本發(fā)明涉及一種試驗(yàn)系統(tǒng)，尤其是一種海底電纜錨砸試驗(yàn)系統(tǒng)。。

背景技術(shù)：

隨著海洋事業(yè)的蓬勃發(fā)展，海上航運(yùn)、漁業(yè)捕撈等活動(dòng)日益頻繁，船舶拋錨或撒網(wǎng)都會(huì)對(duì)海底電纜造成威脅。國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議CIGRE專(zhuān)門(mén)對(duì)海底電纜的機(jī)械試驗(yàn)提出了建議，并提到了錨砸對(duì)海底電纜的威脅。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)錨害，人們利用分布式光纖傳感技術(shù)測(cè)量海底電纜內(nèi)復(fù)合光纖的應(yīng)變、振動(dòng)等物理量，通過(guò)這些量的變化進(jìn)行故障報(bào)警和定位。故障特征的尋找、錨砸程度的評(píng)估都需要通過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)，而目前國(guó)內(nèi)缺乏有效的錨砸試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模擬錨砸的試驗(yàn)效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題和提出的技術(shù)任務(wù)是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)方案進(jìn)行完善與改進(jìn)，提供海底電纜錨砸試驗(yàn)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)錨砸的有效模擬實(shí)驗(yàn)為目的。為此，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案。

海底電纜錨砸試驗(yàn)系統(tǒng)，包括用于給試驗(yàn)的海底電纜支撐定位的定滑輪、連接在所試驗(yàn)的海底電纜兩端的錨固裝置，所述的定滑輪對(duì)稱(chēng)地排列于海底電纜的左部和右部，所述的錨固裝置連接到張力傳感器，所述的張力傳感器連接到地錨，所試驗(yàn)的海底電纜的中部位置上方掛設(shè)有可下落和回升的用于錨砸試驗(yàn)的鐵錨，所述的鐵錨通過(guò)錨纜連接到起重裝置，所述的起重裝置及張力傳感器通過(guò)數(shù)字接口連接到用于控制起重裝置運(yùn)行的具備人機(jī)雙向交互功能的控制機(jī)上。通過(guò)控制機(jī)控制錨砸試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)海底電纜進(jìn)行錨砸試驗(yàn)，能夠有效地模擬出海底電纜在真實(shí)環(huán)境下的錨砸情況。

作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，本發(fā)明還包括以下附加技術(shù)特征。

所述的海底電纜的中部位置跨設(shè)有門(mén)架，所述的門(mén)架包括2個(gè)側(cè)柱和設(shè)于側(cè)柱上的橫梁，所述的起重裝置位于門(mén)架的一側(cè)地面，門(mén)架從起重裝置的一側(cè)側(cè)柱的底部開(kāi)始到門(mén)架橫梁中部下方為止設(shè)有多個(gè)定滑輪，鐵錨所連接的錨纜依次從每個(gè)定滑輪的靠近門(mén)架側(cè)的輪槽穿過(guò)，連接到起重裝置上。通過(guò)設(shè)置門(mén)架和定滑輪，使錨纜從門(mén)架橫梁的中部下方方便的連接到起重裝置，定滑輪使錨纜能夠適應(yīng)起重裝置快速運(yùn)轉(zhuǎn)。

門(mén)架上每?jī)蓚€(gè)定滑輪之間均設(shè)有導(dǎo)向管，所述的錨纜穿設(shè)于導(dǎo)向管中，所述的導(dǎo)向管固接于門(mén)架上，錨纜上涂有潤(rùn)滑油。通過(guò)導(dǎo)向管的設(shè)置，能夠保證錨纜移動(dòng)時(shí)一直處于定滑輪的輪槽中；在錨纜上涂潤(rùn)滑油可以減小錨纜與定滑輪之間的摩擦力。

所述的門(mén)架上共設(shè)有3個(gè)定滑輪，其中側(cè)柱的下部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)有1個(gè)，側(cè)柱與橫梁的連接部位的內(nèi)側(cè)設(shè)有1個(gè)，橫梁中間下方設(shè)有1個(gè)。3個(gè)定滑輪是保證錨纜有效滑動(dòng)和直角轉(zhuǎn)彎的最少數(shù)量，性價(jià)比較高。

門(mén)架中間的下方沿海底電纜方向挖設(shè)有溝槽，海底電纜設(shè)于溝槽寬度方向的中間上方，溝槽中放置有泥沙，溝槽的長(zhǎng)度小于海底電纜的長(zhǎng)度。通過(guò)溝槽的挖設(shè)，并且在溝槽中放置泥沙，能夠最大限度的模擬海底環(huán)境，使錨砸試驗(yàn)更精確。

