Способ прогнозирования остаточного ресурса стального каната

Авторы патента:

G01N27/82 - обнаружение локальных дефектов

Владельцы патента RU 2781540:

Общество с ограниченной ответственностью «ИНТРОН ПЛЮС» (RU)

Изобретение относится к способу неразрушающего контроля параметров стальных канатов, а также прогнозирования остаточного ресурса каната. Сущность: осуществляют непрерывное и одновременное снятие показаний датчиков Холла, индуктивных катушек, вихретокового датчика, датчика температуры, датчика натяжения каната и одометра. Полученные данные передают в блок управления и индикации (далее - БУИ) для обработки. На основе снятых данных определяют наработку и коэффициент запаса прочности каната. БУИ сравнивает полученные значения с допустимыми и формирует решение о техническом состоянии каната и прогнозирует его остаточный ресурс. Технический результат: повышение точности прогнозирования остаточного ресурса каната и степени безопасности эксплуатации каната. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу неразрушающего контроля параметров стальных канатов, а также прогнозирования остаточного ресурса каната.

Из уровня техники известен способ неразрушающего контроля поперечного сечения и обнаружения локальных дефектов протяженных ферромагнитных объектов, описанный в патенте RU 2204129 C2. Способ заключается в намагничивании протяженного участка каната и измерении параметров магнитного поля в намагниченном участке. По измеренным параметрам определяют наличие локальных дефектов и площадь поперечного сечения каната. Недостатком приведенного способа является недостаточная точность измерения, а также невозможность прогнозирования остаточного ресурса каната, так как в способе не учитывается растягивающая нагрузка, приложенная к канату, температура окружающей среды, скорость перемещения и прочие параметры физического состояния каната.

Также известен способ контроля технического состояния каната, описанный в патенте RU 2589496 C1, который выбран в качестве прототипа для изобретения. Способ заключается в намагничивании участка каната и снятии параметров каната при помощи двух независимых датчиков, каждый из которых регистрирует обрывы проволоки каната. По измеренным параметрам определяют наличие обрыва проволоки, а также плотность обрывов на данном участке каната. К недостаткам данного способа также относится недостаточная точность измерения и невозможность прогнозирования в автоматическом режиме остаточного ресурса каната.

Задачей, на достижение которой направлено изобретение, является повышение точности измерения параметров каната, а также обеспечение возможности прогнозирования остаточного ресурса каната в автоматическом режиме.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение точности прогнозирования остаточного ресурса каната, повышение степени безопасности эксплуатации каната.

Технический результат достигается за счет применения комплекса датчиков, действующих в автоматическом режиме. Комплекс датчиков может включать: датчик температуры, одометр, датчик Холла, индукционный датчик, вихретоковый датчик и датчик натяжения каната. Показания всех датчиков снимаются непрерывно и одновременно и обрабатываются в автоматическом режиме в блоке управления и индикации (далее - БУИ). На основе снятых сигналов в БУИ определяется наработка и коэффициент запаса прочности каната. БУИ сравнивает полученные значения с предельно допустимыми значениями, заложенными в память БУИ для данного типа каната, и формирует решение о техническом состоянии каната, возможности его дальнейшей эксплуатации, а также делает прогноз по остаточному ресурсу каната.

Наработку каната могут определять исходя из показаний одометра и датчика натяжения либо исходя из количества циклов работы каната. Коэффициент запаса прочности определяют на основе математической модели, исходя из данных каналов локальных дефектов, потери сечения, полученных от датчиков Холла и индуктивных катушек, шага свивки и диаметра каната, полученные от вихретокового датчика, а также исходных данных о конструкции каната.

Остаточный ресурс каната могут определять, исходя из полученной зависимости коэффициента запаса прочности от наработки каната путем сравнения текущего значения коэффициента запаса с предельно допустимым для данного каната.

Для исключения аварийных ситуаций при эксплуатации каната БУИ может блокировать использование каната, который не отвечает требованиям прочности, например, путем подачи запрещающего сигнала в блок управления эксплуатирующего канат оборудования.

Расчету коэффициента запаса прочности каната предшествует цикл контроля каната с помощью датчиков магнитной головки дефектоскопа. Расчет наработки производится непрерывно в процессе эксплуатации каната.

Алгоритм расчета наработки каната в тонно-километрах

Для каждого поступающего с одометра импульса производится расчет:

Tkm[n]=Tkm[n-1]+(tkm1*M[n]+tkm2)*C*Ostep

• Tkm[n] - величина наработки на n-ом шаге,

• Tkm[n-1] - величина наработки на (n-1)-ом шаге,

• M[n] - текущее выходное значение датчика натяжения каната,

• tkm1 - мультипликативный коэффициент пересчета показаний датчика натяжения в тонны,

• tkm2 - аддитивный коэффициент пересчета показаний датчика натяжения в тонны,

• C - коэффициент пересчета показаний одометра в километры,

• Ostep - шаг одометра.

