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充气管道泄漏引起内部介质变化而激发应力波,携带泄漏源信息(如泄漏的大小和位置等) 的应力波沿管壁传播[1 ,2 ] ,利用声发射探头拾取该应力波信号,并对信号分析处理,获得管道泄漏信息,从而实现声发射泄漏检测的目的[3 - 5 ] 。泄漏声发射信号主要特点有①由气体泄漏激励产生,属于连续声发射信号。②泄漏声发射信号在管道内传播,能反映结构的某些特征,如漏孔位置和大小等。③受声发射源自身特性的多样性、突发性和不确定性,声源传播路径,传感器的特性以沧州欧谱及环境噪声等因素的影响,声发射信号本质上属于一种非平稳随机信号。 笔者拟通过对不同影响因素条件下的管道声发射监测试验,研究泄漏声发射信号的幅度、能量及频谱随压力、传播距离和泄漏孔径变化的规律。 1 试验系统 压力管道泄漏声发射监测试验系统。试验管道选用长10 m ,壁厚4 mm ,外径< 80 mm 的10 号钢无缝钢管,外表面涂有防腐蚀油漆。 采用美国PAC 公司生产的16 通道数字式声发射检测系统,带宽为50～200 kHz 的R15 传感器(PAC ,USA) ,增益为40 dB 的1220A 前置放大器。 2 试验过程 充气管道泄漏时,管道中声发射信号的幅度、能量及频谱与管道内部的压力、泄漏孔径大小及检测点到泄漏源的距离等因素有关。试验过程通过变化压力与泄漏孔径大小,进行管道声发射泄漏检测的试验研究。 (1) 充气管道有无泄漏的定性判断 充气管道泄漏所激发的声发射信号具有特定的频谱,通过对采集到的信号进行波形分析可以判断管道是否发生泄漏。在实验室条件下,采集管道泄漏时的声发射信号。 (2) 泄漏声发射信号的幅度、能量及频谱随压力的变化关系 在距离泄漏孔0～7 m 的位置上安装八个传感器。改变管道内部压力,从0. 10 ,0. 15 ,0. 20 到0. 25 MPa ,压力每改变一次,采集一组泄漏声发射数据。 (3) 泄漏声发射信号的幅度、能量及频谱随距离的变化关系 沧州欧谱在距离泄漏孔0～7 m 的位置上安装八个传感器。从0. 10 ,0. 15 ,0. 20 到0. 25 MPa ,在每种压力下保压一段时间。压力每改变一次,采集一组泄漏声发射数据。 (4) 泄漏声发射信号频谱随泄漏孔径的变化关系 改变泄漏孔径的大小,从< 1 ,2 ,3 ,4 到5 mm。传感器布置在距离泄漏孔0～7 m 的地方,调整管道内部压力,采集泄漏声发射数据。 3 试验结果及分析 3. 1 压力不变时的泄漏声发射信号图2a 和b 表示管道内部压力为0. 25 MPa ,泄漏孔径为< 1 和5 mm 泄漏所激发的声发射信号。 通过对时域波形分析,可以看出泄漏信号的幅值比较低,在相同压力下随着孔径的增大,泄漏信号幅值增大。在现场检测中,首先测量现场噪声信号的幅度值,根据被测管道声发射信号幅度,可定性判定管道是否存在泄漏。 3. 2 压力变化时的泄漏声发射信号 在泄漏孔径为< 1 mm ,相同通道不同压力(0. 1 ,0. 15 ,0. 20 和0. 25 MPa) 情况下泄漏声发射信号的幅度与能量值。图3b 和c 分别为泄漏孔径为< 1 mm ,管道内部压力为0. 25 和0. 10 MPa时泄漏声发射信号的频谱图。 可以看出,随着管道内部压力的增加,泄漏激发声发射信号的幅值及能量都呈增大趋势,泄漏所激发声发射信号的高频成分逐渐增加。 3. 3 压力不变时泄漏声发射信号与传播距离的关系图4a 为在泄漏孔径为<1 mm 沧州欧谱情况下相同压力不同距离的泄漏声发射信号的幅值和能量图。图4b 和c 分别为< 1 mm 泄漏孔径下管道泄漏声发射信号传播到0 和7 m 时泄漏声发射信号的频谱。 可以看出,随着传播距离的增大,泄漏信号的幅度和能量都呈递减趋势;能量主要集中在20～200 kHz 。 3. 4 泄漏孔径对泄漏声发射信号的影响当管道内部压力一定时,不同泄漏孔径下的泄漏所激发的声发射信号的频谱有很大的不同。图5a 为0. 10 MPa 压力时,相同通道不同泄漏孔径下泄漏声发射信号的幅值和能量图。图5b 和c 为0. 20 MPa压力时,泄漏孔径为< 1 和5 mm 时的泄漏声发射信号的频谱图,从图中可以看出①随着泄漏孔径的增大,泄漏声发射信号的幅度和能量都呈递增趋势。由理论分析可知,在工况一定的情况下,随着射流孔径的增大,质量流量逐渐增大,并且喷柱的长度也同时增大,但最小截面处所对应的最大射流速度在减小,马赫数也减小,说明最大射流速度不仅与气体的状态有关,在微小孔径的情况下,孔径的大小也影响射流的最大速度及马赫数。因此试验说明了当孔径变化时,泄漏声发射信号振幅的大小主要受喷流质量流量影响, 受流体射流速度影响较小。 ②当泄漏孔的直径较小时,泄漏所激发的声发射信号中含有较多的高频成分,随着泄漏孔直径的增大,能量将逐渐集中在低频段。 4 结论 (1) 泄漏声发射信号的能量主要集中在0～200 kHz ,当泄漏孔的直径较小时,便携式硬度计http://www.bianxieshiyingduji.com泄漏所激发的声发射信号中含有较多的高频成分,随着泄漏孔直径的增大,泄漏声发射的主要能量将逐渐集中在低频段。 (2) 随着管道内部压力的减小,泄漏激发声发射信号频谱的幅值在整个频率范围内呈减小趋势。 (3) 泄漏声发射信号的幅度和能量随压力和泄漏孔径的增大而增大,随传播距离的增大而减小。 (4) 当泄漏孔径变化时,泄漏声发射信号的幅度、能量主要由喷流质量流量大小决定,受流体射流速度影响较小。 |
