涡流管效率

涡流管效率（共3篇）

涡流管效率 篇1

引言

涡流管 (Ranque-Hilsch) [1], 自从1933年被法国人兰克发现至今, 其制冷制热效应已有了长足发展。它是由一根两端开口的管子、喷嘴、孔板和调节阀构成。当高压气流经过喷嘴沿切线方向进入涡流室时, 在经过涡流变换后分成冷热两部分[2]。中心部位气流温度较低, 从冷端流出, 形成冷气流, 用于制冷。外层部位气流温度较高, 从热端流出, 形成热气流, 用于制热。涡流管具体工作过程如图1所示。

涡流管的发展潜力十分巨大。但目前涡流管的制冷效率比较低, 从而制约了涡流管的推广应用。针对涡流管效率低而不能得到广泛应用这一问题, 很多学者都进行了试验研究, 以期待能够提高其效率, 也确实取得了长足的进展, 近20年来效率就提高了50%[3]。本文就涡流管效率的提高, 做了探讨性的研究。

1 涡流管结构、热力参数等对其效率的影响

1.1 涡流管结构对其效率的影响

涡流管的基本结构有喷嘴、涡流室、热端管、热阀、冷孔板、冷端管。这些部分的尺寸及其他几何形态的变化, 会直接影响到涡流管效率, 所以从开始发现涡流管的制冷、制热效应至今, 有很多研究人员对涡流管的结构进行研究, 以期找出最佳几何形式来达到涡流管的最佳效率。

Ranque最初设计的涡流管装置的涡流管长径比为50[4]。Takahama和Yokosawa[5]指出, 为获得显著的能量分离效果, 涡流管的长度要大于或等于涡流室直径的100倍。Soni和Thomson[6]指出, 涡流管的最短长度应是L/D>45时, 可获得最大温降和最高绝热效率。

后来的研究都遵循Ranque最初设计的涡流管的基本思想, 都以此为雏形进行理论和实验研究。Behera[7]研究了不同的喷嘴形式和喷嘴数量, 不仅做了流体动力学计算, 而且还进行了试验研究。给出了喷嘴数应该大于2个, 而且在喷嘴数目小于6的情况下, 双数喷嘴效率好于单数喷嘴, 且随喷嘴数目增加, 效率更好的结论。北京工业大学[8]采用切向式喷嘴, 截面采用矩形、阿基米德螺线形和自行设计的型线, 喷嘴个数从3个到8个逐一来进行试验研究, 得出自行设计的喷嘴进口截面的涡流管的制冷、制热效果要好于普通矩形喷嘴和阿基米德螺线形喷嘴涡流管的制冷效果。四流道喷嘴涡流管具有最佳的制冷和制热温度效应, 而八流道喷嘴涡流管的制冷和制热温度效应最差。

热端管的长度对涡流管效率也有显著的影响。随着热端管长度的增加, 涡流管的各种性能均有提高, 但当热端管长已达到一定程度 (100mm) , 再增加至140mm[9]时对性能提高没有太大的益处。因为涡流管中能量分离主要发生在进气喷嘴附件的热管段。而热端管长度对涡流管制冷量及COP的极值点的影响不大。在80～140mm范围内, L/D值为25时即可达到涡流管的最佳效率。

在涡流管中, 不同流道形式、流道数和内径的涡流室在进口状态和流道截面积相同的条件下, 渐缩型结构有利于流道中气流的加速, 使其制冷制热效应优于直流型和渐扩型。在进口气流流量相同的条件下, 六流道和八流道表现出相似的制冷制热效应;考虑到流道中的摩擦力因素影响, 流道数目选择六为最佳[10]。在进口条件相同时, 涡流管的制冷、制热效应随涡流室的内径增大而增强。且六流道喷嘴涡流管入口气流压力愈高, 获得最大制冷、制热效应时的冷端流率均有减小的趋势。六流道喷嘴涡流管获得最大制冷、制热效应时的冷端流率分别集中在0.37、0.8[11]附近。

