DD152415A1

DD152415A1 - Verfahren zur ermittlung von lecks durch schallemissionsanalyse

Info

Publication number: DD152415A1
Application number: DD22287580A
Authority: DD
Inventors: Heinz Foerster
Original assignee: Heinz Foerster
Priority date: 1980-07-25
Filing date: 1980-07-25
Publication date: 1981-11-25

Abstract

Die Erfindung hat zum Ziel, eine eindeutige Abhaengigkeit der Leckgeraeusche von der Leckgroesse zu erreichen, die Empfindlichkeit des Schallemissions-Leckdetektionsverfahrens zu vergroessern und einfache Laufzeitmessverfahren fuer die Leckortung anwendbar zu machen. Diese Aufgabe wird dadurch geloest, dasz der Leckstroemung Schall- oder Ultraschallwellen aufgepraegt werden und durch Wechselwirkung zwischen Stroemung und aufgepraegten Schallwellen die Leckgeraeusche veraendert werden. Durch Ein- oder Ausschalten der Anordnung zum Aufpraegen der Schall- oder Ultraschallwellen auf die Leckstroemung werden Leckgeraeuschaenderungen verursacht,so dasz einfache Laufzeitmessverfahren anwendbar werden. Die Erfindung wird angewendet an Kernkraftwerks-, Chemieanlagen usw. sowie vor der Durchfuehrung von Schallemissionsmessungen zur Untersuchung des Werkstoffzustandes an Druck- oder Vakuumgefaessen.

Description

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Titel der Erfindung ·

Verfahren zur Ermittlung von Lecks durch Schallemissionsanalyse

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Peststellen und Auffinden von Leckstellen an Behältern, Rohrleitungen, Armaturen usw. und erfolgt durch Schallemissionsanalyse. Die Anwendung ist möglich an Anlagen, die betriebsmäßig oder während der Prüfung unter Druck oder Vakuum stehen. Die Anwendung ist zweckmäßig z. B. an Kernkraftwerksanlagen, Chemieanlagen und vor der Durchführung von Schallemissionsmessungen zur Untersuchung des Werkstoffzustandes von Druckanlagen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, Undichtheiten an Druck- oder Vakuumanlagen durch Messen der Aus- oder Einströmgeräusche im Schall- oder Ultraschallbereich zu ermitteln. Als vorteilhaft ist besonders die Körperultraschallmessung anzusehen, weil diese Methode die Frequenzselektion der Leckgeräusche vom Störuntergrund ermöglicht, on-line-Verarbeitung der Meßwerte gestattet und auch die Lokalisierung des Lecks zuläßt (DE OS 2 528 422).

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Nachteilig ist jedoch, daß ein allgemeingültiger Zusammenhang zwischen Schallemission und Leckgröße nicht besteht. Das mit einem Körperschallwandler gemessene Leckgeräusch wird u. a. durch die Übertragungscharakteristik des Wandlers und der Anlage, die Eigenschaften des ausströmenden Mediums, die Ausströmgeschwindigkeit, die geometrische Perm und den Querschnitt des Lecks beeinflußt. Der Ort des. Lecks wird meist näherungsweise durch Vergleich der Signalamplituden an verschiedenen Körperschallaufnehmern und Berücksichtigung des Zusammenhanges zwischen Dämpfung des Signals und Abstand von der Schallquelle abgeschätzt. Die Dämpfung ist aber auch von der geometrischen Form der Anlage, von schallisolierenden Schichten, Reflektoren, der Art der Körperschallwellen usw. abhängig. Dadurch entstehen Meßfehler.

Die Lokalisierung von Lecks durch Messung von Laufzeitdifferenzen der Geräusche zwischen an verschiedenen Orten angebrachten Körperschallwandlern wird kaum praktisch angewendet. Dazu müssen Korrelationsfunktionen ermittelt werden, was besonders im Ultraschallbereich einen hohen gerätetechnischen Aufwand erfordert. Wegen des kontinuierlichen Charakters der· Signale sind einfache Laufzeitmeßverfahren wie sie sich z. B. bei der Lokalisierung von Burstsignalquellen bewährt haben, nicht anwendbar.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die angeführten Nachteile der bekannten technischen Lösungen zu beseitigen, insbesondere eine eindeutige Abhängigkeit der Leckgeräusche von der Leckgröße zu erreichen, die Empfindlichkeit des Verfahrens der Leckdetektion durch Schail- bzw. Ultraschallemissionsmessung zu vergrößern, ein-

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fache Laufzeitverfahreη für die Leckortung anwendbar zu machen, dadurch die Ortungsgenauigkeit zu erhöhen und den technischen Aufwand zu vermindern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung legt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zu schaffen, bei dessen Anwendung die vorstehend genannten Ziele erreicht werden. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Leckströmung Schall- oder Ultraschallwellen ständig oder zeitweilig aufgeprägt werden. Durch die Wechselwirkung zwischen Strömung und aufgeprägtem Schall wird der von der Leckströmung ausgehende Schall- und/oder Ultraschall verändert. Je nach den Parametern der aufgeprägten Schallwellen und der Strömung kann die Schalleistungsdichte in bestimmten Frequenzbereichen verstärkt oder vermindert werden.

