海底电缆锚砸试验系统的制作方法

本发明涉及一种试验系统，尤其是一种海底电缆锚砸试验系统。。

背景技术：

随着海洋事业的蓬勃发展，海上航运、渔业捕捞等活动日益频繁，船舶抛锚或撒网都会对海底电缆造成威胁。国际大电网会议CIGRE专门对海底电缆的机械试验提出了建议，并提到了锚砸对海底电缆的威胁。为了及时发现锚害，人们利用分布式光纤传感技术测量海底电缆内复合光纤的应变、振动等物理量，通过这些量的变化进行故障报警和定位。故障特征的寻找、锚砸程度的评估都需要通过反复的试验，而目前国内缺乏有效的锚砸试验系统实现模拟锚砸的试验效果。

技术实现要素：

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，提供海底电缆锚砸试验系统，以实现锚砸的有效模拟实验为目的。为此，本发明采取以下技术方案。

海底电缆锚砸试验系统，包括用于给试验的海底电缆支撑定位的定滑轮、连接在所试验的海底电缆两端的锚固装置，所述的定滑轮对称地排列于海底电缆的左部和右部，所述的锚固装置连接到张力传感器，所述的张力传感器连接到地锚，所试验的海底电缆的中部位置上方挂设有可下落和回升的用于锚砸试验的铁锚，所述的铁锚通过锚缆连接到起重装置，所述的起重装置及张力传感器通过数字接口连接到用于控制起重装置运行的具备人机双向交互功能的控制机上。通过控制机控制锚砸试验系统对海底电缆进行锚砸试验，能够有效地模拟出海底电缆在真实环境下的锚砸情况。

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。

所述的海底电缆的中部位置跨设有门架，所述的门架包括2个侧柱和设于侧柱上的横梁，所述的起重装置位于门架的一侧地面，门架从起重装置的一侧侧柱的底部开始到门架横梁中部下方为止设有多个定滑轮，铁锚所连接的锚缆依次从每个定滑轮的靠近门架侧的轮槽穿过，连接到起重装置上。通过设置门架和定滑轮，使锚缆从门架横梁的中部下方方便的连接到起重装置，定滑轮使锚缆能够适应起重装置快速运转。

门架上每两个定滑轮之间均设有导向管，所述的锚缆穿设于导向管中，所述的导向管固接于门架上，锚缆上涂有润滑油。通过导向管的设置，能够保证锚缆移动时一直处于定滑轮的轮槽中；在锚缆上涂润滑油可以减小锚缆与定滑轮之间的摩擦力。

所述的门架上共设有3个定滑轮，其中侧柱的下部内侧设有1个，侧柱与横梁的连接部位的内侧设有1个，横梁中间下方设有1个。3个定滑轮是保证锚缆有效滑动和直角转弯的最少数量，性价比较高。

门架中间的下方沿海底电缆方向挖设有沟槽，海底电缆设于沟槽宽度方向的中间上方，沟槽中放置有泥沙，沟槽的长度小于海底电缆的长度。通过沟槽的挖设，并且在沟槽中放置泥沙，能够最大限度的模拟海底环境，使锚砸试验更精确。

所述的沟槽宽度不小于1米，沟槽最深处不小于1米、沟槽长度不小于10米，所述的门架的跨距比沟槽的宽度大1~4米，门架的高度根据公式h=E/mg计算得出，其中，E是冲击能量，m是铁锚的质量，g是重力加速度。沟槽和门架的尺寸规格不但能够更好的模拟海底环境，而且在锚砸时提升了一定的安全性，门架跨距宽于沟槽宽度便于留出足够的操作空间，便于设备的安放和观擦锚砸试验情况，并保证了有效的安全距离。

所述的定滑轮穿设于圆轴杆上，所述的圆轴杆固接于沟槽两侧的固定支架上，定滑轮、圆轴杆和固定支架组成了支撑海底电缆的支撑导向组件。通过支撑导向组件实现对海底电缆提供高强度支撑和导向，防止锚砸时锚固装置由于受力不均被撕毁。

