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    波导杆在不同介质中声发射特性实验研究.pdf

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    波导杆在不同介质中声发射特性实验研究.pdf

    第43卷第5期 2014年9月 石油化工设备 PETRO-CHEMICAL EQUIPMENT Vo1.43 No.5 Sept.2014 文章编号i0007466201405000105 波导杆在不同介质中声发射特性实验研究 郭福平 1.广东省石化装备故障诊断重点实验室,广东茂名 525000; 2.广东石油化工学院机电工程学院,广东茂名 525000 摘要针对在高温、深冷、辐射和埋地等特殊工况条件下,应用声发射检测技术对压力容器、管道等 设备进行检测时很难把传感器直接安装在被检测对象表面的问题,对声发射检测技术的辅助检测 工具波导杆在水、油、土壤介质中信号传播的特点进行实验研究,通过对波导杆接收声发射信号的 幅度分析,研究不同介质中声发射信号的传播特点。结果显示,应用波导杆在空气、土壤、油、水介 质中进行声发射检测是可行的。 关键词声发射;波导杆;介质;信号分析 中图分类号TQo56 文献标志码A J doi10.3969/j.issn.10007466.2014.05.001 Experimental Research of Sound Emission Characteristics of Waveguide Rod in the Different Media GUO Fu-ping1 1.Guangdong Provincial Key Laboratory of Petrochemical Equipment Flaut Diagnosis。 Maoming 525000,China;2.Guangdong University of Petrochemical Technology,Maoming 525000,China AbstractIn industrial production process,when pressure vessels and pipelines are inspected with acoustic emission technique,it is difficult to directly stick the sensors onto the surface of the obj ect being examined if there exist such situations as high temperature,deep cold,radicaliza tion,buries etc.Therefore,it is of vital significance to apply wave guide rod as assistant tool in acoustic emission inspection under the special operating condition.Carry experimental research on diffusing rule of wave guide rods in the water,the o订,the soil and analyze the amplitude of a coustic emission signals to study diffusing characteristic in different mediums.Wave guide rod in the air,soi1,water,oil medium for acoustic emission detection iS feasible. Key wordsacoustic emission;waveguide rod;aqueous media;signal analysis 在某些情况下,声发射检测对检测环境要求较 为苛刻,如海底管道以及埋地管道、高低温工作状态 下的设备以及核容器等,这些设备的声发射检测,必 须考虑设备周围的介质对声发射传感器耦合及声发 收稿日期20140420 基金项 目广东省石化装备故障诊断重点实验室开放课题No.GDUPTKLAB2O1324;黑龙江省普通高等学校化工过程 机械重点实验室开放课题资助项目No.201302 作者简介郭福平1981一,女,黑龙江富锦人,讲师,硕士,从事声发射检测技术研究。 石油化工设备 2014年第43卷 射信号的影响 ]。当设备有缺陷时,所发出的声发 射弹性波一部分在设备内部的流体相中向各个方向 传播。一部分将通过壁面向设备外部介质传播,由于 液态或固态环境的存在,传感器不能直接接触到设 备壁面,这为声发射信号的采集与分析提出了更高 的要求_5 。。。因此,研究不同介质环境对波导杆传 播特性的影响具有重要意义。 