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基于弱磁检测技术的TCK.W钢丝绳检测在线系统 -赵强

  摘要:分析了煤矿钢丝绳检测的管理要求,采用TCK.W钢丝绳在线自动检测系统后,蒋庄矿每年提高产能6.3%,提高产量18.9万t,新增产值~1.1亿元;每年节约钢丝绳检测能耗22.3万kWh。使主、副井提升钢丝绳检测始终处在安全受控状态,杜绝了断绳事故隐患,实现了对钢丝绳运行全程的安全管理。钢丝绳探伤 钢丝绳无损检测

  关键词: 提升钢丝绳无损探伤; 弱磁钢丝绳检测技术; 钢丝绳在线检测系统 T

  中图分类号:TD532;TD76文献标识码:B文章编号:1001-0874(2010)04-0026-03

  Main Rope Online Detecting System Based on the Synthesis of

  Weak Magnetic Vector

  ZHAO Qiang

  (Jiang zhuang Coa lMine,Zao zhuang Coal Mining(Group)Co.,Ltd.,Tengzhou277519,China)

  Abstract:Analyzes the application and the detecting method of main rope in coal mine,according to weak magnetic vectors synthesis theory,sets the mathematical model of quantitative nondestructive detecting of wire rope. By the circumferential magnetic field around the rope,and the high-sensitivity magnetic field sensors to detect the information of weak magnetic vector of synthesis degeneration features uses high-speed single chip digital processing and software analyzing to achieve wire rope online real-time inspection with large-gap between sensors to rope,satisfies with needs for the quantitative safety management of mining wirerope.

  Keywords:the safety of hoisting wire rope;the technology of weak magnetic detection;the online detection system of wire rope。


  1 概述

  钢丝绳是煤矿提升运输系统的必然构件,其安全使用状态维系着企业的人员及财产的安全。钢丝绳检测仪

  传统人工检查方法和定期换绳措施,较难保证安全。矿井提升钢丝绳事故频发数仅次于瓦斯、顶板事故,是煤矿生产重大“危险源”之一。据国家安全生产管理总局发布的全国煤炭安全生产状况综合分析数据,2003年1~5月,全国煤炭系统因钢丝绳问题,造成重大、特大事故215起,死亡223人,其中最严重的一起断绳事故发生在山西省吕梁市交城县五七煤矿,一次死亡14人,重伤5人。

  检测钢丝绳内、外部各种损伤,预防断绳事故,已成为迫切的需求。以下为TCK.W公司研制的基于弱磁矢量合成的钢丝绳在线检测系统。钢丝绳探伤仪


  2 TCK.W钢丝绳在线检测系统

  (1)工作原理

  如图1所示。首先由弱磁加载装置对钢丝绳全长进行弱磁规划;安装有TCK.W高灵敏度传感器的检测装置,固定在需要监测的提升钢丝绳的适当位置,对钢丝绳实施“全息”切片式检测,提取原始检测信号并输出;系统二级站接收原始检测信号,完成规定的数据和信息制式转换,实现对原始数据的初步处理和信息存储,将运行中的钢丝绳损伤信号实时传输到主控中心;由主控站进行综合分析、计算,得出检测结果,在显示终端实时显示检测结果,自动打印检测报告,同时存档检测结果。检测过程中,发现重度损伤,实时声光报警并启动应急响应预案,采取相应的处理措施,保证设备安全运行。

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  (2)系统特点

  应用弱磁检测技术的钢丝绳在线自动检测系统的特点:

  1)理论方面,根据铁磁性物质周围空间磁场矢量态势的变化和运动规律,建立了数学模型;

  2)应用方面,通过在线实时检测和对检测数据定量分析,消除了以往人工检测和定期换绳控制钢丝绳安全的弊端;

  3)技术方面,将核心检测技术与现代通讯技术、微电子技术、集成技术、信息处理技术、网络技术等先进技术综合运用到钢丝绳在线自动检测系统。


  3 关键技术

  (1)数学模型

  根据国际公认的钢丝绳技术标准,钢丝绳断伤面积ΔS是更换钢丝绳的主要依据。断伤场强和各项变量都是矢量,其和差关系均为矢量关系。以下是弱磁定量无损探伤检测的数学模型。

  如图2所示,在钢丝绳周围取一个环带,检测环带面积上的磁通密度或磁场强度,即可判定损伤面积ΔS0。B=μH,其中μ为导磁通值,在空气和真空中μ=1,所以H=B。H∝ΔS

lw2.jpg


  上述公式二重积分变成二次积分,利用极坐标求函数,通过单片机处理速度慢,必须转换成便于单片机处理的数学模型。

  在环带上组装m个传感器,形成一种模式识别型的环形传感器,不但能识别某点场强的物理量,且可以识别钢丝绳探伤点所处的空间位置。钢丝绳损伤点的面积ΔS变成了场强的函数,即:式中:A—比例系数,可大于1或者小于1;C—为一定条件下的标定常量。令C(u)为门限函数,那么钢丝绳断面积损伤量ΔS0应当是各点的积分:

