 판에는 초음파의 다중반사를 방지하기 위한 톱니부이 구비된 것을 특징으로 하는 다채널형 초음파 탐상장치이다.

본원의 청구항 5에서와 같이,

상기 탐상 본체와 고정편에는 탐상 본체의 회전각도를 표시하기 위한 각도 가늠자가 형성된 것을 특징으로 하는 다채널형 초음파 탐상장치이다.

본원의 청구항 6에서와 같이,

상기 각 진동자의 설치 높낮이가 서로 다른 것을 특징으로 하는 다채널형 초음파 탐상장치이다.

이상의 본 발명은 두 개의 진동자가 하나의 하우징 내에 설치됨으로써 형상이 복잡한 피검체를 탐상함에 있어서 단시간 내에 정확하게 실시할 수 있어서 신뢰도가 높으며 실용적이다.

또한, 탐상각도를 손쉽게 가변시킬 수 있어서 탐상시 교정이 수월하다.

또한, 초음파의 다중반사를 방지할 수 있고, 이로 인해 초음파 탐상신호가 균일하게 발생됨으로서 정상신호와 결함신호의 구분이 용이하다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해 질 것이다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

첨부된 도 3은 본 발명에 따른 초음파 탐상장치의 분해사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 초음파 탐상장치의 종단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 초음파 탐상장치의 조립도 및 설치상태도이고, 도 6은 본 발명에 따른 초음파 탐상장치의 탐상방법을 설명하기 위한 도면이다.

첨부된 도면에 따르면, 본 발명의 다채널형 초음파 탐상장치는 탐상 본체(10)와 고정편(20)으로 구성된다.

상기 탐상 본체(10)는, 내부에 격벽(12a)에 의해 복수의 격실(12b)이 구획된 하우징(12)과, 상기 각 격실(12b) 내에 설치되는 복수의 진동자(14)와, 상기 하우징(12)의 피검체인 융기부(3)를 향하는 면 상에 설치되는 투명한 아크릴 판(16)으 로 구성된다.

상기 하우징(12)은 금속제로 되며, 일면(피검체를 향하는 면)에는 상기 아크릴 판(16)에 의해 밀봉되어 있고, 반대쪽 면에는 각 진동자(14)에 전원을 인가하기 위한 전원단자(18)가 구비되어 있으며, 상기 각 전원단자(18)와 진동자(14)는 케이블(19)로서 연결되어 있다.

상기한 각 진동자(또는 탐촉자라고도 함)(14)는 상기 각 격실(12b) 내에 초음파 발진각과 에코 초음파의 입사각을 고려하여 비스듬하게 설치되어 있다. 특히, 각 진동자(14)는 입사각에 따라 배열위치가 결정된다. 이를 위해, 상기 하우징(12)의 측벽에 눈금자(12c)를 형성하여, 상기 눈금자에 의해 입사위치를 파악하여 각 진동자(14)의 배열위치를 결정하게 된다.
여기서, 상기 각 진동자(14)는 도 6에서와 같이 융기부(3)로 부터 제각각 입사되는 에코 초음파가 모두 입사되게 하기 위해 도 5에서와 같이 각 진동자(14)의 설치 높낮이를 에코 초음파의 입사각에 맞춰서 서로 다르게 배치하는 것이 바람직하다.

상기한 아크릴 판(16)은 초음파의 입출입이 가능한 투명부(16a)와 초음파의 다중반사를 방지하기 위한 톱니부(16b)로 구성된다. 상기 톱니부는 각 격실(12b) 내부에서의 다중 반사에 의해 정상적인 에코신호가 아닌 격실 내부에서의 반사신호가 마치 정상적인 에코신호인 것처럼 인식되는 허위신호를 방지하기 위한 구성이다.

상기 고정편(20)은 상기 탐상 본체(10)의 타측면 즉, 아크릴 판(16)의 반대편 쪽에 나사로서 고정된다.

상기 고정편(20)에는 원호형의 장공(21)이 형성되어 있고, 이 장공(21)을 관통하는 조임볼트(30)에 의해 상기 탐상 본체(10)와 체결된다. 이때, 상기 조임볼 트(30)는 고정편(20)과 탐상 본체(10)를 결속하는 역할을 함과 동시에, 조임볼트(30)를 느슨하게 풀면 고정편(20)과 탐상 본체(10)의 결속관계를 느슨하게 함으로써 고정편(20)에 대한 탐상 본체(10)의 위치를 가변시킬 수 있게 된다.

이때, 상기 탐상 본체(10) 및 고정편(20)에는 각도 가늠자(22)가 형성되어 있어서 탐상 본체(10)의 회전 변환 정도를 가늠할 수 있도록 하였다.

상기 고정편(20)의 도면상 상측 중앙부와 상기 탐상 본체(10)는 보강 조임볼트(40)에 의해 보강 체결되는 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 고정편(20)과 탐상 본체(10)의 사이에는 스페이서(50)가 설치되어 있어서 이들 사이가 소정간격으로 이격되어 있다.

또한, 상기 고정편(20)의 양측에는 지그(60)에 지지하기 위한 지지홈(23)이 형성되어 있다.

