CN102680055B - 一种防水锤的超声波水位检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防水锤的超声波水位检测方法，包括如下步骤：⑴选择工作频率范围为0.5MHz～10MHz的A型脉冲反射式超声波探伤仪。⑵选择探头。⑶选择与被检测管相同规格和相同材质的直管作对比试块。⑷调整超声波探伤仪的检测灵敏度。⑸确定管道的被测部位，打磨至见金属光泽，涂上耦合剂。⑹将探头放于管道的被测部位，启动仪器进行检测。⑺将出波位置与检测参考反射波位置进行对比。⑻若出波位置在参考反射波之前，水位低于限值；出波位置在参考反射波后，水位超出限值。本发明精确判断管道的水位是否超过最高允许水位值，及时为运行操作提供技术支持，避免发生水锤现象，有利于生产运行安全，减少和避免水锤造成人员伤害和经济损失。
Description
技术领域
本发明属于工程理化检测技术领域，涉及一种超声波检测的方法，具体涉及一种防水锤的超声波水位检测方法。
背景技术
水锤又称水击。水(或其他液体)输送过程中，由于阀门突然开启或关闭、水泵突然停车、骤然启闭导叶等原因，使流速发生突然变化，同时压强产生大幅度波动的现象。由水锤产生的瞬时压强可达管道中正常工作压强的几十倍甚至于数百倍，可导致管道系统强烈振动和噪声，对管道系统有很大的破坏作用，并破坏阀门和接头。水锤效应在生产中会造成整个管道系统及其吊挂、固定装置损坏，甚至发生人身事故。为防止水锤现象产生，减少和避免水锤效应对生产和人民生命财产造成损失，需要及时检测出含水管路中水的状况，消除产生水锤的根源。实际工作中为了检测管道内水位值，不可能把每一根管道割开进行查验，然后再进行焊接，这样对管道会造成损坏，同时工作量大，没有实际可操作性。
申请号为20081023723的中国发明专利申请公开一种防水击开关阀的调节方法，“作为一种主动防护水击措施,在开关阀启闭动作时间一定的情况下,通过设定开关阀的开启、关闭程序,即初始阶段较慢开启、关闭,可使水击的正向波和反射波产生的波动还没有发展完全,在一定的开口量下,有助于防止产生直接水击;开启后期,开启速度快速压力的变化主要以水击波和水击反射波的相互作用为主,开口量的变化对其影响较小,对水击波的幅值的影响不大,从而使系统中水击压力上升值最小或小于预先给定的值,有助于降低系统的响应时间。”。但是，该专利申请不能测定管路中的水位，不能有效的防止出现水锤现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种防水锤的超声波水位检测方法，利用A型脉冲反射式超声波探伤仪对管道进行检测，判断管道的水位是否超过最高允许水位值，为运行人员操作提供技术支持，避免发生水锤现象。
本发明防水锤的超声波水位检测方法，包括如下步骤：
⑴选择工作频率范围为0.5MHz～10MHz的A型脉冲反射式超声波探伤仪。
⑵选择探头，当被测管径≤159mm时，选用5PΦ10mm纵波直探头，当被测管径＞159 mm时，选用2.5PΦ20mm纵波直探头。
⑶选择与被检测管相同规格和相同材质的直管作对比试块。对比试块设有进水口和放水管，放水管上设有放水阀，对比试块两端装有机玻璃盖，有机玻璃盖上有刻度线。
⑷调整超声波探伤仪的检测灵敏度，过程为：
① 通过注水口向对比试块内注满水。
② 调节超声波探测仪，找到探头对侧管子外壁反射波信号，并调整检测范围，使其反射信号在95%满屏刻度，使注满水后反射波信号在检测范围。
③ 通过放水阀调节对比试块的水位至最高允许水位。最高允许水位根据实际产生水锤的水位确定，不同介质和工况最高允许水位数值不同。
④将纵波直探头放于对比试块的下部，使探头中心轴线垂直于对比试块轴线，探头和对比试块的接触部位涂上耦合剂，启动仪器进行扫描。
