CN106950138B - 光纤复合海底电缆磨损试验系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

光纤复合海底电缆磨损试验系统及其工作方法,涉及一种线缆磨损试验系统。目前，光纤复合海底电缆故障特征的寻找、磨损程度规律的发现都非常困难。本发明包括地锚、锚固装置、钢丝绳、张力传感器、磨损件、激振器、振动传感器、卷扬机及与张力传感器、振动传感器、激振器、卷扬机相连的控制器，海缆两端分别经锚固装置、钢丝绳、张力传感器和地锚固定，卷扬机通过钢丝绳将海缆的中部悬挂，激振器及振动传感器设于海缆的悬挂部，磨损件位于海缆的悬挂部的两侧；海缆中部用细钢丝绳牵引，在卷扬机的控制下可以来回摆动。本技术方案简单、易行，可最大程度模拟海底电缆真实的磨损过程，为磨损故障的监测和损坏程度评估提供了试验支撑。

Description

光纤复合海底电缆磨损试验系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种线缆磨损试验系统，尤其指光纤复合海底电缆磨损试验系统。

背景技术

随着海洋事业的蓬勃发展，岛屿经济和社会生活日渐繁荣，海上风电场和石油平台建设规模逐渐增加，海底电缆的生产和使用量与日俱增。然而，海洋环境复杂导致海底电缆运行环境恶劣，潮汐和洋流常导致海底电缆局部出现悬空和摆动，加之海底地质复杂，海底电缆和海底岩石的摩擦会导致海缆逐渐磨损，直至破坏。研究并发现海底电缆磨损的规律，利用分布式光纤传感技术测量海底电缆的振动，及时对缆体磨损情况进行预警、报警、定位和评估，可有效预防和发现故障位置，采取有效手段避免海底电缆损坏。但故障特征的寻找、磨损程度规律的发现都非常困难，评估都需要通过反复的试验，而目前国内还没有磨损试验系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供光纤复合海底电缆磨损试验系统，以为磨损故障的监测和损坏程度评估提供了试验支撑的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

光纤复合海底电缆磨损试验系统：包括地锚、锚固装置、钢丝绳、张力传感器、磨损件、激振器、振动传感器、卷扬机及与张力传感器、振动传感器、激振器、卷扬机相连的控制器，海缆两端分别经锚固装置、钢丝绳、张力传感器和地锚固定，卷扬机通过钢丝绳将海缆的中部悬挂，所述的激振器及振动传感器设于海缆的悬挂部，所述的磨损件位于海缆的悬挂部的两侧；海缆中部用细钢丝绳牵引，在卷扬机的控制下可以来回摆动，大功率激振器对海缆施加小幅高频振动，模拟定向大洋流作用下海缆的小幅高速抖动。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

进一步的，所述的锚固装置与磨损件之间设有多个定滑轮，使海缆保持直线稳定状态。提高工作的可靠性，分析的准确性。

进一步的：所述的定滑轮通过连接件固定在地面上，或采用浇铸的方式固定在地面上。有效提高试验的稳定性，减少对试验的影响因素。

进一步的：所述的卷扬机包括第一卷扬机、第二卷扬机，所述的第一卷扬机、第二卷扬机相对设置，第一卷扬机通过第一钢丝绳与海缆两处连接，第二卷扬机通过第二钢丝绳与海缆两处连接，第一钢丝绳、第二钢丝绳与海缆的两连接处相同，两连接处分别为第一连接处、第二连接处。采用两台卷扬机配合工作，可以增加动作的稳定的，使海缆的位置有效固定，减少干扰因素。

进一步的：所述振动传感器安装在弯曲海缆的中间部位，相邻振动传感器间隔1.5-2.5米，振动频率测量上限不低于1000Hz；振动传感器至少安装2个传感器，通过平均测量结果消弱测量误差。振动传感器安装在海缆的中间悬挂部位，提高振动数据采集的准确性。