  一个捻距内的总损伤量ΔSn则为:式中:nx—捻距。实验和实践证明,按照以上数学模型构建的TCK.W钢丝绳损伤定量检测系统,检测结果与实际损伤结果基本一致。

  (2)高灵敏度传感器

  基于空间磁场矢量合成原理的“窦氏元件”传感器,是钢丝绳检测的技术核心,由释能元件提供一个给定磁场,这个磁场与钢丝绳沿轴向体积微分的弱磁场所关联出的磁场,反映的就是钢丝绳的综合退变特征,也就是有效金属截面积损失(LF)和局部缺陷(LMA)。传感器的磁衡元件能够把这些变化量转化成为相应的电量信号。

  采用“窦氏元件”传感器的钢丝绳在线监测系统,使钢丝绳非常容易通过,可实时提取钢丝绳损伤信号,准确定量检测钢丝绳内外部的断丝、磨损、锈蚀和疲劳等各种损伤,评估钢丝绳安全状态。检测速度0~30m/s。检测结果不受钢丝绳抖动的影响。

lw3.jpg

  4 应用实践

  2009年10月,枣庄矿业集团公司蒋庄煤矿主、副井安装了TCK.W钢丝绳在线自动检测系统,当月调试完毕,投入运行。设备满足了提升钢丝绳在线自动检测要求,检测结果准确,系统各装置工作正常。

  根据《煤矿安全规程》规定,蒋庄矿每天用于钢丝绳人工检测的时间≥1h。采用TCK.W钢丝绳在线自动检测系统后,蒋庄矿至少可提高产能6.3%,按核定作业能力300万t,每年可提高产量18.9万t,以煤价600元/t计,可新增产值~1.1亿元;主、副井的提升机的额定功率分别是2000kW和800kW,按《煤矿安全规程》规定检测,蒋庄煤矿每年为人工检测钢丝绳开机的22.3万kWh电耗,可全部节约。

  使用TCK.W钢丝绳在线自动检测系统后,蒋庄煤矿主、副井提升钢丝绳运行始终处在安全检测的受控状态,杜绝了隐患,保证了安全。于此同时,还节约检测时间、降低检测空转能耗、减少钢丝绳用量。实现了对钢丝绳运行全程的安全管理。


  参考文献:

  [1]窦毓堂,郭铁松.钢丝绳(缆)无损检测仪的新原理磁场矢量综合法[A].全国电磁(涡流)无损检测学术会议论文集[C],2000.

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

  作者简介:赵强(1973-),男,高级工程师。1993年毕业于中国矿业大学,现在枣庄矿业(集团)公司蒋庄煤矿从事生产技术工作。

(收稿日期:2010-04-01;责任编辑:周丛笑)

  技术交流:wm@wmndt.com



The application of TCK.W wire rope detection technology in academic journals

Editor's note: TCK.W has developed a weak magnetic rope detection technology that can real-time monitor the status of steel ropes 24 hours a day, 365 days a year, and locate, classify, and quantitatively identify various internal and external defects. Currently, more than 2,500 clients in 42 countries worldwide are using this technology. These clients have published papers on the safety and economic benefits brought about by this new technology in various academic journals. Here is a compilation of some of these papers for experts and scholars to explore and study in depth.。