笔者采用断铅信号作为信号源,进行实验室条件 下波导杆在水、油、空气、土壤介质中声发射信号的采 集及处理,研究波导杆对声发射应力波的衰减影响及 不同介质环境对声发射应力波传播特性的影响。 1 实验系统 波导杆在不同介质中声发射实验装置系统图见 图1。实验用介质容器是一个由直径400 lqirIl、高度 400 mm的有机玻璃圆筒与 1 000 mm圆形钢板 为底板构成的圆形容器。选用 10 ID.Ill、长 1 000 mm且一端接头为 18 mm、长度20 mlTl锥形 接头的波导杆作为研究对象。 实验选用PCI一2全数字式双通道声发射系统、 共振频率为100-1 000 kHzWD,PAC,USA的宽 频带传感器和0/2/4型号前置放大器。声发射信号 采集系统包括传感器、前置放大器以及全数字式声 发射仪3部分。 图1 波导杆在介质巾声发射 抢拔 2 实验过程 进行声发射检测时,声发射估号源所发出的 ∞ 螽 黧 声发射应力波被声发射仪器采集,此声发射信号与 介质环境、波导杆的位置和信号源的位置等因素有 关。通过改变这些因素,可以进行介质环境对波导 杆接收声发射信号的影响实验。 将实验用波导杆置于水、油、宅气、土壤中进行 实验,步骤如下。 1按照图1连接实验装置。将波导杆垂直放 人容器中,保证杆体竖直且波导杆的轴线与容器圆 心所在的垂线重合,保证耦合良好。 2以折断铅芯作为实验的声发射源。分别在 波导杆高度H为0、50 mm、100 mm、l50 mm、 200 mm、250 mm、300 mm时,改变信号源的位置, 将图1中的L从0变化到400 mlTl,L每2u5o mm 采集一组数据。 3介质是空气和土壤时,只做波导杆高度 H一0、L从0变化到400 mm的实验并采集数据。 3实验结果与分析 3.I 油、水介质中断铅位置对声发射信号幅度的 影响 水和油是连续介质,可以作为波导杆与容器底 部一种透过率良好的耦合剂。随着信号源位置的改 变,图1中传感器2接收到的声发射信息,如信号的 基本特征也随之改变。 通过研究波导杆位援固定H寸传感器1和传感器 2接收到的信号幅度.可以讨论在不同介质中波导 杆对信号幅度衰减的大小 根据测试数据,尤论油介质还是水介质环境中, 在H为50 mm、100 Iilrn、150 rllITI、200 tnlTl,250 rrlm 和300 mm时的曲线趋势及走向大致相同。 介质为汕且H为0、50 mm时通道1和通道2 披收到的信号幅J堑随倍号源位 改变的变化曲线 见【冬J 2,介质为水儿H为0、50 ITIm时通道1和通道 2所接收到的倌 幅度随信 源位蹴改变的喽化f1 线见图3。 Llml11 , ,f11m q,, D b11-50mⅢ 2 汕介J『且rfI 定H埘俏 幅J奠随僻 源他 .f. 化的 纨 第5期 郭福平波导杆在不同介质中声发射特性实验研究 兰 童 蜜 罩 {皇2f l粤 0 5 10 1 5 20 25 30 35 40 0 5 l0 15 20 25 30 35 40 L/min L/mm aI10 bH50mill 图3水介质中固定H时信号幅度随信号源位置L变化的曲线 分析图2、图3可以得出 1随着断铅距离的增大,波导杆在油、水介质 中H不同时的声发射信号幅度呈递减趋势。 2在H一0时,水与油介质中波导杆的声发射 信号衰减最小。说明声源与波导杆越远,信号幅度 越低,而且通道1、通道2规律相同。对H0,即在 波导杆与底板为油或水介质作为耦合剂且其耦合高 度H50300 ri3_ITI时,仍能采集到声发射信号,而 且经波导杆传播后的信号幅度比H一0时衰减大, 但信号幅度在H一50~300 mm时,其幅度的变化 区问差别不大。这说明直接耦合时衰减较小,通过 油和水介质传播时,衰减较大。 比 罩 馨 j兰 ∞ 越 孽 辽要 3.2 油、水介质中波导杆距离声源高度对声发射 幅度的影响 根据实验数据,无论介质是油还是水,在L为 50 mm、l00 mm、150 mm、200 mm、250 mm、 300 1TI/D_、350 ITI/T.、400 I/1171时声发射幅度随H变 化的曲线趋势及走向大致相同。介质为油且断铅信 号源位置L为0 mm、50 mm、100 mm时,传感器1 和传感器2所接收信号幅度随波导杆距底板高度改 变的变化曲线见图4。介质为水且断铅信号源位置 L为0 mm、50 mlTl、100 mm时,传感器1和传感器 2所接收信号幅度随波导杆距底板高度改变的变化 曲线见图5。 图4 油介质中L位置固定时信号幅度随H变化的曲线 H/mm cL100 nlnl H|mm H/mm H/mm aL0 bL50mm c,Jl00InIn 图5 水介质中L位置固定时信号幅度随H变化的曲线 从图4和图5可以得出 1随着断铅信号源位置L的增大,2个传感 器所接收到的信号幅度均有降低。 2当L变化时,在H一0位置,2个传感器所 接收到的声发射信号幅度差均最小.即衰减最小。 H≠0时,曲线比较平缓,波导杆所接收到的声发射 信号幅度值变化不大。