泄漏孔喷流噪声测试装置及测试方法与流程

1.本发明涉及石油化工设备安全监测技术领域，特别涉及一种泄漏孔喷流噪声测试装置及测试方法。


背景技术：

2.泄漏是过程设备失效的主要形式，造成流体介质泄漏，形成安全隐患。在石油化工行业，生产、运输、储存、经营、使用和废弃物处置的过程中，每个环节都有发生泄漏的可能。常见的泄漏源有小孔泄漏、大面积泄漏；常见的泄漏源模型有渗漏、泄漏、泄放。物料大多具有易燃易爆、或有毒有害的危险特性，一旦由于某种原因发生泄漏，易导致严重事故。因此，泄漏孔的检测十分重要。常见的泄漏事故中，泄漏孔多形成于存在介质冲刷作用的管道、喷嘴等构件。
3.声发射(acoustic emission，ae)是材料局部因能量的快速释放而发出瞬态弹性应力波的现象。声发射检测技术可以用于检测泄漏孔的存在。设备形成泄漏孔，泄漏介质与泄漏孔发生摩擦形成的声发射信号。现场检测时环境复杂，需要能够从众多信号中识别出泄漏信号。这就需要通过模拟试验，测试得到不同情况下的泄漏孔喷流噪声，掌握信号特征。
4.因此，亟需一种噪声测试装置，结合声发射技术，可以模拟在高流速(不同流速)的环境下，对不同形状泄漏孔喷流噪声进行测试，得到泄漏特征信号。为识别不同状态泄漏孔的故障信号、判断不同生产工艺造成的设备损伤提供依据。为在运行过程中泄漏孔穿孔大小的安全范围提出具体指标，为保障实际工况正常运行发挥作用。
5.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种泄漏孔喷流噪声测试装置及测试方法，可在不同流速下对不同形状的泄漏孔进行噪声测试，为识别不同流速不同形状泄漏孔的故障信号提供依据。
7.为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种泄漏孔喷流噪声测试装置，用于通过模拟在不同流速下不同形状的泄漏孔处的喷流噪声，采集噪声的声发射信号；包括：输气单元，其用于提供气流模拟实际工况中的流体；流速控制单元，其通过气流的流量调节模拟气流的不同流速；泄漏孔模拟单元，其在输气管路末端设置可拆卸的面板，该面板上开设通孔用于模拟不同形状的泄漏孔；声发射传感器，其布置在通孔周围，用于采集气流在通孔处喷流的噪声信号。
8.进一步，上述技术方案中，输气管路可由主管道和多个分支管道构成，每个分支管道中的气流流速可单独控制。
9.进一步，上述技术方案中，分支管道可包括：第一分支管道，其末端设置的可拆卸
面板上的通孔处于外露状态，用于模拟实际工况中的外壁泄漏孔；第二分支管道，其末端设置的可拆卸面板上的通孔处于封闭状态，用于模拟实际工况中的内壁泄漏孔。
10.进一步，上述技术方案中，主管道为伸缩管道，用于调节各个分支管路末端的通孔之间的距离，用于模拟实际工况下同时出现的相邻的多个泄漏孔。
11.进一步，上述技术方案中，输气单元可包括风机和缓冲罐，风机产生的气流进入缓冲罐，该缓冲罐通过第一通路和第二通路分别与主管道连接；第一通路上设有第一流量计，该第一流量计通过第一阀门与主管道连接；第二通路上设有第二流量计，该第二流量计直接与主管道连接。
12.进一步，上述技术方案中，第一流量计的检测范围为0-10m3/h；所述第二流量计的检测范围为0-40m3/h。
13.进一步，上述技术方案中，泄漏孔模拟单元可以设计为圆柱状中空结构，可拆卸面板位于该圆柱状中空结构的顶部并通过螺栓固定。
14.进一步，上述技术方案中，位于第一分支管道末端的处于外露状态的通孔设置在可拆卸面板的中央，相应的声发射传感器设置在可拆卸面板的外沿；位于第二分支管道末端的处于封闭状态的通孔设置在可拆卸面板的中央且通过罩体进行覆盖；相应的声发射传感器可设置在罩体的上表面。
