Wikipedia

Ståltau

«Wire» har flere betydninger.

Ståltau, eller vaier (fra engelsk wire rope), er tau slått (tvunnet) av ståltråder. Stålet er normalt galvanisert eller rustfritt. De kan ha kjerner av fiber eller stål. Ståltau ble oppfunnet i 1830-årene i Tyskland og ble først brukt i gruveindustrien, men har siden funnet anvendelse på en rekke områder. Ståltau blir blant annet brukt i hengebroer, skråkabelbroer, kraner, heiser og taubaner, men også til utstyr på sirkus og fornøyelsesparker, samt i gruveindustri og forankring av fartøyer og oljeplattformer.

Ståltau brukt i det tyske bergverket Zeche Zollern

Bakgrunn

rediger

Moderne ståltau ble oppfunnet av den tyske bergingeniøren Wilhelm Albert i perioden 1831 til 1834 for bruk i gruvedrift i Harzfjellene i Clausthal, Niedersachsen i Tyskland.[1][2][3] Ståltauet fikk raskt gjennomslag fordi det var bedre enn vanlig tauverk eller kjetting, som hadde blitt benyttet før ståltauet ble oppfunnet.[4]

Wilhelm Alberts første ståltau besto av tre kordeller med fire ståltråder i hver. I 1840 forbedret skotten Robert Stirling Newall produktet og produksjonen av det.[5]

I siste halvdel av 1800-tallet begynte en å bruke ståltau for å distribuere mekanisk kraft, blant annet for taubaner.[6] Ståltau kostet en tiendedel av remdrift[trenger referanse] og hadde mindre tap ved friksjon. På grunn av disse fordelene ble ståltau benyttet for å distribuere kraft[trenger referanse]ved distanser opp til noen kilometer.[7]

I USA ble ståltau etterhvert produsert av John August Roebling, noe som la grunnlaget for hans suksess med bygging av hengebroer. Roebling sto for en rekke forbedringer i konstruksjon, materiale og produksjon av ståltau.

Oppbyggingen av ståltau

rediger
 
Eksempel på oppbygningen av et ståltau. Denne betegnes som type 6 x 19 + 1FC.
 
a) Langslåtte ståltau b) Krysslåtte ståltau. Begge kordelene er her spunnet mot høyre, mens trådene er spunnet henholdsvis mot høyre og venstre.

Et ståltau er oppbygd av individuelle tråder, sammensatt til en kordel eller part (engelsk strand). Et antall kordeler er slått (spunnet) rundt en senterkjerne til et ferdig ståltau.

Ståltauene sies å være kryss- eller langslåtte – se figuren. Krysslåtte ståltau er vanligst, da er trådene og kordelene tvinnet hver sin vei.

Diameteren blir målt utenpå kordelene, der tauet er tykkest. Diameteren kan være opp til 120 mm for ståltau til forankring av FPSOer.

Man klassifiserer ståltauet etter type og diameter. Typen tau beskrives ofte på formen a × b + c der a er tallet på kordeler i tauet, b er tallet på tråder i hver kordel og c karakteriserer kjernen. Eksempelet i figuren øverst til høyre omtales som 6 × 19 + 1FC, det vil si seks kordeler hver med 19 tråder + en fiberkjerne (FC).[8][9] En mer fullstendig kode kan være 22-6 × 19-FC-1770-B-sZ, for et ståltau med 22 mm nominell diameter, med bruddspenning på 1770 MPa. Leddet som her har bokstaven B viser til beskyttelsesmetode.[10] Leddet som her har bokstavene sZ viser om spinningen av ståltråder er mot høyre eller venstre,[11] og om spinningen av kordelene er mot høyre eller venstre.[12] Kodene er standardisert i ISO 17893.

Ståltrådene

rediger

Ståltrådene er laget av eutektisk perlitt - en blanding av ferritt (rent jern) og sementitt (Fe3C). Trådene er normalt finkornige og lavlegerte (mye mangan og silisium). Karboninnholdet er høyt for å oppnå høy styrke, typisk 0,4–0,95 %. En bruker betegnelser på ståltrådene som for eksempel C 82 D, som betyr et midlere karboninnhold på 0,82 %. En foretrekker ofte å ha karboninnholdet på om lag 0,86 %.[13]

Kaldtrukne perlittråder kan ha flytegrenser på flere tusen megapascal. Det gjør perlitt til et av de sterkeste konstruksjonsmaterialer vi har.[14] Maksimal strekkstyrke er funnet å være over 6000MPa. Selv om perlitt brukes i mange tekniske anvendelser, er opprinnelsen til den ekstreme styrken dårlig forstått. Kaldtrekkingen styrker perlitten ved forbedring av lamellestrukturene, gir delvis kjemisk nedbryting av sementitt, og en overgang fra krystallinsk til amorf sementitt.[15]

Høyt karboninnhold innebærer at trådene er dårlig sveisbare. For å sveises med godt resultat må en ha varmebehandling.

I patenterte prosesser som innebærer kaldpressing, varmebehandling og ny kaldpressing, blir stålet presset gjennom stadig tynnere hull slik at det til sist kommer ut i den ønskede formen, tykkelsen og lengden. Oftest produseres trådene runde, men kan ha andre former.