⑤第一个反射波为水界面反射波，所述水界面反射波为参考反射波，调节仪器增益，使参考反射波至满屏刻度的80%，再增益3dB作为检测灵敏度。
⑸确定管道的被测部位，被测部位位于被检管道的最低部位，对被测部位打磨至见金属光泽，涂上耦合剂。
⑹将探头放于管道的被测部位，使探头中心轴线垂直于被检测管道轴线，启动仪器进行检测。
⑺显示屏出现反射波，将出波位置与参考反射波位置进行对比。
⑻若第一个反射波位置出现在参考反射波之前，说明水位低于最高允许水位限值。若第一个反射波位置出现在参考反射波之后，则说明水位超出最高允许水位限值,将情况汇报给运行操作人员，采取防止水锤措施后再进行检测。
耦合剂为甘油。在超声波探伤仪设置报警闸门，报警闸门设置在满屏刻度60%，报警闸门的横向位置设置在最高允许水位界面反射波最高波5%满刻度，报警宽度为仪器屏幕满刻度的10%。对比试块1直管的长度为300mm。
本发明防水锤的超声波水位检测方法根据超声纵波在异质界面会产生波的折射和反射的原理，不需破坏管道即可完成检测，对水位进行较精确检测。防水锤的超声波检测水位采用A型超声波直探头脉冲反射法，具体原理为：纵波可在固体、液体、气体中传播，故本检测系统采用纵波检测。超声波在不同的介质中的传播速度不同，在钢中纵波声速为5900m/s，20℃下的水中纵波声速为本发明防水锤的超声波水位检测方法，1480m/s，空气中声速为340m/s，同时，钢、水、空气密度不同，故钢的声阻抗不同，钢的声阻抗为z钢=4.5×106g/cm2·s，水的声阻抗为z水=0.15×106g/cm2·s（20℃时），空气的声阻抗为z空气=0.00004×106g/cm2·s，在异质界面产生一定的声压反射和透射。示波屏上反射波的波高与声压成正比，故可通过反射信号出波位置检测出管道内水位。
本发明防水锤的超声波水位检测方法利用A型脉冲反射式超声波探伤仪对管道进行检测，精确判断管道的水位是否超过最高允许水位值，及时为运行人员的操作提供技术支持，避免发生水锤现象，有利于生产运行安全，减少和避免水锤造成人员伤害和经济损失。使用对比试块调节超声波探伤仪的灵敏度，方法简单、可靠，有利于提高仪器的灵敏度和检测准确性。通过设置报警阀门，实时报警，及时提醒检测人员水位超过阀门值，可以优化检测过程，方便检测人员的操作。
附图说明
图1为本发明防水锤的超声波水位检测方法的流程示意图；
图2为对比试块的结构示意图；
图3为图2的A向图；
图4为管道内有水时的超声波检测截图；
图5为管道内无水时的超声波检测截图。
其中：
1—对比试块、2—进水口、3—有机玻璃盖、4—放水管、5—放水阀、6—支架、7—刻度线、8—参考反射波、9—报警闸门、10—测试水位波。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
本发明防水锤的超声波水位检测方法的过程如图1所示，包括如下步骤：
⑴选用A型脉冲反射式超声波探伤仪，仪器型号为CTS-9002Plus，工作频率范围为0.5MHz～10MHz。仪器至少在荧光屏上满刻度80%呈线性显示，并且具有80dB以上的连续可调衰减器，步进级每步不大于2dB。
⑵被检测管道的规格为Φ51×5mm，材质为12Cr1MoV，管径较小，故选用5P10mm探头。
⑶选择与被检测管相同规格和相同材质的直管作对比试块。如图2、图3所示，所述对比试块1设有进水口2和放水管4，放水管上设有放水阀5，对比试块两端装有机玻璃盖3，有机玻璃盖上有刻度线7。对比试块1直管的长度为300mm，对比试块的下部装有支架6。
⑷调整超声波探伤仪的检测灵敏度，调整过程为：
①通过注水口2向对比试块内注满水。
②调节超声波探测仪，找到探头对侧管子外壁反射波信号，并调整检测范围，使其反射信号在95%满屏刻度，使注满水后反射波信号在检测范围（视屏横向范围），本实施例实际经计算管道对侧反射波信号位置为184mm，为方便观察，检测范围设置为250mm。
