水冷壁管漏磁检测仪的磁路优化设计 (2011年)

管道磁化是漏磁检测的重要部分。本文建立了水冷壁管漏磁检测模型，并利用有限元方法研究了永磁铁尺寸对水冷壁管管道磁化的影响规律，计算了不同尺寸的永磁铁与吸附力的关系，并分析了极靴与管道间隙对吸附力的影响，同时还研究了不同提离值对管道漏磁场大小的影响。并由此确定了水冷壁管漏磁检测模型的具体参数，即磁化装置永磁铁的最优尺寸是宽度40mm、高度25mm，极靴与管道间隙为5mm，传感器提离值为2mm-4mm。最后根据优化后的磁化模型制成了一个漏磁检测仪并进行了缺陷检测实验。 ### 水冷壁管漏磁检测仪的磁路优化设计 #### 一、引言 水冷壁管作为电站锅炉的重要组成部分，在高温、烟气、飞灰等恶劣环境中长期工作，易受到腐蚀、磨损、拉裂等因素的影响，导致管壁减薄甚至发生爆漏事故，这对机组的安全和经济运行构成严重威胁。为此，采用漏磁检测方法能够准确地检测管壁缺陷，并实现自动化检测。该方法基于水冷壁管良好的导磁性能，通过磁化管壁来检测其中的缺陷。 #### 二、水冷壁管管壁磁化方法与有限元模型 管壁磁化是漏磁检测的核心环节，外加磁场强度决定了管壁的磁化程度以及产生的漏磁信号的强弱。为了实现有效的磁化，通常采用特定的磁化装置。本研究中的磁化装置由永磁铁、极靴及衔铁组成。为了研究永磁铁尺寸对管壁磁化强度的影响，永磁铁的宽度\(W\)和高度\(H\)作为优化设计的主要参量。 有限元模型用于模拟磁化过程，通过计算管壁磁通量密度和空气中漏磁场强度来评估磁化效果。此模型中考虑了永磁铁、极靴、衔铁和管道的位置关系，并且空气层包围在外层。永磁铁选用具有高矫顽力和高磁能积的钕铁硼永磁体，其矫顽力为836000A/m，相对磁导率为1.26。衔铁采用具有良好导磁性的软磁材料，而管道则采用45钢。具体材料的\(B-H\)曲线如表1和表2所示。 **表1 衔铁BH曲线** | 磁场强度 \(H\)(A/m) | 磁感应强度 \(B\)(T) | |------------------|------------------| | ... | ... | **表2 管道BH曲线** | 磁场强度 \(H\)(A/m) | 磁感应强度 \(B\)(T) | |------------------|------------------| | ... | ... | #### 三、永磁铁尺寸对管壁磁化强度的影响 漏磁检测模型中，除了永磁铁尺寸外，极靴高度、极靴与管道间的气隙高度以及极靴材料都会对管道磁化造成一定影响。然而，永磁铁尺寸即宽度\(W\)和高度\(H\)对管道磁化的影响最大。 研究中设定极靴高度为25mm，极靴与管道间气隙高度为2mm，同时保持极靴宽度与永磁铁宽度一致。由于水冷壁管一半被埋入墙壁，漏磁检测主要关注露出的部分，故选取管壁中心位置的磁通量密度\(B_z\)作为磁化强度的参考指标。 图2展示了磁通量密度\(B_z\)随永磁铁宽度\(W\)的变化情况。可以看出，在相同的高度下，随着宽度的增加，磁通量密度呈现先增大后趋于平缓的趋势。这表明存在一个最优宽度值，使得磁化效果最佳。 **图2 磁通量密度\(B_z\)和永磁铁宽度\(W\)的关系**  图3展示了磁通量密度\(B_z\)随永磁铁高度\(H\)的变化情况。可以看到，随着高度的增加，磁通量密度同样呈现先增大后趋于平缓的趋势，表明存在一个最优高度值。 **图3 磁通量密度\(B_z\)和永磁铁高度\(H\)的关系**  综合以上分析结果，可以确定永磁铁的最佳尺寸为宽度40mm、高度25mm。此外，极靴与管道之间的最佳气隙高度为5mm，而传感器的最佳提离值为2mm-4mm。这些参数的选择不仅确保了足够的磁化强度，还考虑到了磁化装置的体积和重量因素，从而实现了最优配置。 #### 四、实验验证 基于上述优化后的磁化模型，制作了一个漏磁检测仪，并进行了实际的缺陷检测实验。实验结果证实了该优化方案的有效性，能够准确地检测到水冷壁管中的各种缺陷。 #### 五、结论 通过对水冷壁管漏磁检测模型的磁路优化设计，本研究确定了一套最优参数组合：永磁铁宽度40mm、高度25mm；极靴与管道间隙为5mm；传感器提离值为2mm-4mm。这些参数的选取不仅满足了磁化强度的要求，而且在实际应用中也便于操作。此外，基于优化模型制成的漏磁检测仪经过实验验证，证明了其在检测水冷壁管缺陷方面的高效性和准确性。未来的研究可进一步探索其他影响因素，以进一步提升漏磁检测技术的应用范围和精度。