超聲監(jiān)測技術(shù)的新應(yīng)用

1、超聲監(jiān)測技術(shù)的新應(yīng)用超聲檢測技術(shù)是一門以物理、 電子、 機(jī)械以及材料學(xué)為基礎(chǔ)， 各行各業(yè)都在使用的通用 技術(shù)之一， 他是通過超聲波的產(chǎn)生、 傳播及接受的物理過程完成的。目前， 超聲波技術(shù)廣泛 應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的很多方面。其中超聲探傷檢測是無損探傷中最為重要一種方法， 由于超聲波具有穿透能力強(qiáng)、 對材 料人體無害、使用方便等特點(diǎn)，可對各種鍛件、軋制件、鑄件、焊縫等進(jìn)行內(nèi)部缺陷檢測， 因而得到廣泛應(yīng)用。此外利用超聲波的各種特性， 超聲技術(shù)還應(yīng)用于金屬與非金屬材料厚度測量、 流量測量、 料位及液位檢測與控制、超聲波零件清洗等工業(yè)領(lǐng)域。本文主要介紹超聲技術(shù)在設(shè)備故障檢測及診斷方面的最新應(yīng)用。一壓力及真空

2、系統(tǒng)的泄漏檢測當(dāng)氣體在壓力下通過限流孔時(shí)， 它從一個(gè)有壓層流變?yōu)榈蛪何闪?（參見圖 1）。紊流產(chǎn) 生所謂的“白噪聲”廣譜聲音。 在這種白噪聲中含有超聲波分量。 因?yàn)樾孤┎课坏某曌畲螅?探測這些信號通常是非常簡單的。目前已有成熟的超聲檢測專用儀器， 可將探測到的超聲波信號轉(zhuǎn)換為人耳可聽見的音 頻信號，適用于各種泄漏檢測。 （參見附錄）泄漏可以在壓力系統(tǒng)或真空系統(tǒng)中出現(xiàn)。 在這二種系統(tǒng)中， 超聲的產(chǎn)生方式如上所述。 二者之間唯一不同的是真空泄漏產(chǎn)生的超聲波振幅通常小于同等流速的壓力泄漏。 其原因在 于真空泄漏產(chǎn)生的紊流是發(fā)生在真空室內(nèi)，而壓力泄漏產(chǎn)生的紊流出現(xiàn)在大氣中什么樣的氣體泄漏采用超聲波探

3、測呢？一般來說，不管何種氣體，包括空氣在內(nèi)，只 要它從限流孔泄出時(shí)產(chǎn)生紊流， 就可以用超聲波探測。 與氣體專用的傳感器不同， 超聲檢測 是屬于聲音專用檢測。氣體專用傳感器僅能用于它所能辨別的具體氣體（如氦） 。而超聲檢 測能辨別出任何類型的氣體，因?yàn)樗綔y的是泄漏紊流所產(chǎn)生的超聲。由于超聲檢測的多功能性， 它可用于各種各樣的泄漏探測。 能檢測氣動系統(tǒng)， 檢測氣密電纜 （如電信系統(tǒng)使用的） ，檢測鐵路車輛、卡車及公共汽車上的氣動剎車系統(tǒng)。 給容器、管道、 機(jī)殼加壓可輕易地檢測出泄漏。 通過監(jiān)聽泄漏的紊流， 可方便地探測出真空系統(tǒng)、 透平排氣、 真空室、原料處理系統(tǒng)、冷凝器、氧氣系統(tǒng)的各種泄漏。閥

4、門內(nèi)泄漏檢測 當(dāng)液體或氣體流經(jīng)管道時(shí)，除了彎頭或障礙處，只產(chǎn)生少量紊流或不產(chǎn)生紊流。泄漏 的閥門，有逃逸的液體或氣體從高壓區(qū)流向低壓區(qū)，在低壓區(qū)或（下游）側(cè)形成紊流，并產(chǎn) 生白噪聲。 如果閥門內(nèi)部泄漏， 儀器能檢測到孔隙處產(chǎn)生的超聲波。 泄漏閥座的聲音完全取 決于液體或氣體的密度。 有時(shí)它聽起來像細(xì)小的噼啪聲， 有時(shí)像高聲呼哧聲。 音質(zhì)取決于流 速和管道內(nèi)部壓差。 例如：低壓和中壓水流容易辨別出是水。 但是，沖過半開閥門的高壓水 聽起來特別像蒸汽。地下泄漏探測地下泄漏取決于具體泄漏產(chǎn)生的超聲波的量。 某些微量的泄漏只發(fā)出特別小量的 超聲波。 另外還有土壤能隔斷超聲波， 疏松的土壤比堅(jiān)實(shí)的土壤吸