Stoecker[12]对涡流管采用了扩张式分离室。得出在锥角合适的情况下, 可以使气体温度比圆柱管形分离的气体温度低。当锥角等于1.7°的时候, 在靠近喷嘴出口处不同半径上气体滞止温度都比圆管形分离室低, 而当锥角等于5°时, 则只有当锥角大于0.3°时, 滞止温度才低于圆管形分离室。简单圆锥管可以提高效率20%;结构复杂些, 如将圆管和锥管结合, 合理配置阻涡器和扩压器等, 可以达到η=0.7的水平, 在ε=9时, 可以达到ΔTX=80K。

1.2 热力参数等对涡流管效率的影响

在涡流管各部分几何形态和尺寸确定的情况下, 通过实验可以得出各项热力参数对涡流管的效率有怎样的影响, 为今后涡流管的应用提供参考。

在进口压力对涡流管效率的影响试验[13]中, 以出口压力为0.12MPa和0.15MPa, 进口温度为常温的涡流管为实验对象, 研究了涡流管不同进口压力对涡流管性能的影响。得出了在出口背压保持不变的情况下, 随着进口压力的增加, 在相同的冷流率下, 涡流管的制冷温度效应、单位制冷量和制冷系数也在提高, 但是当进口压力增加到一定的值 (0.93MPa) 以后, 继续提高涡流管的进口压力其制冷温度效应、单位制冷量和制冷系数反而下降, 但涡流管的制热温度效应没有受到显著的影响。

同样的以压缩空气为工作介质, 在不同入口压力、不同冷气流率的条件下, 分别对涡流管制冷性能的影响规律进行了系统的实验研究[14], 分析了涡流管切向喷嘴入口压力与冷气流率对涡流管制冷性能的影响。通过对涡流管制冷系统的初步实验研究, 得出了上述两种因素对制冷效应、单位制冷量以及绝热效率的影响是:在同一冷气流率时, 涡流管制冷效应、单位制冷量随入口压力的增大而增大, 在不同的冷气流率条件下, 所增长的幅度不同, 而绝热效率几乎不受入口压力影响;在不同的入口压力条件下, 涡流管制冷效应、单位制冷量和绝热效率都随着冷气流率的增大呈现先上升后下降趋势, 且都存在一最佳操作范围, 分别为0.17～0.3与0.5～0.7。

郑州轻工业学院[15]以膨胀比分别为3、4和6, 进口温度为常温的涡流管为例, 研究了在膨胀比保持不变的情况下, 不同进口压力对涡流管性能的影响。给出了不同进口压力对涡流管的制冷、制热温度效应和制冷系数随冷流率的变化曲线。并得出在膨胀比保持不变的情况下, 膨胀比较小时, 进口压力的变化对涡流管制冷性能没有显著的影响, 所以在小膨胀比时, 提高入口压力, 涡流管的制冷效应不会得到提高;但随着膨胀比的增加, 在同一膨胀比下, 进口压力的增加对涡流管制冷效应的影响也越来越显著, 当膨胀比较大时, 在同一膨胀比下, 入口压力增加, 涡流管的制冷效应也相应得到了显著增加, 即在大膨胀比的情况下, 可通过提高涡流管的入口压力来提高涡流管的制冷性能, 这一点对于工程应用尤为重要。

除了各项热力参数对涡流管效率的影响以外, 还可以通过其他方法来提高涡流管的效率, 比如在涡流管的中心额外补气, 或者利用热气能量提高涡流管的效率。

由涡流管的热端中心额外补气是因为, 额外从中心补入气体, 能够使从喷嘴流出来的气体获得一部分动能, 增加冷气流率, 从而可以提高效率[16]。利用关系式 (1) 可计算出, 当μ>1, 可以获得最大效率, 效率η可以达到0.38。

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式中:μg—补充气体流量Gg和压缩气体流量Gc比值;

ΔTsg—从补充气体压力等熵膨胀到冷气压强的温降。

图2所示为4种空气冷却器, (b) 与 (a) 相比, 在涡流管连接处多了一个网格阻涡器。 (c) 是将两个锥形涡流管顺次相连, (d) 是冷却型涡流管, 在管外有冷却水套, 另外在补充管内设有引气管, 且增加了抽气器。根据试验结果[17]得出, (a) 回注经冷却的热气流可提高效率20%, (b) 和 (c) 可以提高34%, (d) 比一般冷却涡流管效率高出50%。