所述的支撑导向组件等间距排列于海底电缆的左部和右部，2个支撑导向组件的间隔距离在1.5~4米之间。通过等间距排列的支撑导向组件能够提供更均匀有效地支撑作用。

所述的铁锚包括串接杆、焊接于串接杆下端的锚头固定支架、焊接于串接杆上端的用于连接锚缆的挂钩，所述的锚头固定支架可拆卸的固定有锚头，所述的串接杆上可拆卸的串接有多个铁块。串接杆可以串接不同数量的铁块用于实现不同的锚重，可拆卸的锚头用来模拟不同船锚的底部形状。

所述的控制机为计算机，所述的数字接口为RS232串口。计算机可以开发和应用功能齐全的锚砸试验软件，RS232串口技术成熟，张力传感器获取的实时张力变化，通过RS232串口发送给计算机，计算机上的锚砸试验软件可实时绘制张力-时间曲线，显示海底电缆承受张力的实时变化情况。

有益效果：海底电缆锚砸试验系统结构简单、方法有效可行，可最大程度模拟海底电缆真实的锚砸过程，能够获取并绘制锚砸过程中海底电缆承受的实时张力，并可直观展示锚砸过程和损坏情况，解决了海底电缆锚砸故障难以捕捉，试验开展困难的难题，为锚砸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是本发明结构原理图。

图2是本发明铁锚结构示意图。

图中：1-门架；2-定滑轮；3-铁锚；4-起重装置；5-控制机；6-海底电缆；7-锚固装置；8-沟槽；9-圆轴杆；10-固定支架；11-张力传感器；12-地锚；13-锚缆；14-钢丝绳；301-挂钩；302-串接杆；303-铁块；304-锚头固定支架；305-锚头。

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。

如图1-2所示，海底电缆锚砸试验系统，包括用于给试验的海底电缆6支撑定位的定滑轮2、连接在所试验的海底电缆6两端的锚固装置7，定滑轮2对称地排列于海底电缆6的左部和右部，锚固装置7连接到张力传感器11，张力传感器11连接到地锚12，所试验的海底电缆6的中部位置上方挂设有可下落和回升的用于锚砸试验的铁锚3，铁锚3通过锚缆13连接到起重装置4，起重装置4及张力传感器11通过数字接口连接到用于控制起重装置4运行的具备人机双向交互功能的控制机5上。通过控制机5控制锚砸试验系统对海底电缆6进行锚砸试验，能够有效地模拟出海底电缆6在真实环境下的锚砸情况。

为了便于铁锚3实现锚砸试验，海底电缆6的中部位置跨设有门架1，门架1包括2个侧柱和设于侧柱上的横梁，起重装置4位于门架1的一侧地面，门架1从起重装置4的一侧侧柱的底部开始到门架1横梁中部下方为止设有3个定滑轮2，其中侧柱的下部内侧设有1个，侧柱与横梁的连接部位的内侧设有1个，横梁中间下方设有1个，铁锚3所连接的锚缆13依次从每个定滑轮2的靠近门架1侧的轮槽穿过，连接到起重装置4上。通过设置门架1和定滑轮2，使锚缆13从门架1横梁的中部下方方便的连接到起重装置4，定滑轮2使锚缆13能够适应起重装置4快速运转。

为了使锚缆13不从定滑轮2的轮槽中脱离，门架1上每两个定滑轮2之间均设有导向管，锚缆13穿设于导向管中，导向管固接于门架1上，锚缆13上涂有润滑油。通过导向管的设置，能够保证锚缆13移动时一直处于定滑轮2的轮槽中；在锚缆13上涂润滑油可以减小锚缆13与定滑轮2之间的摩擦力。

为了模拟海底环境，门架1中间的下方沿海底电缆6方向挖设有沟槽8，海底电缆6设于沟槽8宽度方向的中间上方，沟槽8中放置有泥沙，沟槽8的长度小于海底电缆6的长度，门架1的跨距比沟槽8的宽度大2米。通过沟槽8的挖设，并且在沟槽8中放置泥沙，能够最大限度的模拟海底环境，使锚砸试验更精确，门架1跨距宽于沟槽8宽度便于留出足够的操作空间，便于设备的安放和观擦锚砸试验情况，并保证了有效的安全距离。