Между включениями прибора последнее значение Tkm[n] сохраняется в файл.

Алгоритм расчета коэффициента запаса прочности каната

По завершении каждого цикла контроля производится расчет коэффициента остаточного запаса прочности каната. Для каждого отсчета данных, определяемого шагом одометра, производится расчет значений канала потери сечения (ПС), значений канала локальных дефектов (ЛД), значений индуктивного канала локальных дефектов (ЛДИ). Значения канала ПС формируются в результате суммирования сигналов датчиков Холла для каждого отсчета, скорректированных с учетом показаний датчика температуры. Значения канала ЛД формируются в результате вычитания суммарного сигнала первого кольца датчиков Холла из суммарного сигнала второго кольца датчиков Холла. Значения канала ЛДИ формируются как суммарный сигнал обеих индуктивных катушек.

После записи всей последовательности значений каналов ПС, ЛД и ЛДИ для каждого i-ого отсчета данных производится расчет напряжений в проволоках каната с учетом параметров каната, условий нагружения и результатов контроля каната датчиками МГ:

σ[i, j]=G(X1, X2, X3, X4, S, D1, D2, M, i), где

• j определяет положение проволоки в сечении каната,

• X1 - последовательность (вектор) значений величины ПС,

• X2 - последовательность (вектор) значений величины ЛД,

• X3 - последовательность (вектор) значений величины ЛДИ,

• X4 - последовательность (вектор) значений показаний термодатчика,

• S - номинальная рабочая нагрузка каната,

• D1 - диаметр каната,

• D2 - диаметр пряди каната,

• M - параметры конструкции каната,

• G - функция, которая определяется структурной моделью каната с дефектами. В качестве такой функции допустимо использовать, например, функцию, описанную в Volokhovsky, V. Yu., Vorontsov, A.N., Kagan, A. Ya. and Sukhorukov, V.V. Stochastic assesment of steel rope strength using magnetic NDT results, OIPEEC Technical Meeting, Lenzburg, 2003, 137-144.

Затем рассчитывается коэффициент запаса по напряжениям для наиболее нагруженной проволоки

где σu - маркировочная группа по временному сопротивлению на разрыв материала проволок.

Коэффициент запаса прочности каната на k-ом цикле контроля рассчитывается по формуле:

где n(i, k) - коэффициент запаса прочности в i-ом сечении каната на k-ом цикле контроля.

Решение о техническом состоянии каната принимается на основании сравнения n(k) с величиной n*, равной допустимому остаточному запасу прочности:

если n(k)<n*, то дальнейшая эксплуатация каната недопустима.

Параметры S, D1, D2, M, n* задаются при настройке дефектоскопа на канат.

Алгоритм расчета остаточного ресурса

ΔTkm[k]=F(n(k), n(k-1), n(k-2), Tkm[k], Tkm[k-1], Tkm[k-2], n*)

где F(a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7) - функция линейной или полиномиальной аппроксимации для расчета остаточного ресурса в т*км.

Изобретение проиллюстрировано следующими фигурами:

на фиг. 1 изображен схематический разрез блока датчиков магнитной головки, на фиг. 2 изображена блок-схема устройства, работающего по заявленному способу.

Позициями на фиг. 1 обозначены: 1 - участок контролируемого каната, 2, 3 - постоянные магниты, 4 - датчик температуры, 5 - датчики Холла, 6 - индуктивная катушка, 7 - вихретоковый датчик. Позициями на фиг. 2, 4 - датчик температуры, обозначены: 5 - датчики Холла, 6 - индуктивная катушка, 7 - вихретоковый датчик, 8 - магнитная головка (МГ), 9 - кабель соединения МГ и БУИ, 10 - блок управления и индикации (БУИ), 11 - одометр (измеритель пройденной дистанции), 12 - датчик натяжения каната.

Принцип работы устройства, использующего предложенный алгоритм, заключается в следующем. Во время работы эксплуатирующего канат механизма снимаются показания со всех датчиков, обозначенных позициями 4-7, 11, 12. Показания снимают одновременно со всех датчиков, так как в процессе работы устройства важно определить параметры каждого конкретного участка каната. Показания датчиков поступают в блок управления и индикации, в котором по представленному выше алгоритму производится проверка работоспособности каната, рассчитывается коэффициент запаса прочности каната, а затем оценивается его остаточный ресурс, а также принимается решение о продолжении эксплуатации каната, либо о прекращении его эксплуатации.

