缝隙射流声发射信号特征及其在泄漏故障诊断中的应用

发布时间：2017-09-19 18:14

  本文关键词：缝隙射流声发射信号特征及其在泄漏故障诊断中的应用

  更多相关文章： 换热器 缝隙泄漏 声发射信号 小波分解

【摘要】：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。
【关键词】：换热器 缝隙泄漏 声发射信号 小波分解
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM621.7
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题背景及意义10-11
• 1.2 研究现状与进展11-15
• 1.2.1 声发射技术研究现状11-13
• 1.2.2 换热器泄漏检测研究现状13-15
• 1.3 本文主要工作及研究思路15-16
• 第二章 换热器缝隙泄漏原理及声发射信号分析方法16-26
• 2.1 换热器泄漏原因分析16-18
• 2.1.1 换热器结构及工作原理16-17
• 2.1.2 换热器内部泄漏原因分析17-18
• 2.2 缝隙射流基本理论18-21
• 2.2.1 缝隙射流及其动能计算18-20
• 2.2.2 缝隙泄漏模型及计算方法20-21
• 2.3 换热器内漏声发射机理及检测系统简介21-23
• 2.3.1 换热器内漏声发射机理21-22
• 2.3.2 声发射检测系统组成22-23
• 2.4 小波分析理论及信号特征提取方法23-25
• 2.4.1 小波分析基本理论23-24
• 2.4.2 信号特征提取基本方法24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 换热器内部缝隙泄漏故障数值模拟26-39
• 3.1 CFD介绍26-27
• 3.2 换热管缝隙泄漏流场数值模拟方案27-33
• 3.2.1 流体介质物性参数选择27
• 3.2.2 缝隙泄漏模拟流程图27-28
• 3.2.3 缝隙泄漏流动物理模型28-29
• 3.2.4 缝隙泄漏流动数学模型29-31
• 3.2.5 换热管缝隙泄漏区域网格划分31-32
• 3.2.6 边界条件设定32-33
• 3.3 缝隙泄漏流场模拟数据处理及分析33-38
• 3.3.1 缝隙泄漏处速度变化情况33-34
• 3.3.2 缝隙泄漏处压力变化情况及缝隙生长原因分析34-36
• 3.3.3 泄漏特征参数随工况变化关系36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 换热器缝隙泄漏模拟实验研究39-58
• 4.1 内漏故障检测模拟实验台简介39-40
• 4.2 实验方案设计40-45
• 4.2.1 实验目的40
• 4.2.2 检测原理40-41
• 4.2.3 实验系统及声发射信号采集仪器41-43
• 4.2.4 实验信号处理方案43-44
• 4.2.5 实验步骤44-45
• 4.3 信号处理方法45-48
• 4.3.1 原始信号降噪过程45
• 4.3.2 信号处理小波基选取及降噪方法45-46
• 4.3.3 分解尺度的确定46-47
• 4.3.4 阈值确定方法47-48
• 4.4 缝隙泄漏声发射信号分析48-55
• 4.4.1 泄漏声发射信号小波降噪实例48-49
• 4.4.2 不同压力下两种模式声发射信号小波分解特征谱分析49-51
• 4.4.3 泄漏声发射信号能量特征值随工况变化关系51-53
• 4.4.4 泄漏信号小波分解能量占比趋势分析53-55
• 4.5 实验结论与模拟结论对比分析55-56
• 4.5.1 不同工况下模拟曲线与实验曲线的对比分析55-56
• 4.5.2 换热器内漏定量诊断关系式导出56
• 4.6 本章小结56-58
• 总结与展望58-60
• 参考文献60-63
• 致谢63-64
• 附录A64

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