스테이브 두께 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING STAVE THICKNESS.}
본 발명은 스테이브 두께 측정 장치 및 방법으로서, 스테이브의 전체 구간에 대하여 두께를 측정할 수 있는 스테이브 두께 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
스테이브는 로의 본체를 보호하기 위하여 설치되며, 스테이브가 파손되면 로의 본체에 손상이 가해질 수 있으므로 스테이브의 마모 상태를 확인하는 것은 중요하다. 그런데 스테이브는 고온고압의 압력용기인 로의 본체 내부를 타일처럼 둘러싸고 있는 구조이므로 냉각수유로를 통하여 초음파센서를 삽입하는 방법을 통하여 스테이브의 마모 상태를 확인할 수 있게 되었다. 또한 실시간으로 두께를 측정하여 스테이브의 마모 상태를 확인할 수 있게 됨으로써 스테이브의 마모 상태를 실시간으로 확인 할 수 있게 되었다. 그런데 스테이브의 전체 구간 중에서 최소 두께를 가지는 지점을 찾는 것이 중요하며 이를 위하여 스테이브의 전체 구간에서 두께를 측정함이 바람직하다. 그러나 대부분의 스테이브는 상하로 긴 배관을 가지는 구조이며 냉각수유로의 일 지점에서 스테이브의 두께를 측정하게 되므로 스테이브의 전체 구간에서의 두께 측정이 이루어지지 않았다. 그리고 굴곡이 형성된 냉각수유로 전체 구간에서 일반적인 배관내부 탐상용 초음파센서가 스테이브의 두께를 측정하는데 어려움이 있다. 특허문헌1: 등록특허 제1359231호(2014. 02. 05 공고) 특허문헌2: 등록특허 제1220798호(2013. 01. 03 공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 굴곡이 형성된 냉각수유로를 포함하는 스테이브의 전체 구간에 대하여 두께를 측정할 수 있는 스테이브 두께 측정 장치 및 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예는 다음과 같은 스테이브 두께 측정 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명인 스테이브 두께 측정 장치는, 초음파를 송수신할 수 있는 초음파센서부; 및 상기 초음파센서부에 연결되는 구동부;를 포함하고, 상기 구동부는 상기 초음파센서부를 로의 스테이브에 구비되는 냉각수유로에 따라 이동하게 하고, 상기 구동부는, 구동부본체; 상기 구동부본체에 결합되는 가이드로드; 및 상기 가이드로드의 일측에 연결되는 센서연결부;를 포함하고, 상기 초음파센서부는 상기 센서연결부에 연결된다. 삭제 또한 상기 초음파센서부는, 초음파를 송수신할 수 있는 초음파프로브; 및 상기 초음파프로브에 결합되는 프로브밀착부;를 포함하고, 상기 프로브밀착부는 상기 초음파프로브를 냉각수유로에 밀착시킬 수 있다. 또한 상기 프로브밀착부는, 상기 초음파프로브에 결합되는 프로브밀착부프레임; 및 상기 프로브밀착부프레임에 결합되어 냉각수 유로에 밀착되는 밀착부다리;를 포함하고, 상기 밀착부다리는 구동력을 구비하여 상기 초음파프로브를 냉각수유로에 밀착시킬 수 있다. 또한 상기 프로브밀착부는, 상기 초음파프로브에 결합되는 프로브밀착부프레임; 및 상기 프로브밀착부프레임에 결합되는 밀착부풍선;을 포함하고, 상기 밀착부풍선은 측정될 지점에서 기체가 주입되도록 하여 상기 초음파프로브를 냉각수유로에 밀착시킬 수 있다. 또한 상기 프로브밀착부는, 상기 초음파프로브에 결합되는 프로브밀착부프레임; 및 상기 프로브밀착부프레임에 결합되는 유체분사부;를 포함하고, 상기 유체분사부는 냉각수유로에 유체를 분사함으로써 상기 초음파프로브를 냉각수유로에 밀착시킬 수 있다. 또한 상기 가이드로드는, 상기 초음파센서부가 안착되는 센서안착부;를 포함하고, 냉각수유로의 형상에 따라 굴곡될 수 있다. 또한 상기 초음파센서부는, 냉각수유로와 상기 초음파프로브 사이에 접촉매질을 공급하는 접촉매질공급부를 포함할 수 있다. 또한 상기 구동부는, 상기 구동부본체에 결합되어 냉각수유로에 탈부착되는 클램핑지그;를 포함할 수 있다. 또한 본 발명인 스테이브 두께 측정 장치는, 냉각수유로에 위치하는 상기 초음파센서부의 위치를 파악하는 프로세서;를 포함할 수 있다. 