主要提出了利用聲發射技術檢驗電廠閥門嚴密性的方法, 該方法具有準確快捷的特點,而且可以確定閥門的內漏程度, 為檢修工作提供依據。利用該方法可以減少浪費, 縮短檢修工期, 提高電廠的經濟性與安全性。

　　閥門發生內漏或不嚴密時對火電廠和核電站的運行危害很大, 如主汽閥、調節汽閥、中聯閥、抽汽逆止閥等不嚴密時就可能引起汽輪機超速。某電廠200MW 機組由于抽汽逆止閥關閉不嚴, 使汽輪機超速, 達4 000 r/min 以上。有些閥門, 如各種疏水閥、給水旁路閥等發生內漏時會影響發電的經濟性。可見, 閥門的嚴密性對安全和經濟均有較大影響。

　　在運行狀態下和機組啟、停前檢查閥門的漏泄情況是非常重要的。過去, 不管閥門實際運行狀況,在大修時一律全部拆修, 據統計, 有50% 以上的閥門在大修時是不用解體拆修的, 因而造成了人力、物力的極大浪費, 且還可能在拆修過程中又造成一些人為損壞。

　　現在, 聲發射技術已得到廣泛應用, 在檢驗閥門嚴密性方面研制出了聲發射檢漏儀, 可在運行過程中檢驗閥門是否嚴密, 及時發現有事故隱患的閥門并及時進行修復; 在停機前檢驗, 可確定哪些閥門該修, 哪些不該修; 在啟機前檢驗, 可發現影響安全運行的閥門是否正常, 保證機組的安全經濟運行。

聲發射檢漏的基本原理

1. 聲發射信號及其表征參數

　　任何金屬材料或構件在外力或內力作用下發生摩擦、裂紋或塑性變形時, 以彈性波的形式釋放出應變能的現象, 稱為聲發射。聲發射波有縱波、橫波和表面波, 并且在傳播過程中還能相互轉化, 當在有限介質中傳播時, 遇到界面會發生折射和反射, 并且在固體表面轉換為表面波以很高的速度沿表面傳播。這些來自聲發射源(即故障點) 的聲發射波具有源的特征信息, 利用這些信息可以反映出構件的故障與缺陷情況。

　　表征聲發射信號的參數有:

　　1) 聲發射率　單位時間內所產生的超過門檻電壓的聲發射脈沖數稱為聲發射率, 與故障的程度及故障類型有關。

　　2) 幅度與幅度分布　指按聲發射信號峰值幅度的大小分別進行事件計數, 是說明聲發射本質的2個量。

　　3) 能量　聲發射波所具有的能量是故障程度大小的直接表現, 它的定義為:

　　式中: R ——電壓測量線路的輸入阻抗, 8;
　　　　V ( t) ——與時間有關的電壓,V。

　　其中較常用的是能量和聲發射率, 因為其在信號處理上很簡單, 而且又能非常直觀地表現出故障情況。

2. 閥門發生內漏時聲發射信號的特點

　　當閥門的嚴密性較差時, 總有少量汽或水經過閥門的縫隙噴射而出, 產生高速射流, 此高速流體對管壁產生沖擊而激發彈性波, 即聲發射。它屬于連續型聲發射信號, 類似于白噪聲, 如圖1所示, 其頻率在30～ 50kHz。

圖1　閥門漏泄的聲發射信號

　　閥門漏泄時產生的聲發射信號的特點:

