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农牧区的煤炭、天然气、太阳能储量丰富,在国家西部大开发政策的指导下, 很多新电站落户在农牧区, 给地方经济带来生机。但电厂设备是一套非常复杂的机构, 为保证其正常运行,必须有一套先进的检测设备和方法。本文介绍的是声发射技术在电站设备检测中的应用。电站设备大多工作在高温、高压的危险工况下,其工作介质以高温、高压者居多,如果发生泄漏或爆炸,后果不堪设想。压力容器是电站最常用的设备之一, 它在制造中采用焊接连接的部位很多,这些部位存在的缺陷在高温、高压下很容易因产生腐蚀、裂纹而损伤。因此,为了保障安全生产,对在役电站设备进行在线检测非常必要。在役电站设备检测的特点是: (1)工作介质有特殊性、危险性, 要求远程测量; (2)要求在线无损检测; (3)检测的工作量和难度都很大; (4)要求诊断有一定前瞻性, 有预警功能。 鉴于电厂压力容器在线检测的这些特点,传统的检测方法很多已不能适用这一要求。而声发射经过几十年的发展, 已经应用于电站设备的在线检测[1], 在电厂其它设备, 如本文后面提及的监测汽轮机动静摩擦和检测阀门内漏方面, 声发射也有很好的应用。 2 声发射的原理 声发射检验技术的基本原理为材料内局部源迅速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射。沧州欧谱金属中的声发射源主要为裂纹萌生和扩展、屈服和塑性变形、夹渣物的断裂和脱开等。 声发射检验技术的基本原理就是利用藕合在材料表面上的压电陶瓷探头将材料内声发射源产生的弹性波转变为电信号,然后应用电子设备将这些电信号加以放大和处理使之特性化, 并加以显示和记录, 从而获得材料内声发射源的特征参数。通过分析检验过程中声发射仪器获得的声发射信号各种参数,可以知道材料内部的缺陷情况。如果用多通道声发射检测系统, 还可以确定声发射源即缺陷的具体部位。声发射技术是一种动态无损检测方法, 它区别于超声波、X射线、涡流等其它无损检测技术。声发射检测原理如图1 所示。 3 声发射检验技术优点 3.1 声发射是一种动力学检验方法, 声发射探测到的能量来自被测试物体本身, 而不是象超声或射线检测方法由无损检测仪器提供; 3.2 声发射对线性缺陷较敏感, 它能探测到在外加结构应力下这些缺陷的活动情况, 稳定的缺陷不产生声发射信号; 3.3 在一次试验过程中, 声发射检测能够整体探测和评价整个结构中缺陷的状态; 3.4 对于在用压力容器的定期检验, 声发射检验方法可以缩短检验的停产时间或者不需要停产; 3.5 对于密闭系统的耐压试验, 声发射检验方法可以预防由未知不连续缺陷引起系统的灾难性失效和限定系统的最高工作压力[3]。 4 声发射在电厂设备中的在线检测中的应用 4.1 声发射技术在压力容器的在线检测声发射技术非常适用于压力容器的在线检测, 它具有以下明显的优点: 适合于常年在线检 测, 可以远程观察, 不需要工作人员直接接触容器或危险性介质; 检测效率是一般检测方法的4～10 倍, 适合于大面积检测; 不仅能够诊断缺陷, 而且具有预测裂纹发展趋势的预警功能;测点位置不受限制, 损伤点检测准确;声发射检测不受设备尺寸、形状和环境的限制, 它的传感器可以固定在任何部位并能出色地工作[1]。声发射检测与超声波检测一样, 都是利用声音来判断物体的缺陷, 但超声波检测只能对已有裂纹或缺陷进行检测, 发现裂纹现在的情况, 而声发射检测是对设备在加工、运行的过程连续进行在线检测, 可以从裂纹的出现、沧州欧谱形成及扩展进行全方位监测, 并能预测裂纹的发展趋势。这样, 可以通过预报警保障安全生产。 4.2 用声发射技术监测汽轮机动静摩擦[4] 汽轮机运行状态可用许多状态参数表示。可以代表汽轮机安全运行状态的参数主要有两个:即转子振动与摩擦。转子振动可能引起摩擦,摩擦也可能引起振动,因此国内外电力行业都特别重视汽轮机振动与摩擦的监测。然而由于以往没有监测摩擦的手段,电厂主要监测振动,而且企图用振动表指示值的变化间接监测摩擦,许多装有振动监测仪表的汽轮机曾发生过很多严重摩擦事故,而振动表指示值根本没有变化或变化很小, 这说明用振动表间接监测摩擦故障很不准确,故寻找一种可直接监测汽轮机动静摩擦的方法十分必要, 现代监测摩擦故障的理想办法是采用声发射技术。 汽轮机声发射信号摩擦监测系统的构成原理图见图2。本系统是以工业控制计算机为核心设计的,采用的声发射信号表征参数有声发射率和能量。由传感器接收到的摩擦信号,经过放大和滤波后,分成两路:一路经过整形后,整理成矩形脉冲信号,利用计数器得到声发射率,送入计算机进行显示、沧州欧谱存储和判断;另一路经过 A/D 转换后,将离散信号送入计算机,进行频谱分析后,得到摩擦信号的频谱,从中截取有效频段,经过一定的数学运算,得到表征信号的能量,根据上述所得参数进行摩擦程度的判断。 某电厂200MW 汽轮发电机组于2005 年9月初并网后,汽轮机18 级隔板(含静叶)挠度增加,与叶轮发生摩擦,监测系统的指示值持续增大,而振动值变化不大。直到9 月22 日,18 级动叶因磨损严重而断裂,致使机组转子失稳,振动值才增大到60μm。此时声发射值已达到极限值。紧急停机后经处理又重新起机,所有数值恢复正常。振动与摩擦信号的变化分别如图3 和图4 所示。 以上实例说明声发射摩擦监测系统弥补了现有汽轮机振动故障监测系统的不足。摩擦信号与振动信号共同使用,可监测汽轮机大部分的故障,对提高机组运行安全性有一定作用。 4.3 用声发射技术检测阀门内漏[5] 阀门内漏或不严密时对电站的运行危害很大, 如主汽阀、调节汽阀、中压联合汽阀、抽汽逆止阀等不严密时就可能引起汽轮机超速。有些阀门, 如各种疏水阀、给水旁路阀等发生内漏时会影响机组热经济性。可见, 在运行状态下和机组启、停前检查阀门的泄漏情况是非常重要的。 声发射检测技术的原理如下: 当阀门的严密性较差时, 总有少量汽或水经过阀门的缝隙喷射而产生高速射流, 此高速流体对管壁产生冲击而激发弹性波, 即产生声发射信号, 根据这一特点研制出专门检测阀门严密性的声发射检漏仪, 它可在运行过程中检验阀门是否严密, 及时发现有事故隐患的阀门并及时进行修复, 在停机前检验, 可确定阀门是否该修, 提高检修效率, 保证机组的安全经济运行。 5 结论 通过实际应用验证, 利用声发射信号监测农牧区电站设备的状态有很强的实用性。橡胶硬度计http://www.xiangjiaoyingduji.com由于声发射技术是一门新兴技术, 还需要在实践中不断总结经验。 |