Trådene blir ofte galvanisert med sink for å kunne brukes i korrosivt miljø.

Trådene er lett bøyelige og strekksterke, og lar seg rette ut og bøyes på nytt en del ganger. Når den ryker etter slik bøying er det på grunn av lavsyklusutmatting.

Kordelene

rediger

Kordelene er oppbygd med flere lag med tråder rundt en kjerne. Miksen av tråder (dimensjon og antall) bør være en god kombinasjon av grove tråder mot korrosjon og slitasje, og tynnere tråder for fleksibilitet. Dess tynnere enkelttrådene er, dess mykere er ståltauet. Et standard ståltau består oftest av seks til åtte kordeler. Ved å øke antall kordeler blir formen på ståltauet mer sirkulært. Det reduserer slitasjeområdet i ledehjul og skiver. Valget av tykkelsen på trådene er i stor grad styrt av om en er utsatt for utmatting eller slitasje. For å hindre utmatting er det best å ha små diametere på ståltrådene. For å hindre slitasje er det best å ha store diametere på trådene. I praksis må en gjøre et kompromiss.[16]

Kjernen

rediger

Kjernen er fundamentet for kordelene, og hjelper til å holde dem på plass. Senterkjernen er gjerne av fiber eller ståltråd. En velger fiber dersom en vil spare vekt. Kan ståltauet være utsatt for knusing, høye temperaturer eller om en trenger høy strekkstyrke, bør en velge en stålkjerne.[16]

For offshore bruk anbefales det ikke å bruke fiberkjerner.[17] Klassifikasjonsselskapet DNV GL krever ved bruk av kordeler, at kjernen lages av et uavhengig ståltau (engelsk IWCR).[18]

Plastkappen

rediger

En kan legge et beskyttende plastlag rundt ståltauet for å forebygge korrosjon. Laget vil også holde smøringen av tauet på plass og kunne redusere slitasje både internt, og redusere utvendig slitasje. Det lages av polyetylen eller polyuretan.[19]

Plastbelegget har andre deformasjonsegenskaper enn ståltauet. Erfaring viser at når lange ståltau tøyes, kan en etter en tid få at endene av ståltauet er uten beskyttelse.

Friksjonen mellom plast og stål er mye høyere enn mellom stål og stål. Bruk av plastkapper vil derfor øke rotasjonen i ståltauet.[20]

Oppførsel under belastninger

rediger
Elastisitet og tøyninger

Forlengelser og tøyninger av ståltau under belastninger beskrives ved elastisitetsmodulene (oftest betegnet med bokstaven E i analyser eller forkortelsen E-modul). Jo høyere E-modulen er, desto stivere er materialet.

E-modulen for ståltau avviker fra E-modulen til ståltrådene. Den er videre ikke-lineær, slik at en må forholde seg til flere E-moduler avhengig av strekklasten. E-modulen for ståltau med kordeler kan bare fastsettes med rimelig nøyaktighet ved målinger for den aktuelle ståltrådtypen.[21] E-modulen endrer seg også med antall ganger lasten påføres, ved at en får en permanent deformasjon. Ståltauet blir derfor stivere ved bruk. Arbeidsdiagrammene for pålasting og avlasting er også forskjellige (hysterese). Er det viktig at lengden på ståltauet ikke øker mye, bør tauet strekkes opp gjentatte ganger før bruk.

Strekkspenninger

For et ståltau i strekk vil spenningene i hver enkelt tråd være forskjellige. Spenningen i den mest belastede tråden vil være større enn den midlere spenningen i ståltauet. I tillegg til strekkspenninger vil ståltrådene få bøye- og torsjonsspenninger, og noe tverrspenninger på grunn av trykk. Spenningsforskjellene vil være:

  • systematiske avhengig av vinklene som trådene og kordelene er spunnet i, og
  • usystematisk fordi ståltrådene og kordelene ofte ligger løst på kjernen og ikke begynner å ta opp last før ståltauet har fått en god del strekk.

Spenningene vil videre være påvirket dersom ståltauet ikke har en perfekt geometri, har indre spenninger, dersom tråder eller kordeller er løse, eller om noen tråder har spenninger utenfor det elastiske området.[22]

En har ikke noen god metode til å beregne virkelige spenninger i hver tråd.[22]

Strekkstyrken av et ståltau kan anslås som ca. 85 % av summen av styrkene til trådene i et ståltau med kordeller og ca. 79 % for et rotasjonsfritt ståltau.[23]

Bøyespenninger

Bøying av ståltau over tromler, ledehjul, skiver, i endeavslutninger med mer, vil redusere evnen til å ta opp strekk. En forsøker derfor å holde bøyingen på ståltauet så liten som mulig.

Torsjon

Vridning eller rotasjon (engelsk twist) i motsatt retning av hvordan trådene eller kordelene er slått, vil kunne føre til at ståltrådene eller kordelene åpner seg. Styrken vil da bli redusert.

Når en strekker ståltau, vil det på grunn av spiralutformingen få et dreiemoment.[24] Momentet er omtrent proporsjonal med strekklasten.[25] Dersom tauet ikke er fastholdt i endene vil det rotere. Dersom en bruker svivler vil disse ikke overføre torsjon ved små laster, men når lasten øker vil svivelen låse seg og torsjon kan overføres videre.[26] Det kan unngås ved å bruke kuleledd i svivelen, men en risikerer da at en får torsjonsutmatting i ståltauet. En må da velge hva som er viktigst å unngå for den aktuelle anvendelsen.

