CN115265945B - 一种基于异音信息的调门消音器裂纹在线检测方法 - Google Patents

一种基于异音信息的调门消音器裂纹在线检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115265945B
CN115265945B CN202210897390.1A CN202210897390A CN115265945B CN 115265945 B CN115265945 B CN 115265945B CN 202210897390 A CN202210897390 A CN 202210897390A CN 115265945 B CN115265945 B CN 115265945B
Authority
CN
China
Prior art keywords
silencer
muffler
frequency
vibration acceleration
door
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210897390.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115265945A (zh
Inventor
王琇峰
袁文文
郭美娜
殷东升
田龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Veizu Equipment Diagnosis Technology Co ltd
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Suzhou Veizu Equipment Diagnosis Technology Co ltd
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Veizu Equipment Diagnosis Technology Co ltd, Xian Jiaotong University filed Critical Suzhou Veizu Equipment Diagnosis Technology Co ltd
Priority to CN202210897390.1A priority Critical patent/CN115265945B/zh
Publication of CN115265945A publication Critical patent/CN115265945A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115265945B publication Critical patent/CN115265945B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/24—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using infrasonic, sonic, or ultrasonic vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/003—Arrangements for testing or measuring

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

一种基于异音信息的调门消音器裂纹在线检测方法，先通过采集调门阀杆处的振动加速度信号，并根据采集得到的振动加速度信号，计算调门谐波噪声比，当其大于3.5时，说明该调门存在啸叫异音，推测调门内消音器有裂纹现象；对振动加速度信号进行频域分析，识别出频谱图中明显的基频及谐波成分，对调门内部的消音器采用有限元分析软件进行结构模态仿真分析，计算得到消音器的前n阶固有频率；根据已经计算得到的消音器结构固有频率和现场采集得到的基频，计算两者相对误差，当误差小于等于10％时，说明调门内的消音器发生了结构共振，并存在裂纹现象；本发明无需进行停机拆卸，大大缩减了检测成本。