所述的溝槽寬度不小于1米，溝槽最深處不小于1米、溝槽長(zhǎng)度不小于10米，所述的門(mén)架的跨距比溝槽的寬度大1~4米，門(mén)架的高度根據(jù)公式h=E/mg計(jì)算得出，其中，E是沖擊能量，m是鐵錨的質(zhì)量，g是重力加速度。溝槽和門(mén)架的尺寸規(guī)格不但能夠更好的模擬海底環(huán)境，而且在錨砸時(shí)提升了一定的安全性，門(mén)架跨距寬于溝槽寬度便于留出足夠的操作空間，便于設(shè)備的安放和觀擦錨砸試驗(yàn)情況，并保證了有效的安全距離。

所述的定滑輪穿設(shè)于圓軸桿上，所述的圓軸桿固接于溝槽兩側(cè)的固定支架上，定滑輪、圓軸桿和固定支架組成了支撐海底電纜的支撐導(dǎo)向組件。通過(guò)支撐導(dǎo)向組件實(shí)現(xiàn)對(duì)海底電纜提供高強(qiáng)度支撐和導(dǎo)向，防止錨砸時(shí)錨固裝置由于受力不均被撕毀。

所述的支撐導(dǎo)向組件等間距排列于海底電纜的左部和右部，2個(gè)支撐導(dǎo)向組件的間隔距離在1.5~4米之間。通過(guò)等間距排列的支撐導(dǎo)向組件能夠提供更均勻有效地支撐作用。

所述的鐵錨包括串接桿、焊接于串接桿下端的錨頭固定支架、焊接于串接桿上端的用于連接錨纜的掛鉤，所述的錨頭固定支架可拆卸的固定有錨頭，所述的串接桿上可拆卸的串接有多個(gè)鐵塊。串接桿可以串接不同數(shù)量的鐵塊用于實(shí)現(xiàn)不同的錨重，可拆卸的錨頭用來(lái)模擬不同船錨的底部形狀。

所述的控制機(jī)為計(jì)算機(jī)，所述的數(shù)字接口為RS232串口。計(jì)算機(jī)可以開(kāi)發(fā)和應(yīng)用功能齊全的錨砸試驗(yàn)軟件，RS232串口技術(shù)成熟，張力傳感器獲取的實(shí)時(shí)張力變化，通過(guò)RS232串口發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)上的錨砸試驗(yàn)軟件可實(shí)時(shí)繪制張力-時(shí)間曲線，顯示海底電纜承受張力的實(shí)時(shí)變化情況。

有益效果：海底電纜錨砸試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方法有效可行，可最大程度模擬海底電纜真實(shí)的錨砸過(guò)程，能夠獲取并繪制錨砸過(guò)程中海底電纜承受的實(shí)時(shí)張力，并可直觀展示錨砸過(guò)程和損壞情況，解決了海底電纜錨砸故障難以捕捉，試驗(yàn)開(kāi)展困難的難題，為錨砸故障的監(jiān)測(cè)和損壞程度評(píng)估提供了試驗(yàn)支撐。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理圖。

圖2是本發(fā)明鐵錨結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-門(mén)架；2-定滑輪；3-鐵錨；4-起重裝置；5-控制機(jī)；6-海底電纜；7-錨固裝置；8-溝槽；9-圓軸桿；10-固定支架；11-張力傳感器；12-地錨；13-錨纜；14-鋼絲繩；301-掛鉤；302-串接桿；303-鐵塊；304-錨頭固定支架；305-錨頭。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1-2所示，海底電纜錨砸試驗(yàn)系統(tǒng)，包括用于給試驗(yàn)的海底電纜6支撐定位的定滑輪2、連接在所試驗(yàn)的海底電纜6兩端的錨固裝置7，定滑輪2對(duì)稱(chēng)地排列于海底電纜6的左部和右部，錨固裝置7連接到張力傳感器11，張力傳感器11連接到地錨12，所試驗(yàn)的海底電纜6的中部位置上方掛設(shè)有可下落和回升的用于錨砸試驗(yàn)的鐵錨3，鐵錨3通過(guò)錨纜13連接到起重裝置4，起重裝置4及張力傳感器11通過(guò)數(shù)字接口連接到用于控制起重裝置4運(yùn)行的具備人機(jī)雙向交互功能的控制機(jī)5上。通過(guò)控制機(jī)5控制錨砸試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)海底電纜6進(jìn)行錨砸試驗(yàn)，能夠有效地模擬出海底電纜6在真實(shí)環(huán)境下的錨砸情況。

