一种研究安全阀内漏引发声发射信号的试验装置和方法与流程

1.本发明属于阀门的测试技术领域，涉及一种研究安全阀内漏引发声发射信号的试验装置和方法。


背景技术：

2.安全阀是锅炉、压力容器、压力管道等承压设备最主要的安全设备，是生产工艺安全的物理屏障，又被称为超压保护的最后一道防线，对于保障工厂安全稳定运营不可或缺。
3.石油、化工、海洋、天然气、核电等行业存在不少高危工况，比如工作介质为易燃易爆、强腐蚀性、剧毒、放射性介质等，又如安装位置在高处，人员无法抵近操作，这些高危工况要求安全阀具有较高的运行可靠性。但在实际生产中，由于诸多因素的影响使得安全阀在关闭时仍有介质流入阀腔，形成内漏。内漏是指介质通过安全阀的阀座阀瓣密封面泄漏，内漏故障是安全阀的主要失效形式之一，会引起介质损失，不但造成经济损失，而且介质的不断泄漏会缩短阀门的寿命，形成安全隐患。若能及时发现内漏故障，就能确保安全阀在线正常工作。因此，研究安全阀内漏具有十分重要的意义。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种研究安全阀内漏引发声发射信号的试验装置和方法。
5.本发明解决技术的方案是：
6.一种研究安全阀内漏引发声发射信号的试验装置，包括供气装置、安全阀内漏样机、泄漏量检测装置和声发射监测系统；供气装置为安全阀内漏样机提供气源；安全阀内漏样机能够装配不同损伤形式的阀瓣，通过更换阀瓣模拟不同的泄漏工况；泄漏量检测装置为皂膜流量计，用于测量安全阀内漏样机的泄漏率；声发射监测系统采集、分析和处理安全阀内漏样机泄漏处的声发射信号。
7.供气装置包括储气罐、控制阀、压力调节阀、压力表、放气阀和管路；储气罐通过管路与安全阀内漏样机连接，在所述管路上，沿从储气罐到安全阀内漏样机的方向依次安装有控制阀、压力调节阀、压力表和放气阀，控制阀控制储气罐的通闭，压力调节阀控制管路介质压力，压力表用于测量压力调节阀后的管路压力，打开放气阀能够放空管路中的介质压力。
8.安全阀内漏样机包括阀座、阀体、阀瓣、反冲盘、导套、垫片、压盘；阀座通过螺纹与阀体相连，阀瓣通过螺纹固定在反冲盘上，导套套在反冲盘上，压盘压在导套顶部，使得导套另一端端部紧紧压住反冲盘，压盘和导套间用垫片进行密封；
9.阀座内腔作为进气口，阀体一侧开口，作为出气口，出气口处设置有法兰。
10.所述阀瓣能够更换，阀瓣通过在密封面上开不同尺寸的槽来模拟不同程度划伤下的泄漏或通过不同粗糙度的打磨处理来模拟不同程度腐蚀下的泄漏。
11.声发射监测系统包括声发射传感器、放大器、采集卡、上位机；测试中声发射传感
器通过耦合剂粘贴至安全阀内漏样机的阀体外壁上，保证传感器与安全阀内漏样机的贴合紧密牢靠；声发射传感器采集的原始信号经过放大器放大后传输至采集卡中；
12.采集卡接收到参数设置指令后，设置采样频率；接收到开始采集指令后，以4g方式将处理后的信号发送至上位机中，接收到停止采集指令后，停止向上位机发送信号；
13.上位机处理接收数据进而提取与内漏相关的声发射信号特征参数，上位机以4g方式向采集卡发送开始采集、停止采集、参数设置指令。
14.泄漏量检测装置通过法兰工装安装在阀体出气口处的法兰上。
15.一种研究安全阀内漏引发声发射信号的试验方法，包括如下步骤：
16.第一步、组装好研究安全阀内漏引发声发射信号的试验装置；
17.第二步、采集环境噪声；
18.启动系统，核查上位机的网络连接状态，网络连接正常后开始测，过程如下：
19.首先关闭控制阀，使安全阀内漏样机的入口压力为0；控制上位机向采集卡发送开始采集指令，采集1分钟后，上位机向采集卡发送停止采集指令，采集到的波形数据发送给上位机，上位机处理后得到与内漏声发射信号相关的特征参数，所述特征参数包括峰值频率、平均信号电平；
20.第三步、采集内漏工况下的声发射信号；
21.打开控制阀,关闭放气阀，调节压力调节阀缓慢将压力升至一系列预设压力，在每个预设压力下，待泄漏稳定时上位机控制采集卡采集1分钟数据；泄漏量检测装置测量每个预设压力下的泄漏率；