这说明钢板与波导杆接触与 否对声发射信号的传播有很大影响,接触面越大,即 波导杆与钢板间的水、油耦合层越薄,声发射信号衰 减越少。当钢板与波导杆不接触时,声发射信号在 水中有相当一段传播距离时,衰减情况受传播距离 影响不大。这说明衰减主要在界面上,而在介质中 石油化工设备 2014年第43卷 衰减较小。 3在油和水环境中,2个传感器接收信号的 幅度衰减值相差在3035 dB。 3.3 空气、土壤中波导杆声发射信号幅度的对比 分析 土壤、空气介质中随断铅信号源位置变化的信 号幅度对比见图6。从图6中可以看出,随着断铅 信号源与波导杆垂直方向距离L的增大,土壤与空 气的信号幅度值都呈下降趋势,并且断铅源在同一 位置时,在土壤介质当中波导杆所接收到的声发射 信号幅度值要比空气介质当中波导杆所接收到的声 发射信号幅度值高。 在土壤中波导杆接收到的声发射信号幅度大于 空气中接收到的声发射信号幅度,说明介质对声发 射信号的衰减大小有影响,并且土壤对于声波的衰 减要比空气中声波的衰减小。这是因为声波在传播 过程当中因为介质的不同,衰减特性不同的关系。 声波在进行波形转换的过程中,由于土壤颗粒与空 气分子对于波的反射、折射、散射程度不同而导致接 收到的声发射信号幅度产生差异。 ∞ 馨 图6 H一0时土壤、空气中的信号幅度对比图 3.4 在不同介质中波导杆声发射信号对比分析 在分别对介质为水、油、空气、土壤时波导杆接 收声发射信号幅度分析的基础上,进行水、油、土壤、 空气4种介质对波导杆接收声发射信号幅度的对比 分析。H一0处4种介质中波导杆接收信号幅度对 比图见图7。从图7 中可以看出,随着断铅信号源 距离的增大,在空气、土壤、油、水4种介质当中波导 杆接收的信号幅度都呈减小趋势。当断铅信号源在 L/ram 图7 H一0时4种介质中波导杆接收信号幅度对比图 同一位置情况下,信号幅度变化依次按水、油、土壤、 空气顺序递减。在不同介质当中,其扩散衰减、吸收 衰减及散射衰减系数不同,所以对于声波的衰减也 有所不同。 4 结论 1波导杆与设备接触时即直接耦合接收到的 声发射信号幅度最大,衰减较小,通过油和水介质传 播时,衰减较大。在油和水中,波导杆传播声发射应 力波的衰减主要在界面上,而在介质中衰减较小。 2随着断铅信号源距离的增大,在空气、土 壤、油、水4种介质中波导杆接收的信号幅度都呈减 小趋势。在同一位置断铅信号源情况下,信号幅度 变化依次按水、油、土壤、空气顺序递减。 3在空气、土壤、油、水4种介质当中,传感器 安装在波导杆上所接收到的信号虽有所衰减,但可 以反映安装在底板上传感器所接收到的信号特征。 这说明将波导杆应用于空气、土壤、油、水介质当中 进行声发射检测是可行的。 参考文献 [15李善春,戴光,郭福平.波导杆中声发射信号传播特性 实验[J].大庆石油学院学报,2006,3056568. LI Shan-chun,DAI Guang,GUO Fuping.Acoustic Emission Signal Propagation Characteristics in the Waveguide[J].Journal of Daqing Petroleum Institute, 2006,3056568. [2]李伟,郭福平.波导杆中声发射源传播特性实验研究 [J].化工机械,2007,344179183. LI Wei,GUO Fu-ping.Rod Wave Guide Propagation Experiment Research of Acoustic Emission Sources [J].Chemical Machinery,2007,344179183. I-3]戴光,李伟,张颖.过程装备安全管理与检测[M].北 京化学工业出版社,2004. DAI Guang,LI Wei,ZHANG Ying.Process and E quipment Safety Management and Testing[M].Bei jingChemical Industry Press,2004. [43蒋仕良.波导杆对声发射信号的影响[J].无损检测, 2006,28151-52. JIANG Shiliang.Wave Guide Rod s Influence on the Acoustic Emission Signal[J].Nondestructive Tes~ ting,2006,2815152. [5]沈功田,耿荣生,刘时风.声发射信号的参数分析方法 口].无损检测,2002,2427277. SHEN Gong-tian,GENG Rongsheng,LIU Shfeng. The Parameters of Acoustic Emission Signal Analysis [J].Nondestructive Testing,2002,242 7277. 