Dersom torsjonen fra et ståltau overføres gjennom svivelen til en fiberline med lav torsjonsstivhet, vil fiberlinen svive rundt. Avhengig av fiberlinens endeavslutning kan den sende vridningen tilbake til ståltauet,[25] men i motsatt retning. Det kan åpne opp ståltauet, og bidra til brudd.

Dersom en bruker stålkjerne, kan kjernen ved den øvre ståltauenden få hele strekklasten, mens det ikke er noen last i kordelene. I den nedre enden kan en få en betydelig trykklast fordi kjernen ikke kan bevege seg på tvers.[27]

Noen tau er såkalte rotasjonsfrie ståltau. Kordelene omkring kjernen kan da bevege seg i forhold til kjernen. Innvendig korrosjon vil kunne gjøre at dette ikke fungerer som tiltenkt. Slik korrosjon kan oppstå ved at galvaniseringen slites av ved bevegelsene. Ståltauene kan også gå i oppløsning innvendig. Virkelige rotasjonsfrie ståltau finnes ikke.[28] Rotasjonsfrie ståltau er mye stivere og mindre anvendelige enn vanlige tau.

Korrosjon, smøring og vedlikehold

rediger
 
Ståltau på trommel
Foto: Johannes 'volty' Hemmerlein

Ståltauet har sin store styrke og fleksibilitet i at ståltrådene beveger seg i forhold til hverandre i et samvirke. Dersom det oppstår korrosjon eller slitasje vil ikke trådene bevege seg i forhold til hverandre som tiltenkt, og en kan få skader eller brudd i tauet.

Korrosjon vil redusere utmattingslevetiden på ståltauet betydelig. Utmattingslevetiden blir også redusert om en bruker sinkbeskyttelse.[29]

For å forebygge korrosjon vil ståltrådene være beskyttet. En kan bruke galvanisering, rustfritt stål (sjeldent), dypping av trådene i sink (vanligst) eller i en blanding av sink og aluminium.[30]

En kan også smøre trådene for å forebygge rust, men effekten mot korrosjon er beskjeden.[31] Ståltau som er smurt fra leverandøren har likevel typisk dobbelt så lang utmattingslevetid som et som ikke er det. Dersom en også ettersmører under bruk, øker levetiden typisk til tre ganger lenger enn et ståltau som er levert usmurt. En smører normalt bare overflaten på ståltau, men ved bruk av trykk kan det også smøres innvendig. Det er flere metoder for påføring, og flere typer smøremidler (som Feryl, Brilube, Finlube, Tex-lad og Nyrosten med flere) tilpasset bruksområdet for ståltauet.[32] Smøremiddelet bør tilfredsstille standarden ISO 4346. I sjø vil smøringen bli vasket ut over tid. En vil få økt friksjon, avskraping av galvaniseringen, korrosjon der galvaniseringen forsvinner, økt friksjon mellom ståltrådene i de ytterste lagene av tauet og et ståltau som ikke fungerer som forutsatt.[33]

Ståltau med plastbelagt kjerne er bedre beskyttet mot utvendig rust, og krever mindre smøring.[32]

Ståltau som går gjennom skvettsonen i sjø, er mer utsatt for hydrogeninntrengning.[34] Høy bruddstyrke øker også mulighetene for hydrogen. Hydrogenet kan føre til sprøbrudd.

En kasserer ofte ståltau ved om lag halvparten av den levetiden som er oppgitt av leverandøren (sikkerhetsfaktor på to).[32]

Et rotasjonsfattig ståltau er svært vanskelig å sjekke visuelt for å avdekke innvendig slitasje, trådbrudd og utmatting siden dette oppstår i kjernen av ståltauet. Ved utmatting som følge av stor bøyebelastning over små skivehjul vil trådbruddene oppstå i kjernen og ikke være synlige ved utvendig visuell kontroll.[35]

Endeavslutninger

rediger
 
Endefeste av galvanisert ståltau med øyespleis og presshylse. Denne er brukt for bardunering.
Foto: Bernard S. Jansen

Det er flere måter å avslutte et ståltau på. Ståltauet vil ved endeavslutningen ha en redusert styrke. Styrketapet er avhengig av type endeavslutning.[36] Noen vanlig brukte endefester er:[37]

  • Mekaniske låser (wireklemmer, iron grip, Asekeklemmen, U-boltklemmen med mer). En setter en klemme over ståltauet, som skrus fast. Flere fabrikater brukes.
  • Presshylser eller presslåser. Det vises på figuren til høyre. Legges over ståltauet, og presses sammen til de holde tauet på plass. De kan ikke alltid brukes på rotasjonsfri ståltau. Loddet holder enden sammen med resten av tauet. Det er ofte av aluminium, og kan i sjø fungere som anode.
  • Socket, der tauet tres inn i en sylinderformet avslutning. En bruker så en støpemasse mellom tauet og sylinderen for å feste dem sammen. Egenskapene til støpmassen er svært avhengig av temperaturen.
  • Kilesocket er nyttig når ståltauet må skiftes ofte. Enden av ståltauet går inn i en konisk åpning, der den vikles rundt en komponent (kilen). Ettersom belastningen øker på ståltauet, blir kilen sikrere og grepet på tauet strammere.
  • «Han og hun» brukes for mindre ståltau. En lager et lodd i enden av ståltauet som skal passe inn i en konstruksjon som holder den på plass.
  • Spleiste endefester.
  • Løkker (som «flamsk øyespleis» eller super loop), som på figuren til høyre.