Description

一种基于异音信息的调门消音器裂纹在线检测方法
技术领域
本发明属于汽轮机高压调门故障诊断技术领域，具体涉及一种基于异音信息的调门消音器裂纹在线检测方法。
背景技术
高压调门是汽轮发电机组的主要部件，其工作原理为通过调门阀杆控制蒸汽进气量以满足汽轮机运行需求。由于高压调门长期工作于高温高压蒸汽喷注激励环境，消音器等零部件不可避免地出现裂纹损伤。其中消音器作为高压调门的过流部件，一旦出现裂纹，轻则导致调门振动；如裂纹扩展并出现断裂，碎片随蒸汽进入汽轮机则可能造成机组停机维修，造成严重的经济损失，因此需要对其健康状况进行检测。
目前排查消音器裂纹需将汽轮机停机解体，通过荧光着色渗透、荧光渗透和着色渗透等无损检测方法进行检测。渗透检测是当前压力容器渗透检测的基本方法，荧光渗透检测和着色渗透检测在渗透液类型上存在一定差异性，前者通常选择荧光颜料，后者则选择油性颜料和红色水性颜料。荧光着色渗透检测融合了两者的检测技术优势，能够在提高灵敏度的基础上，增强渗透检测的适用性，降低外界环境对检测结果的干扰。然而上述检测方法均需在设备停机拆卸后方能实施，维修时间和检测成本大大增加，且属于事后检测，设备运行期间的状态不可达，因此工业现场迫切需要一种消音器裂纹故障在线检测技术以实现消音器健康状况的实时检测，确保汽轮机运行安全。
发明内容
为了克服上述现有技术缺点，本发明的目的在于提供一种基于异音信息的调门消音器裂纹在线检测方法，将异音信号用于高压调门消音器裂纹检测思路，从而为高压调门的预测性维修提供技术支撑；本发明无需进行停机拆卸，大大缩减了检测成本。
一种基于异音信息的调门消音器裂纹在线检测方法，通过消音器在调门内受到底部小孔的喷注激励及窄缝隙过流喷注激励，会激发消音器共振，在共振导致的疲劳应力作用下，消音器容易产生裂纹；消音器裂纹在喷注机理作用下会引起消音器共振并进一步扩展，共振会引起蒸汽的动态脉动和动态泄露，从而激发出上部气柱共鸣腔的共振，最终产生异音现象，将异音信号用于高压调门消音器裂纹检测思路。
一种基于异音信息的调门消音器裂纹在线检测方法，包括以下步骤：
步骤1：在调门阀杆布置振动加速度传感器，采集调门的振动加速度信号x(t)；
步骤2：根据采集得到的振动加速度信号，计算调门谐波噪声比HNR，当HNR>3.5时，说明该调门存在啸叫异音，推测调门内消音器有裂纹现象；
步骤3：对步骤1采集得到的振动加速度信号x(t)进行频域分析，识别出频谱图中明显的基频及谐波成分，并将基频记为f0；
步骤4：采用有限元分析对调门内部的消音器进行结构模态仿真分析，计算得到消音器的前n阶固有频率
步骤5：根据计算得到的消音器结构固有频率fs和现场采集数据计算得到的基频f0，计算fs与f0的相对误差δ，
当δ中的δi存在δi≤10％时，说明调门内的消音器发生了结构共振，并存在裂纹现象。
所述的步骤2计算调门谐波噪声比，具体方法如下：
首先去除振动加速度信号的直流分量，其表达式如下：
X(t)＝x(t)-mean(x(t))
式中，x(t)为振动加速度信号，X(t)是去除直流分量之后的振动信号，mean(x(t))为振动加速度信号的直流分量；
计算X(t)的自相关函数，表达式如下：
Rxx＝∫X(t)X(t+τ)dt
式中，τ为时间差，Rxx为X(t)的自相关函数；
求得振动信号的自相关函数在滞后域中的最大值位置，从而，谐波噪声比计算如下：
式中，τmax是使得Rxx的自相关谱达到局部最大的滞后值，Rxx(τmax)为谐波的能量，Rxx(0)为信号的总能量，Rxx(0)-Rxx(τmax)为噪声能量。
所述的步骤3明显的基频f0是指具备两个典型特征的频率：1)小于500Hz低频区的局部突出能量的频率；2)具有明显的倍频，其1-4倍频均为局部峰值。
所述的步骤4是通过在ANSYS workbench的modal模块中对消音器进行模态仿真分析，计算得到消音器的前n阶固有频率及相应振型，其中
本发明的有益效果为：
本发明能够有效的识别调门消音器是否存在裂纹，并且通过在线检测振动信号进行检测，无需进行停机拆卸，大大缩减了检测成本，为核电厂调门消音器在线诊断提供了一套有效的解决方法。
附图说明
图1为本发明的原理图。
图2为本发明实施例方法的流程图。
图3为本发明实施例振动加速度传感器布置测点示意图。
图4为本发明实施例调门谐波噪声比HNR统计折线图。
图5为本发明实施例被测的振动加速度信号频谱图。
图6为本发明实施例消音器结构模态仿真设置示意图。
图7为本发明实施例消音器1、2阶结构模态仿真振型云图。
图8为本发明实施例消音器裂纹位置。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进一步详细说明。
如图1所示，一种基于异音信息的调门消音器裂纹在线检测方法，其原理为：通过消音器在调门内受到底部小孔喷注激励及底部缝隙过流喷注激励，会激发消音器共振，在共振导致的疲劳应力作用下，消音器容易产生裂纹；消音器裂纹在喷注机理作用下会引起消音器共振并进一步扩展，共振会引起蒸汽的动态脉动和动态泄露，从而激发出上部气柱共鸣腔的共振，最终产生异音现象。
如图2所示，一种基于异音信息的调门消音器裂纹在线检测方法，包括以下步骤：
步骤1：通过振动加速度传感器在调门阀杆位置采集调门的振动加速度信号x(t)，其中X方向为水平垂直于横担的方向，振动加速度传感器测点布置在阀杆顶端处，如图3所示；
步骤2：计算调门谐波噪声比，步骤如下：
首先去除振动加速度信号的直流分量，其表达式如下：
X(t)＝x(t)-mean(x(t))；
式中，x(t)为振动加速度信号，X(t)是去除直流分量之后的振动信号，mean(x(t))为振动加速度信号的直流分量；
计算X(t)的自相关函数，表达式如下：
Rxx＝∫X(t)X(t+τ)dt
式中，τ为时间差，Rxx为X(t)的自相关函数；
求得振动信号的自相关函数在滞后域中的最大值位置，从而，谐波噪声比计算如下：
式中，τmax是使得Rxx的自相关谱达到局部最大的滞后值，Rxx(τmax)为谐波的能量，Rxx(0)为信号的总能量，Rxx(0)-Rxx(τmax)为噪声能量；
计算得到的调门谐波噪声比HNR＞3.5时，说明该调门存在啸叫异音，如图4所示，图中异常样本在各个开度下的HNR均大于3.5，因此推测调门内消音器有裂纹现象；
步骤3：对步骤1采集得到的振动加速度信号进行频域分析，由于此时调门存在啸叫特征，频谱图中存在明显的基频及谐波成分，其中基频成分f0＝414Hz，振动加速度信号频谱图如图5所示；
步骤4：对调门的消音器进行三维建模，并在ANSYS workbench的modal模块中进行模态仿真分析，设置阀盖处的螺栓孔为fixed support，仿真设置如图6所示；
步骤5：根据已经计算得到的消音器结构固有频率和现场采集得到的基频f0，计算与f0的相对误差δi：
其中，当δi≤10％时，说明调门内的消音器发生了结构共振，并存在裂纹现象。
实施例：在某次故障检测中，通过采集调门阀杆处的振动加速度信号，并根据采集得到的振动加速度信号，计算得到的不同开度下调门谐波噪声比HNR分别为4.90、8.90、10.44、7.87、4.37、5.41、6.77、10.31、11.61、11.48和8.2，均大于3.5(对应开度下正常调门HNR分别为1.31、0.58、0.78、0.41、0.85、2.36、2.77、1.21、1.02、0.83和0.73)，说明该调门存在啸叫异音，推测调门内消音器有裂纹现象；对振动加速度信号进行频域分析，其中基频成分为f0＝414Hz；对调门内部的消音器采用有限元分析软件进行结构模态仿真分析，计算得到消音器前6阶固有频率分别为379.01、379.18、470.53、474.55、474.66和799.53Hz；根据已经计算得到的消音器结构固有频率和现场采集得到的基频f0，计算得与f0的相对δ1和δ2分别为8.45％、8.41％，均小于10％，说明调门内的消音器发生了1、2阶结构共振，并存在裂纹现象，1、2阶振型如图7所示，为消音器单向摆动振型。小修进行拆机检查时，发现该台调门消音器底部存在十余条裂纹，如图8所示，数字标注处即为裂纹所在位置，验证了本发明的正确性。
可以看出，本发明中提出的基于异音信息的调门消音器裂纹检测方法能够有效的检测调门消音器是否出现裂纹，并且与传统无损检测方法相比无需调门拆卸，大大降低了检测成本，能够为高压调门的预测性维修提供有效技术支持。

