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机电类特种设备钢丝绳安全检验技术的发展与创

发布时间:2020-02-17 14:38 文章来源:未知 文章编辑:admin 点击数:

特种设备在《特种设备安全监察条例》 中定义为涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器(含气瓶)、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施和场(厂)内专用机动


特种设备在《特种设备安全监察条例》
中定义为“涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器(含气瓶)、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施和场(厂)内专用机动车辆”。其中“电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施和场(厂)内专用机动车辆”为机电类特种设备,钢丝绳作为这些设备的重要承载构件,其安全性能直接关系到设备和人员的安全。
随着经济的迅猛发展,近年来我国在用特种设备规模不断扩大。根据国家质检总局公布的《2008年全国特种设备安全状况》,2008年全国已办理使用登记的特种设备数量达到521.11万台,比2007年增加17.
5%。但特种设备安全形势依然很严峻,2008年共发生特种设备事故307起,死亡317人,受伤461人,直接经济损失9789.48万元,与2007年同期相比,事故总起数增加20%。其中,起重机械、电梯事故呈高发态势,在307起事故中,起重机械事故54起,电梯事故38起,占事故总数的30%。

1机电类特种设备钢丝绳安全现状
我国在用机电类特种设备钢丝绳安全现状不容乐观。根据2008年公布的统计数据,我国在用电梯115.31万台,比上年增加25.71%,占在用特种设备的比重达到22.1%,而2008年电梯事故占特种设备事故总数的12.9%,居于八类特种设备的第二位。我国目前保有大量于上世纪九十年代和本世纪初开始服役的电梯,钢丝绳的更新成为一个普遍面临的问题,不加区别地全部更换无疑耗费巨大。电梯钢丝绳新裂严重威胁着乘客的生命安全。如:据日本《朝日资讯》报道,日本国土交通省对外公布,2006年日本仅5大电梯企业就发生42起电梯钢丝绳部分新裂事故。2006年11月26日,云南省委机关办公楼电梯发生钢丝绳新裂,造成4人死亡;2007年5月30日,四川某企业货梯钢丝绳断裂,箱体坠落,造成3人死亡。
2008年我国在用起重机械已达到118.
28万台,比上年增加23.48%,占在用特种设备的比重达到22.7%;2008年我国起重机械事故所占比重已达17.6%,是特种设备中安全事故最集中的领域。《2008年全国特种设备安全状况》显示,因未按规定检验或因客观原因无法实施检验,致使未及时发现和消除设备缺陷引发的事故21起,占事故总起数的6.8%。其中主要是起重机械钢丝绳检验、维护不当导致钢丝绳断裂的问题,经统计重机械钢丝绳新裂事故占全部设备质量事故的40%。如:2008年11月7日,云南昆明市官渡区子君村经济适用房工地施工单位云南同兴建筑实业(集团)有限企业在起吊钢筋时钢丝绳断裂,将地面的3名工人砸死,1人轻伤。2009年5月24日,武汉市东西湖区一建筑工地提升机钢丝绳突然断裂,吊笼坠落,两名正在作业的工人当场死亡。
我国客运索道目前仍是新兴产业,
2008年在用客运索道为793条,为我国的山地客运、江河摆渡、景区旅游等事业发挥着重要的作用。钢丝绳新裂对索道安全构成巨大危害。索道本身处于相对恶劣的运行环境之中,自然侵蚀情况严重,而我国客运索道目前已集体进入故障易发期和多发期,近年来陆续出现事故征侯。国内外因索道钢丝绳断裂造成特别重大的事故已屡见不鲜。

