CN116008100A - 一种线缆扭转刚度测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线缆扭转刚度测试装置及测试方法，测试装置包括：扭转组件，用于夹持待测线缆的一端、并为所述待测线缆提供扭转动力；固定组件，与所述扭转组件对应设置，用于夹持待测线缆的另一端；扭转力矩传感器，与所述扭转组件连接，测试所述待测线缆承受的扭转力矩；角度传感器，连接在所述待测线缆上，测试所述待测线缆的扭转角度；测试方法包括以下步骤：制备样品；将样品安装到测试装置中；提供测试扭转力，并采集扭转力矩和扭转角度；分析得到扭转角度‑扭转力矩的关系；计算扭转刚度。本发明解决目前海缆、脐带缆扭转刚度测试装置缺乏或设计不规范的情况，规范了海缆、脐带缆扭转刚度测试方法，提高了扭转刚度数据的准确性。

Description

一种线缆扭转刚度测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及线缆机械性能测试技术领域，尤其是指一种线缆扭转刚度测试装置及测试方法。

背景技术

随着对海洋工程的大力投入，海缆、脐带缆以及海底柔性管道等海洋管线系统取得大力的发展。海缆、脐带缆以及海底柔性管道作为水下生产系统或者水下生产系统与水上附体之间连接的重要装备，在能量、信息、物质传递方面发挥重要作用。而海洋恶劣的环境对海洋管线系统的性能也提出更高的要求。

海缆、脐带缆的应用水深越来越深，海缆、脐带缆在安装过程中可能会出现扭转破坏，因此需要测试海缆、脐带缆的扭转刚度，保证海缆、脐带缆在敷设过程中不发生扭转失效。目前海缆、脐带缆扭转刚度测试还没明确的标准要求和通用的设备。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中海缆、脐带缆扭转刚度测试没有明确的标准要求和通用的测试设备的问题，提供一种线缆扭转刚度测试装置及测试方法，解决目前海缆、脐带缆扭转刚度测试装置缺乏或设计不规范的情况，规范了海缆、脐带缆扭转刚度测试方法，提高了扭转刚度数据的准确性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种线缆扭转刚度测试装置，包括：

扭转组件，用于夹持待测线缆的一端、并为所述待测线缆提供扭转动力；

固定组件，与所述扭转组件对应设置，用于夹持待测线缆的另一端；

扭转力矩传感器，与所述扭转组件连接，测试所述待测线缆承受的扭转力矩；

角度传感器，连接在所述待测线缆上，测试所述待测线缆的扭转角度。

在本发明的一个实施例中，所述扭转组件包括：

扭转驱动源，所述扭转驱动源为减速电机；

扭转法兰，供所述待测线缆的端头穿过，通过链条和链轮与所述减速电机的输出端相连，所述扭转力矩传感器设置在所述扭转法兰上。

在本发明的一个实施例中，还包括电柜，所述电柜与所述扭转驱动源电连接，通过所述电柜控制所述扭转驱动源的转速和角度。

在本发明的一个实施例中，所述固定组件包括：

安装板；

固定法兰，设置在所述安装板上，供所述待测线缆的端头穿过。

在本发明的一个实施例中，所述扭转组件和固定组件均通过锚固接头与所述待测线缆连接。

在本发明的一个实施例中，所述锚固接头用于夹持所述待测线缆的铠装层。

在本发明的一个实施例中，所述锚固接头包括与所述扭转组件和固定组件连接的固定板、以及通过螺栓锁合连接在所述固定板上的夹持板，在所述固定板和夹持板之间形成夹持铠装层的夹持空间。

在本发明的一个实施例中，还包括测试台，所述测试台上设置有导轨，所述扭转驱动源固定设置在所述测试台上，所述固定组件滑动设置在所述导轨上，所述固定组件沿所述导轨向靠近或远离所述扭转驱动源的方向移动。

在本发明的一个实施例中，所述固定组件还包括锁扣，所述锁扣将所述固定组件锁合固定在所述导轨上。

在本发明的一个实施例中，在所述测试台上，还设置有挡块，所述挡块设置在所述导轨的端部，所述挡块用于止挡所述固定组件。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种线缆扭转刚度测试方法，包括以下步骤：

