揚克烘缸新型在線檢測技術

魏　濤　張　鋒,2　解先利　王國奇

(1.陜西科技大學輕工與能源學院,陜西西安,710021；

2.陜西省造紙技術及特種紙品開發重點實驗室,陜西西安,710021)

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揚克烘缸新型在線檢測技術

魏濤1張鋒1,2解先利1王國奇1

(1.陜西科技大學輕工與能源學院,陜西西安,710021；

2.陜西省造紙技術及特種紙品開發重點實驗室,陜西西安,710021)

摘要：針對傳統檢測技術的不足,本文介紹了一種揚克烘缸新型在線檢測技術,并從工作原理、技術特點、檢測故障類型等方面對構成該技術的兩種檢測手段(精密紅外成像和表面形貌測量)進行了詳細的闡述與分析,最后通過實例證明了該技術的優越性和可行性。

關鍵詞：揚克烘缸；在線檢測；紅外成像技術；表面形貌測量技術

揚克烘缸是現代衛生紙機中最關鍵的部件,但在使用過程中常會發生諸多故障,嚴重影響紙機的正常運行。究其原因,主要表現在以下兩個方面：①由于長期處于高溫高濕的工作環境中,揚克烘缸容易發生腐蝕磨損且受損情況復雜[1-2]；②人為操作不當會引起蒸汽泄露,甚至發生烘缸爆炸等事故[3]。因此,對揚克烘缸進行檢測,可以及時獲知其運行狀況,這樣不但可以為烘缸修磨提供精準數據,有效改善成紙質量,提高生產效率,而且能夠保證紙機的安全運行,預防蒸汽泄露、烘缸爆炸等嚴重事故的發生,避免給企業帶來嚴重的經濟損失。

傳統的揚克烘缸檢測技術主要有：磁粉檢測、滲透檢測、渦流檢測和超聲波無損檢測等。其中,磁粉檢測僅限于鐵磁性材料,定量測定缺陷深度困難；滲透檢測技術工藝程序復雜,試液易揮發,檢測精準度不高；渦流檢測雖然對零件幾何等形狀引起的邊緣效應敏感,但檢測精度不高；超聲波檢測存在檢測速度慢,周期長等不足[4- 6]。針對上述情況,本文提出了一種揚克烘缸的新型在線檢測技術,其原理是：在精密紅外成像技術和表面形貌測量技術的協同作用下,對揚克烘缸內部和外部缺陷進行在線檢測。目前,該技術在國內尚未得到應用,但國外已經將其應用到生產實踐中。該技術具有檢測速度快、精度高、自動化程度高、操作簡單、環境清潔等優點,能夠精確并全面地檢測出揚克烘缸的故障和缺陷,檢測精度可達±0.01 mm,可以在很大程度上彌補傳統檢測技術的諸多不足。

1精密紅外成像技術

精密紅外成像技術是利用紅外輻射原理,反復對旋轉的揚克烘缸進行實時全幀掃描,通過紅外熱像儀采集揚克烘缸熱輻射的紅外線特定波段信號,并將該信號轉換為人眼可分辨的圖像和圖形,利用熱圖像灰度與溫度之間的關系進一步計算出溫度值,獲得揚克烘缸的全幀熱譜圖[7],能夠清晰直觀并全視角地反應出揚克烘缸溫度分布情況,從而及時發現其內部缺陷,為修復提供分析數據。

圖3　激光三角測量原理圖

圖4　揚克烘缸表面缺陷相對形貌圖

紅外熱像儀主要由紅外探測器和光學系統等組成,其工作原理[8]如圖1所示。光學系統接受揚克烘缸的紅外輻射能量分布圖形,并放映到紅外探測器的光敏元上,在光學系統和紅外探測器之間,光掃描機構對揚克烘缸的紅外熱圖進行掃描,并聚集在分光探測器上,由探測器將紅外輻射能轉換成電信號,經放大處理和轉換,最終通過監測器顯示出揚克烘缸的全幀紅外熱圖像,如圖2所示。