15.根据本发明的第二方面，本发明提供了一种泄漏孔喷流噪声测试方法，包括如下步骤：a、搭建测试管路并检测管路气密性以及流量计、声发射传感器具备正常工作条件；b、连通第一通路，使气流在低流速状态下运行至第一分支管道末端的处于外露状态的通孔处，通过外露状态的通孔模拟外壁泄漏孔，采集外露状态通孔处的声发射信号；和/或，使气流在低流速状态下运行至第二分支管道末端的处于封闭状态的通孔处，通过封闭状态的通孔模拟内壁泄漏孔，采集封闭状态通孔处的声发射信号。
16.进一步，上述技术方案中，该方法还可包括步骤c：关闭第一通路，连通第二通路，使气流在高流速状态下运行至第一分支管道末端的处于外露状态的通孔处，通过外露状态的通孔模拟外壁泄漏孔，采集外露状态通孔处的声发射信号；和/或，使气流在高流速状态下运行至第二分支管道末端的处于封闭状态的通孔处，通过封闭状态的通孔模拟内壁泄漏孔，采集封闭状态通孔处的声发射信号。
17.进一步，上述技术方案中，通过第一分支管道末端和第二分支管道末端的可拆卸面板更换不同形状的外露状态的通孔以及封闭状态的通孔。
18.进一步，上述技术方案中，第一通路可通过第一流量计检测流量，并通过第一阀门控制主管道的气流流速、通过第一分支管道和/或第二分支管道上的阀门进一步控制通孔处的流速，使通孔处的气流处于低速状态。
19.进一步，上述技术方案中，第二通路通过第二流量计检测流量，通过第一分支管道和/或第二分支管道上的阀门控制通孔处的流速，使通孔处的气流处于高速状态。
20.进一步，上述技术方案中，该方法还可包括：调节各个分支管路末端的通孔之间的距离，模拟实际工况下同时出现的相邻的多个泄漏孔。
21.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
22.1)本发明可模拟实际工况下管路或喷嘴处的泄漏孔的噪声并对噪声的声发射信号进行采集；可运用在某些易磨损部位突然出现泄漏孔时，及时并实时监测到故障情况，用
于解决实际工业工况中不能直接检测泄漏孔的复杂问题；
23.2)本发明利用声学和流场的结合，能达到实时在线反映不同流速不同泄漏孔形状的情况，预报泄漏孔故障，从而减少不必要的消耗，对保障生产的稳定运行具有重要意义；
24.3)本发明多个分支管路的设置可以在每个分支管路末端模拟不同位置的泄漏孔，即实际工况下的外壁泄漏孔或内壁泄漏孔；也可以在每个分支管路末端模拟不同形状的泄漏孔。这样可以进行不间断的测试，无需在测试一个模拟泄漏孔的噪声后进行拆装更换；
25.4)本发明的第一通路和第二通路可根据不同的测试需要进行选择，在大流速范围和小流速范围之间进行选择切换。
26.5)本发明可通过伸缩的主管道，在同一时间获得不同间距的模拟泄漏孔，可模拟实际工况下同时出现的相邻的多个泄漏孔；在声发射信号采集时，可通过其中一个模拟泄漏孔处布置的声发射传感器对叠加后的信号进行数据采集。
27.上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
28.图1是本发明泄漏孔喷流噪声测试装置的立体结构示意图。
29.图2是本发明泄漏孔喷流噪声测试装置的侧视示意图。
30.图3是本发明泄漏孔模拟单元模拟外壁泄漏孔的结构示意图。
31.图4是本发明泄漏孔模拟单元模拟内壁泄漏孔的结构示意图。
32.主要附图标记说明：