S1、截取合适长度的待测线缆制成样品，将待测线缆两端的护套层剥离，漏出铠装层；

S2、将待测线缆两端的铠装层分别插入到扭转组件和固定组件的锚固接头中，将剥离护套层的待测线缆的缆芯的两端分别插入到扭转法兰和固定法兰中；

S3、通过扭转驱动源带动扭转法兰转动，在待测线缆上施加扭转力，控制待测线缆最大扭转角度在3°～5°之间，控制扭转驱动源的扭转速率，使其运行时间控制在2min～3min之间，并通过扭转力矩传感器和角度传感器实时采集待测线缆承受的扭转力矩以及待测线缆的扭转角度；

S4、以实时采集的扭转角度和扭转力矩为参数，建立“扭转角度-扭转力矩”直角坐标系，通过数据拟合得到，“扭转角度-扭转力矩”的关系图；

S5、将实时采集得到的扭转力矩和扭转角度根据扭转刚度公式计算得到扭转刚度，所述扭转刚度公式为：

其中：GI为扭转刚度；M为试样受到的扭转力矩；φ为试样受到的扭转角度。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的测试装置，对应设置扭转组件和固定组件，通过扭转组件和固定组件分别用于夹持待测线缆的两端，并且设置扭转组件能够为待测线缆提供扭转动力；并且，在扭转组件向待测线缆施加扭转力的时候，通过扭转力矩传感器和角度传感器分别测量得到扭转角度和扭转力矩的动态数据，从而能够直接计算得到线缆的动态的扭转刚度

本发明所述的测试方法包括待测线缆样品制备、样品测试及样品分析的三个步骤，其中：在样品制备的过程中，采用上述测试装置，实现了对待测线缆的夹持固定，通过上述装置能够在待测线缆上施加扭转力，在样品测试的过程中，并通过扭转力矩传感器和角度传感器分别实时采集得到扭转角度和扭转力矩的动态数据，在样品分析的过程中，建立平面直角坐标系，能够得出扭转角度和扭转力矩的关系图，并且，通过扭转刚度公式计算得到扭转刚度；

本发明提供了一种海缆、脐带缆扭转刚度测试装置及测试流程，规范了海缆、脐带缆的测试过程及使用的测试设备，提高试验数据的准确度，利于试验间的数据比对。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明的线缆扭转刚度测试装置的侧面整体结构示意图；

图2是本发明的线缆扭转刚度测试装置的正面整体结构示意图；

图3是本发明的与扭转法兰连接的锚固接头的结构示意图；

图4是本发明的与固定法兰连接的锚固接头的结构示意图；

图5是本发明的线缆扭转刚度测试方法的步骤流程图。

说明书附图标记说明：1、扭转驱动源；2、扭转法兰；3、安装板；4、固定法兰；5、扭转力矩传感器；6、锚固接头；61、固定板；62、夹持板；7、导轨；8、导轨钳制器；9、挡块；100、待测线缆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

参照图1和图2所示，本发明公开了一种线缆扭转刚度测试装置，包括：扭转组件、固定组件、扭转力矩传感器5和角度传感器，其中：所述扭转组件和固定组件对应设置，分别用于夹持待测线缆100的两端，设置扭转组件能够为待测线缆100提供扭转动力；设置扭转力矩传感器5与所述扭转组件连接，设置角度传感器连接在所述待测线缆100上，在扭转组件向待测线缆100施加扭转力的时候，通过扭转力矩传感器5和角度传感器分别测量得到扭转角度和扭转力矩的动态数据，从而能够直接计算得到线缆的动态的扭转刚度

具体地，所述扭转组件包括：扭转驱动源1和由所述扭转驱动源1带动的扭转法兰2，所述待测线缆100的端头从所述扭转法兰2中穿过并与扭转法兰2连接，通过所述扭转驱动源1带动所述扭转法兰2转动，通过扭转法兰2将扭转驱动源1施加的扭转力传递到待测线缆100上，并且，将所述扭转力矩传感器5设置在所述扭转法兰2上，通过扭转力矩传感器5在扭转法兰2的转动过程中能够实时检测到扭转驱动源1施加在扭转法兰2上的作用力，该作用力即为施加在待测线缆100上的扭转力；

