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蒸汽发生器换热管电磁超声纵向导波换能器设计与优化

王理博 方志泓 王方方 王飞 韩志雄 朱义 赵亚军

王理博, 方志泓, 王方方, 王飞, 韩志雄, 朱义, 赵亚军. 蒸汽发生器换热管电磁超声纵向导波换能器设计与优化[J]. 核动力工程, 2023, 44(1): 192-197. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.01.0192
引用本文: 王理博, 方志泓, 王方方, 王飞, 韩志雄, 朱义, 赵亚军. 蒸汽发生器换热管电磁超声纵向导波换能器设计与优化[J]. 核动力工程, 2023, 44(1): 192-197. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.01.0192
Wang Libo, Fang Zhihong, Wang Fangfang, Wang Fei, Han Zhixiong, Zhu Yi, Zhao Yajun. Design and Optimization of Electromagnetic Ultrasonic Longitudinal Guided Wave Transducer for Heat Exchange Tube of Stream Generator[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(1): 192-197. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.01.0192
Citation: Wang Libo, Fang Zhihong, Wang Fangfang, Wang Fei, Han Zhixiong, Zhu Yi, Zhao Yajun. Design and Optimization of Electromagnetic Ultrasonic Longitudinal Guided Wave Transducer for Heat Exchange Tube of Stream Generator[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(1): 192-197. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.01.0192

蒸汽发生器换热管电磁超声纵向导波换能器设计与优化

doi: 10.13832/j.jnpe.2023.01.0192
基金项目: 中国华能集团有限公司总部科技项目(HNKJ20-H13;TZ-20-TYK08;TZ-20-TYK09)
详细信息
    作者简介:

    王理博(1971—),男,高级工程师,主要研究方向为核电在役检查及电站金属监督等,E-mail: wanglibo@tpri.com.cn

  • 中图分类号: TL38;TG115.28

Design and Optimization of Electromagnetic Ultrasonic Longitudinal Guided Wave Transducer for Heat Exchange Tube of Stream Generator

  • 摘要: 高温气冷堆蒸汽发生器换热管特殊的螺旋结构导致传统外置型电磁超声导波换能器难以进行有效检测。本文针对蒸汽发生器不锈钢换热管的缺陷检测,开发了一种新型内置型电磁超声纵向导波换能器,建立了有限元多物理场耦合模型,研究了换能器铁磁结构的静态磁场分布,并对换能器激励出的纵向导波进行了时域仿真。结果表明:采用挤压聚磁的换能器结构可保证线圈附近的垂直方向磁场远大于水平方向磁场,能高效地在管道内部激励单一模式的纵向导波;优化后的探头可检测直径为5 mm的通孔缺陷和长×宽×深为20 mm×1.5 mm×1.2 mm的环向槽缺陷。因此,新型电磁超声纵向导波换能器可有效激励纵向导波,并有望应用于高温气冷堆蒸汽发生器换热管的在役缺陷检测。

     

  • 图  1  外置型电磁超声换能器检测原理

    Figure  1.  Test Principle of External Electromagnetic Ultrasonic Transducer

    图  2  新型内置型电磁超声纵向导波换能器设计结构

    Figure  2.  Design Structure of a New Built-in Electromagnetic Ultrasonic Longitudinal Guided Wave Transducer

    图  3  铁磁结构静态磁通密度分布

    Figure  3.  Distribution of Static Magnetic Flux Density of Ferromagnetic Structure

    图  4  频散曲线

    Figure  4.  Frequency Scattering Curve

    图  5  SG 换热管中纵向导波位移场仿真结果

    Figure  5.  Simulation Results of Longitudinal Guided Wave Displacement Field in SG Heat Exchange Tube

    图  6  管道中纵向导波传播仿真结果

    Figure  6.  Simulation Results of Longitudinal Guided Wave Propagation in The Tube

    图  7  现场检测示意图

    Figure  7.  Schematic Diagram of On-site Test

    图  8  缺陷检测结果

    Figure  8.  Defect Detection Results

    表  1  铁磁结构材料物理性能参数

    Table  1.   Physical Property Parameters of Ferromagnetic Structural Materials

    材料 电导率/(S·m−1 相对磁导率
    磁铁 7.1429×105 1.05
    纯铁 4.032×106 4 000
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    表  2  管道有限元模型相关参数

    Table  2.   Relevant Parameters of Tube Finite Element Model

    材质 杨氏模量/
    GPa
    泊松比 密度/
    (kg·m−3)
    内径/
    mm
    外径/
    mm
    长度/
    mm
    不锈钢 200 0.03 7850 13 19 6000
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-01-21
  • 修回日期:  2022-10-19
  • 刊出日期:  2023-02-15

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