22.对每个预设压力下采集到的波形数据进行处理，结合第一步得到每个预设压力下当前内漏工况去除噪声影响后的声发射信号；
23.第四步、改变声发射传感器位置，重复第二步-第三步，根据泄漏率和声发射信号确定声发射传感器安装的最佳位置；
24.第五步、将声发射传感器安装在最佳位置，更换不同损伤形式的阀瓣，重复上述第二步-第三步，得到不同内漏工况每个预设压力下去除噪声影响后的声发射信号以及不同内漏工况每个预设压力下的泄漏率；
25.第六步、根据不同内漏工况每个预设压力下去除噪声影响后的声发射信号以及不同内漏工况每个预设压力下的泄漏率建立声发射信号特征参数与泄漏率的函数关系，从而能够根据声发射信号确定泄漏率。
26.本发明与现有技术相比的有益效果是：
27.(1)本发明可全面模拟安全阀的内漏工况。通过在密封面设计不同尺寸的槽(槽高h,槽宽b)来模拟密封面受到的不同程度的划伤工况(见图3)，同时通过对阀瓣密封面进行打磨，控制不同的粗糙度来模拟密封面受到的不同程度的腐蚀工况，此外，通过控制安全阀内漏模拟样机的入口压力来模拟不同程度的泄漏工况，可以较为全面的模拟安全阀发生内漏的各种情况，为后续探究不同内漏工况的声发射信号规律奠定基础。
28.(2)本发明安全阀内漏样机的结构简单，测试更安全。安全阀内漏样机省去了与内漏无关的阀杆、弹簧、阀帽等零件，声发射传感器可以直接贴在阀体壁面上采集信号(见图2)，避免对安全阀内漏样机的整体结构做更改。此外，设计了零开高结构防止阀瓣离开阀座，试验介质只能通过阀瓣密封面流出，在样机出口不会产生排放背压，测试过程更安全，
具体通过压盘压紧导套，导套再压紧反冲盘，进而将阀瓣固定在阀座上，防止阀瓣离开阀座。
29.(3)本发明监测精度高，可识别微小泄漏。当安全阀内漏样机出现微小泄漏时，声发射传感器可以精确的采集到内漏信号，进而传输至上位机中进行分析处理，声发射监测系统可识别的最小泄漏率为150ml/min。
附图说明
30.图1安全阀内漏声发射信号试验装置图；
31.图2安全阀内漏样机图；
32.图3安全阀阀瓣的开槽模拟泄漏方式图；
33.图4声发射监测系统图；
34.图5上位机信号采集流程图。
具体实施方式
35.下面结合附图对本发明作进一步阐述。
36.如图1所示，本发明提供一种研究安全阀内漏引发声发射信号的试验装置，包括供气装置0、安全阀内漏样机5、泄漏量检测装置8和声发射监测系统9。
37.安全阀内漏声发射信号试验装置如图1所示，供气装置0的管路出口与安全阀内漏模拟样机5进气口相连，声发射监测系统9与安全阀内漏样机相连，泄漏量检测装置8通过法兰工装7与安全阀内漏样机出气口相连。
38.供气装置0为安全阀内漏样机5提供气源；安全阀内漏样机5能够装配不同损伤形式的阀瓣，通过更换阀瓣模拟不同的泄漏工况；泄漏量检测装置8为皂膜流量计，用于测量安全阀内漏样机5的泄漏率；声发射监测系统9采集、分析和处理安全阀内漏样机5泄漏处的声发射信号。
39.如图2所示，供气装置0包括储气罐1、控制阀2、压力调节阀3、压力表4、放气阀6和管路；储气罐1通过管路与安全阀内漏样机5连接，在所述管路上，沿从储气罐1到安全阀内漏样机5的方向依次安装有控制阀2、压力调节阀3、压力表4和放气阀6；控制阀2控制储气罐的通闭，调节压力调节阀3能够控制管路介质压力，压力表4用于测量压力调节阀3后的管路压力，调节放气阀6能够放空管路中的介质压力。如图3所示，安全阀内漏样机4包括阀座10、阀体11、阀瓣12、反冲盘13、导套14、垫片15、压盘16；阀座10通过螺纹与阀体11相连，阀瓣12通过螺纹固定在反冲盘13上，导套14套在反冲盘13上，压盘16压在导套14顶部，使得导套14另一端端部紧紧压住反冲盘，，压盘16和导套14间用垫片15进行密封。阀座10内腔作为进气口，阀体11一侧开口，作为出气口，出气口处设置有法兰。
40.导套14经过加长处理使其端部压紧反冲盘，进而将阀瓣牢牢压在阀座上，当安全阀内漏时，介质经由阀瓣密封面上的槽(见图3)或打磨处流入安全阀腔体而不从阀瓣的其他位置泄出。