В памяти БУИ сохраняют значение наименьшего коэффициента запаса, а также положение участка каната, в котором выявлен подобный дефект.

Применение заявленного способа позволяет увеличить точность измерения текущих параметров каната, обеспечивает возможность прогнозирования остаточного ресурса каната в автоматическом режиме, а также приводит к уменьшению простоя оборудования вследствие более точного прогнозирования остаточного ресурса, и, следовательно, более точного назначения планового ремонта для эксплуатируемого оборудования. Автоматизация процесса контроля состояния каната позволяет повысить степень безопасности его эксплуатации и снизить затраты на контроль.

1. Способ прогнозирования остаточного ресурса стального каната, характеризующийся тем, что для непрерывного мониторинга и диагностирования технического состояния каната осуществляют непрерывное и одновременное снятие показаний датчиков Холла, образующих два кольца, индуктивных катушек, вихретокового датчика, датчика температуры, датчика натяжения каната и одометра, полученные данные передают в блок управления и индикации (БУИ) для обработки, на основе снятых данных определяют наработку каната, исходя из данных одометра и датчика натяжения или исходя из числа циклов работы каната, коэффициент запаса прочности каната на основе математической модели прочности контролируемого каната, исходя из данных каналов локальных дефектов и потери сечения, полученных от датчиков Холла и индуктивных катушек, а также данных о диаметре каната и шаге свивки, полученных от вихретокового датчика, БУИ сравнивает полученные значения с допустимыми и формирует решение о техническом состоянии каната и прогнозирует его остаточный ресурс на основе функции линейной или полиномиальной аппроксимации коэффициента запаса прочности каната.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что БУИ подает запрещающий эксплуатацию сигнал в блок управления эксплуатирующего канат оборудования.

Использование: для внутритрубной диагностики трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что внутритрубный диагностический снаряд с регулируемой скоростью движения для обследования трубопроводов содержит корпус-основание с опорными центрирующими элементами, измерительные приборы и систему управления скоростью движения в виде расположенного в корпусе-основании центрального байпасного канала, включающую в себя систему экстренного торможения, при этом снаряд выполнен в виде шарнирно соединенных между собой трех отдельных секций - аккумуляторной, секции измерительных приборов и секции управления скоростью движения с байпасным каналом, выполненным в форме сопла Лаваля, соединенного с дополнительными периферийными каналами для уменьшения области отрывного течения в расширяющейся зоне сопла, и поворотной регулирующей степень открытия канала заслонки, установленной в узком месте центрального байпасного канала и механически связанной с валом электропривода, причем зона примыкания периферийных каналов к центральному каналу выполнена в виде камеры-улитки.

Устройство внутритрубного определения механических напряжений в трубопроводе // 2778718

Использование: для внутритрубного определения механических напряжений в трубопроводе. Сущность изобретения заключается в том, что устройство внутритрубного определения механических напряжений в трубопроводе, выполненное с возможностью перемещения в пределах трубопровода и характеризующееся тем, что содержит цилиндрический корпус, содержащий, по меньшей мере, два соосно-расположенных диска из неферромагнитных материалов, жестко связанных между собой и разнесенных на расстоянии L друг от друга; по меньшей мере, четыре зонда с 3D датчиками градиометра, выполненных с возможностью сканирования внутритрубной поверхности посредством метода томографии магнитных градиентов (MTM-G), при этом упомянутые четыре зонда жестко закреплены и соосно-ориентированы в пределах цилиндрического корпуса на упомянутых двух соосно-расположенных дисках и обеспечивают: а) сканирование в трех взаимно перпендикулярных плоскостях во внутритрубном пространстве; б) регистрацию градиентов магнитного поля в автоматическом режиме; и в) передачу контроллеру определения механических напряжений данных измерений механических напряжений в трубопроводе в виде зарегистрированных градиентов магнитного поля; контроллер определения механических напряжений, расположенный в пределах цилиндрического корпуса, содержащий память, соединенную с процессором, и выполненный с возможностью приема от упомянутых четырех зондов данных измерения механических напряжений в трубопроводе и их сохранения в упомянутой памяти.

Устройство для обнаружения зон с неоднородными физическими свойствами в изделиях из металлопроката // 2767939

Изобретение относится к области контроля физических свойств изделий и материалов и может быть использовано для обнаружения зон с аномалиями твердости поверхности стальных прокатных изделий. Технический результат заключается в повышении точности определения однородности механических свойств изделий.