또한 상기 초음파프로브는, 복수개로 구비되어 수평방향으로 정렬되고, 상기 복수개의 초음파프로브로부터 획득된 초음파신호를 이용하여 로의 스테이브의 두께를 측정할 수 있다. 또한 상기 복수개의 초음파프로브는 위상배열 방식으로 구성될 수 있다. 또한 상기 센서연결부는 강선와이어;를 포함할 수 있다. 또한 상기 센서연결부는 체인;을 포함할 수 있다. 또한 상기 센서연결부는 편판형스트립;을 포함할 수 있다. 한편 가이드로드에 의하여 상기 가이드로드에 안착되어 초음파를 송수신할 수 있는 초음파센서부가 로의 스테이브에 구비되는 냉각수유로에 진입하는 단계; 상기 가이드로드와 상기 초음파센서부를 연결하는 센서연결부에 의하여 상기 초음파센서부가 냉각수유로에서 이동하는 단계; 상기 초음파센서부에 포함된 프로브밀착부에 의하여 상기 초음파센서부에 포함되어 초음파를 송수신할 수 있는 초음파프로브가 냉각수유로에 밀착하는 단계; 상기 초음파센서부에서 초음파를 송수신하여 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 가이드로드에 의하여 상기 초음파센서부가 냉각수유로에서 빠지는 단계;를 포함하는 스테이브 두께 측정 방법이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 스테이브 두께 측정 장치 및 방법의 일 실시예는, 위와 같은 구성을 통해, 굴곡이 형성된 냉각수유로를 포함하는 스테이브의 전체 구간에 대하여 그 두께를 측정할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 로를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스테이브 두께 측정 장치를 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스테이브 두께 측정 장치의 구동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초음파센서부를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 밀착부다리를 포함하는 초음파센서부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 밀착부풍선을 포함하는 초음파센서부를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 유체분사부를 포함하는 초음파센서부를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 측정된 스테이브의 두께를 나타낸 도면이다.
도 9 a,b,c,d,e는 본 발명의 일실시예에 따른 스테이브 두께 측정 장치의 작동 과정을 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하도록 한다. 도 1은 로를 나타내는 구성도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스테이브 두께 측정 장치를 나타내는 구성도이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스테이브 두께 측정 장치의 구동을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초음파센서부를 나타낸 도면이다. 도 5, 6 및 7은 본 발명의 일실시예에 따른 밀착부다리, 밀착부풍선 및 유체분사부를 각각 포함하는 초음파센서부를 나타낸 도면이다. 그리고 도 9 a,b,c,d,e는 본 발명의 일실시예에 따른 스테이브 두께 측정 장치의 작동 과정을 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 로(10)에는 철피(30)가 구조물로서 자리하게 되고 로(10)의 내부는 고온이므로 이로부터 철피를 보호하기 위하여 내화물(30, 40)이 구비된다. 내화물(30, 40)이 로(10)에 구비되기 위하여 스테이브(20)가 위치하며 스테이브(20)는 냉각수유로(22)를 통해 냉각을 한다. 