基于声发射检测的阀门泄漏故障模式诊断技术研究

杨晶，李录平，饶洪德，朱益军，刘功春

（长沙理工大学能源与动力工程学院，长沙410014）

摘要：为了实现对阀门泄漏故障更直观、准确的诊断，采用理论与试验相结合的方法，对工程实际中常见的阀门泄漏模式进行了归纳和分类，分析了典型泄漏模式下阀门漏孔处流场及能量计算方法；对具有不同泄漏模式的阀门泄漏状态进行了模拟试验研究，并对阀门泄漏声发射信号进行了小波包分析，获得不同泄漏模式下阀门泄漏产生的声发射。

关键词：声发射技术；阀门；泄漏模式；小波包分析；能量谱

电厂或石油化工行业使用的阀门数量相当可观，而阀门泄漏故障也是常见故障之一．所谓泄漏模式即对泄漏源特征和属性的归类，由于不同泄漏源具有不同的泄漏机理，其造成故障的发展趋势和严重程度各异，所需采取的维修策略也不一样．有些可以在生产运行中采取相应措施解决，而有些则需要停机检修或更换阀门．据统计，５０％以上的阀门在大修时不用拆修解体，而拆修解体不仅会造成极大的人力、物力浪费，还可能在拆修过程中造成人为损坏，因此对阀门泄漏故障模式进行诊断是非常必要的．

目前，声发射技术已经开始逐步应用于阀门泄漏定量检测中［１－５］，如果能通过阀门泄漏声发射信号的能量谱判别阀门泄漏模式，在停机前确定哪些阀门可以在线进行检修，哪些阀门必须停机拆修，则可以减少一些不必要的经济损失，保证机组的安全经济运行．

1 阀门泄漏模式分类及能量计算方法

1.1 阀门内漏常见泄漏模式

阀门主要内漏模式包括:

(1)密封面未关严:阀杆变形,使阀座与阀件不对中;关闭阀门过快、过猛等操作不当,或未将沉积在阀内的固体杂质冲走就关闭阀门,造成杂质嵌入密封面,使密封面无法关严.

(2)密封损伤:密封圈不耐高温或摩擦腐蚀使得阀座与阀圈结合不够紧密.

(3)裂纹或漏孔:某些高温阀门在关闭后迅速冷却,使密封面出现细微裂纹;阀门密封面由于受到介质冲刷或腐蚀,产生裂纹或漏孔导致泄漏[6].根据最终造成的影响,将以上泄漏模式归纳为两大类:密封面未关严(图1(a))和裂纹漏孔泄漏(图1(b)).

(a)密封面未关严 (b)裂纹漏孔泄漏

图1 阀门内漏模式示意图Fig.
1 Schematic diagram of valve leakage of different patterns

密封面未关严时,流体通道的几何形状如图2(a)所示,填充区域为漏缝,且其在互相垂直方向上的尺寸分别为x 和y;裂纹漏孔泄漏时,流体通道的几何形状如图2(b)所示,x 和y 之比越接近于1,此裂纹越接近于漏孔,y 与x 之比越小,此裂纹则越接近于漏缝.

(a)密封面未关严泄漏(b)裂纹漏孔泄漏

图2 流体通道几何形状示意图Fig.2

Schematic diagram of fluid channel geometry

流体经由孔口或管嘴喷射到一个足够大的空间后,不再受边壁的限制而继续扩散流动被称为射流.按射流管嘴出口截面形状不同,射流可分为圆形射流(又称轴对称射流)、矩形射流、条缝射流(可按平面射流处理)、环状射流和同心射流等.对于矩形射流,当x/y <3时,可按轴对称射流考虑,当x/y >10时,按平面射流考虑.综上所述,密封面未关严泄漏可以作为平面射流处理,而一般阀门裂纹漏孔泄漏均属于微小泄漏,可以作为轴对称射流处理.