Способ определения опасных мест обрыва металлических тросов и капроновых фалов, и устройство для предотвращения аварий при спуско-подъемных операциях
Владельцы патента RU 2767280:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН (RU)
Использование: для предотвращения аварий при спуско-подъемных операциях. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для предотвращения аварий при спуско-подъемных операциях содержит лебедку, трос, который проходит через шкив п-рамы и связан с грузом, при этом трос барабана лебедки последовательно проходит через первый тормоз троса, первый тестовый шкив, второй тестовый шкив и второй тормоз троса, причем в оси первого и второго тестовых шкивов вмонтированы акустические датчики, соединенные с анализатором спектра, подключенным к исполнительному устройству, выходы которого соединены с первым и вторым тормозами троса и приводом барабана лебедки, а второй вход исполнительного устройства соединен с пультом управления, подключенным также к анализатору спектра. Технический результат: обеспечение возможности надежного предотвращения аварий при спуско-подъемных операциях. 1 ил.
Настоящее предлагаемое изобретение относится к спуско-подъемным операциям на морских судах, лебедкам кранам и пр.
При работе с грузами, поднятии и опускании их за борт, да еще при волнении, когда судно испытывает качку, тросы имеют динамическую нагрузку, превышающую статическую во много раз. Следствием чего помимо потери груза, является травмирование людей, а, иногда, и смертельные случаи.
Известны способы организации такелажных работ, направленные на уменьшение процента несчастных случаев (1, 2). Известные способы (правила) не устраняют аварийные ситуации.
Известны множество способов определения мест дефектов в материале троса (3). Определение дефектов в капроновых или иных неметаллических фалов (веревок и пр.) авторам не удалось найти.
Удалось найти «Способ предупреждения разрыва каната» датируемый 1934 годом (4)! Который, не может быть взятым даже за прототип нашего предложения.
Прототипом заявки может являться патент (5), который заключается в акустическом контакте лифтового тягового элемента с микрофоном.
Целью настоящего предложения является не только способ и устройство для определения места потенциального разрыва троса или фала, но и предотвращение самого обрыва. Поставленная цель в способе достигается тем, что, трос пропускают через шкив, изменяющий направление его движения, и снабженный акустическим приемником, а дефект определяют по изменению спектра акустической эмиссии, генерируемой при прохождении троса (фала) через шкив.
Поставленная цель в устройстве достигается тем, что трос барабана лебедки последовательно проходит через первый тормоз троса, первый тестовый шкив, второй тестовый шкив, второй тормоз троса, и соединен с грузом.
Кроме того, в оси первого и второго тестовых шкивов вмонтированы акустические датчики, соединенные с анализатором спектра, подключенным к исполнительному устройству, выходы которого соединены с первым и вторым тормозами троса, и приводом барабана лебедки, а второй вход исполнительного устройства соединен с пультом управления, подключенным также к анализатору спектра.
И способ и устройство основаны на достаточно банальном с точки зрения акустики эффекте. Все дело в том, что как металлические тросы, так и капроновые фалы состоят из множества нитей, которые в местах перегиба под нагрузкой натяжения взаимодействуют между собой через трение, которое вызывает акустическую эмиссию, которая почти стационарна, и для каждой марки троса (фала) имеет свой спектр шума. Любой обрыв даже нескольких нитей вызывает заметное изменение генерируемого спектра участком, испытывающим изгиб. Это доказали эксперименты с регистрацией акустического шума с помощью датчика, вмонтированного в ось шкива, через который проходил трос. Очевидно, это вызывается увеличением локальной нагрузки на каждую оставшуюся нить после обрыва других в этом месте. Может быть, концы оборванных нитей «скребут» по находящимся рядом? В любом случае, ослабленный участок является местом потенциального обрыва троса (фала), и именно шум является источником информации, указывающим на это место. Спектры шума металлических тросов и фалов существенно различны. Обрыв нитей в металлическом тросе, также, как и появление прядей, коррозия, уменьшение сечения, и т.п., в любом случае является потенциально опасным для прочностных характеристик троса (фала), и вызывает изменение в спектре шума, издаваемого дефектным участком. В капроновых фалах ясность в изменении спектра менее заметна, и она находится в более низкочастотной области спектра, но все равно существует.
Возможность практической реализации.