스테이브(20)의 두께 측정은 스테이브(20)의 유지 기간을 결정하는 데 있어서 중요한 판단 요소가 되나, 현재까지 스테이브(20)의 두께를 측정하는 방식에 의하면 급수구와 배수구가 있는 상하의 일 지점에서 이루어지고 측정 지점이 최소 두께임을 보장할 수 없는 경우여서 스테이브(20)의 유지 기간의 결정에 오류가 발생하는 원인이 되기도 한다. 본 발명인 스테이브 두께 측정 장치(100)는, 초음파를 송수신할 수 있는 초음파센서부(200); 및 상기 초음파센서부(200)에 연결되는 구동부(300);를 포함하고, 상기 구동부(300)는 상기 초음파센서부(200)를 로(10)의 스테이브(20)에 구비되는 냉각수유로(22)에 따라 이동하게 한다. 즉 상기 초음파센서부(200)가 스테이브(20)의 두께를 전 구간에 대하여 측정하기 위하여 상기 구동부(300)에 의하여 상기 초음파센서부(200)가 스테이브(20)에 구비된 냉각수유로(22)에 삽입될 수 있다. 상기 초음파센서부(200)는 냉각수유로(22)를 따라 두께를 측정함으로써 스테이브(20)의 전체적인 두께를 측정하게 된다. 그리고 도 3에 도시되는 바와 같이, 송수신된 초음파신호(90)를 이용하여 스테이브의 두께를 산출하는 프로세서(400)가 구비될 수 있으며, 이 경우 휴대성이 강화되는 장점이 있다. 또한, 상기 구동부(300)는, 구동부본체(310); 상기 구동부본체(310)에 결합되는 가이드로드(320); 및 상기 가이드로드(320)의 일측에 연결되는 센서연결부(340);를 포함하고, 상기 초음파센서부(200)는 상기 센서연결부(340)에 연결되어 냉각수유로(22)를 따라 초음파를 송수신할 수 있다. 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 상기 센서연결부(340)는 상기 가이드로드(320)와 상기 초음파센서부(200)을 연결하며, 상기 가이드로드(320)에 의하여 상기 초음파센서부(200)는 냉각수유로(22)에 진입하게 된다. 냉각수유로(22)에 진입한 상기 초음파센서부(200)는 상기 센서연결부(340)에 의해 냉각수유로(22)를 따라 초음파를 송수신할 수 있다. 이와 같이 상기 초음파센서부(200)가 상기 가이드로드(320)에 의하여 냉각수유로(32)에 진입한 이후에 상기 센서연결부(340)에 의하여 다시 이동하는 이유는, 스테이브(20)에 제공되는 냉각수유로(22)는 'ㄷ' 형태를 가지며 관로의 폭이 좁은 경우가 대부분이므로 일반적인 배관용 초음파센서 장치를 사용하기가 곤란하기 때문이다. 그리고 상기 센서연결부(340)는 상기 초음파센서부(200)가 측정 대상인 스테이브(20)를 바라볼 수 있도록 할 수 있다. 또한, 상기 초음파센서부(200)는, 초음파를 송수신할 수 있는 초음파프로브(210); 및 상기 초음파프로브(210)에 결합되는 프로브밀착부(220);를 포함하고, 상기 프로브밀착부(220)는 상기 초음파프로브(220)를 냉각수유로(22)에 밀착시킬 수 있다. 상기 초음파센서부(200)가 초음파를 송수신하기 위하여는 측정 대상인 스테이브(20)에 밀착되어야 한다. 즉 도 4에 도시되는 바와 같이, 상기 초음파센서부(200)는 로(10)의 내부측으로 인접하게 배치되는 냉각수유로(22)의 내부면에 접하여야 한다. 이를 위하여 상기 프로브밀착부(220)는 상기 초음파프로브(210)가 냉각수유로의 내측면(22a)에 접하도록 할 수 있다. 여기서 상기 프로브밀착부(220)는 자석의 인력을 이용하는 구조가 고려될 수 있으나, 스테이브(20)는 자성이 없는 구리로 구성되는 경우에는 적용되기 곤란하다. 또한, 상기 프로브밀착부(220)는, 상기 초음파프로브(210)에 결합되는 프로브밀착부프레임(221); 및 상기 프로브밀착부프레임(221)에 결합되어 냉각수유로(22)에 밀착되는 밀착부다리(222);를 포함하고, 상기 밀착부다리(222)는 구동력을 구비하여 상기 초음파프로브(210)를 냉각수유로(22)에 밀착시킬 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 프로브밀착부프레임(221)에 결합된 밀착부다리(222)는, 구동력을 구비하여 상기 초음파프로브(210)가 냉각수유로의 내측면(22a)에 밀착될 수 있도록 한다. 