2 内部能量分离对提高涡流管效率的影响

涡流管的内部能量分离非常复杂, 但也是研究的重点, 因为弄清楚其内部能量分离, 可以为研究涡流管效率的提高, 提供有力的理论依据。

这一方面的研究始于20世纪40年代。在继Ranque和Hilsch之后, Scheper[18]用探针和透明可见的技术测量了Ranque-Hilsch涡流管的流速、压力和静态温度梯度。Scheper构想了接下来的测量内容, 他的理论建立在强制对流传热, 其核心是在涡流室中, 在某种程度上类似于两个管子换热。

之后Ahlborn[19]发展了有两个组成部分的涡流管标准模型, 用来测定温度增长和降低的极限范围。给出了空气作为介质时的实验数据, 计算出在涡流管内部空气的流动极限速度是比音速稍慢的。涡流室现有的唯象理论[25]认为, 气体在涡流室中的运动轨迹是阿基米德曲线, 但实际上以圆周运动为基础, 通过计算气体的切向膨胀功和径向膨胀功, 得出了气体在涡流室中的降温方程为:

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此公式即边缘与轴心的温差公式, 其值只与初速度的平方成正比, 而与中央及边缘点的曲率半径无关。所以为了设备的经济性, 保证适当的制冷量, 选择适当孔板半径与涡流室半径是十分必要的。

Frohingsdorf和Unger[21]研究的是涡流管内部的流速还有能量分离, 用的是κ-ε模型和CFX代码。Promvong[22]用数学模型, 模拟了在单项流动涡流管中的强烈回旋流。Promvonge和Eiamsa-ard[23]实验研究了小型进气口涡流管进气时的能量分离机理。在其实验研究结论中, 小型进气口进气跟原来切线型进口喷嘴相比, 可以降低冷空气的温度, 和提高涡流管效率。此研究不但提供了接下来研究的理论依据, 而且开拓了今后研究的理论方法。

其中Lewins和Bejan[24]对涡流管类比换热器理论在传热影响方面作了一些有益的探索工作。在此基础上, 利用涡流管的速度场和温度场的模拟结果, 对涡流管类比换热器理论进行进一步的分析和探讨, 利用换热器的效能传热单元数法 (s-NTU) , 尝试得出冷流分量同冷端温差的定量化关系。

可以假想涡流管内存在一个冷热分离界面, 冷热流体可以通过假设界面进行传热, 涡流管类比换热器原理图如图3所示。

逆流热交换器的效能为[25]:

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逆流换热器的传热单元数NTU定义为:

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效能系数ε:

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又因为当μ<1/2时, N=M/μ;当μ>1/2时, N=M/ (1-μ) 。

由传热单元数NTU定义式 (4) , 可得:

当μ<1/2时,

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当undefined时,

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由式 (3) 得:

Th-Tc= (Th-TN) [1-ε/ (1-μ) ], μ<1/2;

Th-Tc= (Th-TN) [1-ε/μ], μ>1/2。

最终表达式为:

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式中:a—导温系数;V—体积流量。

国内在此方面的实验研究 [26]是以压缩空气为工作介质, 对三流道喷嘴的涡流管能量分离特性进行了实验, 获得了涡流管制热效应、制冷效应与进气压力以及冷流率之间的关系。在冷流率μ<85% 时, 喷嘴进口压力愈高, 三流道喷嘴涡流管的制冷效应愈好, 在小于最佳制热效应所对应的冷流率时, 喷嘴进口压力愈高, 其制热效应也愈好;在冷流率μ>85% 时, 冷流率愈高, 三流道喷嘴涡流管的制冷效应愈差;在小于最佳制热效应所对应的冷流率时, 冷流率愈高, 其制热效应愈好。

从式 (4) 中可以得到涡流管的冷端温差的定量函数关系式, 通过这一关系式, 研究压比对涡流管特性的影响, 在以空气为工作介质, 入口温度为300K, 压比分别为3、4和5, 无因次量纲数M为0.1的条件下, 对模型函数关系式做了计算, 并对计算结果进行分析, 所得结果如图4和图5所示。