在本实施例中，所述扭转驱动源1为减速电机，所述减速电机的输出端通过链条和链轮与扭转法兰2连接；

在本实施例中，还包括电柜，所述电柜与所述扭转驱动源1电连接，通过所述电柜控制所述扭转驱动源1的转速和角度。

具体地，所述固定组件包括：安装板3和设置在所述安装板3上的固定法兰4，所述待测线缆100的端头从固定法兰4中穿过并与所述固定法兰4连接。

在本实施例中，为了实现线缆与扭转组件、固定组件的连接，在所述扭转法兰2和固定法兰4的端部均设置有锚固接头6，参照图3所示，所述锚固接头6通过螺栓与所述扭转法兰2连接，所述锚固接头6用于夹持所述待测线缆100的铠装层，所述锚固接头6包括与所述扭转组件连接的固定板61、以及通过螺栓锁合连接在所述固定板61上的夹持板62，在所述固定板61和夹持板62之间形成夹持铠装层的夹持空间，将待测线缆100的铠装层先插入到夹持空间中，然后旋紧连接固定板61和夹持板62的螺栓，通过固定板61和夹持板62实现对铠装层的夹持和固定；参照图4所示，所述锚固接头6通过螺栓与所述固定法兰4连接，所述锚固接头6用于夹持所述待测线缆100的铠装层，所述锚固接头6包括与所述固定组件连接的固定板61、以及通过螺栓锁合连接在所述固定板61上的夹持板62，在所述固定板61和夹持板62之间形成夹持铠装层的夹持空间，将待测线缆100的铠装层先插入到夹持空间中，然后旋紧连接固定板61和夹持板62的螺栓，通过固定板61和夹持板62实现对铠装层的夹持和固定。

在实际使用的过程中，结合不同的需求，需要测量不同长度的待测线缆100的扭转刚度，因此，参照图1所示，在本实施例中，还包括测试台，将扭转组件、固定组件均设置在该测试台上，并且，在所述测试台上设置有导轨7，所述扭转驱动源1固定设置在所述测试台上，所述固定组件滑动设置在所述导轨7上，所述固定组件沿所述导轨7向靠近或远离所述扭转驱动源1的方向移动，在使用该测试装置前，先调节扭转组件、固定组件之间的距离，从而就能够实现对不同长度的待测线缆100的测试；

具体地，在调整好扭转组件、固定组件之间的距离后，还需要将扭转组件、固定组件的相对位置固定，才能进行后续的测试，所述扭转组件固定设置在测试台上，因此仅需将固定组件的位置固定即可，在本实施例中，所述固定组件还包括锁扣，所述锁扣将所述固定组件锁合固定在所述导轨7上，具体地，本实施例中的锁扣为导轨钳制器8，在调整固定组件的位置时，控制所述导轨钳制器8与所述导轨7分离，所述固定组件能够沿导轨7的延伸方向在导轨7上自由滑动，当调整好固定组件的位置后，控制所述导轨钳制器8与所述导轨7锁合，所述固定组件被导轨钳制器8限制无法移动。

具体地，在所述测试台上，还设置有挡块9，所述挡块9设置在所述导轨7的端部，所述挡块9用于止挡所述固定组件，防止所述固定组件从所述导轨7上滑出。

具体地，本实施例的测试装置能够用于光缆、电缆、光电复合缆、海缆、脐带缆等多种不同结构的线缆的扭转刚度测试。

实施例2

基于上述实施例1，参照图4所示，本发明还提供了一种线缆扭转刚度测试方法，包括以下步骤：制备样品；将样品安装到测试装置中；提供测试扭转力，并采集扭转力矩和扭转角度；分析得到扭转角度-扭转力矩的关系；计算扭转刚度。

S1、截取合适长度的待测线缆制成样品，将待测线缆两端的护套层剥离，漏出铠装层；

S2、将待测线缆两端的铠装层分别插入到扭转组件和固定组件的锚固接头中，将剥离护套层的待测线缆的缆芯的两端分别插入到扭转法兰和固定法兰中；

S3、通过扭转驱动源带动扭转法兰转动，在待测线缆上施加扭转力，控制待测线缆最大扭转角度在3°～5°之间，控制扭转驱动源的扭转速率，使其运行时间控制在2min～3min之间，并通过扭转力矩传感器和角度传感器实时采集待测线缆承受的扭转力矩以及待测线缆的扭转角度；