Ukyndig kutting av ståltau kan føre til utløsning av indre spenninger slik at tauet er ubrukelig etterpå.

Vanlige brukte standarder for endefester, er serien EN 13411 med seks standarder, og DIN 3089.

Trommel og bremser

rediger

Ståltau lagres vanligvis i tromler. Samtidig er deler av ståltauet også i trommelen når ståltauet er i bruk. Det er også bremser knyttet til trommelen. Det kan være bremser av ulike prinsipper.

Lagring samt inn- og utspoling medfører belastninger og slitasje på ståltauet. Vanlige feil er:[38]

  • Ståltauet bør spoles av og på en annen trommel i samme rotasjonsretning på trommelene.
  • Ståltauet må spoles inn med strekk i ståltauet. Noen anbefaler 5–10 % av bruddstyrken,[38] ISO 4309 anbefaler 2,5–5 % av bruddstyrken for kraner[39] mens ISO 19901-7 skriver at 3–5 % av arbeidsstrekket er vanlig for forankringsliner.[40]
  • Høyreslått (høyretvunnet) ståltau bør spoles inn fra høyre side i trommelen sett ovenfra i retning av ståltauet. Tilsvarende med venstreslått fra venstre.
  • Ståltauets diameter må passe til sporene i trommelen (lebusspor).
  • For stor vinkel (typisk 2,5 grader) mellom retningen på ståltauet i de ytterste posisjonene av ståltauet på trommelen, kan medføre slitasje og rotasjon på ståltauet.[41] Rotasjonsfri ståltau er særlig følsom (typisk 1,5 grader).[38]
  • Dersom det første laget ikke spoles av under bruk, kan det oppstå skader på tauet som belastes samme sted hver gang.
  • Diameteren på trommelen bør være minst 500 ganger større enn diameteren på den ytre ståltråden.[16] For rotasjonsfrie ståltau bør en bruke en vesentlig større diameter.

For bremsene på ankerliner har i Norge Sjøfartsdirektoratet et omfattende sett av krav.[42] Det er krav til testing, og videre at det skal være to uavhengige holdebremsesystemer. Bremsekraften skal ikke påvirkes av enkeltfeil i krafttilførsel eller kontrollsystem. Ved svikt i krafttilførselen under kjøring av vinsjen, skal det være en restbremsekraft som skal opprettholdes frem til krafttilførsel og kontrollsystem er i funksjon. Det er videre også krav til nødutløsning, og til testing av denne.

Ledehjul og skiver

rediger

Ståltau på kraner og ankerliner går gjennom ett eller flere ledehjul eller skiver. Hjulet sikrer at tauet kan endre retning uten å skade tauet. Når ståltauet beveger seg i ledehjulet, vil en tape energi på grunn av friksjon i tauet selv, deformasjoner i kontaktsonen av tauet og ledehjulet, og av ledehjulets bæring. Strekklasten på drasiden vil derfor alltid være større enn trekklasten på andre siden av ledehjulet. Strekktapet minker dersom forhold mellom diameteren på ledehjulet og ståltauet øker. Tapet minker også med økende strekklast. Strekktapet er sjeldent over 10 %. Ved svært lave temperaturer øker strekktapet betydelig. Tapet er også avhengig av smøremiddel.[43]

Ståltauet er her også utsatt for slitasje og skader:[44]

  • For å bevege seg fritt bør sporet i ledehjulet være litt større enn diameteren på ståltauet.
  • Dersom ledehjulet ruster fast eller kiler seg vil det kunne medføre betydelig skade på ståltauet.
  • En vinkel mellom ståltauets lengderetning og ledehjulets akse gir vriding av ståltauet, og slitasje både på ståltauet, ledehjulet og sporet i ledehjulet. For stor vinkel (typisk 2,5 grader) mellom ledehjulet og ytterste posisjon av ståltauet på trommelen kan medføre slitasje og rotasjon. Rotasjonsfri ståltau er særlig følsom (typisk 1,5 grader). Vridningen kan forebygges ved å øke vinkelen på de innvendige sidene av ledehjulet. Etter DIN-standarden 15061 bør den være minst 45 grader og etter britisk standard 52 grader.[45]
  • Diameteren på ledehjulet bør være betydelig større enn diameteren på tauet (typisk >20x). Rotasjonsfri ståltau er særlig følsom, og diameteren bør være enda større (typisk > 35x). Dess større forhold dess lengre er levetiden på ståltauet. For flyttbare plattformer er forholdet typisk 16-25 og for produksjonsplattformer typisk 40-60.[46]
  • Dess lengre tid ståltauet er i ledehjulet, dess kortere vil levetiden være.
  • Ledehjul med slitasjemerker bør byttes ut.
  • Ledehjulene må smøres godt både i hjulakslingen, lager og sliteflaten for ståltauet.