③通过放水阀5调节对比试块的水位至最高允许水位，本实施例水位为50%。
④将纵波直探头放于对比试块1的下部，使探头中心轴线垂直于对比试块轴线，探头和对比试块的接触部位涂上耦合剂甘油，启动仪器进行扫描。
⑤第一个反射波为水界面反射波，所述水界面反射波为参考反射波8，调节仪器增益，使参考反射波至满屏刻度的80%，再增益3dB作为检测灵敏度。
⑥ 设置报警闸门，报警闸门9位于视屏的位置为水界面反射波刚好通过报警闸门中心，高度为满屏刻度60%，闸门宽度设置为10%满屏刻度。
⑸确定管道的被测部位，被测部位位于被检管道的最低部位，对被测部位打磨至见金属光泽，涂上耦合剂甘油。
⑹将纵波直探头直接放于管道的被测部位，使探头中心轴线垂直于被检管道轴线，启动仪器进行检测。
⑺显示屏出现的反射波，将出波位置与检测参考反射波位置进行对比。
⑻若第一个反射波位置出现在参考反射波之前，说明水位低于最高允许水位限值。第一个反射波位置出现在参考反射波之后，则说明水位超出最高允许水位限值,将情况汇报给运行操作人员，采取防止水锤措施后再进行检测。如图4所示，第一次测定超声波检测截图上的测试水位波10位于参考反射波8之后，说明管道中水位超出最高允许水位限值,可能发生水锤。经操作人员排水处理后再进行检测，如图5所示，参考反射波8之后没有测试水位波10，说明管道中水位中没有超过最高允许限值。
Claims (5)
1.一种防水锤的超声波水位检测方法，包括如下步骤：
⑴选择工作频率范围为0.5MHz～10MHz的A型脉冲反射式超声波探伤仪；
⑵选择探头，当被测管道管径≤159mm时，选用5PΦ10mm纵波直探头，当被测管道管径＞159mm时，选用2.5PΦ20mm纵波直探头；
⑶选择与被测管道相同规格和相同材质的直管作对比试块(1)，所述对比试块设有进水口（2）和放水管（4），放水管上设有放水阀（5），对比试块两端装有机玻璃盖（3），有机玻璃盖上有刻度线（7）；
⑷调整超声波探伤仪的检测灵敏度，过程为：
①通过进水口（2）向对比试块内注满水；
②调节超声波探伤仪，找到探头对侧管子外壁反射波信号，并调整检测范围，使其反射信号在95%满屏刻度，使注满水后反射波信号在检测范围；
③通过放水阀（5）调节对比试块的水位至最高允许水位；
④将纵波直探头放于对比试块(1)的下部，使探头中心轴线垂直于对比试块轴线，探头和对比试块的接触部位涂上耦合剂，启动超声波探伤仪进行扫描；
⑤第一个反射波为水界面反射波，所述水界面反射波为参考反射波（8），调节超声波探伤仪增益，使参考反射波至满屏刻度的80%，再增益3dB作为检测灵敏度；
⑸确定被测管道的被测部位，所述被测部位位于被测管道的最低部位，对被测部位打磨至见金属光泽，涂上耦合剂；
⑹将探头放于被测管道的被测部位，使探头中心轴线垂直于被测管道轴线，启动超声波探伤仪进行检测；
⑺显示屏出现反射波，将出波位置与参考反射波（8）位置进行对比；
⑻若被测管道内水界面反射波位置出现在参考反射波（8）之前，说明水位低于最高允许水位限值；若被测管道内水界面反射波位置出现在检测参考反射波之后，说明水位超出最高允许水位限值,将情况汇报给运行操作人员，采取防止水锤措施后再进行检测。
2. 根据权利要求1所述的防水锤的超声波水位检测方法，其特征是：所述耦合剂为甘油。
3.根据权利要求1所述的防水锤的超声波水位检测方法，其特征是：在超声波探伤仪设置报警闸门（9）。
4.根据权利要求3所述的防水锤的超声波水位检测方法，其特征是：所述报警闸门（9）位于视屏的位置为水界面反射波刚好通过报警闸门中心，高度为满屏刻度60%，报警闸门宽度设置为10%满屏刻度。
5.根据权利要求1所述的防水锤的超声波水位检测方法，其特征是：所述对比试块（1）直管的长度为300mm。
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