5、收更多的超聲波。 如果泄 漏發(fā)生在靠近表面的地方，而且比較嚴(yán)重，就能很快地探測出來。 采用某些其它手段， 也同 樣能探測出更微小的泄漏。 有時(shí)需要給管道加壓， 產(chǎn)生更大的流動和更多的超聲波。 有時(shí)卻 需要讓有問題的管道排水，用閥門把該區(qū)域隔離開來，再向里面注入氣體（空氣或氮?dú)猓?， 使泄漏部位產(chǎn)生更大的超聲波。 后一種方法被證明十分有效。 另外不排水也能將檢驗(yàn)氣體注 入管道的檢測區(qū)域。當(dāng)有壓力的氣體穿過液體進(jìn)入泄漏部位時(shí)，產(chǎn)生可被探測到的噼啪聲。有時(shí)，需要靠近泄漏（源） 。這種情況下，打入細(xì)的結(jié)實(shí)金屬棒，使其接近（但不碰 到）管道。將接觸探頭挨住金屬棒，監(jiān)聽泄漏聲音。該檢測需每隔13 英尺重復(fù)

6、一次，直到聽到泄漏的聲音。超聲音頻無損泄漏檢驗(yàn)： 是一種超聲波無損探傷的方法，常用于檢驗(yàn)無法加壓或無法抽成真空的系統(tǒng)。該超聲 波檢驗(yàn)的用途非常廣泛，如檢測容器、管子、管道、換熱器、焊縫、密封填料、密封、門、 窗、艙口等。進(jìn)行該項(xiàng)檢測是將一種超聲波 發(fā)生器 放置在被檢測物體的里面 （或其一側(cè)） 。從發(fā)生器 發(fā)出的超聲脈沖信號會“充斥” 被測物體，并從泄漏孔隙處穿過。 通過在被測物體的外表面 （或另一側(cè)）用專用超聲探測儀器掃描聲音的穿透，就能探測到泄漏。二。軸承磨損監(jiān)測用超聲波檢測和監(jiān)測軸承是探測軸承早期故障的可靠方法。 超聲波在軸承出現(xiàn)升溫或增 加低頻振動水平之前就會提出警告。用超聲波檢查軸承有

7、助于發(fā)現(xiàn)：a）開始疲勞故障；b）軸承表面的布氏硬度；c）潤滑劑過多或過少。在滾動軸承中，當(dāng)滾柱或滾珠開始變疲勞，開始出現(xiàn)細(xì)小的變形。金屬的變形會產(chǎn)生 不規(guī)則的表面，因而導(dǎo)致超聲波量的增加。原始讀數(shù)振幅的變化說明軸承出現(xiàn)早期故障。 超過任何原始讀數(shù) 12dB 的讀數(shù)的現(xiàn)象， 均可認(rèn)為該軸承已進(jìn)入故障開始狀態(tài)。該資料是由美國國家航天局通過在滾珠軸承上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所發(fā)現(xiàn)的。在用 2450kHz 頻率監(jiān)測軸承的實(shí)驗(yàn)中， 他們發(fā)現(xiàn)振幅的變化說明軸承出現(xiàn)早期故障 （先 于其它任何指示，包括溫度變化和振動變化） ?；谔綔y和分析軸承共振頻率調(diào)制的超聲波 系統(tǒng)具有進(jìn)行細(xì)微探測的能力； 而傳統(tǒng)的方法是無法探測出非常