Svikt i ståltau

rediger

Det er en lang rekke feil som kan være årsaker til brudd, og å lage en systematisk oversikt er ikke lett. Brudd skjer også ofte som en kombinasjon av årsaker. Å lage en oversikt over mulige feilmoder gjør det mulig å iverksette systematiske tiltak for å forhindre slike feil. Noe av det som bidrar er:[47][48]

Produksjonsfeil

Det er en rekke muligheter for feil under fabrikasjon. Det har ført til at det som regel kreves sertifisering av ståltau. For å få sertifikat må en gjennom en lang rekke kontroller som er beskrevet i den standarden en sertifiserer i henhold til.[49] Trådene, kjernen, kordelene og hele ståltauet sertifiseres hver for seg. For å få utstedt sertifikat for hele ståltauet må sertifikatene for hver komponent foreligge. Testingen omfatter både ikke destruktiv testing og hvor en tester til brudd. FMECA-analyser kan danne grunnlaget for test- og inspeksjonsprogrammer hos produsenten.

Andre feil som kan gjøres og som ikke nødvendigvis dekkes av sertifikatene er blant annet:

  • Feil ved kapping eller terminering.
  • Feil tilpassing, eller bruk av uegnet materiale mellom socket og ståltau.
Slitasje
  • Slitasje mellom ståltautrådene i trommel eller mot ledehjul. Effekten øker ved feil inngangsvinkel. Slitasjeskadene kan være utgangspunkt for utmatting.[50]
  • Partikler mellom trådene som bidrar til slitasje. Kan komme inn i ståltauet om det faller eller legges på bakken eller havbunnen.
  • Feil ved utspoling fra trommel.
  • Ledehjul eller svivler som ikke virker eller ikke roterer.
  • Manglende smøring gir slitasje eller korrosjon.
  • Skade på galvaniseringen på grunn av slitasje. Det kan skje inne i et ståltau der trådene beveger seg i forhold til hverandre eller i overflaten nå ståltauene gnisser mot hverandre i trommelen. Det kan lett skje på trommel der det første laget aldri spoles av trommelen.
Kjemiske reaksjoner
  • Ståltau har ca. 16 ganger større overflate enn en tilsvarende stålstang og er derfor mye mer utsatt for korrosjon. Korrosjon opptrer gjerne som følge av manglende smøring (bidrar til å holde sjøvann unna) eller at galvaniseringen slites av.
  • Galvaniseringen av ståltrådene kan føre til at trådene fungerer som anoder for socketene. En bør derfor isolere trådene fra socketene. En kan også påføre ekstra anoder (som sinkanoder).[51] Korrosjonen på presslåser av aluminium kan reduseres ved å påføre et overflatebelegg. Rustfrie ståltau må ha rustfrie presslåser.
  • Manglende bevegelser mellom kjernen og kordellene for rotasjonsfrie ståltau kan være en følge av korrosjon.
  • Korrosjon eller påført spenning på ankerkjettinger kan føre til dannelsen av hydrogen. Hydrogen kan bidra til å gjøre stålet sprøtt.
Belastninger
  • Utmattingsbrudd er en skadetilstand som oppstår som følge av gjentatte belastninger. Skaden oppstår selv om spenningene er lavere enn flytespenningen. Mange av de samme effektene gjelder for ståltau som for andre stålkonstruksjoner - se artikkelen om utmatting. Av spesielle forhold er at økt tykkelse på trådene, og økt lengde på tauene reduserer utmattingslevetidene.[52] Dette forklares med størrelseseffekter. Gjentatte bøyinger over skiver eller tromler gir til slutt utmattingsbrudd. Bruddet starter gjerne der ståltauene krysser hverandre, eller der de trykkes mot ledehjul, skive eller trommel. Oppgitt levetid fra leverandør er standardisert for lastsykler, som er 20 % av midlere bruddlast og ved bøying med en diameter på skiven eller ledehjulet som er 18 ganger diameteren på ståltauet.
  • Overlast i strekk. Ståltau av svært høy styrke vil nesten ikke ha noen forskjell mellom flytespenning og bruddspenning. En vil da ikke få noen forvarsel i form av deformasjoner før trådene ryker. Ståltrådenes mulighet til spenningsomlagring er også beskjeden, og svikt i et lite antall tråder kan føre til eskalering.
  • Overlast ved bøyingen i ledehjul kan forebygges ved en empirisk reduksjon av styrken på ståltauet. En reduserer ofte styrken på ståltauet med: 1 – 0,5 / (kvadratrota av (D / d)), der D er diameteren på ledehjulet som ståltauet bøyes over og d er diameteren på ståltauet.[53]
  • Overlast ved rotasjon (engelsk twist) kan gi skjærbrudd. Effekten av torsjon på ståltau er stor siden ståltau har liten torsjonsstyrke i forhold til andre stålkonstruksjoner. Ståltau som er utsatt for torsjon kan ryke med vesentlig lavere laster enn for strekklaster.[54] Bruk av ståltau i samme forankringsline som kjetting eller fibertau kan innføre rotasjon i linene.[26] Feil påspoling med for lavt strekk eller å legge ståltauet på trommel i feil rekkefølge kan gi uønsket rotasjon.
  • Fuglereir (engelsk bird caging) oppstår når en kordel blir skilt fra kjernen, og kordelen får en permanent skade med en form som minner om et fuglereir. Det kan oppstå på grunn av rotasjon når linestrekket avlastes hurtig. Det kan også oppstå selv om det fortsatt er strekk i linen.[55] Ståltau med et innvendig plastlag er mest motstandsdyktig mot å få fuglereir.[56]
  • Kink i ståltauet (engelsk hockle eller loop) kan opptre ved lav strekkspenning og høy torsjonlast. Kinken formes ved overføring av elastisk energi mellom ulike former for deformasjoner (torsjon, forlengelse og bøying). Når kinken er dannet, vil oppstrekking av ståltauet igjen føre til alvorlige lokale skader.[26]
  • Mekaniske skader som slagskader eller klemskader skjer ofte ved bruk av gaffeltruck, fastkiling i ledehjul eller skiver. Feil utførte endeavslutninger kan også gi samme effekt som lokal skade. Skjær vil medføre at ståltauet ryker med last under testet bruddlast i strekk.

