CN106958744A - 喷气织机压缩空气泄漏的检测和定量分析方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了喷气织机压缩空气泄漏的检测和定量分析方法，首先检测喷气织机气路管道超声波的变化，确定是否存在泄漏；然后利用红外热成像技术，通过分析泄露位置表面的温度分布，确定泄漏点；最后对检测到的***气路中压缩空气泄漏位置的温度差，进行对比分析可以得到与压力及气路孔径的函数温度变化关系，从而得到泄漏量。本发明还公开了进行泄漏检测的装置。本发明方法将超声波与红外技术在喷气织机压缩空气泄漏检测中结合应用，可对泄漏位置快速准确的定位，并对泄漏进行定量分析，克服了两者单独使用的局限。通过分析参数之间的关系，可以对泄漏产生的原因更加了解，便于纺织企业根据自身条件和投资回收期进行泄漏修复或更换部件。

Description

喷气织机压缩空气泄漏的检测和定量分析方法及检测装置

技术领域

本发明属于工业检测技术领域，涉及一种喷气织机压缩空气泄漏的检测和定量分析方法，本发明还涉及进行喷气织机压缩空气泄漏检测的装置。

背景技术

随着纺织行业的发展，越来越多的喷气织机被大量使用。压缩空气作为动力源，在气动加压、气动输送及气动引纬中有重要作用。空压***为喷气织机提供一定压力的压缩空气，包括空气压缩机、后处理设备、供气管网及通风冷却设施，是纺织企业的动力能源。

喷气织机的引纬就是以压缩空气作为载体，利用压缩空气通过小孔释放时产生的高速气流将纬纱牵引穿过梭口完成其引纬功能的。引纬机构是喷气织机的关键之一，对喷气织机的优劣起决定性作用。喷气织机的引纬机构是由气源净化、气流调节、气路、主、辅喷嘴以及控制主、辅喷嘴气流开关的电磁阀等装置组成。

由于喷气织机的工作性质，压缩空气的消耗不同于其他用气设备，其耗气量约占总供气量的70％，甚至更高。喷气织机的空气传送***是由空气压缩机出来的压缩空气经过配管到达织机上的空气过滤器，过滤后的空气经过气压调节箱内的调压阀调节压力后分送到喷射装置的各执行器件。在现场，压缩空气的产生、传送都存在泄漏。泄漏使压缩空气管网压力下降，通过提升空压机的功率才能满足设备的动力需求，供气压力越高，空压机功耗越高，同时压缩空气的泄漏量越大。泄漏位置主要集中在空气过滤器、减压阀、电磁阀、气缸前端盖、螺纹连接、管网节点等处。

发明内容

本发明的目的是提供一种喷气织机压缩空气泄漏的检测和定量分析方法，用以检测压缩空气泄漏状况并进行定量分析。

本发明的另一目的是提供一种喷气织机压缩空气泄漏检测装置。

本发明所采用的技术方案是，喷气织机压缩空气泄漏的检测和定量分析方法，具体包括以下步骤：

步骤1，检测是否有泄漏：

检测喷气织机气路管道超声波的变化，确定是否存在泄漏；

步骤2，确定泄漏点：

经步骤1确定管道存在压缩空气泄漏后，利用红外热成像技术，通过分析泄露位置表面的温度分布，确定泄漏点；

步骤3，泄露定量分析：

对步骤2检测到的***气路中压缩空气泄漏位置的温度差，进行对比分析可以得到与压力及气路孔径的函数温度变化关系，从而得到泄漏量。

本发明的特点还在于，

步骤1具体为：当喷气织机气路管道发生压缩空气泄漏，压缩空气产生的紊流将在泄漏位置产生超声波，超声波强度在大气环境中随传播距离的增加而衰减，采用超声波扫描设备对管道各方向进行扫描，扫描设备显示明显的方向即为泄漏点存在的方向。

步骤1具体为：气路中由于压缩空气泄漏产生噪音，超声波探测装置能够辨别伴随压缩空气泄漏的高频率嘶嘶声音，压缩空气流动产生的超声波强度比光滑壁面的气路管道高，通过超声波信号的差异可以检测到泄漏位置。

步骤2中温度分布值越低压缩空气的泄漏量越大。

步骤3具体为：

假设管内压缩空气视为理想气体，气体在管内流动为绝热流动，气体在泄漏点为等熵流动，由气体状态方程、泊松方程及连续性方程，得到压缩空气孔口泄漏流量公式如下：

如果则泄漏时气体流动属于音速流动，此时泄漏量为：

如果则泄漏时气体流动属于亚音速流动，此时泄漏量为：

其中：T为气体泄漏前的温度，即管道内的平均温度；P为气体泄漏前的压力；k为气体等熵指数；C_d为气体泄漏系数，无量纲，取值范围在0.6-1.0之间；Z为压缩因子，是一个状态参数，对于理想气体，任何状态下Z＝1；P_a为泄漏介质压力；M气体摩尔质量；A是泄漏口面积，D为当量直径。