Wird durch diese Wechselwirkung die Schalleistungsdichte verstärkt, so verringert sich die anteilige Wirkung anderer, störender Einflußgrößen (Form des Lecks, Kavitation usw.) und

die Leistungsdichte kann mit ausreichender Genauigkeit als Funktion der Leckrate bzw. der Leckgröße dargestellt werden. Die Empfindlichkeit des Meßverfahrens wird erhöht. Die Möglichkeit, störende Untergrundgeräusche durch selektive Messung unwirksam zu machen, verbessert sich.

Das Problem der Leckortung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, deß der anregende Schallsender beliebig ein- oder ausgeschaltet wird. Die Laufzeitdifferenzen der damit hervorgerufenen Signaländerungen zwischen anverschiedenen Orten der Anlage angebrachten Körperschallaufnehmern werden nach bekannten Methoden gemessen und ausgewertet.

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Die Schall- oder Ultraschallwellen können der Strömung aufgeprägt werden, indem ein Körperschallsender, ggf. angeregt mit einer Eigenresonanz-Frequenz des Systems Körperschallsender-Anlage, auf die Gefäßwandung wirkt und die Schall- oder Ultraschallwellen von dieser auf die Strömung übertragen werden.

Die Anregung des Schallsenders kann auch mit Frequenzen außerhalb des Meßbereiches vorgenommen werden oder es kann eine Sinusanregung mit konstanter Frequenz erfolgen·

Ausführungsbeispiel

Die Erläuterung erfolgt anhand der Zeichnung. Ein Druckgefäß 1 ist mit einem undichten Flansch 2 versehen. Ein Körperschallsender 3 wird von einem Sinusgenerator 4 mit einer Spannung angeregt, deren Frequenz gleich einer Resonanzfrequenz des Systems "Körperschallsender - Druckgefäß" (z. B. 104 kHz) ist. Mittels eines Körperschall-Meßwandlers 5» eines Verstärkers 6 und des Spektralanalysators 7 wird das Leistungsdichtespektrum (ζ. B. im Frequenzbereich 200 ... 400 kHz) aufgezeichnet. Sein Verlauf wird durch die Eigenschaften der Leckströmung, insbesondere durch die Leckgröße, bestimmt. Außerdem werden die von den Körperschall-Meßwandlern 5 abgegebenen und verstärkten Signale jeweils einem Hochpaß 8 zugeführt (die untere Grenzfrequenz beträgt z. B. 200 kHz) und in einem Komparator 9 mit einem Schwellwert verglichen.

Die Schwellwertspannungen werden so eingestellt, daß sie höher sind als die Leckgeräuschspannungen, wenn der Körperschallsender 3 nicht angeregt wird. Wird die Körperschallanregung vorgenommen, z. B. durch Schließen des Schalters .10, dann erhöhen sich die Leckgeräuschspannungen, so daß sie die Schwellwerte übersteigen und die Komparatoren 8 ein Ausgangssignal abgeben.

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Die Zeitdifferenzen zwischen den Komparatorsignalen entsprechen den Laufzeitdifferenzen der Körperschallwellen vom Leck zu den entsprechenden Körperschall-Meßwandlern 5. Sie werden mittels geeigneter Systeme 11 gemessen und ausgewertet. Zusätzlich kann auch die Zeitdifferenz zwischen Beginn der Körperschallanregung und Schalten eines Komparators 9 ausgewertet werden. Der Meßvorgang ist beliebig wiederholbar.

Claims

222875 Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur Ermittlung von Lecks durch Schallemissionsanalyse an unter Druck oder Vakuum stehenden Anlagen, gekennzeichnet dadurch, daß der
Leckströmung Schall- oder Ultraschallwellen aufgeprägt werden, die den von der Leckströmung ausgehenden Schall oder Ultraschall verändern..

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Schall- oder Ultraschallwellen der Leckströmung zu beliebig wählbaren Zeitpunkten aufgeprägt
oder unwirksam gemacht werden, so daß Änderungen
des von der Leckströmung ausgehenden Schalls oder
Ultraschalls entstehen, deren Laufzeitdifferenzen
zu verschiedenen Körperschallwandlern für die Lokalisierung des Lecks genutzt werden.

3# Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Schall- oder Ultraschallwellen der Strömung aufgeprägt werden, indem ein Körperschallsender auf die Gefäßwandung wirkt und von dieser der Schall- oder Ultraschall auf das Strömungsmedium übertragen wird.

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4. Verfahren nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Körperschallsender mit einer Eigenresonanz-Frequenz des Systems "Körperschallsender-Anlage" angeregt wird.

5. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Anregung mit Frequenzen außerhalb des Meßbereiches vorgenommen wird.

6. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Anregung durch eine Sinusspannung mit konstanter Frequenz erfolgt.