8、輕微的故障。 當(dāng)滾珠經(jīng)過內(nèi) 圈表面的坑或瑕疵時(shí)， 滾珠產(chǎn)生撞擊， 這種重復(fù)的撞擊會使軸承組件結(jié)構(gòu)共振。 振動或振鳴 產(chǎn)生的聲音作為被測軸承超聲波頻率振幅增加而被捕獲。軸承表面的布氏硬度，由于滾珠不圓而出現(xiàn)的不規(guī)則滑動會產(chǎn)生類似的振幅增加。這 些點(diǎn)也會產(chǎn)生重復(fù)振鳴，被作為被測頻率振幅增加而被探測出來。 由于被檢測到的超聲波可被轉(zhuǎn)換為人耳可聽的音頻， 故建議用戶應(yīng)熟悉正常軸承的聲音。 正 常軸承發(fā)出的聲音像呼哧聲或嘶嘶聲。 噼啪聲或粗糙聲音說明軸承已處于故障階段。 某些情 況下， 損壞的滾珠發(fā)出咔噠聲， 而高強(qiáng)度、 不均勻粗糙聲音可能表明損壞的座圈或滾珠的不 均勻損壞。如出現(xiàn)該情況，應(yīng)經(jīng)常地進(jìn)行檢

9、查。檢測軸承故障檢測軸承故障有二種基本方法： 比較法和歷史法比較法包括檢測二個(gè)或更多的同類軸承，并“比較”潛在的差異。 歷史法要對某個(gè)具體軸承監(jiān)測一段時(shí)間，來建立其歷史。通過分析軸承的歷史，以特 定的超聲波頻率出現(xiàn)的磨損變得明顯，它能很容易地探測出來，并修正軸承的問題。進(jìn)行軸承比較檢驗(yàn)步驟：1）使用接觸（導(dǎo)音探測器）插件。2）選擇所需的頻率。如果只能監(jiān)測一種頻率，考慮使用30kHz。3）選擇軸承體上的 “檢測點(diǎn)”，并進(jìn)行標(biāo)識。 用接觸插件接觸該點(diǎn)。 在超聲波檢測中， 超聲波穿越的介質(zhì)或材料越多，讀數(shù)越不精確。因此，接觸探頭一定要真正接觸到軸承體。 若無法做到這點(diǎn)，接觸潤滑油嘴或盡量靠近軸承。4

10、 ）以同樣的角度接近軸承，接觸軸承體的相同部位。5）降低靈敏度，可更清晰地監(jiān)聽音質(zhì)。6）通過耳機(jī)監(jiān)聽軸承聲音，并正確分析信號的“質(zhì)量”。7）選擇類似荷載條件和相同轉(zhuǎn)速的同型號軸承。8）比較儀器讀數(shù)和音質(zhì)的差異。進(jìn)行軸承歷史檢驗(yàn)的步驟：在用 歷史方法開始監(jiān)測軸承之前，必須用 比較方法確定基線。1）進(jìn)行上述 1） 8）檢驗(yàn)步驟。2）保存讀數(shù)作為未來參考。3）將讀數(shù)與先前（或未來）讀數(shù)比較。根據(jù)所有未來讀數(shù)，將頻率調(diào)節(jié)到原級別。如果分貝級超過基線 12dB，說明軸承已進(jìn)入早期故障狀態(tài)。潤滑不足通常超過基線 8dB，聽起來象高聲的呼哧聲。 如果懷疑是潤滑不足， 加注潤滑劑后， 再檢測。如果讀數(shù)不回到原

11、來的水平，仍然高居不下，考慮軸承快進(jìn)入故障狀態(tài)， 要經(jīng)常檢 驗(yàn)。潤滑不足 要避免潤滑不足，應(yīng)注意如下情況：1）潤滑膜變薄時(shí)，聲級增高。高出基線8dB 并伴有均勻的呼哧聲，說明潤滑不足。2）加注潤滑劑時(shí)，要加注的剛使讀數(shù)回到基線。3）注意：某些潤滑劑需要一定的時(shí)間來均勻地覆蓋軸承表面，每次要少量地加注。 不要過量潤滑。過量潤滑引起軸承故障的通常原因之一是過量潤滑。潤滑劑的超壓經(jīng)常破壞或“爆裂”軸承密 封，或引起溫升，產(chǎn)生應(yīng)力和變形。要避免過量潤滑：1）如果讀數(shù)仍在基線，并且軸承發(fā)出的仍是基線聲音，不要加注潤滑劑。2）加注潤滑劑時(shí)，要加注的剛使讀數(shù)回到基線。3）如上所述，某些潤滑劑需要時(shí)間來均勻地