41.与常规安全阀相比，安全阀内漏样机去掉了阀杆、弹簧等与内漏无关的零件，如图2所示。安装压盘16时会施加一个向下的压力，这个力通过导套14、反冲盘13将阀瓣紧紧压在阀座上。该样机配有不同损伤形式的阀瓣，其中有的阀瓣进行开槽处理来模拟泄漏(见图
3)，有的阀瓣进行打磨处理来模拟泄漏。
42.阀瓣12能够更换，阀瓣12通过开不同尺寸的槽来模拟不同程度划伤下的泄漏或通过不同粗糙度的打磨处理来模拟不同程度腐蚀下的泄漏。
43.如图4所示，声发射监测系统9包括声发射传感器17、放大器18、采集卡19、上位机20；测试中声发射传感器17通过耦合剂粘贴至安全阀内漏样机4的阀体外壁上，保证传感器与安全阀内漏样机4的贴合紧密牢靠。
44.声发射传感器17用来采集内漏声信号，采集到的声信号在线缆中传输会发生衰减，因此经由放大器18放大该信号再传至采集卡19中。
45.采集卡19接收到参数设置指令后，设置采样频率；接收到开始采集指令后，将模拟信号转变为数字信号并以4g方式将处理后的信号发送至上位机20中，接收到停止采集指令后，停止向上位机20发送信号。
46.上位机20处理接收数据进而提取与内漏相关的声发射信号特征参数，上位机20以4g方式向采集卡19发送开始采集、停止采集、参数设置指令。
47.泄漏量检测装置8通过法兰工装7安装在阀体11出气口处的法兰上。
48.上位机信号采集流程如图5所示，首先将试验装置连接好，启动系统，判断网络连接状态，网络连接正常时可进行下一步操作，否则应重启系统。当网络连接正常时，调节压力调节阀3至一定压力，使安全阀处于稳定泄漏状态，上位机20发出数据采集指令，声发射传感器17采集泄漏声发射信号，上位机20处理数据。如需改变测试压力，可重新调节压力调节阀3，若测试未结束，则重复上述操作，若测试完成则关闭系统结束测试。
49.基于上位机信号采集流程，一种研究安全阀内漏引发声发射信号的试验方法，包括如下步骤：
50.第一步、组装好研究安全阀内漏引发声发射信号的试验装置；
51.第二步、采集环境噪声；
52.启动系统，核查上位机的网络连接状态，网络连接正常后开始测，过程如下：
53.首先关闭控制阀2，使安全阀内漏样机5的入口压力为0；控制上位机20向采集卡发送开始采集指令，采集1分钟后，上位机20向采集卡发送停止采集指令，采集到的波形数据发送给上位机20，上位机20处理后得到与内漏相关的特征参数，所述特征参数包括峰值频率、平均信号电平(asl)等；
54.第三步、采集内漏工况下的声发射信号；
55.打开控制阀2,关闭放气阀6，调节压力调节阀3缓慢将压力升至一系列预设压力，在每个预设压力下，待泄漏稳定时上位机20控制采集卡采集1分钟数据；泄漏量检测装置8测量每个预设压力下的泄漏率；
56.对每个预设压力下采集到的波形数据进行处理，结合第一步得到每个预设压力下当前内漏工况去除噪声影响后的声发射信号；
57.第四步、改变声发射传感器17位置，重复第二步-第三步，根据泄漏率和声发射信号确定声发射传感器17安装的最佳位置；
58.第五步、将声发射传感器17安装在最佳位置，更换不同损伤形式的阀瓣，重复上述第二步-第三步，得到不同内漏工况每个预设压力下去除噪声影响后的声发射信号以及不同内漏工况每个预设压力下的泄漏率；
59.第六步、根据不同内漏工况每个预设压力下去除噪声影响后的声发射信号以及不同内漏工况每个预设压力下的泄漏率建立声发射信号与泄漏率的函数关系，从而能够根据声发射信号确定泄漏率。
60.测试完成后关闭系统，结束测试。
61.本发明试验装置利用声发射信号检测内漏，监测精度高，可识别微小泄漏。当安全阀内漏样机出现微小泄漏时，声发射传感器可以精确的采集到内漏信号，进而传输至上位机中进行分析处理，声发射监测系统可识别的最小泄漏率为150ml/min。
62.本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。