本发明所采用的另一技术方案是，一种喷气织机压缩空气泄漏检测装置，包括显示部分、处理部分、检测部分和开关电源；

显示部分包括液晶显示器和LED显示板；

处理部分包括智能处理器和图像处理器；

检测部分包括信号感应器、温度感应器、超声探测头、红外探测头和红外相机；

液晶显示器、LED显示板、智能处理器、信号感应器、温度感应器、图像处理器、超声探测头、红外探测头和红外相机均与开关电源连接；液晶显示器、LED显示板、信号感应器、温度感应器和图像处理器均与智能处理器连接；信号感应器与超声探测头连接，红外探测头与温度感应器连接，图像处理器与红外相机连接。

本发明的特点还在于，

LED显示板用于显示泄露情况。

LED显示板以光柱节数显示泄漏情况。

还包括噪声感应器分别与超声探测头、智能处理器和开关电源连接。

液晶显示器用于显示泄漏表面的温度及噪声分布。

本发明的有益效果是，喷气织机压缩空气泄漏的检测和定量分析方法，将超声波与红外技术在喷气织机压缩空气泄漏检测中结合应用，可对泄漏位置快速准确的定位，并对泄漏进行定量分析，克服了两者单独使用的局限。通过分析参数之间的关系，可以对泄漏产生的原因更加了解，便于纺织企业根据自身条件和投资回收期进行泄漏修复或更换部件，对于提高节能意识、节约能源、减少浪费、提高利润具有重大的现实意义。

附图说明

图1是本发明所采用的检测装置结构示意图；

图2是本发明检测过程示意图；

图3是泄漏量与孔径及压力的关系；

图4是泄漏处温度变化与孔径及压力的关系；

图5是泄漏量与温度变化及压力的关系。

图中，1.液晶显示器，2.LED显示板，3.智能处理器，4.信号感应器，5.噪声感应器，6.温度感应器，7.图像处理器，8.超声探测头，9.红外探测头，10.红外相机，11.开关电源，12.检测装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明喷气织机压缩空气泄漏的检测和定量分析方法，利用超声波及红外热像仪对泄漏进行检测及量化，所采用的检测装置12，如图1所示，包括显示部分、处理部分、检测部分和开关电源11。

显示部分包括液晶显示器1和LED显示板2，液晶显示器1用于显示泄漏表面的温度及噪声分布，LED显示板2以光柱节数显示泄露情况。

处理部分包括智能处理器3和图像处理器7，检测部分包括信号感应器4、噪声感应器5、温度感应器6、超声探测头8、红外探测头9和红外相机10。

液晶显示器1、LED显示板2、智能处理器3、信号感应器4、噪声感应器5、温度感应器6、图像处理器7、超声探测头8、红外探测头9和红外相机10均与开关电源11连接；液晶显示器1、LED显示板2、信号感应器4、噪声感应器5、温度感应器6和图像处理器7均与智能处理器3连接；信号感应器4和噪声感应器5与超声探测头8连接，红外探测头9与温度感应器6连接，图像处理器7与红外相机10连接。

液晶显示器1的型号为KD043FM-2B；LED显示板2的型号为AN2g-P20-2R1G；智能处理器3的型号为celeron D 347；信号感应器4的型号为Su30FL；噪声感应器5的型号为WST60M；温度感应器6的型号为TS-9100；图像处理器7的型号为LKV323；超声探测头8的型号为2.5P20；红外探测头9的型号为MIK-AL-10；红外相机10的型号为OM130H。

检测的过程具体包括以下步骤：

步骤1，检测漏点：

利用超声波对喷气织机***的压缩空气泄漏情况进行检测。

如图2所示，将检测装置12的检测部分对准喷气织机引纬部件，利用超声探测头8检测喷气织机***中的超声波信号和噪音信号，信号感应器4和噪音感应器5分别接收到超声波信号和噪音信号，并传送给智能处理器3，处理后的超声波信号导入LED显示板2，转换为光柱节数进行显示。噪音信号经智能处理器3处理后，以信号的形式传输至液晶显示器1，液晶显示器1显示噪声分贝情况。进而确定是否存在泄漏情况。

原理在于：

①利用超声波信号的变化，对泄漏进行检测。

气体总是由高压流向低压，当喷气织机气路管道发生压缩空气泄漏，压缩空气产生的紊流将在泄漏处产生超声波。超声波是高频短波信号，其强度在大气环境中随传播距离的增加而衰减，使超声波具有指向性，利用智能识别功能，能够准确的判断出泄漏点所在位置。LED显示的光柱节数可以确定泄漏点的方向，光柱节数越多，表示泄漏点在检测设备前方指向的方向上存在的可能性越大，具体方向通过设备扫描前方各个方位，光柱显示节数越多的方向即为泄漏点存在的方向。