為了便于鐵錨3實(shí)現(xiàn)錨砸試驗(yàn)，海底電纜6的中部位置跨設(shè)有門(mén)架1，門(mén)架1包括2個(gè)側(cè)柱和設(shè)于側(cè)柱上的橫梁，起重裝置4位于門(mén)架1的一側(cè)地面，門(mén)架1從起重裝置4的一側(cè)側(cè)柱的底部開(kāi)始到門(mén)架1橫梁中部下方為止設(shè)有3個(gè)定滑輪2，其中側(cè)柱的下部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)有1個(gè)，側(cè)柱與橫梁的連接部位的內(nèi)側(cè)設(shè)有1個(gè)，橫梁中間下方設(shè)有1個(gè)，鐵錨3所連接的錨纜13依次從每個(gè)定滑輪2的靠近門(mén)架1側(cè)的輪槽穿過(guò)，連接到起重裝置4上。通過(guò)設(shè)置門(mén)架1和定滑輪2，使錨纜13從門(mén)架1橫梁的中部下方方便的連接到起重裝置4，定滑輪2使錨纜13能夠適應(yīng)起重裝置4快速運(yùn)轉(zhuǎn)。

為了使錨纜13不從定滑輪2的輪槽中脫離，門(mén)架1上每?jī)蓚€(gè)定滑輪2之間均設(shè)有導(dǎo)向管，錨纜13穿設(shè)于導(dǎo)向管中，導(dǎo)向管固接于門(mén)架1上，錨纜13上涂有潤(rùn)滑油。通過(guò)導(dǎo)向管的設(shè)置，能夠保證錨纜13移動(dòng)時(shí)一直處于定滑輪2的輪槽中；在錨纜13上涂潤(rùn)滑油可以減小錨纜13與定滑輪2之間的摩擦力。

為了模擬海底環(huán)境，門(mén)架1中間的下方沿海底電纜6方向挖設(shè)有溝槽8，海底電纜6設(shè)于溝槽8寬度方向的中間上方，溝槽8中放置有泥沙，溝槽8的長(zhǎng)度小于海底電纜6的長(zhǎng)度，門(mén)架1的跨距比溝槽8的寬度大2米。通過(guò)溝槽8的挖設(shè)，并且在溝槽8中放置泥沙，能夠最大限度的模擬海底環(huán)境，使錨砸試驗(yàn)更精確，門(mén)架1跨距寬于溝槽8寬度便于留出足夠的操作空間，便于設(shè)備的安放和觀擦錨砸試驗(yàn)情況，并保證了有效的安全距離。

為了使海底電纜6得到支撐，定滑輪2穿設(shè)于圓軸桿9上，圓軸桿9固接于溝槽8兩側(cè)的固定支架10上，定滑輪2、圓軸桿9和固定支架10組成了支撐海底電纜6的支撐導(dǎo)向組件。通過(guò)支撐導(dǎo)向組件實(shí)現(xiàn)對(duì)海底電纜6提供高強(qiáng)度支撐和導(dǎo)向，防止錨砸時(shí)錨固裝置7由于受力不均被撕毀。

為了更好的支撐海底電纜6，支撐導(dǎo)向組件等間距排列于海底電纜6的左部和右部，2個(gè)支撐導(dǎo)向組件的間隔距離為2米。通過(guò)等間距排列的支撐導(dǎo)向組件能夠提供更均勻有效地支撐作用。

為了模擬不同重量的船錨和不同底部形狀的錨頭305，鐵錨3包括串接桿302、焊接于串接桿302下端的錨頭固定支架304、焊接于串接桿302上端的用于連接錨纜13的掛鉤301，錨頭固定支架304可拆卸的固定有錨頭305，串接桿302上可拆卸的串接有多個(gè)鐵塊303。串接桿302可以串接不同數(shù)量的鐵塊303用于實(shí)現(xiàn)不同的錨重，可拆卸的錨頭305用來(lái)模擬不同船錨的底部形狀。

為了實(shí)現(xiàn)功能全面的操控試驗(yàn)，控制機(jī)5為計(jì)算機(jī)，數(shù)字接口為RS232串口。計(jì)算機(jī)可以開(kāi)發(fā)和應(yīng)用功能齊全的錨砸試驗(yàn)軟件，RS232串口技術(shù)成熟，張力傳感器11獲取的實(shí)時(shí)張力變化，通過(guò)RS232串口發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)上的錨砸試驗(yàn)軟件可實(shí)時(shí)繪制張力-時(shí)間曲線，顯示海底電纜6承受張力的實(shí)時(shí)變化情況。