Claims (3)

1.一种基于异音信息的调门消音器裂纹在线检测方法，其特征在于：通过消音器在调门内受到底部小孔的喷注激励及窄缝隙过流喷注激励，会激发消音器共振，在共振导致的疲劳应力作用下，消音器产生裂纹；消音器裂纹在喷注机理作用下会引起消音器共振并进一步扩展，共振会引起蒸汽的动态脉动和动态泄露，从而激发出上部气柱共鸣腔的共振，最终产生异音现象，将异音信号用于高压调门消音器裂纹检测；
所述的方法包括以下步骤：
步骤1：在调门阀杆布置振动加速度传感器，采集调门的振动加速度信号x(t)；
步骤2：根据采集得到的振动加速度信号，计算调门谐波噪声比HNR，当HNR>3.5时，说明该调门存在啸叫异音，推测调门内消音器有裂纹现象；
步骤3：对步骤1采集得到的振动加速度信号x(t)进行频域分析，识别出频谱图中明显的基频及谐波成分，并将基频记为f0；
步骤4：采用有限元分析对调门内部的消音器进行结构模态仿真分析，计算得到消音器的前n阶固有频率
步骤5：根据计算得到的消音器结构固有频率fs和现场采集数据计算得到的基频f0，计算fs与f0的相对误差δ，
当δ中的δi存在δi≤10％时，说明调门内的消音器发生了结构共振，并存在裂纹现象；
所述的步骤2计算调门谐波噪声比，具体方法如下：
首先去除振动加速度信号的直流分量，其表达式如下：
X(t)＝x(t)-mean(x(t))
式中，x(t)为振动加速度信号，X(t)是去除直流分量之后的振动信号，mean(x(t))为振动加速度信号的直流分量；
计算X(t)的自相关函数，表达式如下：
Rxx＝∫X(t)X(t+τ)dt
式中，τ为时间差，Rxx为X(t)的自相关函数；
求得振动信号的自相关函数在滞后域中的最大值位置，从而，谐波噪声比计算如下：
式中，τmax是使得Rxx的自相关谱达到局部最大的滞后值，Rxx(τmax)为谐波的能量，Rxx(0)为信号的总能量，Rxx(0)-Rxx(τmax)为噪声能量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤3明显的基频f0是指具备两个典型特征的频率：1)小于500Hz低频区的局部突出能量的频率；2)具有明显的倍频，其1-4倍频均为局部峰值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤4是通过在ANSYS workbench的modal模块中对消音器进行模态仿真分析，计算得到消音器的前n阶固有频率及相应振型，其中
CN202210897390.1A 2022-07-28 2022-07-28 一种基于异音信息的调门消音器裂纹在线检测方法 Active CN115265945B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210897390.1A CN115265945B (zh) 2022-07-28 2022-07-28 一种基于异音信息的调门消音器裂纹在线检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210897390.1A CN115265945B (zh) 2022-07-28 2022-07-28 一种基于异音信息的调门消音器裂纹在线检测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115265945A CN115265945A (zh) 2022-11-01
CN115265945B true CN115265945B (zh) 2024-07-16