На чертеже - фиг. 1 показана блок-схема, реализующая предлагаемый способ. Она содержит: барабан лебедки-1, трос-2, который связан с грузом-3 (прибором), который во взятом случае должен подниматься и опускаться за бортом судна, который работает в океане. Трос последовательно проходит через первый тормоз троса-4, первый тестовый шкив-5, второй тестовый шкив-б, и второй тормоз троса-7. В оси тестовых шкивов 5 и 6 вмонтированы акустические датчики-8, соединенные со входами анализатора спектра-9, выход которого подключен к исполнительному устройству-10. Выходы исполнительного устройства соединены с первым-4 и вторым-7 тормозными устройствами, и приводом барабана лебедки-1. Пульт управления-11 подключен к анализатору спектра-9 и исполнительному устройству-10. С его помощью происходит настройка устройства пре смене типов тросов (фалов) на лебедке
Для настройки устройства необходимо пропустить через любой из тестовых шкивов (под нагрузкой!) новый трос (фал), и получить спектр его шума. Далее необходимо найти частотные, амплитудные отличия шума, генерируемого изношенным тросом, имеющим структурные дефекты от шума нового. И с помощью пульта управления-11 установить срабатывание тормозов 4 и 7 во время прохождения дефектного участка через любой из тестовых шкивов 5 и 6. Практически, термин «анализатор спектра» применен авторами для усиления «научности» текста заявки. Все таки существует огромное количество тросов и фалов спектры которых и, особенно, шумы, издаваемые дефектными участками имеют множество частотных и амплитудных отличий. На самом деле, на месте анализатора спектра-9 достаточно иметь два амплитудных детектора, один с временным откликом в несколько секунд, и другой в доли секунды, подключенные к устройству сравнения, которое и будет выделять момент прохождения дефектного участка через тестовый шкив, потому, что уровень шума, генерируемый им, значительно выше, чем стационарный шум, издаваемый доброкачественным тросом (фалом).
При спуске, пульт управления-11 подключает к анализатору спектра-9 датчик оси тестового шкива-5, и обеспечивает вращение барабана лебедки-1 против часовой стрелки. При подъеме подключается датчик оси тестового шкива-6, и обеспечивается вращение барабана лебедки по часовой стрелке.
Как понятно из изложенного, прохождение потенциального места обрыва троса, независимо от его направления, вызывает срабатывание обоих 4 и 7 тормозов троса, как при спуске, так и при подъеме. Тем самым снимается нагрузка со всего участка троса, находящегося в пространственной доступности обслуживающего персонала при такелажных морских работах на судне, что значительно уменьшает вероятность травмирования людей.
Таким образом, при спуске, остановка лебедки-1, и срабатывание тормоза-7, позволяют вернуть груз (прибор) с помощью кран-балки, на которой установлен шкив-8. В случае же подъема, имеется возможность перевязать трос до первого шкива-8, и поднять прибор.
В любом случае, остановка лебедки, вызванная работой устройства предотвращения авриий, позволяет убрать всех людей из потенциальной зоны травмоопасности, и… продолжить (оторожно!) работы на свой страх и риск. Для этого на пульте управления-11 необходимо поставить кнопку «Аварийная работа».
Разумеется, предложенные способ и устройство могут быть применимы не только в морской технике, но при любых такелажных работах, в том числе строительных. Затраты при их внедрении будут не столь велики, а безопасность работ будет практически стопроцентной.
Источники информации, использованные при составлении заявки:
1. Правила контроля РД РОСЭК 012-97 Госгортехнадзора.
2. Методические указания по магнитной дефектоскопии РД 03-348-00.
3. Патенты России №№2204129; 2469307; 2491541; 2550058;2589496.
4. Авторское свидетельство SU 36618
5. Патент России №2485041.
Устройство для предотвращения аварий при спуско-подъемных операциях, содержащее лебедку, трос, который проходит через шкив п-рамы и связан с грузом, отличающееся тем, что трос барабана лебедки последовательно проходит через первый тормоз троса, первый тестовый шкив, второй тестовый шкив и второй тормоз троса, при этом в оси первого и второго тестовых шкивов вмонтированы акустические датчики, соединенные с анализатором спектра, подключенным к исполнительному устройству, выходы которого соединены с первым и вторым тормозами троса и приводом барабана лебедки, а второй вход исполнительного устройства соединен с пультом управления, подключенным также к анализатору спектра.
