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TCK.W创造钢丝绳无损检测新技术

  特种设备是国民经济建设的重要基础设备,与人民群众生活密切相关。随着社会经济与工业技术的迅猛发展,近年来我国在用特种设备规模不断扩大,每年净增长近30万台(套)。根据2007年6月公布的“全国特种设备安全状况白皮书”,至2006年底全国在用特种设备已达到403.73万台(套),首次突破400万关口。

  以防止和减少事故为目标,国家质量监督检验检疫总局于“十一五”之初提出: 2007~2010年,我国特种设备万台事故起数要力争从0.8起控制到0.5起以下,万台死亡人数要力争从1.0人控制到0.8人以下;到2020年我国特种设备安全水平要力争达到或接近发达国家水平。

  钢丝绳是设备承载所必须的主要柔性构件,在国民经济各领域得到广泛采用,使用量巨大。在《特种设备安全监察条例》所定义的“涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施”等特种设备中,后四类(所谓机电类设备)均大量使用了钢丝绳。钢丝绳的性能、质量时刻关系到大量设备和人员的安全。

  一、我国特种设备钢丝绳安全状况

  1、电梯行业

  根据国家公布统计数据,电梯事故起数占特种设备安全事故总起数的7.5%至18.3%,2007年上半年达到16.9%,接近历史高点;每年电梯事故死亡人数占全部事故死亡人数的6%至13.1%。

  钢丝绳安全对在用电梯的运行至关重要,日本近期的电梯危机事件就证实了这一点。2006年日本五大电梯公司发生了42起电梯钢丝绳断裂事故。日本国土交通省因此决定对占到日本在用电梯近9成的52万部电梯进行紧急检查,并起动了将电梯钢丝绳断裂作为法律规定的“与重大事故密切关联”事项、以及对其报告义务化的研判进程。

  电梯已经成为人民生活不可或缺的代步工具,但电梯钢丝绳安全却十分令人堪忧:

  2002年10月24日,沈阳某高层住宅楼电梯钢丝绳断裂死亡3人,重伤1人;

  2004年12月8日,西安某展厅封顶仪式因升降机钢丝绳断裂死亡6人,伤16人;

  2006年11月26日,云南昆明某机关办公楼电梯钢丝绳断裂死亡4人;

  2007年5月30日,四川内江市某公司电梯钢丝绳断裂死亡3人;

  2、起重机械行业

  2006年,我国在册起重机械达到82.36万台,占全部特种设备的比重达到20.4%;每年起重机械事故起数占所有特种设备安全事故总起数的22.1%至44.5%,是安全事故的高发区和重灾区。

  2007年上半年,我国起重机械部件失效导致事故共13起,占特种设备事故总数的35.14%,其中钢丝绳突然断裂事故竟达7起。经主管部门对2007年5月份一个月的事故进行初步分析,因设备质量问题引发的事故占33.3%,其中起重机械钢丝绳断裂事故占全部设备质量事故的40%。

  2001年4月30日,哈尔滨某工程施工现场起重机钢丝绳断裂死亡4人,重伤1人,直接经济损失65万元;

  2004年6月5日,甘肃庄浪县某公司起重机钢丝绳断裂死亡5人;

  2005年4月26日,西藏日喀则区施工工地起重钢丝绳断裂死亡3人死亡,重伤1人;

  2006年10月30日,广州某体育馆工地因高空钢缆断裂死亡4人;

  2007年3月12日,湖北宜昌某施工工地因吊栏钢丝绳断裂死亡4人;

  3、客运索道行业

  截止2006年底共有在用架空索道与客运缆车、滑雪场地牵拖索等836条。1999年10月3日,贵州马岭河客运索道绳断厢落,造成了一次死亡14人,伤22人的国内特大安全事故。