Kassering av ståltau

rediger
 
Et ståltau med brudd på flere tråder. Reststyrken er blant annet avhengig av antall tråder uten brudd.

ISO 4309 har et sett anbefalinger for når en bør kassere ståltau for løfteutstyr.[57] For andre anvendelser kan kriterier ofte fås fra leverandørene.

Ved skader eller nedbryting bør en vurdere blant annet:
a) Tråder som er røket tilfeldig spredd langs ståltauet. Akseptabelt antall trådbrudd er blant annet avhengig av[57]

  • Type ståltau og utforming,
  • Hvor mange tråder det er i tauet. Ved økt antall tråder kan en tillate flere trådbrudd. Når antall tråder som har røket når en kritisk verdi, vil trådbruddene komme stadig hyppigere inntil ståltauet ryker.
  • Dersom innvendige tråder er røket bør en kasserer ståltauet, fordi en bare har oversikt over en del av trådene der. Et enkelt brudd er ofte et tegn på at det er mange flere i de delene en ikke kan se.[58]
  • Hvor mange kordeler det er i tauet. Ved økt antall kordeler kan en tillate flere trådbrudd.
  • Hvordan trådene er tvunnet. Krysslåtte ståltau er mest robuste.
  • Ståltau på tromler med ett lag ståltau, tåler mindre enn ved flere lag.
  • Rotasjonsfrie ståltau tåler færre trådbrudd enn vanlige tau.

b) Tråder som er røket i ett konsentrert område eller ved endeavslutningen på tauet. Her tåler en få trådbrudd, før en bør kassere ståltauet.[59]
c) Dersom en hel kordel ryker må tauet kasseres.[60]
d) Reduksjon av ytre diameteren på ståltauet. Ståltau med fiberkjerne tåler større tap av diameter enn tau med stålkjerne. Rotasjonsfrie ståltau har lav redundans ved reduksjon av tverrsnitt. Tap av tverrsnitt kan komme som følge av slitasje eller korrosjon.[61] Ved betydelig ytre korrosjon eller ved indre korrosjon bør ståltauet kasseres.[62]
e) Når ståltauet lagt på et plant underlag ikke er rett, vurderes kassasjonen ut fra krumningen i forhold til diameteren på tauet.[63] Har tauet en kink, bør det kasseres.[64]
f) Skader fra håndtering, lagring og forflytning må vurderes spesielt.

Det er vanskelig å forutsi hvordan og hvor lenge et ståltau varer før det er så slitt at det må kasseres. Avanserte bølgekompenserte kraner kan logge hvor mange ganger en del av ståltauet løper over en skive, samt hvor mye strekk det er i tauet, og slik estimere slitasjen på forskjellige deler av ståltauet. Det gjør det mulig å kutte av en begrenset lengde uten å kassere deler av ståltauet som sjelden eller aldri har vært av trommelen.[65]

Vekt

rediger

Vekten av ståltau er avhengig av diameteren. Eksempelvis veier 100 meter av fabrikatet «Ståltau 6X36-IWRC» 26 kg for 8mm diameter, 236 kg for 24mm diameter og 942 kg for 48mm diameter.[66]