이상의 구성을 갖는 본 발명의 작동관계를 간략히 설명하면 다음과 같다.

초음파 탐상검사는 주파수가 높은 음파, 즉 초음파를 피검체 내로 보내어 피검체 내에 존재하는 불연속을 검출하는 방법으로서, 이때 초음파를 사용하는 이유는 초음파가 지닌 성질인 지향성이 우수하고, 동일재질에서의 속도가 일정하고, 온도변화에 대해 속도변화가 거의 없으며, 재질이 다른 경계면 등에서는 반사하며, 진행거리에 따라 초음파 빔의 감쇠가 발생하는 등의 특성을 이용하여 정확하고 정량적인 검사를 수행할 수 있기 때문이다.

예컨대, 본 발명에서 적용하고자 하는 피검체인 휠 도브테일(2)의 말단부에 형성된 융기부(3)를 향해 초음파를 발진시키게 되면 휠 도브테일을 관통하여 융기부(3)에 수직으로 입사하여 반대면에서는 초음파가 반사하게 된다. 이때, 융기부(3)에 결함이 존재한다면 그 부위와 결함이 없는 부위에서의 초음파를 송수신하는 시간간격 및 반사에너지의 양이 달라지게 된다. 이와 같은 초음파의 송수신 시간축 간격과 반사에너지양의 차이를 적절한 표준자료와 비교하면 결함의 위치와 크기를 알 수 있게 된다.

본 발명의 초음파 탐상장치에는 앞서 설명한 바와 같이 여러 개의 진동자(14)가 설치되어 있어서 다중 탐상이 가능하다. 특히, 휠 도브테일(2)과 같이 융기부(3)가 다단으로 형성되어 있는 경우에는 여러 개의 진동자가 동시에 융기부를 탐상하게 되므로 탐상속도가 그만큼 신속하게 진행된다.

아울러, 본 발명의 초음파 탐상장치는 고정편(20)의 지지홈(23)을 지그(60)가 지지하고 있어서 고정된 상태에 있고, 상기 고정편(20)에는 조임볼트(30)와 보강 조임볼트(40)에 체결된 탐상 본체(10)도 고정된 상태에 있다.

이로 부터, 초음파 발진각도를 교정할 때는 조임볼트(30)와 보강 조임볼트(40)를 느슨하게 푼 다음, 원호형의 장공(21) 범위 내에서 탐상 본체(10)를 좌우로 회전시켜서 초음파 발진각도를 정확하게 교정하게 되므로 탐상의 정확도를 높일 수 있으며, 상기 탐상 본체(10)와 고정편(20)에는 탐상 본체(10)의 각도변환의 정도를 가늠하기 위한 각도 가늠자(22)가 형성되어 있어서 정확한 변환정도를 가늠할 수 있다.

도 1은 증기터빈의 회전로터와 휠 도브테일의 구성도

도 2는 종래 초음파 탐상장치의 탐상방법을 설명하기 위한 도면

도 3은 본 발명에 따른 초음파 탐상장치의 분해사시도

도 4는 본 발명에 따른 초음파 탐상장치의 종단면도

도 5는 본 발명에 따른 초음파 탐상장치의 조립도 및 설치상태도

도 6은 본 발명에 따른 초음파 탐상장치의 탐상방법을 설명하기 위한 도면

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 탐상 본체 12 : 하우징

14 : 진동자 16 : 아크릴 판

18 : 전원단자 20 : 고정편

21 : 장공 22 : 각도 가늠자

30 : 조임볼트 40 : 보강 조임볼트

50 : 스페이서

Claims (6)

1. 하우징의 내부에 복수의 격실을 두고, 상기 격실에는 전원단자와 케이블로 연결된 진동자가 내장되어 있으며, 일측면에는 상기 각 진동자로 부터 초음파가 발진되고 또, 피검체의 다중 목표물에 반사되어 되돌아오는 에코 초음파가 입사되는 투명한 아크릴 판이 설치된 탐상 본체;

   상기 탐상 본체의 타측면에 위치하며, 원호형 장공이 형성되어 있어서 이 장공을 관통하는 조임볼트에 의해 상기 탐상 본체와 체결되고, 지그에 의해 피검체에 고정되는 고정편;으로 구성된 것을 특징으로 하는 다채널형 초음파 탐상장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 고정편의 상측 중앙부와 상기 탐상 본체는 보강 조임볼트에 의해 체결된 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널형 초음파 탐상장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 고정편과 상기 탐상 본체의 사이는 스페이서에 의해 일정간격으로 이격된 것을 특징으로 하는 다채널형 초음파 탐상장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 아크릴 판에는 초음파의 다중반사를 방지하기 위한 톱니부이 구비된 것 을 특징으로 하는 다채널형 초음파 탐상장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 탐상 본체와 고정편에는 탐상 본체의 회전각도를 표시하기 위한 각도 가늠자가 형성된 것을 특징으로 하는 다채널형 초음파 탐상장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 각 진동자의 설치 높낮이가 서로 다른 것을 특징으로 하는 다채널형 초음파 탐상장치.

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