结构件损伤监测检测

发布时间:2021-04-05 14:22 阅读次数:
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解决方案 - RAEM1系列远程声波(声发射)监测系统
 

1、简介

·原理:
       结构材料中的裂纹、形变、脱粘分层等损伤过程常伴有声波产生,接收分析这个声波并判断损伤的类型、程度和位置,对结构件完整性做出健康评价。


       例如:桥梁大坝等金属非金属结构的裂纹开裂,石油化工设备压力容器等金属结构的裂纹开裂,阀门管道等结构的裂纹开裂,发电机、车床等转动设备结构的裂纹开裂,等。
 

·应用结果:
       365天在线监测检测,全过程自动分析结果,物联网远程使用,手机报警推送。

 

·自动给出监测诊断结果   ·在线和历史数据屏幕显示  ·在线手机报警推送

        总结

        实现了各种材料的结构件损伤声波(声发射)监测检测,并把损伤等级推送给用户。用户可根据等级及时开展对应维修,以延长结构件寿命,杜绝设备因结构件失效导致的事故和损失。

       ✮适用于各种材料设备(如桥梁、风电、刀具、储罐、作业平台等设备)的结构件损伤监测
       详细应用例子:桥梁大坝等金属非金属结构的裂纹开裂,石油化工设备压力容器等金属结构的裂纹开裂,阀门管道等结构的裂纹开裂,发电机、车床等转动设备结构的裂纹开裂,等。

 

       优点:
       ·完全免布线
       ·内置电池供电,连续工作4小时以上,适合定期检测
       ·也可电缆供电,这样就可以长期自动监测检测
       ·内置传感器,中心频率40kHz,频率范围15kHz~70kHz,满足结构检测,传感器也可更换。
       ·内置高精度无线同步时钟,8通道同步时钟优于10us,可以做时差定位评级
       ·小巧,底部带磁铁,现场安装方便。
       ·数据既可传输到电脑做深入分析,又可上传到云平台自动评级。
 

2、解决方案-RAEM1系列远程声波(声发射)监测系统

       ·适用于各种材料的结构件损伤监测检测(如各种材料的桥梁、风电、刀具、储罐、作业平台等设备结构件的损伤监测检测)

系统示意图

       ·多种数据输出通讯方式(WiFi、4G、以太网、RS485 等),可根据用户需求配置,实现定期检测/本地长期监测检测/远程长期监测检测等多种应用方式。
       注:上述系统都有手机app蓝牙通讯巡检和现场调试设置功能。

3、主要软硬件介绍

       RAEM1系列远程声波(声发射)监测系统

       系统组成:采集器,平台,客户终端(可多个采集器组成多通道监测系统,对大型设备实时监测)

 

1)配置表

传感器

GI40窄频带内置前放一体化

GI150窄频带内置前放一体化

采集器

名称

RAEM1采集器

通讯方式

有线

RS-485

CAN

LAN

无线

4G(流量计费参考运营商套餐)

WIFI

蓝牙(手机蓝牙巡检)

LORA(组网)

终端
输出

手机

APP

小程序

短信

邮件

云平台

清诚物联网云平台

阿里云平台

亚马逊云平台

电脑软件

SWAE软件

RAEM1软件

       2)RAEM1采集器

       集传感器、采集卡、数据通讯(蓝牙等)、电池供电、无线时钟同步为一体的RAEM1智能声波(声发射)采集器。

 

       3)传感器

       GI40GI150系列传感器,将机械信号转化为电信号输入声波(声发射)采集分析系统

 

GI40或GI150系列

 

       4)平台

       云端服务器、局域网、PC、手机等。

 

       5)参数指标

通道组合

单通道或多通道组合使用

采样精度

16位

采集方式

门限触发/时间触发

系统噪声

优于30dB

采样频率

单个通道最大采样率2M点/秒

动态范围

70dB

防护等级

IP65

输入带宽

10kHz-1000kHz

供电

12VDC

重量

220g

模拟滤波器

30kHz、125kHz两个高通滤波器,80kHz、175kHz两个低通滤波器组合,默认30kHz~80kHz,
125kHz~175kHz两种带通滤波器组合,出厂固定

