声发射技术在卷烟设备管道泄漏检测中的应用

【摘要】在卷烟生产过程中一些设备管道、阀门容易出现漏气现象，影响安全生产。输送气体管道发生破损出现气体泄漏，高速的气体分子会与管壁摩擦碰撞产生声发射信号，采用声发射检测技术可以对管道、阀门等的漏气进行检测。文章介绍了声发射技术在卷烟生产制造过程中的烘丝机管道漏气检测上的应用，采用互相关法对漏气孔进行定位，取得了较好的效果。

【关键词】卷烟设备；管道漏气；无损检测；声发射

一、引言

在卷烟生产过程中，一些气体输送管道如烟丝管道、压缩机空气管道、烘丝机管道等难免会发生破损，从而产生气体泄漏事故。这样会使得管道内气压偏低，降低设备工作效率并影响产品生产质量，甚至会发生严重事故。由此，对卷烟生产过程中管道漏气的检测很有必要。

声发射（Acoustic Emission，简称AE）检测技术是无损检测（NDT）技术的一种，无损检测是指以不影响或不破坏所检测对象的使用性能为前提，对所检对象中缺陷存在与否进行检测，并通过缺陷的数量、大小及位置等信息，对被检测对象的状态进行推断的全部技术的总称[1]。声发射检测作为一种无损检测方法，对材料内部裂纹产生和扩张等缺陷所产生的声信号进行检测，常用于在役设备中缺陷和缺陷发展的检测。近些年来，声发射检测以其具有实时采集与分析功能、安全环保和良好的敏感性等优势备受关注。声发射方法提出了一种全新的对缺陷的理解，它能够对材料及其内部存在的缺陷或处于变化状态的潜在缺陷进行检测。与其它常规检测方法的主要区别在于能够实时动态监测、检测和判断构件结构是否完整以及动态分析材料断裂等行为。对于无损检测，声发射技术在解决构件或材料产生损伤的时间以及判断损伤的性质、位置和严重程度等问题方面发挥着其重要的作用[2，3]。

二、声发射检测技术原理

声发射（AE）是材料内局部源短时间内释放能量并产生瞬时弹性波的过程[4]。声发射现象普遍存在于自然界中，其信号频率较为宽泛的遍布于次声到超声的范围内。管道气体的泄漏是复杂的气体喷流过程。该过程会产生喷流声源。喷流声源的产生与流场状态、泄漏孔径大小、环境等因素息息相关[5]。

管道在泄漏过程中，在管内外压力差作用下，介质在孔口形成最高的流动速度。泄漏的介质高速穿过微小空隙时，由于震动、突然膨胀、减速、扩张或撞击，流体产生雷诺应力或剪力形成湍流导致空气动力发声[6]。如果输送气体管道发生破损出现气体泄漏，高速的气体分子会与管壁摩擦碰撞产生声发射信号。利用声发射探头可以检测到这一信号。

三、实验应用

卷烟生产过程中会用到烘丝机将烟叶丝进行烘烤处理，使烟丝达到设定的工艺水份值，以满足后续的工艺加工需求。本文将声发射系统应用到烘丝机管道泄漏检测之中。声发射检测系统结构图如图1所示。

其中声发射传感器谐振中心频率为80kHz，放大增益为40dB，滤波为低通滤波，截止频率为500KHz，数据采集卡采用16位A/D转换器，采样率为1MHz，数据采集卡连接到PC端。

将声发射传感器安置在存在气体泄漏的烘丝机输气管道上，安置示意图如图2所示。

传感器1接收到的信号经过滤波后时域显示如图3所示，频域显示如图4所示。传感器2接收到的信号经过滤波后时域显示如图5所示，频域显示如图6所示。

四、结果分析与结论

由图4和图6可知，当存在气体泄漏时会产生声发射信号，对比图4和图6可知，传感器的位置不同接收到信号的大小也不同，并且信号大小是随着传感器距离气孔的长短而不同，距离气孔越远，信号越弱。

采用互相关分析方法对管道漏气孔进行线性定位，通过对两个声发射信号进行互相关，计算分析得到的管道漏气孔位置与实际漏气孔位置相差1.5厘米。

通过声发射检测系统对烘丝机进行漏气检测取得了较好的效果，证明声发射检测技术能够应用到卷烟生产过程中一些管道漏气的检测中去，能够通过声发射技术的检测防止一些事故的发生，提高工作效率，具有重大意义。

参考文献

[1]张俊哲等.无损检测技术及其应用[M].北京：科學出版社，1993.10

[2]胡昌洋，杨钢锋，黄振峰等.声发射技术及其在检测中的应用[J].计量与测试技术，2008， 35（6）：1-2

[3]叶琳，张艾萍.声发射技术在设备故障诊断中的应用[J].新技术新工艺，2000， （8）：

16-17

[4]王祖荫.声发射技术基础[M].济南：山东科学技术出版社，1990.10

[5]王福军.计算流体力学分析—CFD软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004.

[6]马大猷.现代声学理论基础[M] .北京：科学出版社，2004.296-306.

作者简介

向邦云（1972-11），男，重庆市（籍贯），现职称：工程师，学历：研究生，研究方向：烟草设备管理及创新。