구동력으로서 탄성 및 실린더의 공압이 고려될 수 있다. 한편, 상기 프로브밀착부(220)는, 상기 초음파프로브(210)에 결합되는 프로브밀착부프레임(221); 및 상기 프로브밀착부프레임(221)에 결합되는 밀착부풍선(223);을 포함하고, 상기 밀착부풍선(223)은 측정될 지점에서 기체가 주입되도록 하여 상기 초음파프로브(210)를 냉각수유로(22)에 밀착시킬 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 프로브밀착부프레임(221)에 결합된 밀착부풍선(223)은 측정할 지점에서 기체가 주입되어 부풀게 됨으로써 상기 초음파프로브(210)가 냉각수유로의 내측면(22a)에 밀착될 수 있도록 한다. 한편, 상기 프로브밀착부(220)는, 상기 초음파프로브(210)에 결합되는 프로브밀착부프레임(221); 및 상기 프로브밀착부프레임(221)에 결합되는 유체분사부(224);를 포함하고, 상기 유체분사부(224)는 냉각수유로(22)에 유체를 분사함으로써 상기 초음파프로브(210)를 냉각수유로(22)에 밀착시킬 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 프로브밀착부프레임(221)에 결합된 상기 유체분사부(224)는 측정할 지점에서 로의 철피(30)에 가까운 냉각수유로(22)의 내부면을 향하여 유체를 분사한다. 이와 같이 상기 유체분사부(224)가 냉각수유로의 외측면(22b)을 향하여 유체를 분사하게 되면, 작용 반작용의 원리에 의하여 상기 초음파프로브(210)가 냉각수유로의 내측면(22a)에 밀착된다. 또한, 상기 가이드로드(320)는, 상기 초음파센서부(200)가 안착되는 센서안착부(321);를 포함하고, 냉각수유로(22)의 형상에 따라 굴곡될 수 있다. 즉 상기 가이드로드(320)가 굴곡될 수 있게 됨으로써 상기 센서안착부(321)에 안착된 상기 초음파센서부(200)는 냉각수유로(22)에 진입할 수 있게 된다. 도 2 및 3에 도시된 도면을 참고하면, 상기 가이드로드(320)가 냉각수유로(22)의 형상에 따라 굴곡될 수 있게 구성됨으로써, 상기 초음파센서부(200)가 냉각수유로(22)에 진입할 수 있게 된다. 상기 가이드로드(320)가 굴곡될 수 있기 위한 구성으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 관절부를 가지는 구조 또는, 탄성이 있어서 휘어질 수 있는 구조가 고려될 수 있다. 또한, 상기 초음파센서부(200)는, 냉각수유로(22)와 상기 초음파프로브(210) 사이에 접촉매질(80)을 공급하는 접촉매질공급부(230)를 포함할 수 있다. 초음파는 매질이 요구되는 파동이므로 상기 초음파프로브(210)가 냉각수유로(22)에 밀착되었더라도 빈 틈이 있다면 초음파의 진행이 원활하지 않을 수 있다. 따라서, 상기 접촉매질공급부(230)는 도 4에 도시되는 바와 같이 냉각수유로(22)와 상기 초음파프로브(210) 사이에 접촉매질(80)을 공급하여 측정 지점에서 초음파가 진행될 수 있도록 한다. 또한, 상기 구동부(300)는, 상기 구동부본체(310)에 결합되어 냉각수유로(22)에 탈부착되는 클램핑지그(330);를 포함할 수 있다. 도 9 a에 도시되는 바와 같이, 상기 클램핑지그(330)는 냉각수유로(22)의 말단에 접근하여 부착될 수 있다. 이와 같이 상기 클램핑지그(330)가 냉각수유로(22)의 말단에 부착됨으로써, 상기 초음파센서부(200)가 안정적으로 냉각수유로(22)의 내부로 진입될 있도록 한다. 또한 본 발명인 스테이브 두께 측정 장치(100)는, 냉각수유로(22)에 위치하는 상기 초음파센서부(200)의 위치를 파악하는 프로세서(400);를 포함할 수 있다. 상기 초음파센서부(200)에서 전파를 송신하여 상기 프로세서(400)가 상기 초음파센서부(200)의 위치를 파악할 수 있는 구성이 고려될 수 있으며, 상기 초음파센서부(200)는 상기 센서연결부(340)에 연결되어 있으므로 상기 센서연결부(340)의 기계적 작동을 전기적 신호로 변환하는 엔코더(encoder)를 이용하여 상기 프로세서(400)가 상기 초음파센서부(200)의 위치를 파악할 수 있는 구성이 고려될 수 있다. 