實驗名稱：換流閥冷卻系統均壓電極結垢超聲導波檢測方法研究

研究方向：無損檢測

測試目的：

為了探究超聲導波檢測的靈敏度，本文構建了換流閥冷卻系統均壓電極結垢檢測模型，詳細分析了不同厚度水垢與聲波信號的交互過程。針對在役充液管道檢測時復雜的工況，研究了導波模態識別技術和信號去噪技術，從而建立了回波信號衰減、模態轉換等信息隨污垢厚度的變化函數。最后構建了一套換流閥均壓電極結垢超聲導波檢測實驗系統，實驗結果表明，基于L(0，2)超聲導波回波特性的在線結垢檢測精度達0.1mm，為換流閥均壓電極結垢檢測提供了一種高效的方法。

測試設備：功率放大器ATA-4011、收發一體式超聲換能器、激勵探頭、前置放大器、任意波形發生器和示波器等。

實驗過程：

圖：實驗設計示意圖

搭建實驗系統，換流閥冷卻系統均壓電極檢測實驗安排示意圖如上圖所示。其中匯流管道和均壓電極尺寸均根據遼陽換流站冷卻系統實際尺寸數據一致，管道內徑為54mm，外徑為60mm，內部填充有靜態水。在任意波形信號發生器中導入經過hanning窗調制的五周期中心頻率為150kHz激勵信號，通過功率放大器放大后加載于布置在管道端部的激勵探頭上，激勵形成L(0，2)縱向超聲導波并與鉑電極進行交互，接收到的導波信號由前置放大器放大后由示波器顯示，并提取到PC上進行去噪和模態時別處理。

圖：實驗系統

為進一步研究基于縱向導波回波特性的均壓電極結垢檢測方法有效性，在實際水管管道上進行了實驗?實驗管道內徑為54mm，外徑為60mm，內部填充有靜態水，實驗管道的幾何尺寸和材料特性均與上文數值仿真所用參數相同?斜楔體及超聲探頭布置在管道端部，均壓電極設置在管道中心，距探頭約300mm，實驗主要考慮9種尺寸均相同的均壓電極結垢狀態：0.1~0.8mm步長為0.1mm設置結垢及無結垢狀態作為對照組?

實驗結果：

圖：實驗中的回波信號

上圖為實驗中接收到的9種結垢狀態回波信號?圖中第一個紅圈標注為主模態L(0，2)，第二個紅圈標注為轉換模態，與仿真分析的模態時序和幅值變化規律一致?

對回波信號做模態分析，最終可獲得這些縱向導波與不同結垢狀態均壓電極交互過程聲波傳播特性?不同厚度結垢均壓電極回波信號可以得出L(0，2)模態和模態轉換信號對均壓電極厚度敏感，隨著厚度變化呈現一定的變化趨勢，根據L(0，2)模態和模態轉換信號幅值與水垢厚度實驗結果繪制關系曲線，進一步得出超聲導波檢測均壓電極厚度靈敏度與準確性?

圖：實驗數據的分析結果

針對實驗結果的分析如上圖所示，由圖可得，同數值模擬的結果一致，均壓電極結垢物厚度增加時L(0，2)反射信號和模態轉換信號幅值均隨著厚度的增加呈下降趨勢，其衰減幅度與厚度呈正比關系，主模態和轉換模態之間的能量差值減小?

從曲線得出有無結垢差異明顯，0.4mm以上污垢厚度差異較小，表明超聲導波檢測法對較薄污垢識別效果良好，能適用于換流站閥冷系統均壓電極結垢檢測?轉換模態可以提供缺陷的特征信息，而主模態L(0，2)反射信號和轉換模態分量變化趨勢相同，且其變化隨著厚度增加更加敏感，這說明在實際應用中可以考慮直接使用主模態反射信號進行檢驗分析?

安泰ATA-4011B高壓功率放大器：

圖：ATA-4011B高壓功率放大器指標參數

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