为了使海底电缆6得到支撑，定滑轮2穿设于圆轴杆9上，圆轴杆9固接于沟槽8两侧的固定支架10上，定滑轮2、圆轴杆9和固定支架10组成了支撑海底电缆6的支撑导向组件。通过支撑导向组件实现对海底电缆6提供高强度支撑和导向，防止锚砸时锚固装置7由于受力不均被撕毁。

为了更好的支撑海底电缆6，支撑导向组件等间距排列于海底电缆6的左部和右部，2个支撑导向组件的间隔距离为2米。通过等间距排列的支撑导向组件能够提供更均匀有效地支撑作用。

为了模拟不同重量的船锚和不同底部形状的锚头305，铁锚3包括串接杆302、焊接于串接杆302下端的锚头固定支架304、焊接于串接杆302上端的用于连接锚缆13的挂钩301，锚头固定支架304可拆卸的固定有锚头305，串接杆302上可拆卸的串接有多个铁块303。串接杆302可以串接不同数量的铁块303用于实现不同的锚重，可拆卸的锚头305用来模拟不同船锚的底部形状。

为了实现功能全面的操控试验，控制机5为计算机，数字接口为RS232串口。计算机可以开发和应用功能齐全的锚砸试验软件，RS232串口技术成熟，张力传感器11获取的实时张力变化，通过RS232串口发送给计算机，计算机上的锚砸试验软件可实时绘制张力-时间曲线，显示海底电缆6承受张力的实时变化情况。

系统安装时，首先挖设沟槽8，沟槽8宽度为1米，沟槽8最深处为1米、沟槽8长度为10米，放入海沙，然后在沟槽8的中部位置跨设门架1，门架1的跨距比沟槽8的宽度大2米，门架1的高度根据公式h=E/mg计算得出，其中，E是冲击能量，m是铁锚3的质量，g是重力加速度，门架1的一侧侧柱的上端和下端内侧各安装一个定滑轮2，在门架1横梁中间位置的下方安装一个定滑轮2，在每两个定滑轮2之间的门架1上固接导向管，然后把锚缆13的一端从下方的定滑轮2轮槽中穿入导向管再向上依次穿过一个定滑轮2轮槽、导向管，通过横梁中部的定滑轮2轮槽向下，锚缆13的另一端连接在起重装置4上，起重装置4连接到计算机上；在沟槽8的左部和右部各设置2个支撑导向组件，把海底电缆6沿长度方向铺设于沟槽8中间，并从支撑导向组件的定滑轮2上方轮槽中拉过，海底电缆6的两端连接到锚固装置7，再通过钢丝绳14连接到张力传感器11，张力传感器11再通过钢丝绳14连接到地锚12，张力传感器11通过RS232接口连接到计算机。

试验时，首先打开计算机上的试验控制软件，控制起重装置4，让锚缆13下降，根据实际模拟的船锚的重量，选择合适质量的铁块303重叠串接在串接杆302上，将锚缆13与串接杆302上端的挂钩301相连，操作软件，收紧锚缆13，将铁锚3升起一定距离，选择符合实际模拟的船锚的锚头305安装在锚头固定支架304上，至此，铁锚3安装完成；然后，操作软件，可以直接输入提升高度，将铁锚3升到某一高度值，或者，输入冲击能量，控制软件会自动计算提升高度；最后，操作软件进行锚砸试验，铁锚3自由落体，砸在海底电缆6上。海底电缆6受冲击后，两端的张力传感器11承受张力，经快速响应，获取实时张力变化，通过串口发送给计算机，计算机可实时绘制张力-时间曲线，显示海底电缆6承受张力的实时变化情况。由于海水的阻力作用，实际的船锚下落加速度小于1g，选择1g的自由落体方式是锚砸的极限状况，能够最大限度的反馈最坏的锚砸破坏情况。

本实例中，张力传感器11的响应速度小于1ms；锚固装置7与海底电缆6的导体和铠装同时固接；支撑导向组件的圆轴杆9和固定支架10支架采用高强度钢材，支撑导向组件和门架1上的定滑轮2采用铁质定滑轮2。

本实例中，起重装置4由电动机、抱闸、减速机、程控模块构成，通过卷扬钢丝绳实现铁锚3的升降，程控模块通过RS232串口与计算机通信，在计算机上编制控制软件可控制起重装置4，实现铁锚3的上升、下降、自由落体。

以上图1-2所示的海底电缆锚砸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。