爐管泄漏聲發(fā)射檢測(cè)原理

鍋爐在運(yùn)行時(shí)，爐內(nèi)管道充滿高溫、高壓介質(zhì)。如果發(fā)生泄漏，這些高溫、高壓介質(zhì)就會(huì)通過(guò)裂縫或破口噴射出來(lái)形成噴流。噴流流人周圍環(huán)境氣流時(shí)，高速噴流介質(zhì)和周圍環(huán)境介質(zhì)急劇混合，從而使得射流邊界層形成強(qiáng)烈的湍流脈動(dòng)，產(chǎn)生噴流混合噪聲。另外，泄漏同樣也會(huì)在管道中激發(fā)出應(yīng)力波，然后通過(guò)管道的相互作用，聲源向外輻射能量形成聲波。從廣義上來(lái)講，聲波的這兩種傳播方式均可認(rèn)為是聲發(fā)射現(xiàn)象。只是在鍋爐內(nèi)部特殊的仁作環(huán)境下，泄漏聲波通過(guò)煙氣到達(dá)聲波傳感器的檢測(cè)技術(shù)更加成熟可靠〕由于爐管泄漏時(shí)破口形狀各異，會(huì)對(duì)空間聲場(chǎng)的分布規(guī)律產(chǎn)生·定影響。另外，爐管的陣列結(jié)構(gòu)、溫度場(chǎng)和流場(chǎng)等物理因素對(duì)聲音信號(hào)空間傳播的影響，使得爐內(nèi)聲學(xué)環(huán)境參數(shù)異常復(fù)雜。所以嚴(yán)格來(lái)講，要從根本上解決電站鍋爐泄漏檢測(cè)這一實(shí)際問題，還有許多工作要做。

硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)應(yīng)以能最大限度地捕捉泄漏信息作為檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)兼顧維護(hù)和檢修方便。與以往相比，硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)周期大大縮短，這主要得益于近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，而且現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)也為數(shù)據(jù)的高效傳送提供了有力保證，同時(shí)專業(yè)的可編程數(shù)據(jù)采集卡在工業(yè)的普遍應(yīng)用，更加使系統(tǒng)的可靠性進(jìn)，步得到提高，從而很好地完成數(shù)據(jù)采集的重要功能。系統(tǒng)的硬件部分主要由分布在鍋爐本體周圍的多個(gè)聲波傳感器、信號(hào)線端子集線箱及數(shù)據(jù)采集卡組成。聲波傳感器將所采集到的聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，再進(jìn)行濾波和放大處理，然后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的高速現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將電信號(hào)傳送至信號(hào)線端子集線箱，最后由數(shù)據(jù)采集卡將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，完成A/n轉(zhuǎn)換，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

傳感器用來(lái)接收爐膛內(nèi)(包括爐管泄漏噪聲)的所有聲音信號(hào)。理想的傳感器應(yīng)具有較高的靈敏度、寬而平直的頻率特性、足夠的動(dòng)態(tài)范圍、良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、小巧的體積等特點(diǎn)，同時(shí)滿足沒有指向性的要求，以免干擾被測(cè)量的聲場(chǎng)。此外，由于爐膛內(nèi)特定的燃燒環(huán)境，檢測(cè)系統(tǒng)的傳感器還需具備防水、防塵和耐高溫的特性
在 硬件 系 統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集卡最高采樣頻率的選擇和設(shè)定對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的可靠性具有舉足輕重的作用。根據(jù)采樣定理可知，為避免頻譜混疊，采樣頻率至少為噪聲信號(hào)中最高頻率的兩倍。航空聲學(xué)中對(duì)噴流進(jìn)行了一定的研究，下式可以作為對(duì)泄漏噪聲峰值頻率的估算Ili:

從式 中可 以看出，隨著噴流速度的增大，噪聲譜中的峰值向高頻區(qū)域流動(dòng);隨著噴口直徑的增大，噪聲譜中的峰值向低頻區(qū)域移動(dòng)。當(dāng)泄漏發(fā)生時(shí)，泄漏介質(zhì)流速較高，流經(jīng)管壁的時(shí)間極短，可以認(rèn)為介質(zhì)同管壁之間沒有熱量交換，所以泄漏過(guò)程可視為一絕熱過(guò)程，并且流動(dòng)中的位能差為零。