在同样初始条件下, 由图4和图5可得, 随着压比的增大, 涡流管冷端最大温差和最大热端温差都随之增大;当无因次量纲数M = 0.1, 压比分别为3和5时, 最大冷端温差增大了16K, 最大热端温差增大了23K。这种增长趋势正好验证了现今的涡流管制冷实验的研究结果。

3 结语

通过以上对涡流管效率提高的研究, 得出以下结论:

(1) 双数喷嘴好于单数喷嘴, 四流道喷嘴具有最佳制冷制热效应, 而六流道喷嘴的好于八流道的, 其最大制冷、制热效应分别集中在0.37、0.8附近。热端管长度在80～140mm范围内时, 在100mm处效率较高, 再增大无益, 且L/D值为25时效率最高。扩张式分离室当锥角为1.7°或0.3°～5°的时候, 滞止温度低于圆管形分离室。

(2) 在出口压力为0.12MPa和0.15MPa时, 随着进口压力的增加, 涡流管的制冷效率提高, 但到达0.93MPa以后反而下降;在同一冷气流率时, 涡流管制冷效率随入口压力的增大而增大;在不同的入口压力条件下, 涡流管制冷效率随着冷气流率的增大呈先升后降趋势, 且最佳范围, 分别为0.17～0.3与0.5～0.7;膨胀比分别为3、4和6, 当膨胀比小时, 进口压力的变化对涡流管制冷性能没有显著的影响, 但随着膨胀比的增加, 在同一膨胀比下, 进口压力的增加对涡流管制冷效应的影响也越来越显著;在涡流管的中心额外补气, 或者利用热气能量都可以提高涡流管的效率。

(3) 利用换热器的效能传热单元数法, 分析得到了涡流管的冷端温差的定量函数关系式, 并计算和绘制了压比对涡流管特性的影响图, 得出随着压比的增大, 在同样初始条件下, 涡流管冷端最大温差和最大热端温差都随之增大;当无因次量纲数M=0.1, 压比分别为3和5时, 最大冷端温差增大了16K, 最大热端温差增大了23K。这种增长趋势正好验证了现今的涡流管制冷实验的研究结果。

总之, 提高涡流管效率是今后研究涡流管的重点。而涡流管内部能量的分离机理的研究又是重中之重。因此, 采用先进测量技术, 结合先进能量分离理论模型和数值模拟技术将是下一步提高涡流管效率理论研究的主要方向, 同时研究涡流管内高速气流的气动声学特性也将是进一步研究的内容。

摘要：涡流管具有许多优点, 但是一直没有得到广泛的应用, 是因为其效率低下的原因, 本文主要就提高涡流管的效率做了较全面的论述。利用换热器的效能传热单元数法, 分析得到了压比对涡流管特性的影响。对涡流管下一步的研究工作给予了前景性的展望, 提出了进一步开展涡流管相关研究工作应解决的问题与途径。

关键词：涡流管,涡流管效率,制冷效率,能量分离

涡流管效率 篇2

1 双频涡流检测腐蚀

1.1 制作对比试样

1.1.1 材料要求

用作对比试样的钢管须和被探伤钢管的公称尺寸、化学成分、表面状况及热处理状态相同,即要有相同的电导率,磁导率等磁电特性,钢管弯曲度>1.5/1000,表面无氧化皮,无影响标准的缺陷。

1.1.2 制作

依标准,对比试样的人工缺陷为穿过管壁且垂直于钢管表面的孔,人工缺陷共五个,其中三个位于对比试样中间部分,沿圆周分布,互成120°角度,各周向距离>200 mm,而距管二端>200 mm处各加工一个相同的人工缺陷,可检端部效应,如图1所示

1.2 双频涡流检测原理

双频涡流仪的测量电路通常是交流电桥。其检测线圈常为接成差动形式构成电桥的两臂。当测量电桥平衡(即线圈在远离缺陷或横跨缺陷两边时),其输出为零。反之,当差动检测线圈先后通过管臂内缺陷处时,管臂内涡流先后产生部分中断或畸变,使两个检测线圈的阻抗发生相应的变化。该变化破坏电桥平衡,使测量电桥先后输出两个相应的不平衡信号,经放大处理后,在阻抗平面显示器上显示有一定相位角和幅值为“8”字形轨迹,可供判断缺陷的性质及腐蚀危害程度。