进一步的：所述的激振器安装在移动的设备车上，设备车安装有刹车装置，当设备车位置选定后，利用刹车装置将设备车固定。方便激振器与海缆的连接，同时容易拆装。

进一步的，所述的振动传感器、激振器设于第一连接处、第二连接处之间的海缆上。有利增大激振器的激振力，并使激振器工作稳定。

本发明的另一个目的为提供一种光纤复合海底电缆磨损试验方法，其包括以下步骤：

1）试验准备步骤，海缆两端分别经锚固装置、钢丝绳、张力传感器和地锚固定，海缆不绷紧，中部预留一定的余长，并用与卷扬机相连的细钢丝绳牵引，模拟海沟上跨越的海缆，两侧放置磨损件，模拟硬物，磨损件和锚固装置之间放置定滑轮，使海缆保持直线稳定状态；两个磨损件中间的海缆处于悬空状态，在摆动时只承受空气阻力，不与地面摩擦；海缆中部设置激振器及振动传感器；张力传感器、振动传感器与控制器的输入端相连，控制器的输出端与卷扬机、激振器相连；

2）控制器控制卷扬机工作，细钢丝绳由卷扬机驱动，在卷扬机的作用下使海缆来回摆动，以模拟潮汐、洋流对海缆的大幅慢速冲刷；

3）当海缆摆动至一定幅度时，卷扬机停止，海缆保持不动，控制器控制激振器工作，通过激振器对海缆施加高频振动，模拟定向大洋流作用下海缆的小幅高速抖动；

4）试验过程中，振动传感器实时监测海缆的振动频率，并实时上传至控制器，通过控制器显示振动数据；

5）绘制试验过程中海缆的位移和振动频率，并与海缆的磨损过程和损坏情况相关联，以为磨损故障的监测和损坏程度提供依据。

进一步的：海缆中部通过两台相对的卷扬机悬挂，两台卷扬机采用互补工作方式，即一个收一个放；由控制器控制卷扬机工作，来拉动海缆来回摆动，或拉到一定高度后，突然松开，让其自由摆动。

进一步的：磨损件、定滑轮与地固定；激振器安装在移动设备车上，设备车安装有刹车轮，当设备车位置选定后，利用刹车将设备车固定；激振器上设有与控制器相连的RS232串口以接受控制器的控制指令，和/或设置激振器的幅度和频率参数；振动传感器安装在弯曲海缆的中间部位，相邻振动传感器间隔1～3米，振动频率测量上限不低于1000Hz。

有益效果：海底电缆磨损试验系统结构简单、方法有效可行，可最大程度模拟海底电缆真实的磨损过程，能够获取并绘制磨损过程中海底电缆的位移和振动频率，并可直观展示磨损过程和损坏情况，解决了海底电缆磨损故障难以捕捉，试验开展困难的难题，为磨损故障的监测和损坏程度评估提供了试验支撑。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图中：1-地锚，2-钢丝绳，3-张力传感器，4-锚固装置，5-海缆，6-定滑轮，7-磨损件，8-细钢丝绳，9-激振器，10-卷扬机，11-振动传感器。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

本技术方案用来模拟海缆5悬空段受到岩石等硬物磨损的实际工况，结构如图1所示。海缆5两端分别经锚固装置4、钢丝绳2、张力传感器3和地锚1固定，海缆5不要绷紧，中部预留一定的余长，模拟海沟上跨越的海缆5，两侧放置磨损件7，模拟岩石等硬物，磨损件7和锚固装置4之间放置定滑轮6，使海缆5保持直线稳定状态。海缆5中部用细钢丝绳8牵引，在卷扬机10的控制下可以来回摆动，模拟潮汐、洋流对海缆5的大幅慢速冲刷。当海缆5摆动至一定幅度时，卷扬机10停止，海缆5保持不动，在另一侧通过大功率激振器9对海缆5施加小幅高频振动，模拟定向大洋流作用下海缆5的小幅高速抖动。所有传感器、卷扬机10都在控制器控制下动作，控制器上安装定制的控制软件。

定滑轮6采用钢材质，轴心装配高强度轴承。定滑轮6间距2米，定滑轮6个数根据海底电缆长度和场地大小确定，每个定滑轮6都采用浇铸方式牢固的固定在水泥地面上。

锚固装置4采用工程锚固方法。

张力传感器3与锚固装置4通过钢丝绳2相连，张力传感器3测量响应时间不大于1ms，测量范围不小于1000kN，具有数字接口，可通过RS232串口将实时张力传送给控制器。