圖1　紅外熱成像原理圖

圖2　全幀紅外成像熱譜圖

利用精密紅外成像技術對揚克烘缸進行在線檢測,主要有點、面和區域3種測溫方式(點測溫方式是對揚克烘缸上某一點進行檢測,面測溫方式是對揚克烘缸進行全幀檢測,區域測溫方式是對某些特殊的區域進行局部溫度測量與分析),通過不同測溫方式的配合使用,能夠準確檢測揚克烘缸溫度分布情況,從而通過分析判斷得出揚克烘缸內部的缺陷及故障,比如：缸壁內部缺陷、冷凝水排出不暢、虹吸管破裂或堵塞、立管夾具泄漏、供汽不均勻、缸蓋和缸壁連接處蒸汽泄漏、烘缸中高曲線變形、缸壁同心度超標等問題[9]。

2表面形貌測量技術

表面形貌測量技術是根據激光測距原理,通過激光測距探頭對揚克烘缸表面進行反復掃描來實現揚克烘缸表面形貌測量。激光測距探頭主要由激光器、光學透鏡、反光鏡和位置敏感器件等組成。其原理是激光光源射源投射一束細光束到揚克烘缸缸面形成一微小點,位置敏感器件接受從揚克烘缸缸面漫反射回來的一部分光,根據漫反射光在位置敏感器件上的成像位置,經信息處理和計算機技術,得到揚克烘缸表面的形貌圖[10],反應烘缸表面的具體情況。激光三角測量原理如圖3所示。

對揚克烘缸表面進行形貌測量是通過激光探頭的勻速往復作用,由探頭向低速旋轉的揚克烘缸表面發射穩定的激光束,并采集部分漫反射光束,然后將信號送給計算機,經過數據處理和圖像技術,最終得到揚克烘缸表面形貌的三維立體圖像[10],即缺陷的深度與烘缸橫向位置、烘缸周向位置(螺栓號數)形貌位置關系圖,如圖4所示。

表面形貌測量技術能夠對揚克烘缸表面進行在線檢測,其檢測過程通常是在停機情況下進行的。利用表面形貌測量技術可以獲得揚克烘缸表面結構設計數據與實際數據的誤差值(如圖5所示),可以非常直觀并精確地反映出揚克烘缸表面的缺陷,比如：腐蝕帶來的凹坑、斑點、針孔,烘缸中高曲線變形,缸壁同心度超標等問題[9]。為后續的缸面修磨工作提供準確的數據,尤其適合于對帶有中高的大型揚克烘缸表面的檢測。

圖5　揚克烘缸表面形貌測量圖像

圖6　揚克烘缸新型在線檢測系統結構簡圖

技術性能傳統檢測技術磁粉滲透渦流超聲波新型在線檢測技術優點靈敏度較高,操作簡便,結果可靠直觀靈敏度較高,顯示直觀,可檢測大型不規則工件及現場檢測設備自動化程度高,不必清理表面,省時對缺陷敏感,獲得結果迅速,缺陷定位方便工作效率高,檢測精度高,檢測速度快,在線檢測缺點只限于鐵磁性材料,不能定量測定缺陷深度工藝程序復雜,試液易揮發,檢測精準度不高對零件形狀引起的邊緣效應敏感,精度不高速度慢,檢測周期長設備投資大

3兩種技術協同作用

揚克烘缸新型在線檢測技術通過精密紅外成像技術和表面形貌測量技術的組合,利用各自的技術優勢,能夠對揚克烘缸的內部和外部缺陷或故障做出更加精準地檢測。該技術是通過電機的傳動作用,使架在導軌上的激光探頭和紅外熱像儀做勻速的往復作用,分別對旋轉的揚克烘缸進行掃描,采集信號傳送至計算機,經過數據處理和圖像技術,分別得到揚克烘缸表面形貌的三維立體圖像和揚克烘缸的全幀熱譜圖,然后進行圖像數據的對比分析,最終判斷出揚克烘缸的運行狀況、故障原因、缺陷類型及坐標等,為揚克烘缸的檢修和維護提供可靠的數據支持,其結構簡圖如圖6所示。

揚克烘缸新型在線檢測技術與傳統檢測技術(如磁粉檢測、滲透檢測、渦流檢測、超聲波檢測)的優缺點比較[11]如表1所示。揚克烘缸新型在線檢測技術在揚克烘缸缺陷檢測方面的應用,國外也已有較為成熟的經驗。