Referanser

rediger
  1. ^ «Wilhelm Albert». Encyclopædia Britannica. Besøkt 9. april 2014. 
  2. ^ Koetsier,Teun ; Ceccarelli, Marc (2012). «Explorations in the History of Machines and Mechanisms». Springer Publishing. s. 388. Besøkt 9. april 2014. 
  3. ^ Donald Sayenga. «Modern History of Wire Rope». History of the Atlantic Cable & Submarine Telegraphy (atlantic-cable.com). Besøkt 9. april 2014. 
  4. ^ Modern History of Wire Rope - Donald Sayenga
  5. ^ Iron: An illustrated weekly journal for iron and steel, Volume 63 by Sholto Percy
  6. ^ The Mechanical Transmission of Power: Endless Rope Drives by Kris De Decker, March 27, 2013
  7. ^ Hunter, Louis C. (1991). A History of Industrial Power in the United States, 1730-1930, Vol. 3: The Transmission of Power. Cambridge, Massachusetts, London: MIT Press. ISBN 0-262-08198-9. 
  8. ^ Hva er et ståltau? Arkivert 10. januar 2015 hos Wayback Machine.; certex.no, 2012-02-23
  9. ^ Andre forkortelser er blant annet NFC = naturfiberkjerne, SFC = syntetisk fiberkjerne, WC = stålkjerne, WSC = ståltråd kordellkjerne, WRC = ståltaukjerne osv.
  10. ^ I dette tilfellet betyr B galvanisert i samsvar med klasse B i NS-EN 10264-1 og NS-EN 10264-2.
  11. ^ Koden er s for venstreslåtte og z for høyreslåtte ståltråder.
  12. ^ Kodene er S for venstreslåtte og Z for høyreslåtte kordeler.
  13. ^ Klaus Feyrer: Wire ropes - tension, endurance, reliability. Second edition, Springer-Verlag, Berlin Heideberg, 2015, side 1.
  14. ^ Raabe, D.; Choi, P. P.; Li, Y. J.; Kostka, A.; Sauvage, X.; Lecouturier, F.; Hono, K.; Kirchheim, R.; Pippan, R.; Embury, D. (2010), Metallic composites processed via extreme deformation - Toward the limits of strength in bulk materials 35, MRS Bulletin, side 982.
  15. ^ Li, Y.J.; Choi, P.P.; Borchers, C.; Westerkamp, S.; Goto, S.; Raabe, D.; Kirchheim, R. (2011), Atomic-scale mechanisms of deformation-induced cementite decomposition in pearlite 59, Acta Materialia, side 3965.
  16. ^ a b c Balmoral Marine: Marine equipment handbook, 2007.
  17. ^ ISO 19901-7, Stationkeeping systems for floating offshore systems and mobile offshore units, punkt 11.1.2 Wire rope
  18. ^ DNV GL: Offshore Mooring Steel Wire Ropes, DNV-OS-E304, punkt 2.2.2.
  19. ^ ISO 19901-7, Stationkeeping systems for floating offshore systems and mobile offshore units, kapittel A.11.1.2 Wire rope
  20. ^ Verreet, Roland (2002). «Steel wire ropes for cranes, Problems and solutions.» (PDF) (på engelsk). Casar. s. 25. Arkivert fra originalen (PDF) 19. februar 2015. Besøkt 9. februar 2015. 
  21. ^ Klaus Feyrer: Wire ropes - tension, endurance, reliability. Second edition, Springer-Verlag, Berlin Heideberg, 2015, side 79.
  22. ^ a b Klaus Feyrer: Wire ropes - tension, endurance, reliability. Second edition, Springer-Verlag, Berlin Heideberg, 2015, side 60.
  23. ^ DNV GL: Offshore Mooring Steel Wire Ropes, DNV-OS-E304. Punkt 1.2.3.
  24. ^ Klaus Feyrer: Wire ropes - tension, endurance, reliability. Second edition, Springer-Verlag, Berlin Heideberg, 2015, side 105ff.
  25. ^ a b Chaplin, C. R. "Deepwater moorings: challenges, solutions and torsion." Proceedings Second Internationaler Stuttgarter Seiltag February 2005 (2005).
  26. ^ a b c Chaplin, C. R., G. Rebel, og I. M. L. Ridge. "Tension/torsion interactions in multicomponent mooring lines." Offshore Technology Conference. Offshore Technology Conference, 2000.
  27. ^ Klaus Feyrer: Wire ropes - tension, endurance, reliability. Second edition, Springer-Verlag, Berlin Heideberg, 2015, side 135.
  28. ^ Klaus Feyrer: Wire ropes - tension, endurance, reliability. Second edition, Springer-Verlag, Berlin Heideberg, 2015, side 114.
  29. ^ Klaus Feyrer: Wire ropes - tension, endurance, reliability. Second edition, Springer-Verlag, Berlin Heideberg, 2015, side 4 og 22.
  30. ^ Klaus Feyrer: Wire ropes - tension, endurance, reliability. Second edition, Springer-Verlag, Berlin Heideberg, 2015, side 4f.
  31. ^ Klaus Feyrer: Wire ropes - tension, endurance, reliability. Second edition, Springer-Verlag, Berlin Heideberg, 2015, side 32.
  32. ^ a b c Knut Dorsey: Vedlikehold av ståltau, Kranteknisk forening, 2.11.2012.
  33. ^ Kvitrud, Arne, Sigmund Andreassen og Marita Halsne. "Failures of offshore mooring steel wire ropes." The 26th International Ocean and Polar Engineering Conference. International Society of Offshore and Polar Engineers, 2016.