2机电类特种设备钢丝绳安全隐患的成因分析
钢丝绳在使用过程中主要因为各种载荷而承受高强度的力学作用,从投入运行开始就伴随产生各种缺陷。如疲劳、断丝、磨损、锈蚀、脆变和形变等,缺陷的积累最终导致整绳新裂的严重的后果。钢丝绳结构的复杂性、运行环境的多样性以及检测方法的局限性,使得对钢丝绳缺陷的检测非常困难,并因此导致了钢丝绳在使用过程中“隐患、浪费、低效”的问题。日本国土交通省正在研究将电梯钢丝绳部分断裂作为法律规定的“与重大事故密切关联”的事项并将对其的报告义务化。日本电梯协会对前面提及的42起电梯钢丝绳部分断裂的事故原因进行了调查:年久老化的为15起,异物混入的为7起,安装时造成钢丝绳损伤的为4起,生锈、异常磨损的各2起,原因不明的12起。由此可见造成钢丝绳断裂的具体原因多样并复杂。其中,金属疲劳是导致断丝增多,引发在用钢丝绳新裂的最常见隐患。钢丝绳内外部的新丝现象,绝大部分仅仅是因为受到弯曲、拉伸、扭转等纯力学的作用,对钢丝性能的直接影响就是产生金属疲劳,这已是国内外技术专家的共识。疲劳在积累过程中很难被检测,然而积累到一定程度常常迅速形成密集的断丝,在来不及被发现和处理的情况下造成断绳。在用钢丝绳疲劳损伤的产生基本无法避免,潜伏性很强,危险征兆相当隐避,暴发速度却往往很高。从断丝开始,在钢丝绳主要从内部崩渍。
综上所述,钢丝绳安全隐患具有“复杂性、潜伏性、内部性”的特征,是名副其实的“隐患”。对运行过程安全隐患的预防预控,必须依靠科学可靠的无损检测技术手段。

3机电类特种设备钢丝绳安全检验技术的发展与创新
整整一个世纪以来,世界各国科技工编辑一直在探索检验钢丝绳的各种方法,努力使钢丝绳既延长寿命,又要确保在发生新裂之前被及时地更换下来。通常,对钢丝绳的检验分为外部检验和内部检验。外部检验是指观察钢丝绳表面的腐蚀、变形等外部缺陷,用游标卡尺测量钢丝绳直径减小量来检验其磨损程度,并目测检查钢丝绳的可见断丝数是否超过报废标准。从钢丝绳检验和报废的经验,钢丝绳内部损伤主要由于腐蚀和正常的疲劳造成,这是许多钢丝绳失效的首要原因。通常的外部检验发现不了内部损伤的程度,甚至到了迫近断裂的危险地步也是如此,所以,钢丝绳内部检验非常必要。传统内部检验的方法是:将两个适当尺寸的夹钳相隔100~
200mm牢固地夹在钢丝绳上,朝着与钢丝绳拾向相反方向对夹钳施力,外层绳股便会散开脱离绳芯,再用探针清除钢丝绳内部的碎屑后进行观测。操作时,用力必须适度,以避免绳股被过度移位造成永久变形。传统内部检验方法缺点较多,如无法检验绳股内层丝损伤状况;操作较繁琐,效率低,不便对全长各个部位进行检查;操作不当可能会导致钢丝绳结构破坏;由于内部损伤隐蔽性更大,检验人员受经验制约,不一定能准确发现缺陷等。因此,钢丝绳内部检验必须采用无损检测技术。无损检测技术是利用物质的某些物理性质因存在缺陷或组织结构上的差异使其物理量发生变化这一现象,在不损伤被检物使用性能及形态的前提下,通过测量这些变化来了解和评价被检测的材料、产品和设备构件的性质、状态、质量或内部结构等的一种特殊的检测技术。国内外已有的钢丝绳无损检测技术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,除了电磁检测技术之外,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,突出表现为对钢丝绳的表面损伤有了一定的检测能力,而对钢丝绳的内部损伤则无法进行准确的定量检测,尤其是对钢丝绳影响最大的疲劳损伤则根本无法检测,因此不能实现准确评估被测钢丝绳的剩余承载能力和使用寿命的检测目标。
中国煤炭行业标准MT/T970-2005《钢丝绳(缆)在线无损定量检测方法和判定规则》,由国家发改委于2006年1月17日公告发布,并于2006年7月1日正式实行。这是世界第一部带有判定规则的钢丝绳检测方法标准其技术等级远远高于西方发达国家的同类标准,而标准所依据的技术基础是一种全新的钢丝绳弱磁检测技术。弱磁检测技术,是由我国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取得的重大创新成果,成为目前世界上唯一能够准确评估钢丝绳剩余承载能力和使用寿命的无损探伤技术。该技术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。在弱磁检测核心技术的基础上研制开发的新型的固定安装、远程监测的钢丝绳在线自动监测系统,首次实现了对钢丝绳的在线监视、遥感遥测和区域集中控制,是针对重大技术装备和设施的“高度危险构件”钢丝绳,进行全程全方位在线监测和分析管理的创新技术体系。钢丝绳在线自动监测系统,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,是帮助广大用户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的更加方便、可靠、高效和智能化的高科技检测手段。


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