  二、“生命线”上的隐患——钢丝绳运行技术难点解析

  钢丝绳业已成为事故频发的重大危险源,钢丝绳疲劳、断丝、磨损、锈蚀等技术缺陷业已成为难测难防的重大隐患,钢丝绳应用中普遍存在 “隐患、浪费、低效”同在的三大矛盾。

  1、钢丝绳安全,始终是设备监管的难点甚至是盲区。

  由于缺少科学可靠的检测手段,钢丝绳使用过程始终潜伏着安全隐患。根据国家安全生产管理总局统计,2004~2005年全国煤矿共发生提升运输事故1065起,死亡1142人,其中断绳事故占据相当大的比例。港口方面,上海港务局曾对管辖范围内近几年的机损事故进行统计分析,结果显示33%的事故为钢丝绳断绳。

  2、钢丝绳使用成本,因安全检测不到位和无条件定期换绳而形成巨大浪费。

  美国统计表明:70%以上被强制更换的钢丝绳很少或基本上没有强度损耗。日本在另一项统计中表明:被强制更换的钢丝绳中,一半以上的强度仍处于新绳强度的90%以上,还有不少超过100%,即处于磨合期。

  3、钢丝绳运行效率,因强制停机检测和落后的人工检测方式而被大大降低。

  为了保证安全,钢丝绳用户必须对特种设备钢丝绳专门进行日常停机检测。因为钢丝绳的用量巨大和低效率的检测方法,只好牺牲正常的设备运转时间,停机待产成为普遍现象,尤其是矿山、港口等重要行业,因此造成的产能瓶颈制约严重,减产减收数额可观。

  4、隐患是万恶之源,看不见的隐患比看得见的隐患更危险。

  首先是疲劳。钢丝绳内外部的断丝现象,绝大部分仅仅因为受到弯曲、拉伸、扭转等纯力学作用而产生。疲劳不仅会形成大量断丝、断股,甚至会瞬间形成整绳断裂,被全球无损探伤界认为是最大的公害、待解的难题。

  其次,钢丝绳内部开始的断丝断股极易导致断绳事故。2007年12月19日,作为湖北省某重点交通工程的在建荆岳长江公路大桥27号桥墩施工现场起重钢缆断裂,导致5人溺亡。事故调查表明,断裂钢缆由12股钢筋组成,直径19.5毫米,承载能力20吨,刚刚投入使用一个半月,施工例行检查并未发现钢缆出现异常情况。江西漂塘钨矿曾对更换下来的钢丝绳进行解剖分析,总绳长250米,外观检验具有13根表面断丝,然而经过解剖详细检查,内部断丝竟达到134处,一个捻距内的断丝最多达到11根。

  三、钢丝绳无损检测技术的现状与发展趋势

  整整一个世纪以来,世界各国科技工作者一直在探索检测钢丝绳的各种方法。国内外已有的钢丝绳无损检测方法包括了磁或电磁检测法、超声波检测法、声发射检测法、电涡流检测法、射线检测法、光学检测法等。直到近年,除电磁检测技术之外,其余无损检测技术依然限于实验室研究。

  1986年至1996年期间,以加拿大矿业能源技术中心为主的研究小组实施了一个钢丝绳缺陷电磁检测技术的十年研究计划,通过强磁励磁技术条件下的电磁检测探头,实现了对钢丝绳显著缺陷的定性及半定量检测。以此为原型的检测仪器近年在国内外一些技术服务机构和工业现场得到了部分推广和应用。然而,强磁无损探伤技术仍然具有明显的局限和不足,由于以下几方面的问题,最终未能完成评估钢丝绳剩余承载能力和使用寿命的检测目标。