1.3 设计与制作传感器

1.3.1 传感器的技术要求

要提高检测灵敏度和可靠性,必须使缺陷信号具有足够的幅度且与其它信号间有足够的相位差。在多频涡流中,接成差动形式的检测线圈构成交流电桥的两臂,电桥电流的检测灵敏度与线圈阻抗变化率、桥臂系数及激励电压有关。为提高检测灵敏度,可适当提高电压和桥臂系数,以增加检测线圈阻抗的相对变化率,因此必须合理选择参数与线圈的尺寸。

1.3.2 线圈尺寸的决定

一载流扁平线圈,实际上是多层密绕的螺线管,当线圈通过电流Ⅰ时,电流密度J为:

$\text{J}=\frac{\text{n}\text{Ι}}{(\text{r}{}_{\text{b}}-\text{r}{}_{\text{a}})\text{h}}$

式中ra—线圈内半径;

rb—线圈外半径;

h—轴向厚度;

n—线圈匝数。

设线圈内通过电流I=10 mA,则根据一定参数可绘出扁平线圈轴线上的Bo—x曲线,如图2所示。

1ra=1.42 rb=4.78 h=3.302ra=1.42 rb=6.78 h=3.303ra=1.42 rb=8.78 h=3.30

由图2可知,线圈外径大,线圈线性范围大,灵敏度低;线圈外径小,线圈线性范围小,灵敏高度,线圈轴向厚度小,灵敏度高;当线圈内径不同时,轴向磁场变变化很小。所以为使外径一定的线圈有较大的线性范围与尽可能大的灵敏度,设计时要尽量选用薄的线圈。

1.3.3 选择线圈参数

线圈绕制时,线圈匝数从下式估算:

L=40 πmKn/l

式中:r—线圈平均半径;

n—线圈匝数;

l—线圈长度;

Kn—如线圈长度有限时,磁场分布不均匀,用此修正系数。

1.3.4 传感器的制作

制造传感器时,先依设计图样制造线圈骨架,其材质常用耐辐射与耐高温的尼龙棒,它车制工艺要求严格、二个槽的尺寸深与宽尽可能相同,并要求槽壁光滑、不可有光刺,绕线应均匀、平衡。制成线圈后必须测量其电阻、电感等性能,二线圈的测得物理性应基本相等,最后把绕线制完的线圈引出线和输出电缆线连接到骨架的接线柱上,且用环氧粘合剂封装。[6,9]

1.4 检测结果

1.4.1 对比试样实验

用主频F1=80 KHz和副频F2=40 KHz同时激励检测探头线圈,得到两幅频率分别为F1和F2的阻抗图形。把F2图形经过因子变换,然后把F1和F2图形矢量相减,缺陷信号仍可保留,如图3所示。

配置探头的检测结果与仪器原配探头的栓测结果几乎相同。同样能很好地区分穿孔和外壁缺陷,如图4所示:

由上可知,设计制作的传感器试验效果良好,可在工业上推广应用。

1.4.2 检测的平面阻抗图分析

利用平面阻抗图分析技术对热交换管进行检测。通过100 %全面检测,主要缺陷有清洗不净而残留的颗粒状金属及裂纹、硬质点压痕、外表面划痕(犁沟),如图5～图9所示。

由上可知,用双频涡流技术对热交换管进行腐蚀损伤程度检测可切实可行,行之有效,它具检测速度快、灵敏度高、测试结果准确等优点。利用平面阻抗分析,结合传感器设计可及时有效地发现工作传热管的缺陷,且符合检测标准的要求,可以用于工业实际的检测中去。

2 换热管的腐蚀原因和抗腐蚀措施

2.1 腐蚀原因

(1) 金属换热管本身材质不均匀,夹有杂质,在工作介质条件下,金属本身成微电池而腐蚀。

(2) 换热管受外界质侵蚀,如受HAc、原油、脂肪酸、乳酸、硝酸、硝酸加盐酸、海水、磷酸、次氯酸、硫酸、氨基磺酸、SO2等引起不锈钢晶间腐蚀;受碱液、硝酸盐、海水、液氨、CO2-CO-H2O等引起金属应力腐蚀。