S4、以实时采集的扭转角度和扭转力矩为参数，建立“扭转角度-扭转力矩”直角坐标系，通过数据拟合得到，“扭转角度-扭转力矩”的关系图；

S5、将实时采集得到的扭转力矩和扭转角度根据扭转刚度公式计算得到扭转刚度，所述扭转刚度公式为：

其中：GI为扭转刚度；M为试样受到的扭转力矩；φ为试样受到的扭转角度。

本实施例所述的测试方法包括待测线缆样品制备、样品测试及样品分析的三个步骤，其中：在样品制备的过程中，采用上述测试装置，实现了对待测线缆的夹持固定，通过上述装置能够在待测线缆上施加扭转力，在样品测试的过程中，并通过扭转力矩传感器和角度传感器分别实时采集得到扭转角度和扭转力矩的动态数据，在样品分析的过程中，建立平面直角坐标系，能够得出扭转角度和扭转力矩的关系图，并且，通过扭转刚度公式计算得到扭转刚度。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种线缆扭转刚度测试装置，其特征在于，包括：

扭转组件，用于夹持待测线缆的一端、并为所述待测线缆提供扭转动力；

固定组件，与所述扭转组件对应设置，用于夹持待测线缆的另一端；

扭转力矩传感器，与所述扭转组件连接，测试所述待测线缆承受的扭转力矩；

角度传感器，连接在所述待测线缆上，测试所述待测线缆的扭转角度。

2.根据权利要求1所述的线缆扭转刚度测试装置，其特征在于：所述扭转组件包括：

扭转驱动源，所述扭转驱动源为减速电机；

扭转法兰，供所述待测线缆的端头穿过，通过链条和链轮与所述减速电机的输出端相连，所述扭转力矩传感器设置在所述扭转法兰上。

3.根据权利要求2所述的线缆扭转刚度测试装置，其特征在于：还包括电柜，所述电柜与所述扭转驱动源电连接，通过所述电柜控制所述扭转驱动源的转速和角度。

4.根据权利要求1所述的线缆扭转刚度测试装置，其特征在于：所述固定组件包括：

安装板；

固定法兰，设置在所述安装板上，供所述待测线缆的端头穿过。

5.根据权利要求1所述的线缆扭转刚度测试装置，其特征在于：所述扭转组件和固定组件均通过锚固接头与所述待测线缆连接。

6.根据权利要求5所述的线缆扭转刚度测试装置，其特征在于：所述锚固接头用于夹持所述待测线缆的铠装层，所述锚固接头包括与所述扭转组件和固定组件连接的固定板、以及通过螺栓锁合连接在所述固定板上的夹持板，在所述固定板和夹持板之间形成夹持铠装层的夹持空间。

7.根据权利要求1所述的线缆扭转刚度测试装置，其特征在于：还包括测试台，所述测试台上设置有导轨，所述扭转驱动源固定设置在所述测试台上，所述固定组件滑动设置在所述导轨上，所述固定组件沿所述导轨向靠近或远离所述扭转驱动源的方向移动。

8.根据权利要求7所述的线缆扭转刚度测试装置，其特征在于：所述固定组件还包括锁扣，所述锁扣将所述固定组件锁合固定在所述导轨上。

9.根据权利要求7所述的线缆扭转刚度测试装置，其特征在于：在所述测试台上，还设置有挡块，所述挡块设置在所述导轨的端部，所述挡块用于止挡所述固定组件。

10.一种线缆扭转刚度测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、截取合适长度的待测线缆制成样品，将待测线缆两端的护套层剥离，漏出铠装层；

S2、将待测线缆两端的铠装层分别插入到扭转组件和固定组件的锚固接头中，将剥离护套层的待测线缆的缆芯的两端分别插入到扭转法兰和固定法兰中；

S3、通过扭转驱动源带动扭转法兰转动，在待测线缆上施加扭转力，控制待测线缆最大扭转角度在3°～5°之间，控制扭转驱动源的扭转速率，使其运行时间控制在2min～3min之间，并通过扭转力矩传感器和角度传感器实时采集待测线缆承受的扭转力矩以及待测线缆的扭转角度；

S4、以实时采集的扭转角度和扭转力矩为参数，建立“扭转角度-扭转力矩”直角坐标系，通过数据拟合得到，“扭转角度-扭转力矩”的关系图；

S5、将实时采集得到的扭转力矩和扭转角度根据扭转刚度公式计算得到扭转刚度，所述扭转刚度公式为：

其中：GI为扭转刚度；M为试样受到的扭转力矩；φ为试样受到的扭转角度。

Images