9 8 7 6 5 4 ∞P, 鏖审 第43卷第5期 2014年9月 石油化工设备 PETRO-CHEMICAL EQUIPMENT Vo1.43 No.5 Sept.2014 文章编号100074662014050005-05 日 |皿 控阀控 温性 能验证实验及数值模拟研究 苏厚德 ,苏清苗 ,姬茹一 ,王 玮 ,隋大千 , 刘欣。,张迪秋。 1.甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司,甘肃兰州 730070;2.乌鲁木齐石化公司 炼油厂,新疆乌鲁木齐830019;3.中国石油集团测井有限公司长庆事业部,甘肃庆阳 745100 摘要通过实验研究了新型温控阀的控温性能,并采用N S方程和标准k-e湍流模型对其内流场 进行了数值计算。结果表明,温控阀的线性度较好且静态偏差小。当冷热水入11比例、冷水温度、 水流速度都不变时,随着热水入口温度的升高,阀内的压强稍有减小的趋势,而且混合水出口的温 度也明显升高,说明进口水温的变化对阀的压力有影响,由于水温主要由热水温度来决定,所以热 水进口温度是影响温控阀控温的一个关键因素。 关键词温控阀;实验;控温性能;数值模拟 中图分类号TE974.3;TQO55.81 文献标志码A doii0.3969/j.issn.1000-7466.2014.05.002 Temperature Control Perance Verification Experiment and Numerical Simulation Research of Thermostatic Vaive SU Hou-de ,SU Qing-miao1,JI Ru-yi ,WANG WeP,SUI Da-qian , LIU Xin 。ZHANG Diqiu2 1.Lanpec Technologies Limited,Lanzhou 730070,China;2.Refinery,Urumqi Petrochemical Company,Urumqi 830019,China;3.Changqing Branch,CNPC Logging,Qingyang 745100,China AbstractThe temperature control perance experiment was conducted and based on the N.S equation and k-e standard turbulence model,the inner of thermostatic valve was simulated to study temperature control perance.The results show that static characteristic of thermostat ic valve is linear and has a small static deviation,and the export mix water temperature control 戴光.压力容器安全工程学[M].哈尔滨黑龙江科学 技术出版社,1995. DAI Guang.Pressure Vessel Safety Engineering [M].HarbinHeilongjiang Science and Technology Press,1995. 沈功田,刘时风,戴光.声发射检测[M].北京机械工 业出版社,2004. SHEN Gongtian,LIU Shifeng,DAI Guang.A coustic Emission Testing[M].BeijingChina Ma chine Press。2004. 刘松平.Michael Connan,陈积愈.模态声发射检测技 术[J].无损检测,2000,2213841. LIU Songping,Michael Connan,CHEN Ji-yu.Modal Acoustic Emission Detection Technology[J].Nonde structive Testing,2000,2213841. [9] 马大猷.现代声学理论基础[M].北京科学出版社,2004. MA Da-you.The Foundation ol Modern Acoustics Theory[M].BeijingScience Press,2004. [1O]袁振明,马羽宽,何泽云.声发射技术及其应用[M].北 京机械工业出版社,1985. YUAN Zhen-ming,MA Yukuan,HE Ze-yun.Acous tic Emission Technology and Its Application[M].Bei jingChina Machine Press,1985. 杜编 收稿日期20140417 基金项目甘肃省自然科学基金0809Rj『ZA008 作者简介苏厚德1979一,男,山东青岛人,高级工程师,在读博士研究生,现从事科研及技术管理工作。 ] ] ]

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