序号

论文名称

发表期刊

作者单位

作者
行业
1
《港口科技》
Lianyungang New Oriental International Container Terminal Co., Ltd. Jiansu, Lianyungang, 222000
Zou Xiaohua1, Zhu Jiashuang2, Xu Guochun2
港口
2
《Mining Machinery》
Henan Xinzheng Coal Power Co., Ltd
Liu Shidong
mine
3
Yungang Coal Mine
Datong Mining Industry Group
Yang Buzhong
coal
4
"Well Construction Technology"
Tongmei Group Mechanical and Electrical Management Office
Xue Peng
coal
5
"mining machine"
Henan Province Xinzheng Coal Power Co., Ltd.
Liu Shidong
coal
6
"Mechanical and Electrical Information"
Tongmei Group
Du Xiaoqin
coal
7
"Coal Industry Association"
Jizhong Energy Fengfeng Group Co., Ltd.
coal
9
Science and technology information
Coal mining Group digging Jinwan coal industry Gong
zhu dagen
coal
10
Jinchuan Technology
The second mining area of Jinchuan Group Co., LTD
Wang Qunchang
Gold Mining
11
《渤钻50006平台》
中石油渤海钻探50006钻井队
中石油
石油
12
《长城钻探钻井》
中石油长城钻探工程有限公司
长城钻探钻井
石油
13
《渤钻50006平台》
中石油渤海钻探50006
中石油
石油
14
《煤矿安全》
峰峰集团
冀庆亚
煤炭
15
《煤矿安全》
峰峰集团公司,河北 邯郸 056001
张步勤 冀庆亚 赵焕章
煤炭
16
《煤矿机电》
晋城蓝焰煤业股份有限公司
郭东兵
煤炭
17
《经济技术协作信息》
中煤金海洋集团公司
吴刚
煤炭
18
《煤矿安全生产网》
济宁矿业集团落陵煤矿
赵玉春
煤炭
19
《同煤科技》
大同煤矿集团公司
宋晓宇
煤炭
20
《地质矿山》
冀中能源股份有限公司邢台矿
吕能江
煤炭
21
山东煤炭科技
新矿内蒙能源公司黑梁矿井筹建处
贾爱学
煤炭
22
仪表技术与传感器
西安科技大学
陈海瑜
院校
23
《建井技术》
双鸭山矿业集团东荣三矿
毕可仁
煤炭
24
《煤矿机电》
枣庄矿业集团公司蒋庄煤矿
赵强
煤炭
25
《矿业论坛》
山西煤炭运销集团和尚嘴煤业有限公司
马强
煤炭
26
《能源技术与管理》
上海大屯能源股份有限公司
李 锋
煤炭
27
《隧道建设》
中国中铁隧道集团有限公司龙厦铁路
赵喜斌
铁路
28
冀中能源峰峰集团有限公司
29
《金川科技》
金川集团有限公司二矿区
王群昌
30
《机械管理开发》
同煤集团有限责任公司云冈矿
杨步忠
煤炭
31
《煤炭技术》
国投新集能源股份有限公司
岳粹巍
煤炭
32
《矿山机械》
上海大屯能源股份有限公司徐庄煤矿
袁 新
煤炭
33
《江西煤炭科技》
乐平矿务局沿沟煤矿
彭少锋
煤炭
34
《华东科技》
安徽水利工程机电检测所
杨 军
水利
35
《采矿技术》
南京银茂铅锌矿业有限公司
王建华
铅锌矿
36
《经济管理》
山东黄金矿业莱州有限公司焦家金矿
尹海林
金矿
37
《中国设备管理》
原中信重机矿山机械研究院
窦毓棠
科研
38
《材料开发与应用》
原中信重机矿山机械研究院
窦毓棠
科研
39
索道年会论文
洛阳威尔若普检测技术有限公司
窦柏林
索道
40
《制造业自动化》
吉林工程技术师范学院
唐耀武
院校
41
《研究与开发》
河南科技大学机电工程学院
张彦平
院校
43
《山东煤炭科技》
鹤岗矿业集团公司兴安煤矿
陈 影
煤炭
44
《起重运输机械》
厦门华夏国际电力发展有限公司
翁春华
港口
45
《上海电梯》
湖南省常德市特种设备检验检测所
杨辉
电梯
46
《工程机械学报》
武汉理工大学
陶德馨
院校
47
《机电信息》
福建信息职业技术学院机电工程系
陈 琳
电梯
48
《山东煤炭科技》
黑龙江省煤矿矿用安全产品检验中心
汪伟红
煤炭
49
《工业技术》
河南煤业化工集团焦煤公司赵固二矿
王国喜
煤炭
50
《山东煤炭科技》
龙煤集团鹤岗分公司富力煤矿
郝军
煤炭
51
《山东煤炭科技》
七台河矿业精煤集团有限责任公司东风煤矿
郑成才
煤炭
52
《煤炭技术》
鹤岗矿业集团公司
彭树彦
煤炭
53
《华东科技》
平顶山天安煤业股份有限公司六矿
李建全
煤炭
54
《煤矿机电》
中煤第四十九工程处
程 山
煤炭
55
《江汉石油科技》
中国石化江汉油建工程有限公司
肖金品
石油
56
《煤炭行业标准》
批准执行:国家发改委
TCK·W
煤炭
57
《矿山机械》
原中信重机矿山机械研究院
窦毓棠
科研
58
特种设备研讨会论文
洛阳威尔若普检测技术有限公司
窦柏林
特种设备
59
《武汉理工大学》
武汉理工大学 物流工程学院
董熙晨
院校
60
《科技风》
河北唐山曹妃甸实业港务有限公司
康聚生
港口
61
《研究与开发》
河南科技大学机电工程学院
张彦平
院校
62
晋煤蓝焰煤业股份有限公司成庄矿洗选厂
煤炭
63
晋城蓝焰煤业股份有限公司成庄矿
煤炭
64
中国煤炭机械工业协会、煤矿与煤炭城市发展工作委员会
煤炭
69
中国中铁隧道集团有限公司
赵喜斌,郭得福
70
南京银茂铅锌矿业有限公司,江苏南京210033
王建华
71
煤炭科学研究总院 检测研究分院 , 北京  100013
高峰

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