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和尚嘴矿副井提升钢丝绳在线检测技术的研究应用 -马强

【摘要】为了确保煤矿提升设备的安全运行,随时掌握钢丝绳的安全状况,有效解决钢丝绳运行管理中“隐患、浪费、低效”同在的三大矛盾,采用了TCK.W钢丝绳检测技术从十二个方面强化对钢丝绳的安全保障作用,及时发现钢丝绳的内外部损伤,有效避免重大钢丝绳安全事故,保璋了生命财产安全,具有显著的社会效益。钢丝绳检测仪 钢丝绳无损检测仪 钢丝绳探伤仪

  【关键词】钢丝绳探伤;TCK.W钢丝绳检测技术应用;钢丝绳在线检测


  1 立项原因

  为确保煤矿提升设备的安全运行,《煤矿安全规程》对提升钢丝绳做了详细的规定,第401条:提升装置使用的钢丝绳做定期检验时安全系数有下列情况之一时必须更换,①专为升降人员用的小于7,②升降人员物科用的钢丝绳升降人员时小于7.升降物料时小于6。⑶专为升降物料和是挂吊盘用的小于5。在实际使用中安全系数选多大才合理昵。该矿进行了提升钢丝绳安全系数与使用寿命关系的探索发现钢丝绳随载荷的增加会有微量的伸长,当载荷超过弹性极限时钢丝绳就可能断裂,实际上,钢丝绳在工作时,除了受到静载荷外,还受到因加速度和冲击引起的动载荷,因弯曲引起的附加载荷等,当除了静载荷以外的其他载荷增加时,实际的安全系数就会降低。根据煤矿钢丝绳使用经验,除少数钢丝绳由于断丝、磨损等超出《规程》外大多数采用定期更换的方法,由于检测手段落后,无法掌握使用中钢丝绳的损伤情况,疲劳程度,使钢丝绳的安全管理存在着一定的隐患。我矿对能否在线检测出钢丝绳的实际承载能力,随时掌握钢丝绳的安全状况,进行了检测方法的探索。TCK.W弱磁检测技术一举突破了困扰全球钢丝绳无损探伤界的百年技术难题,为有效解决钢丝绳运行管理中“隐患、浪费、低效”同在的三大矛盾,实现其“安全、节约、高效”运行的三重目标,提供了重要的安全技术保障


  2 研究内容及创新点

  钢丝绳作为重要提升、运输设备中的“高度危险构件”,始终是安全监管的“盲点”,由于缺少有效的检测控制手段,因此,长期以来,一直是影响煤炭系统安全生产的“重大危险源”为了避免事故发生,目前煤炭企业普遍采用的方法是:人工检测与定期换绳。

  2.1 TCK.W弱磁检测技术原理

  TCK.W弱磁捡测技术是基于“空间磁场矢量合成”,采用宽距、非接触式弱磁能势感应装置,通过提取已施加磁载的铁磁性材料上弱磁能势分布差异信息,完成定位、定性和定量识别钢丝绳

  内外部各种缺陷的创新性电磁无损检测技术。(如图1、图2),通过提取已施

  加磁载的铁磁性材料上弱磁能势分布差异信息,完成定位、定性和定量识别钢丝绳内外部各种缺陷的创新性电磁无损检测技术。

  TCK.W弱磁检测技术遵从国际标准(ISO154:1988)规范的钢丝绳安全承载能力校核原则,提取的铁磁性材料物理场变信息,单值等效映射钢丝绳上铁磁性材料体积元的综合退变特征,为系统评估钢丝绳抗拉/弯/扭综合承载性能、安全使用寿命和安全负菏系数,提供了科学的依据。

  注:磁能势即磁场能量梯度;体积元,即钢丝绳沿轴向的体积微分。体积元内载荷材料的综合退变特征也就是钢丝绳金属截面积损失(LMA)和局部缺陷(LF)的综台反映。

  TCK.W传感器基于“空间磁场矢量合成原理”,释能元钢丝绳内部各种缺陷产生在体积元的磁能势差异件,提供一个给定弱电磁场Bx,与钢丝绳体积元的弱TCK.W弱磁传感器能够清晰、完整、快速地识别和提磁场B关联出磁场By,磁衡元件则把By的变化转化为相应的电量信号,取这种物理场变信息。

  1)铁磁性材料的磁特性.根据量子力学理论由于相邻电子自旋磁矩的交换耦台作用,使得铁磁性介质内部排列形成一定形状的“磁畴”每个磁畴内部具有同一个自旋磁矩方向(如图3)。

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  如果某一方向的磁畴在统计学分布中具备数量或者体积上的优势,就会宏观上显示出材料磁性。而如果各磁畴的分布杂乱无章,在任一方向上均无忧势,则不会有宏观磁性产生。给定的外部磁场作用会改变某一方向的磁畴数量,使铁磁性材料储备或释放一定的磁能。而且这种改变不随外部磁场的退出而复原,却形成所谓磁载。磁载在一定的对称空间建立磁能势场,只要没有剧烈机械振动或高温变化等就会在铁磁性材料内部稳定地保持较长时间。

  2)自然状态下的钢丝绳。磁能势由磁载决定并依托于钢丝绳体积元内参与机械负荷的铁磁性金属材料(以下称”载荷材料”)而分布由于制造、存储、运输、安装、运行等历史过程对钢丝绳留下了未知的磁载(其无序状如图4),所以自然状态下的磁能势还不能真实地反映体积元的材质特征,即材料究竟是正常还是有缺陷。因此先需要一种方法以建立磁载与载菏材料材质特征之间的物理对应。

  3)弱磁规划方法。弱磁规划方法——即弱磁能积规划方法,也称“弱磁加载”方法。向铁磁性构件(钢丝绳)施加给定磁载,使所有敦荷材料具有同等适度的低量级磁能积(材料的磁能量密度),并且如果载荷材料沿钢丝绳轴向等量均匀,连续分布,则任意体积元的磁能积也是等量均匀的。即沿钢丝绳所建的轴向磁场均匀而且连续,穿过任意体积元的磁通等量,而且磁通密度均匀(如图5)。注:磁能积反映单位体积的磁载储存能量水平,类似于物理学中运动系统的势能。

  2.2 钢丝绳损伤及其磁性特征

  在拉、弯、扭等机械负荷及其它次生负荷的反复作用下,钢丝绳某些体积元的材料组织出现变异、退化、损失或者应力集中。或因拉伸塑性径缩、碾压/研磨/锈蚀性缺损(LMA),或因疲劳裂隙、裂断等突变/间断(LF),磁力线在这些退变的体积元中只能沿不规则的低能耗路径排布,磁通密度随之变化,磁能积分布不均匀,使各体积元产生磁能势差异。而且,这些退变的程度越严重,磁能势差异就越突出。发生退变的体积元,或因拉伸塑性径缩、碾压/研磨/锈蚀性缺损(LMA)或因疲劳裂隙、裂断等突变,间断(LF),磁力线在这些退变的体积元中只能沿不规则的低能耗路径排布,磁通密度随之变化,磁能积分布不均匀,使各体积元产生磁能势差异。而且,这些退变的程度越严重,磁能势差异就越突出。

  只要对钢丝绳正常载荷材料体积元进行“完好定义”____标定无缺陷体积元的磁能势特征量,通过与提取的钢丝绳全部载荷材料体积元磁能势特征量的模式对比,即可有效识别载荷材料因退变产生的磁能势差异,并由这种载荷材料物理场变量映射其机械承载性能相关变化的定量关系,也就实现了无损条件下定位、定性和定量检测钢丝绳各种退变特征的技术目标

  2.3 TCK.W钢丝绳在线自动检测系分析软件

  TCK.W钢丝绳在线自动捡测系统,采用专家型计算机控制应用程序,实现了无人值守、自动检测、自动数据集成、并自动生成检测报告的系统化功能,根据行业性监管模式,具备“数据表格/损伤曲线/统计图表多重预置”。“后台数据运算”、“自动建档”、“系统自捡”及“故障预普处置”等强大功能


  3 应用情况及经济社会效益

  重大提升运输设TCK.W钢丝绳在线实时自动检测系统,与传统的钢丝绳检测及管理方式相比,从十二个主要方面强化了对钢丝绳的安全保障作用.

  通过钢丝绳数据库和管理系统的建立运行,将彻底改变陈旧的钢丝绳管理方式,对安全生产意义重大。通过实施在线实时监,及时发现钢丝绳的内外部损伤,并可随时跟进各类损伤的发展趋势极大地提高了重大运输设备的本质安全程度,有效避免重大钢丝绳安全事故,保障了生命财产安全,具有显著的社会效益。


  4 推广应用前景

  TCK.W钢丝绳在线检测技术目前已在我公司各矿推广开来,设备运行稳定,具有极大的推广应用价值。


  【参考文献】

  [1]机械设计手册[s].机械工业出版社,2000.6

  [2]钢丝绳在线实时安全检测管理系统[s].中国洛阳TCK.W钢丝绳检测技术有限公司出版,2009.10

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  责任编辑:汤静

  技术交流:wm@wmndt.com


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