②利用噪音信号的变化，对泄漏进行检测。

气路中由于压缩空气泄漏产生噪音，超声波探测器能够辨别伴随压缩空气泄漏的高频率嘶嘶声音。压缩空气流动产生的超声波强度比光滑壁面的气路管道高出几倍，通过超声波信号的差异可以检测到泄漏位置。

步骤2，确定泄漏点：

对确定的可能泄露位置利用检测装置中红外探测头9识别泄漏位置的辐射热能，利用红外相机10捕捉泄漏位置表面温度分布，获得的信息分别经温度感应器6和图像处理器7预处理后传输至智能处理器3，智能处理器3将热辐射信息和相应的温度分布整合，得到热辐射图像，并在液晶显示器1上显示。通过热辐射图中温度的分布，即可确定泄漏点。

测试表明，压力的增加使得流过孔的压缩空气温度降低，温度差随孔径的增加而减小。喷气织机中压缩空气的泄漏随时间的进展产生温度分布，温度分布值越低压缩空气的泄漏量越大。通过测试可得到压缩空气泄漏量与温度分布的对应关系。根据压缩空气在泄漏点的温度分布，可以对泄漏定量分析。

步骤3，泄露定量分析：

对步骤2检测到的***气路中压缩空气泄漏位置的温度差，进行对比分析可以得到与压力及气路孔径的函数温度变化关系。

压缩空气管道泄漏一般为孔口泄漏，通常以圆孔泄漏为基础建立泄漏模型，当孔口不规则时，采用当量直径作为计算参数。假设：管内压缩空气视为理想气体；气体在管内流动为绝热流动；气体在泄漏点为等熵流动。应用流体力学连续性方程，动量守恒方程和能量守恒方程可对气体流动过程作以描述。由气体状态方程、泊松方程及连续性方程，得到压缩空气孔口泄漏流量公式如下：

如果则泄漏时气体流动属于音速流动(临界流)，此时泄漏量为：

如果则泄漏时气体流动属于亚音速流动(次临界流)，此时泄漏量为：

其中：T为气体泄漏前的温度，即管道内的平均温度；P为气体泄漏前的压力；k为气体等熵指数；C_d为气体泄漏系数，无量纲，取值范围在0.6-1.0之间；Z为压缩因子，是一个状态参数，对于理想气体，任何状态下Z＝1；P_a为泄漏介质压力；M气体摩尔质量；A是泄漏口面积，D为当量直径。

超声波及红外技术在检测喷气织机压缩空气泄漏的应用实践中，不难发现两者各自的局限。超声波对于发生压缩空气泄漏的位置可以准确定位。红外技术通过对泄漏位置热图像进行热分析，可以对泄漏位置进行筛选。基于上述分析可以得出结论:超声波和红外技术都可对喷气织机引纬机构气路管道进行泄漏检测，而对于泄漏定量分析，红外技术更加可靠。这是因为超声波噪声水平与被检测孔径和压力的噪声水平相同，不能得出压缩空气流量的差异。利用红外技术可以得到气路管道与压缩空气流过孔的热量，通过对泄漏位置进行热对比及热分析，对泄漏定量。基于此，本发明提出了一种思路：将超声波与红外技术在喷气织机压缩空气泄漏检测中结合应用。前者可对泄漏位置快速准确的定位，后者可对泄漏进行定量分析。避免了两者单独使用的局限。

通过使用超声波与红外技术对喷气织机引纬机构气路的泄漏检测及定量，可以得到泄漏有关的参数：噪声水平，孔径，压力及温度差。通过分析参数之间的关系，可以对泄漏产生的原因更加了解，便于纺织企业根据自身条件和投资回收期进行泄漏修复或更换部件，对于提高节能意识、节约能源、减少浪费、提高利润具有重大的现实意义，并对设备以后的维护有更加清晰的认知。超声波与红外技术同样适用于压缩空气在其他纺织设备中泄漏检测，结合空压***有助于我们了解工作现场的整体泄漏。

在钢管上分别凿出0.5mm、0.7mm、1.0mm、1.3mm、1.5mm、2.0mm的孔，分别对各个孔在0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa下的参数(噪声水平，孔径，压力及温度变化)进行测量，以建立其相关性。

通过测量发现，泄漏点处的压缩空气泄漏量随孔径及压力的增加而增大，在钢管上孔口泄漏量与孔径及压力的结果如图3所示。通过超声波探测器测量钢管孔泄漏处声音强度，实验发现当压力增加，钢管上孔泄漏量及产生的声音强度随之增大。利用红外技术测量钢管孔泄漏处温度差，分析其热成像及温度分布，发现压力的增加导致钢管上孔处压缩空气的温度下降，孔泄漏处温度差增大。钢管上孔的温度变化与孔径及压力的结果如图4所示。图5表示钢管上孔泄漏流量与孔温度变化及压力之间的关系。