　　1) 漏泄所激發的聲發射波是連續型的。

　　2) 漏泄產生的聲發射信號比較強, 且其幅度大小與漏泄速率成正比, 與信號的均方根值成正比。

　　根據漏泄所產生的聲發射信號的特點, 表征參數采用聲發射率和能量, 它能獲得更豐富的聲發射信號數據, 為故障識別提供更充分的依據。

聲發射檢漏儀簡介

　　用于檢驗閥門內漏的聲發射儀表, 順次由傳感器、前置放大器、濾波器、主放大器、門檻電路和微處理器、顯示屏、耳機等構成。其原理框圖如圖2所示。

圖2　聲發射檢漏儀原理框圖

　　當漏泄產生的聲發射波傳到傳感器時, 由于壓電晶體的諧振作用, 將聲發射波轉換為電壓信號沿導線傳輸到檢測儀。

　　前置放大器的作用是放大傳感器送來的信號,采用寬頻帶低噪聲集成放大器, 其增益為40dB。濾波器采用帶通濾波, 其中心頻率為40kHz (可調) , 通帶寬度為20kHz, 它的作用是提高信噪比。門檻電路的作用是剔除背景噪聲。如圖3所示,門檻電平隨噪聲電平變化, 低于所設置的門檻電壓的噪聲被剔除, 高于門檻電平的聲發射信號經過放大處理后, 送入微處理器進行計算、分析、判斷, 當閥門無漏泄時, 顯示屏的讀數為0, 若有漏泄, 則顯示值隨漏泄程度變化, 漏泄越大, 數值也越大。

圖3　門檻值隨噪聲變化情況

　　耳機用于收聽漏泄時的聲音, 漏泄產生的聲發射信號中的音頻成分, 經過處理后送到耳機。當閥門漏泄時, 由耳機可以聽到聲強不同的聲音, 根據聽到的聲音強弱也可以判斷漏泄的程度。

閥門嚴密性檢驗

　　由于聲發射檢測技術是一種動態無損檢測技術, 而且閥門內漏的聲發射信號是由高速射流產生的, 所以, 必須在閥門內有泄漏時才能檢驗出來; 對于閥門前后無壓差的情況是不能檢驗的, 如全開閥門, 其前后壓差很小, 此時儀表認為沒有泄漏。

1. 檢驗實例

　　為了驗證聲發射檢漏儀的實用性, 于1994年7月對某廠1號機在啟動過程中作了檢驗, 檢驗了主汽閥、調節汽閥、中聯閥、逆止閥、鍋爐事故放水閥和疏水閥(見圖4a)。為了避免其他因素的影響, 對每個閥門均作了3次檢查, 檢查結果如表1所示。

　　從測試數據來看, 前4個閥的聲發射值都很小,基本接近于零, 而事故放水閥和疏水閥的數值很大(達到儀表最大量程1.0000) , 說明這2個閥有問題。經停爐檢查, 發現鍋爐事故放水閥的閥體有裂紋, 經處理后數值降為0; 而疏水閥是因為未關嚴, 關嚴后儀表指示值降為0。由此可知, 只要閥門有微小的漏泄, 聲發射檢查儀就可以檢驗出來。

表1　1號機檢驗結果

　　如果這些閥門沒有事先發現有泄漏,將造成高溫外漏, 增加工質和能量的損失, 影響機組運行的經濟性。若漏泄嚴重, 有可能造成周圍設備的損壞或人身傷害, 釀成重大事故。根據此次檢驗的結果, 及時進行了維護, 避免了事故的擴大, 減少了經濟損失。

2. 檢驗注意事項

　　將帶有自吸磁座的聲發射傳感器置于被檢閥門的閥體上(見圖4b) , 調整檢漏儀的靈敏度調整旋鈕,同時觀察顯示屏上的指示值, 使指示值達到最大。此時, 將耳機帶上, 如果指示值大于0. 5, 并且能聽到噪聲, 則說明閥門不嚴密, 有漏泄; 否則說明閥門嚴密,沒有漏泄。

圖4　管路閥門與傳感器安裝圖

　　另外要注意的是在檢驗時, 必須保持傳感器穩定, 以免造成誤判。為了提高檢驗的準確性, 要在閥門體的不同位置多檢驗幾次(一般不低于3次)。

結語

　　根據實踐檢驗, 采用該方法可以減少浪費。當然, 由于聲發射技術是一門新興技術, 還需要在實踐中不斷地總結經驗, 使該方法更加完善。