이렇게 파악된 상기 초음파센서부(200)의 위치는 스테이브(20)의 두께를 측정하는 지점이 되어, 도 8에 도시된 바와 같이 냉각수유로(22)의 깊이에 따른 스테이브의 두께 분포를 파악할 수 있다. 도 8에서 점선은 스테이브(20)가 결합된 초기를 나타내며 실선은 마모된 이후를 나타낸다. 스테이브(20)의 전체 구간 내에서 각 지점별로 마모된 정도가 다름을 확인할 수 있다. 이렇게 수집된 스테이브(20)의 두께 정보는 스테이브(20)의 유지 보수 및 공정 관리 등에 유용하게 이용될 수 있다. 한편, 상기 초음파프로브(210)는, 복수개로 구비되어 수평방향으로 정렬되고, 상기 복수개의 초음파프로브(210)로부터 획득된 초음파신호를 이용하여 로(10)의 스테이브(20)의 두께를 측정할 수 있다. 상기 초음파프로브(210)가 복수개로 구비되어 수평방향으로 정렬함으로써 하나의 측정 위치에서 수평방향으로 단면형상을 취득하게 되고 상하로 이동하면서 얻은 자료를 취합하여 3차원 형상을 구성할 수 있다. 또한, 상기 복수개의 초음파프로브(210)는 위상배열 방식으로 구성될 수 있다. 상기 초음파프로브(210)가 복수개로 구비되어 수평방향으로 정렬되면 위상배열 방식의 초음파(phased array ultrasonic)가 구현됨으로써, 스테이브(20)의 두께 측정에 대한 시간 소요 및 오차가 줄어들 수 있다. 또한, 상기 센서연결부(340)는 강선와이어;를 포함할 수 있다. 즉 상기 강선와이어는 상기 가이드로드(320)와 초음파센서부(200)를 연결함으로써 상기 초음파센서부(200)가 측정 대상인 스테이브(20)를 바라볼 수 있도록 할 수 있다. 또한, 상기 센서연결부(340)는 체인;을 포함할 수 있다. 즉 상기 체인은 상기 가이드로드(320)와 초음파센서부(200)를 연결함으로써 상기 초음파센서부(200)가 측정 대상인 스테이브(20)를 바라볼 수 있도록 할 수 있다. 또한, 상기 센서연결부(340)는 편판형스트립;을 포함할 수 있다. 즉 상기 편판형스트립은 상기 가이드로드(320)와 초음파센서부(200)를 연결함으로써 상기 초음파센서부(200)가 측정 대상인 스테이브(20)를 바라볼 수 있도록 할 수 있다. 한편, 상기 스테이브 두께 측정 장치(100)를 이용하여 스테이브(20)의 두께를 측정하는 방법이 고려될 수 있다. 즉 도 9 a, b, c, d 및 e에 도시된 바와 같이, 스테이브(20)의 두께를 측정하는 방법에 있어서, 가이드로드(320)에 의하여 상기 가이드로드(320)에 안착되어 초음파를 송수신할 수 있는 초음파센서부(200)가 로의 스테이브에 구비되는 냉각수유로(22)에 진입하는 단계; 상기 가이드로드(320)와 상기 초음파센서부(200)를 연결하는 센서연결부(340)에 의하여 상기 초음파센서부(200)가 냉각수유로(22)에서 이동하는 단계; 상기 초음파센서부(200)에 포함된 프로브밀착부(220)에 의하여 상기 초음파센서부(200)에 포함되어 초음파를 송수신할 수 있는 초음파프로브(210)가 냉각수유로(22)에 밀착하는 단계; 상기 초음파센서부(200)에서 초음파를 송수신하여 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 가이드로드(320)에 의하여 상기 초음파센서부(200)가 냉각수유로(22)에서 빠지는 단계;를 포함하는 스테이브 두께 측정 방법이 제공된다. 이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
10: 로 20: 스테이브
22: 냉각수유로 22a: 냉각수유로의 내측면
22b: 냉각수유로의 외측면 30: 로의 철피
40, 50: 내화물 80: 접촉매질
90: 초음파신호 100: 스테이브 두께 측정 장치
200: 초음파센서부 210: 초음파프로브
220: 프로브밀착부 221: 프로브밀착부프레임
222: 밀착부다리 223: 밀착부풍선
224: 유체분사부 230: 매질공급부
300: 구동부 310: 구동부본체
320: 가이드로드 321: 센서안착부
330: 클램핑지그 340: 센서연결부
400: 프로세서 |