33.1-风机，2-缓冲罐，3-第一流量计，4-第一阀门，5-主管道，6-第二流量计，7-大流量管道，8-分支管道阀门，9-圆柱状中空结构，91-可拆卸面板，910-通孔，911-螺栓孔，92-罩体，10-底座，101-滑轮，11-垂直保持架，12-水平保持架。
具体实施方式
34.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
35.除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
36.在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。
37.在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以
限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。
38.本发明的泄漏孔喷流噪声测试装置和相应的测试方法能够模拟实际工况下管路或喷嘴处的泄漏孔的噪声并对噪声的声发射信号进行采集。可运用在某些易磨损部位突然出现泄漏孔时，及时并实时监测到故障情况，用于解决实际工业工况中不能直接检测泄漏孔的复杂问题。本发明利用声学和流场的结合，能达到实时在线反映不同流速不同泄漏孔形状的情况，预报泄漏孔故障，从而减少不必要的消耗，对保障生产的稳定运行具有重要意义。
39.实施例1
40.本实施例的泄漏孔喷流噪声测试装置，用于通过模拟在不同流速下不同形状的泄漏孔处的喷流噪声，采集所述噪声的声发射信号。包括：输气单元、流速控制单元、泄漏孔模拟单元以及声发射传感器。其中，输气单元用于提供气流模拟实际工况中的流体。如图1、2所示，输气单元具体包括风机1、缓冲罐2以及相应的管路等。风机1和缓冲罐2通过管路连通，且风机1和缓冲罐2通过配套的固定框架安装在底座10上，底座10的底部安装有滚轮101，可方便本发明测试装置的整体移动。相应的管路包括主管道5以及与主管道5连通的多个分支管路，多个分支管路的设置可以在每个分支管路末端模拟不同位置的泄漏孔(例如实际工况下的外壁泄漏孔或内壁泄漏孔)，也可以在每个分支管路末端模拟不同形状的泄漏孔(磨蚀产生的泄漏孔会因为各部位的磨蚀特点具有多种形状)。这样可以进行不间断的测试，即无需在测试一个模拟泄漏孔的噪声后进行拆装更换。
41.进一步如图1、2所示，从缓冲罐2至主管道5之间设置两个通路，即第一通路和第二通路。其中，第一通路中设置第一流量计3和第一阀门4，该第一通路用于提供低速气流，相应地，第一流量计3的检测范围为0-10m3/h，第一阀门4可控制进入主管道5的气流流量及流速。第二通路中设置第二流量计6，第二流量计6通过大流量管道7直通主管道5(不安装阀门)，第二流量计6的检测范围为0-40m3/h，使得进入主管道5的气流获得较大的流速。第一通路和第二通路可根据不同的测试需要进行选择，在大流速范围和小流速范围之间进行选择切换。进一步如图1所示，主管道5的各分支管道上均可设置相应的分支管道阀门8，可单独控制各分支管道的启停以及根据需要进一步调节各个分支管道上的流速。第一流量计3、第二流量计6以及管路中的阀门构成了本发明的流速控制单元，该流速控制单元可通过气流的流量调节模拟气流的不同流速，两个通路可分别模拟不同流速范围的气流。流量计以及阀门的两端通过法兰与管道连接。优选而非限制性地，第一阀门4可采用小球阀；各个分支管道阀门8可采用大球阀。