12、覆蓋軸承表面。低速軸承超聲技術(shù)可用來監(jiān)測低速軸承。 具靈敏度范圍和頻率調(diào)節(jié)功能的超聲檢測儀器完全能 夠夠監(jiān)聽軸承的音色。轉(zhuǎn)速極低的軸承（小于25rpm），通常比較大（ 1/2 英寸），并采用高粘度潤滑脂來潤滑。大多數(shù)情況下是聽不到聲音的，因?yàn)闈櫥汛蟛糠致暷芏嘉樟恕?如果能聽到聲音，通常為噼啪聲，說明軸承正在發(fā)生變形。其它大多數(shù)低速軸承是可以設(shè)定基線的，并能進(jìn)行如上所述的監(jiān)測。三電孤、電暈、漏電檢測超聲技術(shù)可以用于探測電氣系統(tǒng)的三個(gè)基本問題：電孤放電：電傳導(dǎo)到“地面”時(shí)會產(chǎn)生電孤。閃電就是一個(gè)很好的例子。電暈放電： 當(dāng)導(dǎo)體上帶電壓時(shí)， 如天線或高壓輸電線路超過周圍空氣的限界值時(shí)， 空氣 開

13、始游離并形成藍(lán)色或紫色輝光。漏電：常稱之為“小型電弧放電” ，它沿著損壞的絕緣體路徑運(yùn)動。典型的應(yīng)用包括：絕緣子、電纜、開關(guān)柜、母線、繼電器、線路斷路器、配電箱、接 線盒等。在變電站，還可檢測像絕緣子、變壓器和絕緣套管等裝置。超聲技術(shù)可用于低壓（小于15kV）、中壓（ 15kV115kV）和高壓（大于 115kV）系統(tǒng)的故障檢測。低壓設(shè)備檢測：低壓設(shè)備主要關(guān)心的是電弧放電故障。典型的110，220，380V 電力系統(tǒng)主要使用紅外熱像儀或點(diǎn)溫儀檢測電路接點(diǎn)溫度變化。 電路熱點(diǎn)可指示出潛在的設(shè)備故障或火災(zāi)發(fā)生危險(xiǎn)。 因 為當(dāng)電弧發(fā)生時(shí)，常伴隨熱現(xiàn)象。但是， 當(dāng)設(shè)備被遮擋住時(shí)， 采用紅外技術(shù)進(jìn)行檢測

14、就不可 能了。超聲波檢測常用于封閉的開關(guān)柜、 繼電器、 斷路器的電弧檢測。 由于在門縫和排氣孔 周圍掃描可以探測出超聲波的輻射， 因此就象使用紅外線掃描裝置一樣， 不需要開關(guān)柜離線 就可檢測出嚴(yán)重的故障，如電弧放電、漏電及電暈放電等。確定故障是否存在，比較簡單。 比較同類設(shè)備之間的音質(zhì)和聲級，有問題的聲音會完全不同。中壓及高壓設(shè)備檢測。 中高壓設(shè)備通常產(chǎn)生更大的能源損耗。電弧、電暈及漏電現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，都會產(chǎn)生超聲 波，并預(yù)示者潛在的設(shè)備故障。 通過檢測超聲信號可以相當(dāng)容易地探測出這些故障。 當(dāng)電從 高壓線路漏出或從電氣接線間“跳躍” ，它會擾動其周圍的空氣分子并產(chǎn)生超聲波。多數(shù)情 況下，該聲音聽起來象噼啪聲或“油煎”聲音，有時(shí)候該聲音聽起來像蜂鳴聲。局部放電：通常發(fā)生于變壓器及使用 SF6 的絕緣系統(tǒng) 在高壓電力設(shè)備中， 超聲波局部放電檢 在時(shí)間上更有極早的預(yù)知性， 更能有效地局