  34. ^ ISO 19901-7, Stationkeeping systems for floating offshore systems and mobile offshore units, punkt A5.2.2 Stationkeeping system hazards, bokstav f).
  35. ^ Anne Marit Lie, Reidar Sune, Gustav W. Dunsæd, Eigil Sørensen og Sigmund Andreassen: Rapport etter gransking av kranhendelse på Gullfaks B, Petroleumstilsynet, 2017, side 17 - http://www.ptil.no/getfile.php/1344959/Tilsyn%20p%C3%A5%20nettet/Granskinger/2017_317_Granskingsrapport%20-%20Eagle%20r%C3%B8rh%C3%A5ndteringskran%20falt%20ned%20p%C3%A5%20Gullfaks%20B.pdf Arkivert 1. desember 2017 hos Wayback Machine..
  36. ^ Klaus Feyrer: Wire ropes - tension, endurance, reliability. Second edition, Springer-Verlag, Berlin Heideberg, 2015, side 140.
  37. ^ Knut Dorsey: Endefester av ståltau, Kranteknisk forening, 2.11.2012.
  38. ^ a b c Knut Dorsey: Ståltau spoling, Kranteknisk forening, 2.11.2012.
  39. ^ ISO 4309:2010(E), Kraner. Ståltau. Håndtering og vedlikehold, inspeksjon og kassasjon, 2010, side 8.
  40. ^ ISO 19901-7, Stationkeeping systems for floating offshore systems and mobile offshore units, punkt A.11.2.6 Traction winch.
  41. ^ Verreet, Roland (2002). «Steel wire ropes for cranes, Problems and solutions.» (PDF) (på engelsk). Casar. s. 28. Arkivert fra originalen (PDF) 19. februar 2015. Besøkt 9. februar 2015. 
  42. ^ Sjøfartsdirektoratet: Forskrift om posisjonerings- og ankringssystemer på flyttbare innretninger (ankringsforskriften 09), fra 2009.
  43. ^ Klaus Feyrer: Wire ropes - tension, endurance, reliability. Second edition, Springer-Verlag, Berlin Heideberg, 2015, side 313-317.
  44. ^ Knut Dorsey: Ståltau skiver, Kranteknisk forening, 2.11.2012.
  45. ^ Roland Verreet: Steel wire ropes for cranes, Problems and solutions. Casar, 2002, side 25.
  46. ^ ISO 19901-7, Stationkeeping systems for floating offshore systems and mobile offshore units, Kapittel A.11.2.7 Fairlead and stopper.
  47. ^ Verreet, Roland (2006). «Spesialståltau - ståltau etterforskning» (PDF) (på norsk). Casar. s. 52. Besøkt 9. februar 2015. 
  48. ^ Knut Dorsey: Ståltau - skader, Kranteknisk forening, 2.11.2012.
  49. ^ Som for ekempel DNV GL: Offshore Mooring Steel Wire Ropes, DNV-OS-E304.
  50. ^ C. R. Chaplin: "The fatigue and degradation mechanisms of hoisting ropes." Hoist and Haul Conference Perth, WA. 2005.
  51. ^ ISO 19901-7, Stationkeeping systems for floating offshore systems and mobile offshore units, punkt 10.7 Corrosion and wear.
  52. ^ Klaus Feyrer: Wire ropes - tension, endurance, reliability. Second edition, Springer-Verlag, Berlin Heideberg, 2015, side 158ff.
  53. ^ DNV GL: Offshore Mooring Steel Wire Ropes, DNV-OS-E304, Chapter 2, section 2, punkt 3.2.3.
  54. ^ Klaus Feyrer: Wire ropes - tension, endurance, reliability. Second edition, Springer-Verlag, Berlin Heideberg, 2015, side 129ff.
  55. ^ Ted A. Conway og George A. Costello (1990). ”Bird‐Caging in Wire Rope.” Journal of Engineering Mechanics, Volum 116(4), side 822–831.
  56. ^ Roland Verreet: Steel wire ropes for cranes, Problems and solutions. Casar, 2002, side 27.
  57. ^ a b ISO 4309:2010(E), Kraner. Ståltau. Håndtering og vedlikehold, inspeksjon og kassasjon, 2010, side 14ff.
  58. ^ Roland Verreet: Steel wire ropes for cranes, Problems and solutions. Casar, 2002, side 5.
  59. ^ ISO 4309:2010(E), Kraner. Ståltau. Håndtering og vedlikehold, inspeksjon og kassasjon, 2010, side 14.
  60. ^ ISO 4309:2010(E), Kraner. Ståltau. Håndtering og vedlikehold, inspeksjon og kassasjon, 2010, side 19.
  61. ^ ISO 4309:2010(E), Kraner. Ståltau. Håndtering og vedlikehold, inspeksjon og kassasjon, 2010, side 17ff.
  62. ^ ISO 4309:2010(E), Kraner. Ståltau. Håndtering og vedlikehold, inspeksjon og kassasjon, 2010, side 19f.
  63. ^ ISO 4309:2010(E), Kraner. Ståltau. Håndtering og vedlikehold, inspeksjon og kassasjon, 2010, side 20f.
  64. ^ ISO 4309:2010(E), Kraner. Ståltau. Håndtering og vedlikehold, inspeksjon og kassasjon, 2010, side 22.
  65. ^ «Upgrades for advanced offshore equipment» (PDF). Arkivert fra originalen (PDF) 3. januar 2017. Besøkt 2. januar 2017. 
  66. ^ For en mer detaljert tabell, se Certex-no: Ståltau 6X36- IWRC Arkivert 1. mai 2017 hos Wayback Machine.

Eksterne lenker

rediger


Hentet fra «https://no.wikipedia.org/w/index.php?title=Ståltau&oldid=23808603»