42.进一步如图1、2所示，本实施例测试装置中的泄漏孔模拟单元可通过短管连接在每个分支管道的末端。泄漏孔模拟单元整体为圆柱状中空结构9，进一步参考图3，该圆柱状中空结构9可采用有机玻璃材料制作，圆柱状中空结构9的顶部设有可拆卸面板91，即可拆卸的面板91在输气管路的最末端位置，可拆卸的面板91也使用有机玻璃材料制作，面板外沿设置螺栓孔911，通过螺栓进行固定并实现可拆卸。该面板上开设通孔910用于模拟不同形状的泄漏孔，图3中示意的为圆孔，通孔910的形状可以是任意实际工况中产生的泄漏孔形状。
43.本发明测试装置是通过模拟不同流速下、不同形状的泄漏孔，对模拟的泄漏孔进
行噪声的声发射信号采集。因此，声发射传感器(图中未示出)需要布置在通孔910的周围，本实施例可布置在可拆卸面板91的外沿处。用于采集气流在通孔处喷流的噪声信号。后续可通过所模拟的泄漏孔对应的声发射信号数据，对所采集的声信号进行数据整合，提取时频域特征参数，将分析得到的信号声纹特征参数(即梅尔频率倒谱系数mfcc)作为人工神经网络模型和高斯混合模型的输入变量，进行模型训练，为以后识别不同流速不同形状泄漏孔的故障信号提供依据。
44.进一步如图1、2所示，本实施例为了模拟不同位置的泄漏孔(即管道或喷嘴外壁泄漏孔和内壁泄漏孔)，设置了第一分支管道(即五个分支管道中的左数第二路)和第二分支管道(即五个分支管道中的左数第四路)，其中，第一分支管道末端的可拆卸面板91上的通孔910处于外露状态(参考图3)，用于模拟实际工况中的外壁泄漏孔。第二分支管道末端设置的可拆卸面板91上的通孔910处于封闭状态(参考图4)，用于模拟实际工况中的内壁泄漏孔。本实施例通过在可拆卸面板91上设置罩体92，将通孔910进行封闭。优选而非限制性地，针对图4中模拟的内壁泄漏孔，声发射传感器可布置在罩体92的上表面。参考图3、图4，第一分支管道末端的处于外露状态的通孔910设置在可拆卸面板91的中央，相应的声发射传感器设置在可拆卸面板91的外沿；位于第二分支管道末端的处于封闭状态的通孔910设置在可拆卸面板91的中央且通过罩体92进行覆盖；相应的声发射传感器设置在罩体92的上表面。
45.实施例2
46.与实施例1类似，本实施例的泄漏孔喷流噪声测试装置，也用于通过模拟在不同流速下不同形状的泄漏孔处的喷流噪声，采集噪声的声发射信号。实施例2的测试装置也同样包括：输气单元、流速控制单元、泄漏孔模拟单元以及声发射传感器(各单元的功能、具体结构以及连接关系等在此不再赘述)。与实施例1不同的是，实施例1中的主管道5可以设置成伸缩管道，伸缩管道可以用于调节各个分支管路末端的通孔(即模拟泄漏孔)之间的距离，考虑到实际工况中，泄漏孔的情况较为复杂，当临近的位置出现多个泄漏孔时，其声发射信号会出现叠加效应，因此如果不对这种类似情况进行测试和后续的模型训练，将无法准确识别这种有叠加效应的声发射信号对应的泄漏孔位置和形状，因此本实施例通过可伸缩的主管道，可在同一时间获得不同间距的模拟泄漏孔，可模拟实际工况下同时出现的相邻的多个泄漏孔。在声发射信号采集时，可通过其中一个模拟泄漏孔处布置的声发射传感器对叠加后的信号进行数据采集。
47.实施例3
48.本实施例为泄漏孔喷流噪声测试方法实施例，提供一种应用实施例1搭建的测试装置的测试方法。
49.步骤s101，检查实施例1中整套装置的完整连接，以及各个连接部件是否有损坏情况，通过启动风机1查看整套装置的气密性，检查第一流量计3、第二流量计6是否具备正常工作条件；检查第一阀门4和各分支管路阀门8是否能正常工作以控制管道内流量和流速，确保测试能正常进行；在主管道5上的各个分支管路末端布置的声发射传感器处先进行标定断铅实验，确保每个传感器能正常采集声发射信号，保证测试能正常进行。