Первичный преобразователь для магнитного контроля несущей арматуры линейно протяженных железобетонных конструкций // 2760630

Изобретение относится к неразрушающему контролю. Первичный преобразователь для магнитного контроля несущей арматуры линейно протяженных железобетонных конструкций содержит П-образную систему намагничивания, при этом центры чувствительной зоны каждого из магниточувствительных элементов первой группы смещены относительно края ближнего к ним торца системы намагничивания на величину Rx в направлении дальнего торца, а центры активной площадки магниточувствительных элементов второй группы смещены на расстояние Ry от плоскости, проходящей через торцы системы намагничивания, в направлении её магнитопровода.

Устройства намагничивания для дефектоскопии подошвы рельса // 2745662

Использование: для дефектоскопии подошвы рельса. Сущность изобретения заключается в том, что устройство намагничивания выполнено в виде электромагнита, содержащего П-образный магнитопровод, который охвачен катушкой намагничивания, а полюса электромагнита направлены на поверхность рельса с минимальным зазором, устройство выполнено с возможностью перемещения вдоль поверхности рельса, причем магнитопровод с катушкой намагничивания размещен под головкой рельса в пространстве между шейкой рельса и элементами рельсовых скреплений к шпалам, полюса магнитопровода направлены на перо подошвы рельса, магнитопровод в средней части имеет выгиб вверх, размеры которого позволяют устанавливать и снимать устройство, минуя элементы рельсовых скреплений.

Бесконтактное устройство продольного намагничивания для внутритрубной дефектоскопии трубопроводов // 2745013

Изобретение относится к области неразрушающего контроля. Бесконтактное устройство продольного намагничивания для внутритрубной дефектоскопии трубопроводов содержит магнитопровод, имеющий средний участок, выполненный в форме цилиндра, и концевые участки, выполненные в форме усеченных конусов, при этом площадь сечения магнитопровода уменьшается от среднего участка к меньшим основаниям концевых участков, магниты, расположенные так, что они окружают концевые участки магнитопровода, причем внутренняя поверхность магнитов соответствует форме концевых участков магнитопровода, при этом магниты имеют векторы магнитной индукции, направленные по перпендикуляру или близко к нему относительно поверхности соприкосновения магнитопровод-магнит.

Способ обнаружения дефектов трубопровода и врезок в трубопровод и устройство для его осуществления // 2742631

Группа изобретений относится к области трубопроводного транспорта и может быть использована для обнаружения местоположения дефектов магистральных и иных трубопроводов, а также врезок в трубопровод. Особенность изобретения заключается в том, что трехкомпонентной магнитометрической антенной непрерывно измеряют три ортогональные проекции градиента постоянного магнитного поля с последующим вычислением среднеквадратического значения, соответствующего скаляру объемного градиента магнитной индукции над обследуемым трубопроводом и вдоль него.

Способ комплексной диагностики сварных швов рельсов бесстыкового пути и прибор для его осуществления // 2742599

Использование: для диагностики сварного шва рельсов бесстыкового пути. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют проведение регулярного сплошного контроля сварных швов с поверхности головки рельса методом магнитной памяти металла (МПМ) и контроль сварных швов с поверхности головки рельса методом вихретокового (МВТ) контроля, МПМ определяют максимально допустимую концентрацию напряжений (КН) по собственному магнитному полю рассеяния (СМПР) путем сканирования датчиком магнитометра вдоль поверхности головки рельса, МВТ контроля фиксируют дефекты типа микротрещин с раскрытием не менее 0,05 мм, при установлении в зоне контроля устойчивого повышения параметров МПМ, последующий контроль обнаруженных микротрещин и их развитие проводят МВТ контроля, проводят оценку возможной продолжительности эксплуатации дефектного рельса с учетом параметров аналогичного дефекта, полученного на контрольных образцах и контролируемого дополнительно другими методами неразрушающего и разрушающего контроля, планируют сроки замены дефектного сварного шва при минимизации влияния на перевозочный процесс.

Способ определения механического напряжения в стальной арматуре железобетонной конструкции // 2740537

Изобретение относится к области строительства, в частности к оценке технического состояния железобетонных конструкций. Сущность: используют эталонный образец из металла, аналогичного материалу образца действующей конструкции.

Универсальное устройство дефектоскопии для контроля технического состояния стенок гильз // 2739279

Использование: для контроля за техническим состоянием поверхности гильз. Сущность изобретения заключается в том, что универсальное устройство дефектоскопии для контроля за техническим состоянием поверхности гильз состоит из размещенных в корпусе, соединенных между собой гермокабелями и снабженных разграничивающими манжетами и каретками магнитной, ультразвуковой секций, с выводом для подключения промышленной сети или энергоблоком с генераторной установкой.