张力传感器3通过钢丝绳2连接在地锚1上，地锚1采用浇筑方式牢固地固定在地面上。

磨损件7可采用铸铁材料，与海缆5的接触面可根据实际工况加工成尖角或钝角，如果条件允许，可因地制宜，选用实际的海底岩石。无论采用何种材料，都应将磨损件7固定牢固，防止滑脱。

两个磨损件7中间的弯曲海缆5长度可根据实际工况人为设置，应保证海缆5处于悬空状态，在摆动时只承受空气阻力，不与地面摩擦。为保证摆动的稳定性，采用细钢丝绳8固定海缆5，如图1所示，细钢丝绳8再与卷扬机10相连。

两台卷扬机10采用互补工作方式，即一个收一个放，由控制器上的控制程序通过RS232串口发送控制指令。

大功率激振器9安装在移动设备车上，设备车安装有刹车轮，当设备车位置选定后，利用刹车将设备车固定。大功率激振器9上有RS232串口，控制器上的控制程序通过RS232串口发送控制指令，设置激振器9的幅度和频率等参数。

振动传感器11安装在弯曲海缆5的中间部位，间隔2米，振动频率测量上限不低于1000Hz；至少安装2个传感器，通过平均测量结果消弱测量误差。

试验时，可根据需要，选择大幅慢速冲刷或小幅高速抖动，具体幅度、频率可在控制器控制程序中设定。选择大幅慢速冲刷后，由卷扬机10拉动海缆5来回摆动；也可拉到一定高度后，突然松开，让其自由摆动。小幅高速抖动用来模拟大洋流冲刷海缆5至一定幅度后，在固定姿态下的小幅抖动；先由卷扬机10将海缆5拉到一定幅度，再用大功率激振器9对海缆5施加振动激励，激励的幅度和频率可通过程序设定。试验过程中，由振动传感器11实时监测海缆5的振动频率，并通过数据接口实时上传至控制器，由控制器绘制曲线并进行显示。

光纤复合海底电缆磨损试验系统的工作方法包括以下步骤：

1）试验准备步骤，海缆5两端分别经锚固装置4、钢丝绳2、张力传感器3和地锚1固定，海缆5不绷紧，中部预留一定的余长，并用与卷扬机10相连的细钢丝绳8牵引，模拟海沟上跨越的海缆5，两侧放置磨损件7，模拟硬物，磨损件7和锚固装置4之间放置定滑轮6，使海缆5保持直线稳定状态；两个磨损件7中间的海缆5处于悬空状态，在摆动时只承受空气阻力，不与地面摩擦；海缆5中部设置激振器9及振动传感器11；张力传感器3、振动传感器11与控制器的输入端相连，控制器的输出端与卷扬机10、激振器9相连；

2）控制器控制卷扬机10工作，细钢丝绳8由卷扬机10驱动，在卷扬机10的作用下使海缆5来回摆动，以模拟潮汐、洋流对海缆5的大幅慢速冲刷；

3）当海缆5摆动至一定幅度时，卷扬机10停止，海缆5保持不动，控制器控制激振器9工作，通过激振器9对海缆5施加高频振动，模拟定向大洋流作用下海缆5的小幅高速抖动；

4）试验过程中，振动传感器11实时监测海缆5的振动频率，并实时上传至控制器，通过控制器显示振动数据；

5）绘制试验过程中海缆5的位移和振动频率，并与海缆5的磨损过程和损坏情况相关联，以为磨损故障的监测和损坏程度提供依据。

以上图1所示的光纤复合海底电缆磨损试验系统是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (10)

1.光纤复合海底电缆磨损试验系统，其特征在于：包括地锚、锚固装置、钢丝绳、张力传感器、磨损件、激振器、振动传感器、卷扬机及与张力传感器、振动传感器、激振器、卷扬机相连的控制器，海缆两端分别经锚固装置、钢丝绳、张力传感器和地锚固定，卷扬机通过钢丝绳将海缆的中部悬挂，所述的激振器及振动传感器设于海缆的悬挂部，所述的磨损件位于海缆的悬挂部的两侧；海缆中部用细钢丝绳牵引，在卷扬机的控制下可以来回摆动，大功率激振器对海缆施加小幅高频振动，模拟定向大洋流作用下海缆的小幅高速抖动。