  1、对LF的检测能力:强磁探伤仪要求被测损伤造成的轴向间隙≥10mm。这一技术指标意味着间隙<10mm的各种损伤均不能被强磁探伤仪检出。

  2、对LMA的检测能力:强磁探伤仪目前最高的分辨能力可在50mm的轴向长度上进行损伤的定量分析,损伤长度<50mm时,其分辨能力大大降低。

  3、强磁探伤仪采用的磁感应线圈和霍尔元件传感器灵敏度低、稳定性差,检测结果不可靠。

  4、强磁探伤仪仪器笨重,通过能力差:以检测φ36mm钢丝绳的探伤仪为例,强磁探伤仪探头重量均处于12~25kg,十分笨重。同时,因灵敏度低而必须贴近钢丝绳表面才能检测,遇到钢丝绳翘丝、松股、或严重变形将立时受阻,甚至危及检测人员与检测设备的自身安全。

  四、TCK.W钢丝绳弱磁检测新方法的技术贡献

  TCK.W弱磁检测技术,是由TCK.W科技人员成功发现空间磁场态势的运动变化规律,在铁磁性物质无损探伤领域建树的重大创新成果。TCK.W弱磁检测技术的诞生,经历了近20年的苦心研究,一举攻克了传统检测方法无法解决的百年技术难题,是世界上唯一能够准确评估被测钢丝绳剩余承载能力和使用寿命的无损探伤设备,成为中国创造的国际领先技术。TCK.W弱磁检测技术集中表现为三大创新和两大突破:

  1、创立"空间磁场矢量合成"新理论;

  2、发现"弱磁检测"新方法;

  3、发明"窦氏元件"传感器新技术。

  基于以上研究成果,TCK.W一举攻克了困扰世界无损探伤界的两大百年难题:

  1、对钢丝绳内外部疲劳、断丝、磨损、锈蚀等各种损伤的量化检测;

  2、在工况现场条件下准确评估被测钢丝绳的剩余承载能力和使用寿命。

  尤如天文学中“日心说”替代了“地心说”,钢丝绳检测领域内,TCK.W“空间磁场矢量合成新原理”替代了传统的“漏磁场原理”;TCK.W独创的“弱磁检测方法”替代了传统的“强磁检测方法”;TCK.W的“窦氏元件传感器技术”替代了传统的“霍尔元件和感应线圈传感器技术”;

  据专家论证,TCK.W的创新成果,首次完成了对钢丝绳从“定性检测”到“定量检测”的本质性跨跃,产品性能第一次真正满足了各种工况的现场使用要求,因此也在全球范围内第一次具备了大规模投入使用的基本条件。

  TCK.W钢丝绳无损探伤仪以国际公认的钢丝绳安全承载能力的校核原则为检测依据,能够通过对在线钢丝绳内外部断丝、磨损、锈蚀、疲劳等各种损伤导致的实际承载金属有效截面积损失率的定量检测,正确评估被测钢丝绳的剩余承载能力和使用寿命,为重要的钢丝绳用户提供符合相关标准和规范要求的钢丝绳安全使用与合理更新的科学依据,是有效预防钢丝绳断绳事故、合理降低钢丝绳用绳成本和科学提高钢丝绳运行效率的高科技保障。

  日前,TCK.W在弱磁检测核心技术的基础上研制开发了钢丝绳在线自动监测系统,第一次在世界范围内成功地实现了对重大装备钢丝绳全程及全方位的在线自动监测。该系统能实时监测钢丝绳的安全状态,可靠预防钢丝绳的断绳事故,科学降低钢丝绳的用绳成本,有效提高钢丝绳的运行效率,为钢丝绳用户提供了更加方便、可靠、高效和智能化的高科技管理手段。

  TCK.W钢丝绳在线自动监测系统在特种设备安全监控中应用广泛,例如:可建立针对电梯钢丝绳的社区集中监测系统,针对起重机械钢丝绳的厂(场)区或城建集中监测系统,甚至针对索道、桥梁钢丝绳的全国集中监测系统,通过这些技术手段,将可以在一个共性的高度危险部位——承载钢丝绳的运行环节,彻底消除事故隐患,科学节约用绳成本,有效提高生产效率,也必将促进我国特种设备安全技术


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