(3) 对换热管的设计、制造、运输、安装与生产过程操作不适当而加速腐蚀。

2.2 抗腐蚀保安全生产措施[7]

(1)设计时对不同介质与不同操作条件选用不同金属材质换热管;在设备制作时先检查材料合格证、与现场检查材料在运输过程应无受损,又在制造过程不可有焊渣等飞溅物落于换热管表面,管表面也不可光洁度受损;设计物料入口处尽量设有防冲击板;焊接时防止应力集中。

(2)生产使用操作时防止温度过高,温度变化大、物料流速突大、防止换热管在使用过程常受振动而引起应力腐蚀。

(3)在流体介质中加防腐蚀剂,如锡炉给水中氧腐蚀,可调节水中的pH值在8.5～10之间减少氧腐蚀;介质中加阻垢剂、缓蚀剂、杀菌剂、杀藻剂等。

(4)用牺牲阳极的电化学阴极保护法来防止换热管腐蚀,即在换热器壳程内腔部位熔焊一大块锌板作阳极,使Zn板溶解放出的电流使换热管表面夹杂物处易孔蚀部位发生阴极极化,以达减弱或阻止换热管的电化学腐蚀。

3 结 语

化工厂、石油化工厂、发电厂等用的热交换管在运行中用双频涡流检测仪测定管材腐蚀等情况,以利早发现问题,及时修理、防止泄漏物料引起质量事故与燃烧及爆炸。双频涡流检测技术准确性高,快速性大,灵敏度高,工业实用性好又先进,在换热管选用材质、制造、贮运、安装、运用过程都采取上述防腐蚀措施,则换热器使用寿命可延长数十倍,既节省人力、物力,又减少排污与安全生产。由此可见用双频涡检测及防腐措施还可推广应用于冶金、机械、航空、航天、交通、核电、舰艇等国防事业上,为国家安全生产、和谐、快速又持续发展作贡献。

参考文献

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[8]戴光译.无损擦伤与评价.北京:中国石油化工出版社,2006.

涡流管效率 篇3

冷凝器是火力发电厂的主要辅助设备之一, 在汽轮机组的热力系统中起着冷凝的作用。它工作性能的好坏对整个汽轮机运行过程中的经济性以及安全性会产生直接的影响[2], 是金属监督检验的重点, 目前电站机组中使用的冷凝器管普遍采用小直径不锈钢薄壁管[3]。其管内的介质是经过化学处理的除盐水, 而管外的冷却水是未经处理的原水, 如果冷凝器管因制造缺陷、腐蚀穿孔或管壁开裂等而将管外原水渗漏到管内, 就会导致炉水品质下降, 直接影响锅炉的安全经济的运行, 造成锅炉爆管、腐蚀损伤、减少锅炉使用寿命等危害。因此能够有效检测出冷凝器管的缺陷就变得十分重要了。

涡流检测具有检测速度快, 灵敏度高、检测信号为电信号, 可进行数字化处理, 便于存储、再现及进行数据比较和处理等优点[4]。将该检测技术应用到冷凝器管检测中可以弥补无损检测项目的空白, 使检测结果更科学客观[5], 使之该检测技术成为国内对不锈钢薄壁管的检测主要检测方法。因此探索和分析更高效、更灵敏、更适合的涡流检测工艺也成为研究的重点和发展方向。

1 涡流检测技术原理

涡流检测是涡流效应的一项重要应用, 当载有交变电流的检测线圈靠近导体试件时, 由于激励线圈磁场的作用, 试件中会产生涡流, 而涡流的大小、相位及流动形式受到试件导电性能的影响, 同时产生的涡流也会产生一个磁场, 这个磁场反过来又会使检测线圈的阻抗发生变化, 如果试件中存在缺陷时, 试件的导电性能必定发生变化, 从而导致检测线圈阻抗发生变化, 因此, 通过测定检测线圈的阻抗变化, 就可以判断出被测试件的性能及有无缺陷等[6]。

