炉管泄漏声发射检测原理

炉管泄漏声发射检测原理

锅炉在运行时，炉内管道充满高温、高压介质。如果发生泄漏，这些高温、高压介质就会通过裂缝或破口喷射出来形成喷流。喷流流人周围环境气流时，高速喷流介质和周围环境介质急剧混合，从而使得射流边界层形成强烈的湍流脉动，产生喷流混合噪声。另外，泄漏同样也会在管道中激发出应力波，然后通过管道的相互作用，声源向外辐射能量形成声波。从广义上来讲，声波的这两种传播方式均可认为是声发射现象。只是在锅炉内部特殊的仁作环境下，泄漏声波通过烟气到达声波传感器的检测技术更加成熟可靠〕由于炉管泄漏时破口形状各异，会对空间声场的分布规律产生·定影响。另外，炉管的阵列结构、温度场和流场等物理因素对声音信号空间传播的影响，使得炉内声学环境参数异常复杂。所以严格来讲，要从根本上解决电站锅炉泄漏检测这一实际问题，还有许多工作要做。

硬件系统的设计

系统的硬件设计应以能最大限度地捕捉泄漏信息作为检测的标准，同时兼顾维护和检修方便。与以往相比，硬件系统的设计和实现周期大大缩短，这主要得益于近年来计算机技术的迅猛发展，而且现场总线技术也为数据的高效传送提供了有力保证，同时专业的可编程数据采集卡在工业的普遍应用，更加使系统的可靠性进，步得到提高，从而很好地完成数据采集的重要功能。系统的硬件部分主要由分布在锅炉本体周围的多个声波传感器、信号线端子集线箱及数据采集卡组成。声波传感器将所采集到的声波信号转换成电信号后，再进行滤波和放大处理，然后通过标准化的高速现场总线技术将电信号传送至信号线端子集线箱，最后由数据采集卡将该信号转换成数字信号，完成A/n转换，通过计算机进行进一步的处理。系统的结构框图如图1所示。

传感器用来接收炉膛内(包括炉管泄漏噪声)的所有声音信号。理想的传感器应具有较高的灵敏度、宽而平直的频率特性、足够的动态范围、良好的长期稳定性、小巧的体积等特点，同时满足没有指向性的要求，以免干扰被测量的声场。此外，由于炉膛内特定的燃烧环境，检测系统的传感器还需具备防水、防尘和耐高温的特性
在 硬件 系 统中，数据采集卡最高采样频率的选择和设定对于整个系统的可靠性具有举足轻重的作用。根据采样定理可知，为避免频谱混叠，采样频率至少为噪声信号中最高频率的两倍。航空声学中对喷流进行了一定的研究，下式可以作为对泄漏噪声峰值频率的估算Ili:

从式 中可 以看出，随着喷流速度的增大，噪声谱中的峰值向高频区域流动;随着喷口直径的增大，噪声谱中的峰值向低频区域移动。当泄漏发生时，泄漏介质流速较高，流经管壁的时间极短，可以认为介质同管壁之间没有热量交换，所以泄漏过程可视为一绝热过程，并且流动中的位能差为零。