實驗名稱：換流閥冷卻系統(tǒng)均壓電極結(jié)垢超聲導波檢測方法研究

研究方向：無損檢測

測試目的：

為了探究超聲導波檢測的靈敏度，本文構建了換流閥冷卻系統(tǒng)均壓電極結(jié)垢檢測模型，詳細分析了不同厚度水垢與聲波信號的交互過程。針對在役充液管道檢測時復雜的工況，研究了導波模態(tài)識別技術和信號去噪技術，從而建立了回波信號衰減、模態(tài)轉(zhuǎn)換等信息隨污垢厚度的變化函數(shù)。最后構建了一套換流閥均壓電極結(jié)垢超聲導波檢測實驗系統(tǒng)，實驗結(jié)果表明，基于L(0，2)超聲導波回波特性的在線結(jié)垢檢測精度達0.1mm，為換流閥均壓電極結(jié)垢檢測提供了一種高效的方法。

測試設備：功率放大器ATA-4011、收發(fā)一體式超聲換能器、激勵探頭、前置放大器、任意波形發(fā)生器和示波器等。

實驗過程：

圖：實驗設計示意圖

搭建實驗系統(tǒng)，換流閥冷卻系統(tǒng)均壓電極檢測實驗安排示意圖如上圖所示。其中匯流管道和均壓電極尺寸均根據(jù)遼陽換流站冷卻系統(tǒng)實際尺寸數(shù)據(jù)一致，管道內(nèi)徑為54mm，外徑為60mm，內(nèi)部填充有靜態(tài)水。在任意波形信號發(fā)生器中導入經(jīng)過hanning窗調(diào)制的五周期中心頻率為150kHz激勵信號，通過功率放大器放大后加載于布置在管道端部的激勵探頭上，激勵形成L(0，2)縱向超聲導波并與鉑電極進行交互，接收到的導波信號由前置放大器放大后由示波器顯示，并提取到PC上進行去噪和模態(tài)時別處理。

圖：實驗系統(tǒng)

為進一步研究基于縱向?qū)Рɑ夭ㄌ匦缘木鶋弘姌O結(jié)垢檢測方法有效性，在實際水管管道上進行了實驗?實驗管道內(nèi)徑為54mm，外徑為60mm，內(nèi)部填充有靜態(tài)水，實驗管道的幾何尺寸和材料特性均與上文數(shù)值仿真所用參數(shù)相同?斜楔體及超聲探頭布置在管道端部，均壓電極設置在管道中心，距探頭約300mm，實驗主要考慮9種尺寸均相同的均壓電極結(jié)垢狀態(tài)：0.1~0.8mm步長為0.1mm設置結(jié)垢及無結(jié)垢狀態(tài)作為對照組?

實驗結(jié)果：

圖：實驗中的回波信號

上圖為實驗中接收到的9種結(jié)垢狀態(tài)回波信號?圖中第一個紅圈標注為主模態(tài)L(0，2)，第二個紅圈標注為轉(zhuǎn)換模態(tài)，與仿真分析的模態(tài)時序和幅值變化規(guī)律一致?

對回波信號做模態(tài)分析，最終可獲得這些縱向?qū)Рㄅc不同結(jié)垢狀態(tài)均壓電極交互過程聲波傳播特性?不同厚度結(jié)垢均壓電極回波信號可以得出L(0，2)模態(tài)和模態(tài)轉(zhuǎn)換信號對均壓電極厚度敏感，隨著厚度變化呈現(xiàn)一定的變化趨勢，根據(jù)L(0，2)模態(tài)和模態(tài)轉(zhuǎn)換信號幅值與水垢厚度實驗結(jié)果繪制關系曲線，進一步得出超聲導波檢測均壓電極厚度靈敏度與準確性?

圖：實驗數(shù)據(jù)的分析結(jié)果

針對實驗結(jié)果的分析如上圖所示，由圖可得，同數(shù)值模擬的結(jié)果一致，均壓電極結(jié)垢物厚度增加時L(0，2)反射信號和模態(tài)轉(zhuǎn)換信號幅值均隨著厚度的增加呈下降趨勢，其衰減幅度與厚度呈正比關系，主模態(tài)和轉(zhuǎn)換模態(tài)之間的能量差值減小?

從曲線得出有無結(jié)垢差異明顯，0.4mm以上污垢厚度差異較小，表明超聲導波檢測法對較薄污垢識別效果良好，能適用于換流站閥冷系統(tǒng)均壓電極結(jié)垢檢測?轉(zhuǎn)換模態(tài)可以提供缺陷的特征信息，而主模態(tài)L(0，2)反射信號和轉(zhuǎn)換模態(tài)分量變化趨勢相同，且其變化隨著厚度增加更加敏感，這說明在實際應用中可以考慮直接使用主模態(tài)反射信號進行檢驗分析?

安泰ATA-4011B高壓功率放大器：

圖：ATA-4011B高壓功率放大器指標參數(shù)

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