Family

ID=83771268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210897390.1A Active CN115265945B (zh) 2022-07-28 2022-07-28 一种基于异音信息的调门消音器裂纹在线检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115265945B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102226783A (zh) * 2011-03-25 2011-10-26 北京工业大学 一种基于振动声调制技术的管道闭合裂纹检测装置及方法
CA2828913A1 (en) * 2011-03-04 2012-09-13 The Japan Steel Works, Ltd. Method of determining fatigue crack lifetime in high-pressure hydrogen environment

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58150859A (ja) * 1982-03-03 1983-09-07 Hitachi Ltd 回転体の亀裂診断装置
US5068800A (en) * 1989-03-14 1991-11-26 Rem Technologies, Inc. Crack detection method for shaft at rest
JP5705091B2 (ja) * 2011-11-16 2015-04-22 三菱電機株式会社 クラック検査装置
CN107101827B (zh) * 2017-06-19 2019-05-21 苏州微著设备诊断技术有限公司 一种低速重载齿轮裂纹故障在线检测方法
EP4006517A1 (en) * 2020-11-26 2022-06-01 RO-RA Aviation Systems GmbH Method for detecting and locating cracks in a physical structure by means of an electro-mechanical impedance technique
CN214250889U (zh) * 2020-12-24 2021-09-21 广西瞪羚科技有限公司 一种手持式裂缝智能识别装置
CN113203797B (zh) * 2021-05-31 2023-02-28 郑州磨料磨具磨削研究所有限公司 一种金刚石片裂纹检测方法与装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2828913A1 (en) * 2011-03-04 2012-09-13 The Japan Steel Works, Ltd. Method of determining fatigue crack lifetime in high-pressure hydrogen environment
CN102226783A (zh) * 2011-03-25 2011-10-26 北京工业大学 一种基于振动声调制技术的管道闭合裂纹检测装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115265945A (zh) 2022-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104165925B (zh) 随机共振的离心式压缩机半开式叶轮裂纹故障检测方法
CN105067239B (zh) 基于扫频激励振动的梁裂纹故障检测装置及方法
Rao et al. Blade vibration triggered by low load and high back pressure
CN102128674B (zh) 测量水轮机过流部件卡门涡振动的方法
CN107122531A (zh) 一种基于加速寿命试验的高速叶轮寿命评估方法
CN111504587A (zh) 一种立式水轮发电机导轴承支架振动特性评估系统及方法
CN112729836B (zh) 一种循环改进型的水轮机空蚀初生状态判别系统及其方法
Deines et al. Modal analysis and SHM investigation of CX-100 wind turbine blade
CN106441843B (zh) 一种旋转机械故障波形识别方法
CN107101834A (zh) 基于特征频率的涡轮增压器喘振预测装置及预测方法
Clark et al. Using CFD to reduce resonant stresses on a single-stage, high-pressure turbine blade
CN103216461A (zh) 轴流式压气机的失速先兆识别方法
CN109959709B (zh) 全隐框玻璃幕墙边界结构密封胶损伤识别方法
CN115265945B (zh) 一种基于异音信息的调门消音器裂纹在线检测方法
Rokicki et al. Frequency and modeshape evaluation of steam turbine blades using the metal magnetic memory method and vibration wave propagation
CN113987871A (zh) 一种航空发动机叶片损伤在线识别方法
CN111735593A (zh) 一种水轮机模型机振动频率跟踪测试分析方法
CN109781442B (zh) 一种磁浮列车转向架裂缝故障的检测方法
Kielb et al. Experimental and numerical study of forced response in a full-scale rotating turbine
CN111222277A (zh) 输气站增压泵进出口管道的振动评价方法
Malkin Natural vibration frequency definition of turbine blades
CN104776420A (zh) 基于振动信号特征分析的锅炉过热器结渣诊断方法及系统
JP6280354B2 (ja) 翼形部の健全性をモニタするためのシステム及び方法
CN214149779U (zh) 一种盐雾振动复合试验系统
CN114235951B (zh) 一种发动机进气机匣支板的裂纹故障声学诊断方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant