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TCK.W钢丝绳在线检测系统在煤矿安全管理中的应用 -薛 鹏

  (1同煤集团机电管理处,山西大同,037003;2洛阳逖悉开钢丝绳检测技术有限公司,河南洛阳,471003)

摘要:介绍了钢丝绳检测技术现状,阐述了弱磁钢丝绳检测技术优势和钢丝绳在线自动检测系统工作原理。同煤集团使用TCK.W钢丝绳在线自动检测系统创造了显著的安全和经济效益的事实证明,基于弱磁技术的钢丝绳检测技术是煤矿创建提升钢丝绳安全监管新模式的必然选择。钢丝绳探伤设备

  关键词:钢丝绳检测技术;钢丝绳无损探伤;弱磁检测技术;在线自动检测系统;

  中图分类号:TD532 文献标识码:A 文章编号:1002—6029(2011)04—0044—02


  1 提升钢丝绳损伤检测概况

  钢丝绳是煤矿运输提升无可替代的构件,时时维系着员工生命安危和企业财产安全,历来受到煤矿企业的高度重视。长期以来,煤矿企业都是按照《煤矿安全操作规程》规定,采用目视、手摸、卡尺量的人工方法来检查钢丝绳外部损伤,据以判断提升钢丝绳安全状况;或按规定使用年限,定期更换。实践证明,人工检测和定期更换都不可靠,难以达到防止钢丝绳断绳事故发生的目的。因此,煤矿企业迫切需要使用钢丝绳无损探伤设备,来解决提升钢丝绳使用管理中的“隐患、低效、浪费”三大问题。

  提升钢丝绳的特殊结构,决定了只有使用无损探伤设备在线实时连续检测钢丝绳内外部隐患,掌握其恶化态势,才能据以主动采取果断措施,有效地消灭可能发生的断绳事故。同煤集团经过多年探索,选用基于弱磁技术的TCK钢丝绳在线实时自动检测系统,创新提升钢丝绳安全监管模式,基本实现了“安全、节约、高效”的三重管理目标。


  2 提升钢丝绳检测技术选择

  钢丝绳无损探伤技术有非磁与磁之分。非磁检测主要有电涡流、机械震动、超声波、光学等探伤方法,基本没有得到工业现场应用和推广;而磁检测技术因其能较好地适应工况,被公认为是最适合于铁磁物质无损探伤的检测技术。磁检测又有强磁和弱磁两种检测技术。前者已有百多年历史,虽然取得了一定的进展,但技术上的突破并不明显,始终存在通过性差,股波噪音,检测结果受速度影响等缺陷,几乎不可能实现钢丝绳在线检测。诞生于本世纪初的弱磁检测技术,采用我国自主研发的高灵敏传感器,全面创新了检测原理和方法,在技术上取得了重大突破,实现了钢丝绳内外部损伤,尤其是疲劳的定量检测。TCK弱磁检测技术采用“窦氏元件”传感器,灵敏度高,检测体对被测钢丝绳没有束缚力,可以实现非接触“宽距”检测,检测设备通过性好,检测结果也不会受到速度影响,被业界认为是最有希望实现钢丝绳在线实时检测的一项先进技术。

  同煤集团对强磁和弱磁技术进行对比后认为,要创建提升钢丝绳安全监管新模式,就要对提升钢丝绳进行在线实时检测;而要做到这一点,就应选择目前世界领先的弱磁检测技术。


  3 弱磁检测技术优势

  钢丝绳无损探伤技术有非磁与磁之分。非磁钢丝绳在线实时检测的基本要求是,做到对运行中的提升钢丝绳连续进行定位、定量、定性检测,并保证检测结果不受检测速度、钢丝绳晃动或抖动等因素的影响。基于弱磁技术的TCK钢丝绳在线实时自动检测系统完全实现了这些功能。该系统之所以能实现在线自动实时检测,是因为弱磁检测技术具有独特的优势。

  3.1高灵敏度传感器技术

  “窦氏元件”传感器是弱磁检测的核心技术关键。基于空间磁场矢量合成原理的“窦氏元件”传感器,由释能元件提供一个给定磁场。该磁场与钢丝绳沿轴向体积微分的弱磁空间关联出的磁场反映的就是钢丝绳的综合退变特征,也就是局部缺陷(LF)和金属有效截面积损失(LMA)。传感器的磁衡元件能够把这些变化量转化成相应的电量信号。

  第4期 薛鹏,等:TCK钢丝绳在线自动检测系统在煤矿提升钢丝绳安全管理中的应用 45

  由于“窦氏元件”传感器灵敏度很高,达到了5V/GS,因此基于弱磁技术的钢丝绳在线检测系统采用了非接触“宽距”检测,钢丝绳非常容易通过,且不受任何外部因素影响,可以在线实时提取钢丝绳损伤信号,准确定位、定量、定性检测钢丝绳内外部的断丝、磨损、锈蚀和疲劳等各种损伤,评估钢丝绳的剩余承载能力和使用寿命。该系统检测速度0~13m/s,检测不受钢丝绳晃动、抖动等的影响。