系統(tǒng)安裝時(shí)，首先挖設(shè)溝槽8，溝槽8寬度為1米，溝槽8最深處為1米、溝槽8長(zhǎng)度為10米，放入海沙，然后在溝槽8的中部位置跨設(shè)門(mén)架1，門(mén)架1的跨距比溝槽8的寬度大2米，門(mén)架1的高度根據(jù)公式h=E/mg計(jì)算得出，其中，E是沖擊能量，m是鐵錨3的質(zhì)量，g是重力加速度，門(mén)架1的一側(cè)側(cè)柱的上端和下端內(nèi)側(cè)各安裝一個(gè)定滑輪2，在門(mén)架1橫梁中間位置的下方安裝一個(gè)定滑輪2，在每?jī)蓚€(gè)定滑輪2之間的門(mén)架1上固接導(dǎo)向管，然后把錨纜13的一端從下方的定滑輪2輪槽中穿入導(dǎo)向管再向上依次穿過(guò)一個(gè)定滑輪2輪槽、導(dǎo)向管，通過(guò)橫梁中部的定滑輪2輪槽向下，錨纜13的另一端連接在起重裝置4上，起重裝置4連接到計(jì)算機(jī)上；在溝槽8的左部和右部各設(shè)置2個(gè)支撐導(dǎo)向組件，把海底電纜6沿長(zhǎng)度方向鋪設(shè)于溝槽8中間，并從支撐導(dǎo)向組件的定滑輪2上方輪槽中拉過(guò)，海底電纜6的兩端連接到錨固裝置7，再通過(guò)鋼絲繩14連接到張力傳感器11，張力傳感器11再通過(guò)鋼絲繩14連接到地錨12，張力傳感器11通過(guò)RS232接口連接到計(jì)算機(jī)。

試驗(yàn)時(shí)，首先打開(kāi)計(jì)算機(jī)上的試驗(yàn)控制軟件，控制起重裝置4，讓錨纜13下降，根據(jù)實(shí)際模擬的船錨的重量，選擇合適質(zhì)量的鐵塊303重疊串接在串接桿302上，將錨纜13與串接桿302上端的掛鉤301相連，操作軟件，收緊錨纜13，將鐵錨3升起一定距離，選擇符合實(shí)際模擬的船錨的錨頭305安裝在錨頭固定支架304上，至此，鐵錨3安裝完成；然后，操作軟件，可以直接輸入提升高度，將鐵錨3升到某一高度值，或者，輸入沖擊能量，控制軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算提升高度；最后，操作軟件進(jìn)行錨砸試驗(yàn)，鐵錨3自由落體，砸在海底電纜6上。海底電纜6受沖擊后，兩端的張力傳感器11承受張力，經(jīng)快速響應(yīng)，獲取實(shí)時(shí)張力變化，通過(guò)串口發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)可實(shí)時(shí)繪制張力-時(shí)間曲線，顯示海底電纜6承受張力的實(shí)時(shí)變化情況。由于海水的阻力作用，實(shí)際的船錨下落加速度小于1g，選擇1g的自由落體方式是錨砸的極限狀況，能夠最大限度的反饋?zhàn)顗牡腻^砸破壞情況。

本實(shí)例中，張力傳感器11的響應(yīng)速度小于1ms；錨固裝置7與海底電纜6的導(dǎo)體和鎧裝同時(shí)固接；支撐導(dǎo)向組件的圓軸桿9和固定支架10支架采用高強(qiáng)度鋼材，支撐導(dǎo)向組件和門(mén)架1上的定滑輪2采用鐵質(zhì)定滑輪2。

本實(shí)例中，起重裝置4由電動(dòng)機(jī)、抱閘、減速機(jī)、程控模塊構(gòu)成，通過(guò)卷?yè)P(yáng)鋼絲繩實(shí)現(xiàn)鐵錨3的升降，程控模塊通過(guò)RS232串口與計(jì)算機(jī)通信，在計(jì)算機(jī)上編制控制軟件可控制起重裝置4，實(shí)現(xiàn)鐵錨3的上升、下降、自由落體。

以上圖1-2所示的海底電纜錨砸試驗(yàn)系統(tǒng)是本發(fā)明的具體實(shí)施例，已經(jīng)體現(xiàn)出本發(fā)明實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步，可根據(jù)實(shí)際的使用需要，在本發(fā)明的啟示下，對(duì)其進(jìn)行形狀、結(jié)構(gòu)等方面的等同修改，均在本方案的保護(hù)范圍之列。