50.步骤s102，将第一通路连通，使气流在低流速状态下运行至第一分支管道末端的处于外露状态的通孔处，通过外露状态的通孔模拟外壁泄漏孔，采集外露状态通孔处的声
发射信号；和/或，使气流在低流速状态下运行至第二分支管道末端的处于封闭状态的通孔处，通过封闭状态的通孔模拟内壁泄漏孔，采集封闭状态通孔处的声发射信号。
51.具体地，本步骤是在低流速状态下，采集模拟泄漏孔处的噪声声发射信号，测试开始前，先调整第一通路中的第一阀门4和各分支管路阀门8，使第一流量计3和第二流量计6的流量值清零；测试开始时，打开风机1和相连接的缓冲罐2的开关，并导通第一通路，依据测试需要通过控制第一阀门4来控制主管道5内的流速。第一分支管道的末端根据需要已安装好有机玻璃制作的可拆卸面板91(位于面板中央的通孔处于外露状态，模拟外壁泄漏孔)，打开第一分支管道上的阀门8，同时打开声发射采集系统，由此便可采集该模拟外壁泄漏孔处的声发射信号，由于实际工业泄漏孔的穿孔或者缺口有多种，因此可根据需要更换有机玻璃制作的可拆卸面板91，具体操作为关闭第一分支管道上的阀门8，更换已经测试过的泄漏孔所在的面板，换上即将需要测试的面板，再次打开第一分支管道上的阀门8，同时打开声发射采集系统。
52.进一步地，关闭第一分支管路上的阀门8，仍在第一通路导通的状态下，打开第二分支管道的阀门8，同时打开声发射采集系统，由此便可采集该模拟内壁泄漏孔处的声发射信号(声发射传感器布置在用于封闭泄漏孔的罩体92上表面)，更换罩体92内的有机玻璃材料制作的可拆卸面板91的具体操作如前所述，由此模拟内壁出现的泄漏孔故障。由于模拟的外壁泄漏孔和内壁泄漏孔分设于第一分支管道和第二分支管道的末端，且可独立控制，因此本步骤的两项测试可接续进行。
53.步骤s103，关闭第一通路，连通第二通路，使气流在高流速状态下运行至第一分支管道末端的处于外露状态的通孔处，通过外露状态的通孔模拟外壁泄漏孔，采集外露状态通孔处的声发射信号；和/或，使气流在高流速状态下运行至第二分支管道末端的处于封闭状态的通孔处，通过封闭状态的通孔模拟内壁泄漏孔，采集封闭状态通孔处的声发射信号。
54.具体地，本步骤是在高流速状态下，采集模拟泄漏孔处的噪声声发射信号。首先关闭第一阀门4从而关闭第一通路，使第一流量计刻度为零，使第二通路处于导通状态，测试开始时，直接通过各分支管道阀门8控制相应分支管道内的流速，具体测试方式与步骤s102相同，在此不再赘述。
55.实施例4
56.本实施例为泄漏孔喷流噪声测试方法实施例，提供一种应用实施例2搭建的测试装置的测试方法。
57.与实施例3不同的是，实施例3中搭建的主管道5可以设置成伸缩管道，伸缩管道可以用于调节各个分支管路末端的通孔(即模拟泄漏孔)之间的距离，考虑到实际工况中，泄漏孔的情况较为复杂，当临近的位置出现多个泄漏孔时，其声发射信号会出现叠加效应，因此如果不对这种类似情况进行测试和后续的模型训练，将无法准确识别这种有叠加效应的声发射信号对应的泄漏孔位置和形状，因此本实施例通过将主管道替换为可伸缩管道，可在同一时间获得不同间距的模拟泄漏孔，可模拟实际工况下同时出现的相邻的多个泄漏孔。具体地，首先根据需要调节可伸缩主管道的伸缩度，使得两个或两个以上的分支管道末端的模拟泄漏孔之间的距离满足预设距离的要求，两个或两个以上的模拟泄漏孔可以都是外露状态的通孔，也可以都是封闭状态的通孔，还可以既有外露状态的通孔也有封闭状态的通孔。在声发射信号采集时，可通过其中一个模拟泄漏孔处布置的声发射传感器对叠加
后的信号进行数据采集。
58.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。