DD152415A1

DD152415A1 - METHOD FOR DETERMINING LEAKS BY MECHANISM ANALYSIS

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.The object of the invention is to achieve a clear dependence of the leak noise on the leak size, to increase the sensitivity of the sound emission leak detection method and to make simple transit time measurement methods applicable to leak detection. This task is solved by injecting sound or ultrasonic waves into the leak flow and changing the leakage noise by interaction between the flow and the applied sound waves. By switching on or off the arrangement for imprinting the sound or ultrasonic waves on the Leckstroemung Leckgeraeusch changes are caused so that simple transit time measurement method are applicable. The invention is applied to nuclear power plants, chemical plants, etc. and before the implementation of acoustic emission measurements for the investigation of the material state at pressure or Vakuumgefaessen.

Description

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Titel der Erfindung · Title of the invention

Verfahren zur Ermittlung von Lecks durch SchallemissionsanalyseMethod for detecting leaks by acoustic emission analysis

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

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.The invention relates to a method for plaguing and finding leaks on containers, pipelines, fittings, etc., and takes place by acoustic emission analysis. The application is possible on systems which are under pressure or vacuum during operation or during the test. The application is convenient z. As to nuclear power plants, chemical plants and before the implementation of acoustic emission measurements for the investigation of the material condition of printing plants.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

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).It is known to detect leaks in pressure or vacuum systems by measuring the discharge or Einströmgeräusche in the sonic or ultrasonic range. Particularly advantageous is the body ultrasound measurement, because this method allows the frequency selection of the leak noise from the background noise, allows on-line processing of the measured values and also allows the localization of the leak (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.The disadvantage, however, is that a universal connection between sound emission and leak size does not exist. The measured with a structure-borne sound transducer leak sound is u. a. by the transfer characteristics of the converter and the system, the characteristics of the outflowing medium, the outflow velocity, the geometrical perm and the cross section of the leak. The location of the leak is usually estimated approximately by comparing the signal amplitudes at different structure-borne sound pickups and considering the relationship between attenuation of the signal and distance from the sound source. The damping is also dependent on the geometric shape of the system, of sound-insulating layers, reflectors, the type of structure-borne sound waves, etc. This causes measurement errors.

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.The localization of leaks by measuring propagation time differences of noises between structure-borne sound transducers mounted at different locations is hardly applied practically. For this purpose, correlation functions must be determined, which requires a high level of equipment complexity, especially in the ultrasonic range. Because of the continuous nature of the signals are simple Laufzeitmeßverfahren as z. B. have proven in the localization of burst signal sources, not applicable.

Ziel der ErfindungObject of the invention

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-The aim of the invention is to eliminate the stated disadvantages of the known technical solutions, in particular to achieve a clear dependence of the leak noise on the leak size, to increase the sensitivity of the method of leak detection by means of Schail or ultrasonic emission measurement,

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fache Laufzeitverfahreη für die Leckortung anwendbar zu machen, dadurch die Ortungsgenauigkeit zu erhöhen und den technischen Aufwand zu vermindern.to make it possible to use the time-delay method for the leak detection, thereby increasing the positioning accuracy and reducing the technical outlay.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

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.The invention is based on the object to provide a method, in the application of which the above-mentioned objectives are achieved. This object is achieved in that the leakage flow sound or ultrasonic waves are constantly or temporarily impressed. Due to the interaction between flow and imprinted sound, the sound and / or ultrasound emanating from the leakage flow is changed. Depending on the parameters of the impressed sound waves and the flow, the sound power density can be increased or decreased in certain frequency ranges.

Wird durch diese Wechselwirkung die Schalleistungsdichte verstärkt, so verringert sich die anteilige Wirkung anderer, störender Einflußgrößen (Form des Lecks, Kavitation usw.) undIf the sound power density is enhanced by this interaction, the proportionate effect of other disturbing factors (shape of the leak, cavitation, etc.) and

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.the power density can be represented with sufficient accuracy as a function of the leak rate or leak size. The sensitivity of the measuring method is increased. The possibility of rendering disturbing background noises ineffective through selective measurement improves.

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.The problem of leak detection is inventively achieved by the stimulating sound transmitter is switched on or off as desired. The transit time differences of the thus caused signal changes between different locations of the system mounted structure-borne sound sensors are measured and evaluated by known methods.

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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.The sound or ultrasonic waves can be impressed on the flow by a structure-borne sound transmitter, possibly excited with a self-resonance frequency of the system structure-borne sound system, acts on the vessel wall and the sound or ultrasonic waves are transmitted from this to the flow.

Die Anregung des Schallsenders kann auch mit Frequenzen außerhalb des Meßbereiches vorgenommen werden oder es kann eine Sinusanregung mit konstanter Frequenz erfolgen·The excitation of the sound transmitter can also be carried out with frequencies outside the measuring range or a sinusoidal excitation with constant frequency can take place ·

Ausführungsbeispielembodiment

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.The explanation is based on the drawing. A pressure vessel 1 is provided with a leaking flange 2. A structure-borne sound transmitter 3 is excited by a sine-wave generator 4 at a voltage whose frequency is equal to a resonance frequency of the "structure-borne sound transmitter-pressure vessel" system (eg 104 kHz). By means of a structure-borne sound transducer 5 "of an amplifier 6 and the spectral analyzer 7, the power density spectrum (ζ B. in the frequency range 200 ... 400 kHz) is recorded. Its course is determined by the properties of the leakage flow, in particular by the leak size. In addition, the signals emitted and amplified by the structure-borne noise transducers 5 are each fed to a high-pass filter 8 (the lower limit frequency is, for example, 200 kHz) and compared in a comparator 9 with a threshold value.

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.The threshold voltages are set to be higher than the leakage noise voltages when the structure-borne sound transmitter 3 is not excited. If the structure-borne sound excitation is made, for. B. by closing the switch .10, then increase the Leckgeräuschspannungen so that they exceed the thresholds and the comparators 8 output an output signal.

V⁵" 2 22 8 75V ⁵ "2 22 8 75

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.The time differences between the comparator signals correspond to the propagation time differences of the structure-borne sound waves from the leak to the corresponding structure-borne sound transducers 5. They are measured and evaluated by means of suitable systems 11. In addition, the time difference between the beginning of the structure-borne sound excitation and switching of a comparator 9 can also be evaluated. The measuring process can be repeated as desired.

Claims

222875 claim for invention

1. A method for detecting leaks by acoustic emission analysis of systems under pressure or vacuum, characterized in that the
Leakage flow Sound or ultrasonic waves are impressed, which change the outgoing of the leakage flow sound or ultrasound.

2. The method according to item 1, characterized in that the sound or ultrasonic waves imparted to the leakage flow at arbitrary times
or be made ineffective, so that changes
of the sound emanating from the leakage flow or
Ultrasound arise, their transit time differences
be used to different structure-borne sound transducers for the localization of the leak.

3 # Method according to item 1, characterized in that the sound or ultrasonic waves of the flow are impressed by a structure-borne sound transmitter acts on the vessel wall and from this the sound or ultrasound is transmitted to the flow medium.

- ¹ C *

4. The method according to item 3, characterized in that the structure-borne sound transmitter with a natural resonance frequency of the system "structure-borne sound system" is excited.

5. The method according to item 1, characterized in that the excitation is carried out with frequencies outside the measuring range.

6. The method according to item 1, characterized in that the excitation is carried out by a sine wave voltage with a constant frequency.