缝隙射流声发射信号特征及其在泄漏故障诊断中的应用

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换热器是火电厂重要辅助设备,在机组运行中其能否正常投入对整个机组安全经济运行有重要影响。内部泄漏是换热器的常见故障和多发故障。由于换热器(特别火电厂高压加热器)的工作环境十分恶劣,能对其施加影响的因素多种多样,对换热器内部泄漏的诊断带来很大的困难。目前,所采用的一些内漏检测方法在实际应用中均具有一定的局限性,较难精确的判断出泄漏情况是否存在,因此在换热器上应用声发射检测技术来判断其泄漏状态具有十分重要的工程应用价值。本文采用数值模拟与实验研究相结合的方法,结合实际典型泄漏故障,对换热器的换热管缝隙泄漏及非泄漏两种模式下各工况的流场及声发射信号进行了研究。首先,本文分析了电厂换热器产生缝隙泄漏的主要原因,明确了缝隙泄漏状态中声发射机理,阐述了声发射数据采集系统的组成;解释了小波分解理论并确定了声发射信号的相关特征参数;建立了换热管缝隙泄漏的物理模型,经过对模型网格划分及设置合理的边界条件后,对换热管道进行了不同入口压力条件下的缝隙泄漏数值模拟,获得了相应的缝隙泄漏流场。通过对所有工况和泄漏模式下换热管缝隙泄漏流场数据的研究发现:缝隙处滞止压力值与入口压力大小呈线性关系,泄漏处速度及能量损失随入口压力的增加呈指数关系增加。然后,本文搭建了换热器缝隙泄漏声发射检测模拟实验台,开发出了声发射小波分解程序;运用所搭建的实验台模拟了多个工况下的缝隙泄漏,采集了相应的泄漏声发射信号,运用小波分解程序对这些信号进行分析和处理。研究结果发现:经小波降噪处理之后,所采集的声发射信号中的噪声信号基本可以剔除,真实的泄漏信号得到了很好的保留;泄漏模式下的信号峰值频带十分稳定,不随入口压力的变化而变化,两种模式下的信号小波分解后各层信号差别很大,这可以作为判断泄漏存在与否的一个依据。最后,通过将对应工况下的实验数据与模拟数据进行对比发现:实验信号经小波分解处理之后的能量值与数值模拟泄漏能量损失值随工况变化具有相同的变化趋势;同时,通过研究数值模拟中的能量损失和泄漏量变化关系,以及与实验信号能量特征参数之间的关系,拟合出了声发射信号能量与流体流动过程能量损耗及泄漏量的定量关系式,为实际应用中的换热器缝隙泄漏诊断提供了参考标准。
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