聲發(fā)射技術(shù)在卷煙設(shè)備管道泄漏檢測中的應(yīng)用

【摘要】在卷煙生產(chǎn)過程中一些設(shè)備管道、閥門容易出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，影響安全生產(chǎn)。輸送氣體管道發(fā)生破損出現(xiàn)氣體泄漏，高速的氣體分子會與管壁摩擦碰撞產(chǎn)生聲發(fā)射信號，采用聲發(fā)射檢測技術(shù)可以對管道、閥門等的漏氣進行檢測。文章介紹了聲發(fā)射技術(shù)在卷煙生產(chǎn)制造過程中的烘絲機管道漏氣檢測上的應(yīng)用，采用互相關(guān)法對漏氣孔進行定位，取得了較好的效果。

【關(guān)鍵詞】卷煙設(shè)備；管道漏氣；無損檢測；聲發(fā)射

一、引言

在卷煙生產(chǎn)過程中，一些氣體輸送管道如煙絲管道、壓縮機空氣管道、烘絲機管道等難免會發(fā)生破損，從而產(chǎn)生氣體泄漏事故。這樣會使得管道內(nèi)氣壓偏低，降低設(shè)備工作效率并影響產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，甚至?xí)l(fā)生嚴(yán)重事故。由此，對卷煙生產(chǎn)過程中管道漏氣的檢測很有必要。

聲發(fā)射（Acoustic Emission，簡稱AE）檢測技術(shù)是無損檢測（NDT）技術(shù)的一種，無損檢測是指以不影響或不破壞所檢測對象的使用性能為前提，對所檢對象中缺陷存在與否進行檢測，并通過缺陷的數(shù)量、大小及位置等信息，對被檢測對象的狀態(tài)進行推斷的全部技術(shù)的總稱[1]。聲發(fā)射檢測作為一種無損檢測方法，對材料內(nèi)部裂紋產(chǎn)生和擴張等缺陷所產(chǎn)生的聲信號進行檢測，常用于在役設(shè)備中缺陷和缺陷發(fā)展的檢測。近些年來，聲發(fā)射檢測以其具有實時采集與分析功能、安全環(huán)保和良好的敏感性等優(yōu)勢備受關(guān)注。聲發(fā)射方法提出了一種全新的對缺陷的理解，它能夠?qū)Σ牧霞捌鋬?nèi)部存在的缺陷或處于變化狀態(tài)的潛在缺陷進行檢測。與其它常規(guī)檢測方法的主要區(qū)別在于能夠?qū)崟r動態(tài)監(jiān)測、檢測和判斷構(gòu)件結(jié)構(gòu)是否完整以及動態(tài)分析材料斷裂等行為。對于無損檢測，聲發(fā)射技術(shù)在解決構(gòu)件或材料產(chǎn)生損傷的時間以及判斷損傷的性質(zhì)、位置和嚴(yán)重程度等問題方面發(fā)揮著其重要的作用[2，3]。

二、聲發(fā)射檢測技術(shù)原理

聲發(fā)射（AE）是材料內(nèi)局部源短時間內(nèi)釋放能量并產(chǎn)生瞬時彈性波的過程[4]。聲發(fā)射現(xiàn)象普遍存在于自然界中，其信號頻率較為寬泛的遍布于次聲到超聲的范圍內(nèi)。管道氣體的泄漏是復(fù)雜的氣體噴流過程。該過程會產(chǎn)生噴流聲源。噴流聲源的產(chǎn)生與流場狀態(tài)、泄漏孔徑大小、環(huán)境等因素息息相關(guān)[5]。

管道在泄漏過程中，在管內(nèi)外壓力差作用下，介質(zhì)在孔口形成最高的流動速度。泄漏的介質(zhì)高速穿過微小空隙時，由于震動、突然膨脹、減速、擴張或撞擊，流體產(chǎn)生雷諾應(yīng)力或剪力形成湍流導(dǎo)致空氣動力發(fā)聲[6]。如果輸送氣體管道發(fā)生破損出現(xiàn)氣體泄漏，高速的氣體分子會與管壁摩擦碰撞產(chǎn)生聲發(fā)射信號。利用聲發(fā)射探頭可以檢測到這一信號。

三、實驗應(yīng)用

卷煙生產(chǎn)過程中會用到烘絲機將煙葉絲進行烘烤處理，使煙絲達到設(shè)定的工藝水份值，以滿足后續(xù)的工藝加工需求。本文將聲發(fā)射系統(tǒng)應(yīng)用到烘絲機管道泄漏檢測之中。聲發(fā)射檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

其中聲發(fā)射傳感器諧振中心頻率為80kHz，放大增益為40dB，濾波為低通濾波，截止頻率為500KHz，數(shù)據(jù)采集卡采用16位A/D轉(zhuǎn)換器，采樣率為1MHz，數(shù)據(jù)采集卡連接到PC端。

將聲發(fā)射傳感器安置在存在氣體泄漏的烘絲機輸氣管道上，安置示意圖如圖2所示。

傳感器1接收到的信號經(jīng)過濾波后時域顯示如圖3所示，頻域顯示如圖4所示。傳感器2接收到的信號經(jīng)過濾波后時域顯示如圖5所示，頻域顯示如圖6所示。

四、結(jié)果分析與結(jié)論

由圖4和圖6可知，當(dāng)存在氣體泄漏時會產(chǎn)生聲發(fā)射信號，對比圖4和圖6可知，傳感器的位置不同接收到信號的大小也不同，并且信號大小是隨著傳感器距離氣孔的長短而不同，距離氣孔越遠，信號越弱。

采用互相關(guān)分析方法對管道漏氣孔進行線性定位，通過對兩個聲發(fā)射信號進行互相關(guān)，計算分析得到的管道漏氣孔位置與實際漏氣孔位置相差1.5厘米。

通過聲發(fā)射檢測系統(tǒng)對烘絲機進行漏氣檢測取得了較好的效果，證明聲發(fā)射檢測技術(shù)能夠應(yīng)用到卷煙生產(chǎn)過程中一些管道漏氣的檢測中去，能夠通過聲發(fā)射技術(shù)的檢測防止一些事故的發(fā)生，提高工作效率，具有重大意義。

參考文獻

[1]張俊哲等.無損檢測技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，1993.10

[2]胡昌洋，楊鋼鋒，黃振峰等.聲發(fā)射技術(shù)及其在檢測中的應(yīng)用[J].計量與測試技術(shù)，2008， 35（6）：1-2

[3]葉琳，張艾萍.聲發(fā)射技術(shù)在設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用[J].新技術(shù)新工藝，2000， （8）：

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[4]王祖蔭.聲發(fā)射技術(shù)基礎(chǔ)[M].濟南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，1990.10

[5]王福軍.計算流體力學(xué)分析—CFD軟件原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[6]馬大猷.現(xiàn)代聲學(xué)理論基礎(chǔ)[M] .北京：科學(xué)出版社，2004.296-306.

作者簡介

向邦云（1972-11），男，重慶市（籍貫），現(xiàn)職稱：工程師，學(xué)歷：研究生，研究方向：煙草設(shè)備管理及創(chuàng)新。