4應用實例

國外某廠停機檢修的揚克烘缸(主要參數：車速1800 m/min、蒸汽壓力0.827 MPa),工作人員發現其存在刮刀磨損嚴重和紙機生產效率降低等故障,故采用新型在線檢測技術對其問題進行診斷[9]。

首先,對該紙機的揚克烘缸進行精密紅外成像檢測,檢測結果如圖7所示。從圖7中可以看到幾處異常：在揚克烘缸前邊緣出現連續的暗條紋,后邊緣出現不連續的暗條紋,并且沿烘缸軸向發現多個隨機出現的暗色斑點,經分析發現,這些暗條紋處于揚克烘缸虹吸管處,暗色斑點似乎與揚克烘缸缸面坐標位置有關。因此,由圖7得出以下結論，①該揚克烘缸的虹吸管堵塞,烘缸內冷凝水排出不暢；②缸面受腐蝕磨損后存在凹坑、斑點和針孔等缺陷。

圖7　揚克烘缸熱譜圖

圖8　揚克烘缸表面形貌圖

圖9　指定位置的烘缸斷面輪廓圖

然后,為了評估揚克烘缸表面問題,并確定揚克烘缸出現暗色斑點的原因,對該紙機的揚克烘缸進行表面形貌測量,檢測結果如圖8所示。圖9具體給出了揚克烘缸上指定位置沿軸向的變形輪廓圖,其中所示數字為螺栓號數,相鄰圓圈間距為0.13 mm。從圖8中得出，沿揚克烘缸表面后邊緣存在明顯斑點,通過數據分析,發現在60號螺栓位置附近烘缸表面存在深度大約0.89 mm的凹坑。從圖9中得出，①在85號螺栓位置附近存在深度大約0.3 mm的凹坑,通過更加精確的數據得出,這是兩個相連的凹坑；②在前邊緣110號和150號螺栓位置附近,均存在凸點,為涂料在缸面粘黏所致；③在160號到10號螺栓之間的位置,烘缸直徑小于設計直徑約0.07 mm,為刮刀磨損所致。

5結語

揚克烘缸是高速衛生紙機的關鍵設備,烘缸內部和外部的故障和缺陷嚴重影響著紙機的生產效率和安全性,快速檢測及診斷揚克烘缸的故障和缺陷對紙機操作具有非常重要的意義。揚克烘缸新型在線檢測技術綜合了精密紅外成像和表面形貌測量的技術優勢,與傳統技術相比,不但能夠同時檢測烘缸內部和外部的故障和缺陷,而且能夠更加快速地給出故障和缺陷的精準坐標,從而為揚克烘缸的修磨和維護提供更加可靠的依據。

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(責任編輯：常青)

New On-line Detection Technology of Yankee Dryer

WEI Tao1,*ZHANG Feng1,2XIE Xian-li1WANG Guo-qi1

(1.CollegeofLightIndustryandEnergy,ShaanxiUniversityofScience&Technology,Xi’an,ShaanxiProvince, 710021;

2.ShaanxiProvinceKeyLabofPapermakingTechnologyandSpecialtyPaper,Xi’an,ShaanxiProvince, 710021)

(*E-mail: 269157172@qq.com)

Abstract：Considening the shortcomings of traditional detection techniques, this paper described an efficient on-line detection technology of Yankee dryer. From working principle, technical characteristics, the types of fault being detected and other aspects, the precise infrared imaging technique and surface topography measurements technique which constitute this technology were described and analyzed in detail. Finally, the superiority and feasibility of the technology were proved by a practical example.

Key words：Yankee dryer; on-line detecting; precision infrared thermography; operating surface topography

基金項目：陜西省造紙技術及特種紙品開發重點實驗室項目(11JS017)。

收稿日期：2015- 07- 03(修改稿)

中圖分類號：TS734+.3；TH17

文獻標識碼：ADOI：10.11980/j.issn.0254- 508X.2015.12.009

作者簡介：魏濤先生，在讀碩士研究生；主要研究方向：動力機械設備與控制。