  3.2空间磁场矢量合成理论

  TCK创立的空间磁场矢量合成新理论是弱磁检测技术的理论基础。这一理论揭示和阐释了铁磁性物质在弱磁状态下的磁能势变化规律及其量化关系。TCK在这一理论基础上,建立了相应的数学模型。依据国际公认的钢丝绳技术标准,经大量的技术试验验证,根据该数学模型对钢丝绳各类损伤导致的金属有效截面积损失所作的定量计算准确,完全可满足钢丝绳内外部缺陷定量检测要求。这一理论突破了承袭已久的传统磁检测技术原理,实现了磁检测技术由定性检测到量检测的质的飞跃,进而完成了对钢丝绳剩余承载能力和使用寿命的准确、科学、客观评估。


  4 钢丝绳在线检测系统原理

  基于弱磁技术的TCK钢丝绳在线实时自动检测系统(见附图),以可靠的结构型式,将系统检测装置安装固定于便于检测提升机钢丝绳的适当位置。检测时,首先由弱磁加载装置对钢丝绳全长进行弱磁规划;安装有“窦氏元件”高灵敏度传感器的检测装置,接着对钢丝绳实施“全息”切片式检测,提取原始检测信号并输出;系统的数采转换装置(二级站)接收原始检测信号,同时完成规定的数学模型和信息制式转换,实现对原始数据的初步处理和信息存储,并通过有线或无线通讯传输方式,将运行中的钢丝绳损伤信号实时传输到多信道主控中心(主控站)进行综合分析、计算,得出检测结果,并在显示终端实时显示检测结果,自动打印检测报告,同时完成检测结果的存档[1]。此外,该系统还设有声光报警系统,可对检测中发现的重度损伤实时报警提示,并按预置的预警预案,启动紧急处理措施,保证设备安全运行。

附图 钢丝绳在线自动检测系统工作原理

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  5 TCK钢丝绳在线自动检测系统应用实践

  同煤集团共有矿井提升机40台,每年在钢丝绳上投入的资金近2000万元,如何能够科学管理和安全使用钢丝绳一直是个难题。2010年12月,同煤集团在其下属的2O个矿的提人副立井和副斜井地面提升机房内分别安装了TCK钢丝绳在线实时自动检测系统,当月调试完毕,投入使用,取代了过去采用的钢丝绳检查方法,实现了从传统的手工检查向科学量化检查的转变。事实证明,TCK钢丝绳在线实时自动检测系统可提高钢丝绳检查的自动化程度和效果,彻底解决过去钢丝绳检查中存在的不安全、不经济、低效率、不科学、隐患大等诸多难题,提高提升设备利用率。同煤集团20个矿的副井安装使用TCK钢丝绳在线实时自动检测系统后,各矿的副井提升钢丝绳始终处于安全受控的检测状态,从根本上杜绝了隐患,确保了提升钢丝绳运行安全。同时,安装使用该检测系统,也为矿上节约了检测时间,创造出了可观的经济效益;并在降低检测能耗,减少钢丝绳用量等方面发挥出了显著作用。按照《煤矿安全规程》规定,煤矿每d用于钢丝绳人工检测的时间至少1h。同煤集团安装使用TCK钢丝绳在线实时自动检测系统的副井提升机,其功率基本为280~1000kW,20个矿每年用于钢丝绳检测的空转能耗约为160多万kW·h;使用该检测系统后,这些检测空耗将全部被节约。此外,安装使用该检测系统,可以及时了解提升钢丝绳运行的安全状况及其存在损伤的发展变化态势,据以适时采取有针对性的保养措施来减缓钢丝绳退变,达到延长提升钢丝绳使用寿命的目的。据统计,使用TCK钢丝绳在线实时自动检测系统,煤矿每年可因钢丝绳安全使用寿命得到延长而减少提升钢丝绳消耗量约1/3。

  46 薛鹏,等:TCK钢丝绳在线自动检测系统在煤矿提升钢丝绳安全管理中的应用 第4期


  6 结 语

  TCK钢丝绳在线实时自动检测系统可实现对重大装备和重要设施钢丝绳的全方位在线自动检测,为用户创造全新的钢丝绳运行安全监管模式,消除不安全隐患,降低劳动强度,提高工作效率。这对于保证煤矿安全生产,提高经济效益,促进企业发展具有十分重要的现实和长远意义。


  [参考文献]

  [1]窦毓堂,郭保中.TCK钢丝绳在线无损定量检测系统[J].煤矿机械,2001(8).


  作者简介

  薛鹏(1982--),男,助理工程师。2011年毕业于太原理工大学机械及其自动化专业,现就职于同煤集团机电管理处机械科。

  段跃新(1968- ),男,工学硕士,高级工程师。2002年毕业于南开大学计算机专业,主持研发的项目曾获军队科技进步三等奖,现任洛阳逖悉开钢丝绳检测技术有限公司研发中心副总经理。


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