[發(fā)明專利]一種海底電纜渦激振動(dòng)試驗(yàn)用的海纜懸掛裝置及實(shí)驗(yàn)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210359024.0
• 申請(qǐng)日: 2022-04-07
• 公開（公告）號(hào): CN114778071A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃惠明;黃賢濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M10/00
• 分類號(hào): G01M10/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種海底電纜渦激振動(dòng)試驗(yàn)用的海纜懸掛裝置及實(shí)驗(yàn)方法，所述裝置包括導(dǎo)軌裝置、升降裝置和海纜連接裝置。本發(fā)明可靈活地調(diào)節(jié)系統(tǒng)高度、長(zhǎng)度、傾斜角度、模型直徑以觀察海纜在不同懸空工況下結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的區(qū)別；本發(fā)明可通過萬向節(jié)上的撥片選擇海纜連接處轉(zhuǎn)動(dòng)方向以研究海纜橫軸向和豎軸向渦激振動(dòng)的區(qū)別；本發(fā)明適用性廣，采用模塊化設(shè)計(jì)便于安裝和操作，通過調(diào)節(jié)不同的跨長(zhǎng)、高度可運(yùn)用于不同水槽進(jìn)行懸跨海纜渦激振動(dòng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海洋工程模型實(shí)驗(yàn)，特別是一種海底電纜渦激振動(dòng)試驗(yàn)用的海纜懸掛裝置及實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

我國(guó)是海洋資源大國(guó)，隨著島嶼輸電、深海風(fēng)電和漂浮式基礎(chǔ)技術(shù)發(fā)展成熟、應(yīng)用越來越廣泛，大截面、動(dòng)態(tài)海底電纜需求越來越大。但是海底地形和水流環(huán)境復(fù)雜多變，在海纜下方由于水流波浪等造成的沖刷而經(jīng)常出現(xiàn)不同類型的懸空段。當(dāng)水流及波浪經(jīng)過海纜懸空段時(shí)，會(huì)在海纜后方形成交替脫落的漩渦。由于漩渦不斷脫落，海纜也會(huì)在橫流向受到交替變化的升力的作用，當(dāng)漩渦脫落頻率即海纜所受升力的頻率與海纜所具有的一階固有頻率接近時(shí)，將發(fā)生“鎖定”現(xiàn)象。處于頻率鎖定現(xiàn)象時(shí)海纜橫流向振動(dòng)幅值突增，持續(xù)的振動(dòng)易引發(fā)海纜的疲勞損傷。

海底電纜為柔性細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，在自重和浮力的作用下會(huì)存在一定的垂度，并且，受海底電纜材料抗拉、抗壓特性影響，海底電纜會(huì)存在一定幅度的變形撓度。同時(shí)，由于海底地形的影響海底電纜兩端并不水平，使得海底電纜的沿線受力特征復(fù)雜多變。上述這些均會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型產(chǎn)生影響。因此海底電纜的渦激振動(dòng)跟其它海洋立管以及海底管線的渦激振動(dòng)存在顯著區(qū)別，為了確保海纜的安全運(yùn)行亟需開展物理模型實(shí)驗(yàn)以進(jìn)行相關(guān)研究工作。

然而，目前針對(duì)海底電纜渦激振動(dòng)的模型試驗(yàn)研究并不多見。已有的研究主要涉及海底電纜在均勻流作用下渦激振動(dòng)試驗(yàn)以及對(duì)海底電纜的自振頻率及振動(dòng)模態(tài)的研究。但現(xiàn)有試驗(yàn)條件往往僅考慮海纜水平懸空狀態(tài)，且海纜兩端的固定裝置一定程度上限制了海纜運(yùn)動(dòng)形態(tài)。這使得現(xiàn)有海纜渦激振動(dòng)試驗(yàn)的海纜懸掛方法較為簡(jiǎn)單且趨于理想化，難以真正與實(shí)際海底電纜的懸掛方式完全匹配，進(jìn)而導(dǎo)致試驗(yàn)無法完全復(fù)演海底電纜實(shí)際懸空狀態(tài)以及在外在動(dòng)力作用下的渦激振動(dòng)形態(tài)。

因而，為準(zhǔn)確仿真海底地形和波浪及水流共同作用下，海底電纜渦激振動(dòng)時(shí)的狀態(tài)及受力、運(yùn)動(dòng)特性，現(xiàn)階段有必要研發(fā)一種能夠全面仿真海底電纜渦激振動(dòng)時(shí)的懸空狀態(tài)的懸掛裝置及方法。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種海底電纜渦激振動(dòng)試驗(yàn)用的海纜懸掛裝置及實(shí)驗(yàn)方法，從而通過調(diào)節(jié)不同的跨長(zhǎng)和高度運(yùn)用于不同水槽進(jìn)行懸跨海纜渦激振動(dòng)。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種海底電纜渦激振動(dòng)試驗(yàn)用的海纜懸掛裝置，包括導(dǎo)軌裝置、升降裝置和海纜連接裝置；

所述導(dǎo)軌裝置承受結(jié)構(gòu)重力，包括主滑軌、左滑塊、右滑塊、固定螺栓、螺帽(105)；所述主滑軌固定在實(shí)驗(yàn)水槽上，左滑塊和右滑塊豎直安裝在主滑軌上，通過調(diào)節(jié)左滑塊和右滑塊之間的距離能夠?qū)崿F(xiàn)不同跨長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)；

所述升降裝置包括右L型懸臂、左L型懸臂、圓形管套、插銷；所述左L型懸臂和右L型懸臂的長(zhǎng)臂段等距開設(shè)小孔，短臂段用于布置海纜，左L型懸臂的短臂端還設(shè)有圓形管套，左L型懸臂插入左滑塊后再在懸臂的小孔中插入插銷用于垂向固定升降裝置，升降裝置支撐海纜，左L型懸臂和右L型懸臂能夠分別調(diào)節(jié)高度，結(jié)合導(dǎo)軌裝置能夠進(jìn)行海纜不同懸空跨度、垂度、傾斜角度實(shí)驗(yàn)；