声发射技术在阀门检漏中的应用

　　阀门在各行各业中使用非常广泛,特别在石油化工和发电厂,其使用比重非常大。阀门的严密性是一个非常重要的性能指标,在实际使用中,阀门泄漏故障经常发生,而大部分泄漏是看不到的,往往造成一定的经济损失,甚至引发事故。目前尚无一种简单、准确、快捷的科学方法检测阀门泄漏。以下利用声发射技术,通过理论研究和试验,说明利用声发射技术检测阀门泄漏是一种可行有效的新方法。

　　1　声发射检测阀门泄漏原理

　　1.1　声发射技术

　　材料或构件受外力或内力作用产生变形或断裂时,以弹性波形式释放出应变能的现象称声发射(也称应力波发射,简称AE)[1]。利用仪器检测、分析和利用声发射信号推断声发射源的技术称声发射技术。声发射技术在各行各业中应用极为广泛,特别是在材料研究、压力容器评价、飞机构件的强度监视和测定燃料燃速等方面的研究与应用中已取得了明显的效果。声发射检测是一种动态无损检测,应用领域非常广泛,应用范围也在不断扩大。

　　1.2　检测原理

　　当阀门关闭时,若有泄漏,其主要特征是在泄漏处形成多相湍射流,该射流不但使流体发生紊乱,而且与泄漏孔壁相互作用,在孔壁上产生高频应力波,并在阀体中传播。此应力波并非严格定义上的声发射,因为阀体只是波导,本身并不释放能量,但是,此应力波的特点和声发射相似,所以可认为这也是声发射,称之为被动声发射。根据质点的偏振方向(即振动方向),声发射可分为两大类,即纵波与横波。纵波质点振动方向平行于传播方向,横波质点振动方向垂直于传播方向,横波一般比纵波传播得慢。若固体有界时,由于边界的限制,理论证明在固体的自由界面上存在表面波,是一种表面声扰动,大部分能量集中于表面下大约一个波长的厚度,表面波速度比横波慢,不同于纵波和横波,其质点的运动是一种椭圆偏振,是相位差为90°的纵横振动部分合成的结果。阀门泄漏时,流体压力喷射而诱发应力波并在阀体中传播。应力波的纵波、横波和表面波引起的阀体振动包括纵振动、横振动和圆环振动。试验表明,该应力波的频谱很宽,既包括声频成分,也包括超声频成分,而超声频最强。用声发射传感器接触阀体外壁,接收泄漏产生的在阀体中传播的弹性波,转换成电信号,经信号放大处理后显示和监听,从而达到检测阀门泄漏的目的。

　　2　声发射传感器的制作

　　采用谐振式高灵敏度压电传感器,其幅频特性函数A(f)为

　　其中,f _n为固有谐振频率,ξ为传感器阻尼比,S为灵敏度。传感器幅频特性如图1所示。