2.根据权利要求1所述的光纤复合海底电缆磨损试验系统，其特征在于：所述的锚固装置与磨损件之间设有多个定滑轮，使海缆保持直线稳定状态。

3.根据权利要求2所述的光纤复合海底电缆磨损试验系统，其特征在于：所述的定滑轮通过连接件固定在地面上，或采用浇铸的方式固定在地面上。

4.根据权利要求1所述的光纤复合海底电缆磨损试验系统，其特征在于：所述的卷扬机包括第一卷扬机、第二卷扬机，所述的第一卷扬机、第二卷扬机相对设置，第一卷扬机通过第一钢丝绳与海缆两处连接，第二卷扬机通过第二钢丝绳与海缆两处连接，第一钢丝绳、第二钢丝绳与海缆的两连接处相同，两连接处分别为第一连接处、第二连接处。

5.根据权利要求4所述的光纤复合海底电缆磨损试验系统，其特征在于：所述振动传感器安装在弯曲海缆的中间部位，相邻振动传感器间隔1.5-2.5米，振动频率测量上限不低于1000Hz；振动传感器至少安装2个传感器，通过平均测量结果消弱测量误差。

6.根据权利要求5所述的光纤复合海底电缆磨损试验系统，其特征在于：所述的激振器安装在移动的设备车上，设备车安装有刹车装置，当设备车位置选定后，利用刹车装置将设备车固定。

7.根据权利要求6所述的光纤复合海底电缆磨损试验系统，其特征在于：所述的振动传感器、激振器设于第一连接处、第二连接处之间的海缆上。

8.根据权利要求1所述的光纤复合海底电缆磨损试验系统的光纤复合海底电缆磨损试验方法，其特征在于包括以下步骤：

1）试验准备步骤，海缆两端分别经锚固装置、钢丝绳、张力传感器和地锚固定，海缆不绷紧，中部预留一定的余长，并用与卷扬机相连的细钢丝绳牵引，模拟海沟上跨越的海缆，两侧放置磨损件，模拟硬物，磨损件和锚固装置之间放置定滑轮，使海缆保持直线稳定状态；两个磨损件中间的海缆处于悬空状态，在摆动时只承受空气阻力，不与地面摩擦；海缆中部设置激振器及振动传感器；张力传感器、振动传感器与控制器的输入端相连，控制器的输出端与卷扬机、激振器相连；

2）控制器控制卷扬机工作，细钢丝绳由卷扬机驱动，在卷扬机的作用下使海缆来回摆动，以模拟潮汐、洋流对海缆的大幅慢速冲刷；

3）当海缆摆动至一定幅度时，卷扬机停止，海缆保持不动，控制器控制激振器工作，通过激振器对海缆施加高频振动，模拟定向大洋流作用下海缆的小幅高速抖动；

4）试验过程中，振动传感器实时监测海缆的振动频率，并实时上传至控制器，通过控制器显示振动数据；

5）绘制试验过程中海缆的位移和振动频率，并与海缆的磨损过程和损坏情况相关联，以为磨损故障的监测和损坏程度提供依据。

9.根据权利要求8所述的光纤复合海底电缆磨损试验方法，其特征在于：海缆中部通过两台相对的卷扬机悬挂，两台卷扬机采用互补工作方式，即一个收一个放；由控制器控制卷扬机工作，来拉动海缆来回摆动，或拉到一定高度后，突然松开，让其自由摆动。

10.根据权利要求9所述的光纤复合海底电缆磨损试验方法，其特征在于：磨损件、定滑轮与地固定；激振器安装在移动设备车上，设备车安装有刹车轮，当设备车位置选定后，利用刹车将设备车固定；激振器上设有与控制器相连的RS232串口以接受控制器的控制指令，和/或设置激振器的幅度和频率参数；振动传感器安装在弯曲海缆的中间部位，相邻振动传感器间隔1～3米，振动频率测量上限不低于1000Hz。