数字滤波器

256阶的FIR滤波器,OKHz~1000kHz频率范围内任意数值设置直通、高通、低通、带通

传感器

内置前放系列传感器,三种内置前放可选28V40dB,12V34dB,5V26dB

数据输出

波形、参数、参数评级

AE特征参数参数

到达时间,幅度,振铃计数,能量,上升时间,持续时间,RMS,ASL

内置SD卡容量

64G(可拓展至512G)

通讯方式

4G、网口、WiFi、RS485(可根据用户要求定制其他通讯方式,如NB-IOT、Lora等)

使用温度范围

-20℃~60℃。(WiFi版本为0℃~60℃)

尺寸

圆筒直径φ62mm,高度 100mm

安装

底部自带磁性,可吸附于被测物体表面

 

 

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方案案例    

       1)高温压力容器声波(声发射)监测

     ◆关键部位安装RAEM1,监测结构件损伤状态     
     ◆开启采集
     ◆分析验证,得到判据标准
     ◆验证效果良好,关闭波形和参数输出
     ◆设置判据,输出得到手机平台推送信息

     某台球形高温压力容器,每4个月进行2个小时加压循环检测数据结果如表:

1号高温
压力容器

4个月

8个月

12个月

16个月

20个月

幅度(dB)

52

58

66

75

92

强度等级

低强度

低强度

中强度

中强度

高强度

活度等级

中活度

中活度

中活度

强活度

超强活度

综合等级

II

II

II

III

IV

     按标准NBT 47013.9--2015-承压设备无损检测条款6评价结果与分级中的表2、表3、表5的声发射定位源的等级划分,确定a=60,b=80。得到各次检测的级别如上表。(幅度值取定位源中前5个最大的幅度的平均值,且已根据衰减测量结果加以修正)
     第1、2、3次检测综合等级为II级;第4次检测综合等级为III级;第5次检测综合等级为IV级。

     ①云平台:
     用户可通过云平台进行远程配置、远程监控,把数据上传到云平台进行显示分析。

     图1:1高温压力容器1号通道(qc_raem1_4g_89),在第4812、1620个月的综合级别分别为:IIII,II,III,IV

       手机推送
       到达报警界限,手机推送报警信息。报警方式:小程序、邮箱、短信、APP。
       据云平台1号高温压力容器数据可知,2022年3月触碰3级报警线,2022年7月触碰4级报警线。手机同步收到报警推送。
 

       

 

       SWAE软件
       可云端数据下载后使用清诚的SWAE软件进行深度分析,也可以直接发送到SWAE软件进行实时分析处理。
       1号高温压力容器在第3次监测时触碰3级报警线。通过清诚的SWAE软件,可查看数据并定位缺陷部位(仅限于选配了RAEM1无线定位功能或选用RAEM1-6系列的设备才可使用)。

 

实际案例

       材料在应力作用下的变形与裂纹扩展,是结构失效的重要机制。

 

       声波(声发射)无损检测技术,可以推断损伤情况和发展规律,对结构件的损伤发生和发展趋势做出预测。
 

       1)G50沪渝高速宜昌长江公路大桥钢板裂纹在线检测
 

 

图1 宜昌长江大桥

 
图2 传感器安装

 
图3 主机采集信号


图4 检测结果

G50沪渝高速宜昌长江公路大桥桥面钢板裂纹声波(声发射)在线监测
 

       2)某化工厂球罐声发射检验

       我司对某化工厂650m³球罐进行声发射检测,本次检测是在装置加压过程中进行声发射整体监测和数据采集,压力从 0MPa开始对被检容器进行数据采集,共进行1个加压循环。

 
图1加载程序图(P-T)

图2传感器分布图

       本次检测共布置22个探头(分3层,上下层布置6个,中间层布置8个,上下极各一个,排列成三角网络形式进行局部监测),每个探头均采用RAEM1内置电池带无线同步的采集器,具体布置位置如图2所示。
       备注:探头均匀分布,垂直间距4221mm,赤道层水平间距4221mm,上下层水平间距3979mm,1号探头位于铭牌支柱上方。

 
图3升压阶段事件定位图

 
图4 保压阶段事件定位图

       经过数据分析,本次声发射检测共发现有意义信号源4个S1~S4,如图3。声发射数据定位图见图3~图4。对该声发射源综合等级评定如下表:

编号 活性 强度 综合等级
S1 中活性
S2 中活性
S3 中活性
S4 中活性

该声发射源综合等级评定均为Ⅱ级,建议对该声发射源区进行其他常规检验方法的复验。
参考标准NB/T47013.9-2015《承压设备无损检测第9部分:声发射检测》。

 优点:免布线,免供电,使用方便

       3)金刚石合成过程钉锤开裂的声波(声发射)诊断

 
 

       人工合成金刚石过程中,呈现正方体的芯料由六个钉锤施力加载,在某一个钉锤加载面收到破裂时,如不能及时停机,则六个钉锤会发生互相顶撞并全部报废的状况;之前由全人工进行人耳巡检,听到异响再跑过去停机,效率低且漏检率高,因此引入声发射在线监控技术,对压机合成过程实时监控对开裂信号发出报警,且引发合成压力机停机机制。
       针对现场大幅值的噪声干扰,使用模拟和数字滤波器针对性的去燥,可有效提高检测动态范围;利用声发射独有的事件生成机制,利用空间滤波,可准确识别声源发生位置,并判断钉锤开裂信号。
 

       4)禹城市绿健生物技术有限公司反应釜声发射检测

       位于某公司公司磁力驱动反应釜于2011年4月制造,2011年8月投用,壳程介质为镍粉、葡萄糖。
       检测实施前,根据检测技术要求,结合该罐具体情况编制了现场检测方案,并于2019年5月对该反应釜进行声发射检测。
       通过内部水压填充,结合声发射对容器筒体和封头部位做检测,该容器平时最大工作压力为10.5Mpa,检测环节试验压力为11.6Mpa,经过一次加压循环,在最大工作压力和试验压力时做出声发射评价。

反应釜传感器布置示意图

       经衰减测试,下底与上环缝之间可进行时差定位,共使用7个传感器,每个探头均采用RAEM1内置电池带无线同步的采集器,搅拌器法兰座一圈均布3个传感器4~5~6,等间距0.65米;上环缝均布3个传感器1~2~3,等间距1.67米;层间表面间距0.83米;上环缝到下底轴承座3.72米;4#传感器位于1#和2#传感器中线上。

反应釜升压阶段时差定位图

反应釜保压阶段时差定位图

       对升压、保压环节声发射数据进行小振铃计数、长持续时间参数过滤后进行时差定位分析。
检验结论:发现一处声发射定位集中源区S1,其强度等级中强,活度等级中活,声发射综合等级为Ⅱ级,建议结合实际情况进行其它无损方法复验。

       5)曲臂式高空作业平台声波(声发射)检测

       曲臂式高空作业平台故障一般发生在玻璃钢(FRP),或发生金属悬臂的裂纹断裂、平台的失衡倾侧倒下等。

安装示意图

       采集模块布置在曲臂式高空作业平台需要检测的部位,采集到的数据上传到云端,通过一定的算法判断出是否出现故障或隐患、判断故障严重程度和确定故障位置,把报警消息推送到客户端,避免重大事故的发生。



案例图

       6)高温管线焊缝声波(声发射)监测方案

       针对于容器上两道纵缝的监测,使用2个RAEM1单通道声波(声发射)监测模块,每套模块各包含一个用于裂纹检测的谐振为150KHz的高温传感器(350℃),一个宽带40dB放大器及一个采集器。
       对所监测的每条焊缝中部位置进行局部保温层破拆,将声发射传感器贴合在焊缝附近并固定,通过同轴电缆将传感器、放大器和声发射采集器进行连接,此后可对保温层进行恢复,声发射采集器需要进行12V直流供电,可根据现场实际情况决定采集器安置位置。

传感器布置示意图

 

系统连接示意图

实现:
       · 对容器在运行状态下的缺陷产生和扩展进行全天候监控;
       · 利用缺陷产生的信号的发展趋势变化,对容器运行安全状态提供评估依据;
       · 基于大量运行数据的处理,设定容器的安全运行状态预警,当缺陷活性达到一定程度时自动报警;
       · 在容器过寿命运行时,根据缺陷信号发展评估容器安全状态,科学延长容器使用寿命。