Claims (10)

1.喷气织机压缩空气泄漏的检测和定量分析方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1，检测是否有泄漏：

检测喷气织机气路管道超声波的变化，确定是否存在泄漏；

步骤2，确定泄漏点：

经步骤1确定管道存在压缩空气泄漏后，利用红外热成像技术，通过分析泄露位置表面的温度分布，确定泄漏点；

步骤3，泄露定量分析：

对步骤2检测到的***气路中压缩空气泄漏位置的温度差，进行对比分析可以得到与压力及气路孔径的函数温度变化关系，从而得到泄漏量。

2.根据权利要求1所述的喷气织机压缩空气泄漏的检测和定量分析方法，其特征在于，所述步骤1具体为：当喷气织机气路管道发生压缩空气泄漏，压缩空气产生的紊流将在泄漏位置产生超声波，超声波强度在大气环境中随传播距离的增加而衰减，采用超声波扫描设备对管道各方向进行扫描，扫描设备显示明显的方向即为泄漏点存在的方向。

3.根据权利要求1所述的喷气织机压缩空气泄漏的检测和定量分析方法，其特征在于，所述步骤1具体为：气路中由于压缩空气泄漏产生噪音，超声波探测装置能够辨别伴随压缩空气泄漏的高频率嘶嘶声音，压缩空气流动产生的超声波强度比光滑壁面的气路管道高，通过超声波信号的差异可以检测到泄漏位置。

4.根据权利要求1所述的喷气织机压缩空气泄漏的检测和定量分析方法，其特征在于，所述步骤2中温度分布值越低压缩空气的泄漏量越大。

5.根据权利要求1所述的喷气织机压缩空气泄漏的检测和定量分析方法，其特征在于，所述步骤3具体为：

假设管内压缩空气视为理想气体，气体在管内流动为绝热流动，气体在泄漏点为等熵流动，由气体状态方程、泊松方程及连续性方程，得到压缩空气孔口泄漏流量公式如下：

如果则泄漏时气体流动属于音速流动，此时泄漏量为：

$q_m=C_{d}AP\sqrt{\frac{Mk}{ZRT}\[{\left(\frac{2}{k+1}\right)}^{\frac{k+1}{k-1}}\]}$

如果则泄漏时气体流动属于亚音速流动，此时泄漏量为：

$q_m=C_d{\mathrm{AP}}_2\sqrt{\frac{2k}{k-1}\frac{M}{ZRT}\[{\left(\frac{P_a}{P}\right)}^{\frac{2}{k}}-{\left(\frac{P_a}{P}\right)}^{\frac{k+1}{k}}\]}$

其中：T为气体泄漏前的温度，即管道内的平均温度；P为气体泄漏前的压力；k为气体等熵指数；C_d为气体泄漏系数，无量纲，取值范围在0.6-1.0之间；Z为压缩因子，是一个状态参数，对于理想气体，任何状态下Z＝1；P_a为泄漏介质压力；M气体摩尔质量；A是泄漏口面积，D为当量直径。

6.一种喷气织机压缩空气泄漏检测装置，其特征在于，包括显示部分、处理部分、检测部分和开关电源(11)；

显示部分包括液晶显示器(1)和LED显示板(2)；

处理部分包括智能处理器(3)和图像处理器(7)；

检测部分包括信号感应器(4)、温度感应器(6)、超声探测头(8)、红外探测头(9)和红外相机(10)；

液晶显示器(1)、LED显示板(2)、智能处理器(3)、信号感应器(4)、温度感应器(6)、图像处理器(7)、超声探测头(8)、红外探测头(9)和红外相机(10)均与开关电源(11)连接；液晶显示器(1)、LED显示板(2)、信号感应器(4)、温度感应器(6)和图像处理器(7)均与智能处理器(3)连接；信号感应器(4)与超声探测头(8)连接，红外探测头(9)与温度感应器(6)连接，图像处理器(7)与红外相机(10)连接。

7.根据权利要求6所述的一种喷气织机压缩空气泄漏检测装置，其特征在于，所述LED显示板(2)用于显示泄露情况。

8.根据权利要求6所述的一种喷气织机压缩空气泄漏检测装置，其特征在于，LED显示板(2)以光柱节数显示泄漏情况。

9.根据权利要求6所述的一种喷气织机压缩空气泄漏检测装置，其特征在于，还包括噪声感应器(5)分别与超声探测头(8)、智能处理器(3)和开关电源(11)连接。

10.根据权利要求9所述的一种喷气织机压缩空气泄漏检测装置，其特征在于，所述液晶显示器(1)用于显示泄漏表面的温度及噪声分布。