2 冷凝器管检测工艺的理论研究

2.1 检测仪器

采用爱德森 (厦门) 电子有限公司开发的多频、多通道智能全数字式八频的新一代涡流检测设备 (EEC-39RFT+) 。配备有内、外穿检测探头。

2.2 标样管制备

为了获取与冷凝器管相同的检测状态, 避免电磁性方面的差异, 标样管应与被检工件具有相同或者相近规格、牌号、热处理状态、表面状态和电磁特性[7], 因此标样管直接从被检工件上割取。标样管表面不应沾有异物, 且无影响校准的缺陷。标准样管上的人工缺陷为垂直于管壁的圆形通孔, 圆形通孔加工位置如图1所示。

标准样管上圆形通孔尺寸选取见表1。

2.3 仪器调整、校准和检测工艺制定

标样管主要用于调节检测仪器的检测灵敏度、调整检验参数、保证检测结果的准确性, 标样管获取的数据是仪器缺陷检测能力的衡量标准, 表示冷凝器管上缺陷识别的敏感程度。因此, 调整仪器使用合适的检测频率和增益, 使仪器获得对标样管上最小缺陷有高的灵敏度, 才能开始对冷凝器管的检测。

按照仪器说明书连接好检测仪器, 请勿将仪器放置在潮湿、易爆环境中操作, 以免发生短路爆炸[8], 开机预运行≥10min, 对检测设备进行调整, 采用四阻抗平面图显示方式, 信道编号为:S1P1F1、S2P1F2、S3P1F3、S4P1F4;其工作参数为每个信道选取频率分别是:F1=20000HZ、F2=40000HZ、F3=80000HZ、F4=160000HZ。

将标准样管穿过已经调整好的检测仪器的外穿探头, 中间3个对称通孔的显示幅度应基本一致, 并选取其最低幅度作为检测仪器的调整样孔, 将其相位调整为40°, 幅度调到满屏的40%, 并将该幅度作为检测仪器的触发报警电平, 然后再加1-3d B作为检测的灵敏度。通过标准样管人工缺陷测试, 确认系统调整达到了所要求的灵敏度。

标准样管和检测线圈之间的相对移动速度, 应与工作状态下被检管材和检测线圈之间的相对移动速度相同, 且应满足仪器允许的检测速度上限要求, 检测速度为≤30m/min。

连续检测过程中每隔2h, 须用标准样管对仪器和探头灵敏度进行检查和复验校验。

3 冷凝器管检测工艺的现场应用与验证

为保证检测线圈内径与被检冷凝器管外径相匹配, 满足其填充系数要求, 检验前将冷凝器管外表面清洁, 去除影响检测的粉尘及其他污物, 特别是铁磁性粉屑。

按照测量标准样管时设置的工作参数调整好仪器, 使用当时的频率和增益对冷凝器管进行检测。在检测中某管子的检测图像如图2所示, 该图显示缺陷幅值在4个阻抗平面图中均都超过了设置的报警电平, 但在第1个阻抗平面图和第4个阻抗平面图中幅值超过报警电平更加明显, 说明在此两种频率和增益的组合下, 对该同一缺陷检测的灵敏度更高, 效果更好。后经现场查验该管子, 发现出现缺陷超标位置存在机械损伤。

在对另外的管子检测中还发现如图3所示的检测图像, 该图显示缺陷幅值也超过了设置的报警电平, 但仅在第1个阻抗平面图中发现明显的缺陷幅值超过报警电平, 说明在该频率和增益下检测效果最好, 并能有效避免缺陷的漏检。经检查发现该管子外表面完好, 再从管子有缺陷信号位置切断, 通过用手指触摸发现管子内壁存在制造完成时就存在的小凹坑。

4 结语

通过对冷凝器管涡流检测工艺的研究和制定, 并将该工艺应用到实际检测现场当中, 验证了该检测工艺参数选取的正确性和可行性。该工艺对冷凝器管存在的内壁凹坑、机械损伤等缺陷有良好的检测灵敏度。将该检测工艺应用到冷凝器管的检测中, 不仅检测速度快、检测率高、检测准确、有效避免漏检, 及早发现管子存在的潜在缺陷, 可防患于未然, 对保证了汽轮机组安全可靠运行具有重要的意义, 从而也降低了使用企业的运行成本。

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