一种清理水下电缆土壤覆盖物的试验装置及方法与流程

本发明涉及电缆，具体涉及一种清理水下电缆土壤覆盖物的试验装置及方法。

背景技术：

1、随着海底电缆敷设里程的增加和敷设时间的推移，海底电缆后期的保护和抢修工作是保证联网工程安全运行的重中之重。海底电缆一旦发生损伤，存在导致子网与主网解列的可能性，极易造成大面积停电。因此，必须建立应急抢修机制预案，抢修电缆，通常需先清除水下电缆表面上的覆盖物如泥土、石块等，再将电缆打捞起来进行维修。

2、近年来，水射流技术在人们的生产生活和工程的各个领域应用广泛，包括机械、航空航天、建筑、采矿、石油等众多领域。水射流作为一种良好的切割、破碎和清理工具，已被人们所公认，水射流技术在海底电缆抢修时土壤覆盖物的清理过程中有着突出的应用前景。

3、覆盖物清理的射流破土过程是海底电缆抢修的关键步骤，目前常见的海底开沟设备有挖泥船、射流式海底开沟机、海底开沟犁、机械切割式海底开沟机等。其中射流式海底开沟设备结构简单，通常利用高压水泵将水从开沟机上的喷嘴喷出，冲刷海底电缆上方及周围的泥土或砂石，从而实现海底电缆上的覆盖物清理，让电缆裸露，方便后续切割工作，且达到保护海底电缆的要求。因此，开展射流式海底电缆抢修技术的研究能够保证未来我国海底电缆的快速发展，具有十分重要的现实意义。

4、采用射流技术清理电缆上的覆盖物，当水从开沟机上的喷嘴喷出，冲刷海底电缆上方及周围的土壤或者砂石时，如果水的冲击力过大，过大的冲击力会对电缆造成二次破坏；而采用射流技术时，水的冲击力与喷嘴直径、射流压力、靶距及喷嘴移动速度相关，因而亟需研发一种清理水下电缆土壤覆盖物的试验装置及方法，通过所述试验装置及方法来确定喷嘴直径、射流压力、靶距及喷嘴移动速度等射流技术参数，对工程实践进行指导，避免工程实践中采用不恰当的喷嘴直径、射流压力、靶距及喷嘴移动速度导致水的冲击力过大以致电缆被损坏。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种清理水下电缆土壤覆盖物的试验装置及方法，通过所述试验装置及方法来确定喷嘴直径、射流压力、靶距及喷嘴移动速度等射流技术参数，以避免采用不恰当的喷嘴直径、射流压力、靶距及喷嘴移动速度导致水的冲击力过大以致电缆被损坏。

2、为实现以上目的，本发明技术方案为：

3、一种清理水下电缆土壤覆盖物的试验装置，所述试验装置包括射流控制装置及喷嘴移动装置；

4、射流控制装置包括气压控制器、水箱、闸阀、压力传感器、流速传感器、高压水管及喷嘴；气压控制器一端与大气连通，另一端伸入水箱内，高压水管一端与水箱连通，高压水管另一端与喷嘴连通；闸阀、压力传感器、流速传感器依次安装在高压水管的管道上，压力传感器、流速传感器位于高压水管的管道上靠近喷嘴的一端；

5、喷嘴移动装置为直线移动机构，所述的直线移动机构为丝杆滑块结构，伺服电机转动带动丝杆转动，滑块背面套在丝杆上，丝杆动带动滑块沿着丝杆直线移动；

6、滑块正面连接喷嘴夹具，喷嘴夹具夹持喷嘴，滑块移动时，喷嘴同步移动；

7、电缆放置在水池的底部，水箱内的水体沿着高压水管流动至喷嘴处，喷嘴移动过程中，水体从喷嘴喷出冲刷电缆上覆盖的土壤；

8、电缆表面设置有应变片，所述的应变片与采集仪连接，采集仪与计算机连接，采集仪采集应变数据，计算机通过应变数据计算得到应力数据。

9、进一步的是，所述滑块背面设置有凸块，凸块上设置有圆孔，所述圆孔套在丝杆上，当伺服电机转动带动丝杆转动时，滑块沿着丝杆直线移动。

10、进一步的是，所述滑块正面连接喷嘴夹具，喷嘴夹具包括多个t型连接部，每个t型连接部的底边固定在滑块的正面上，每个t型连接部的竖直边凸出于滑块的正面表面，每个t型连接部竖直边上设置有一个过孔；每两个t型连接部在同一条直线上；同一竖直线上的两个t型连接部竖直边上的两个过孔在同一直线上；竖直杆依次穿过同一竖直线上的两个t型连接部竖直边上的过孔，竖直杆的底端向水池的方向延伸。

11、进一步的是，所述竖直杆的底端连接喷嘴安装部，喷嘴安装部整体呈u型，喷嘴安装部的顶面设置多个通孔，所述通孔的数量与竖直杆的数量一致，每个所述通孔与竖直杆底端连接；喷嘴安装部的底面设有两个柱状圆孔，两个柱状圆孔之间间隔一段距离，连接管顶端连接水平杆，连接管中部位于两个柱状圆孔之间，连接管底端连接有喷嘴。

12、进一步的是，所述两个柱状圆孔与水平杆连接，水平杆两端分别套在一个柱状圆孔内，水平杆端部凸出于柱状圆孔，水平杆与柱状圆孔铰接连接。

13、进一步的是，水平杆内部中空的圆柱状杆件，水平杆左端封闭，右端为开口，水平杆中部下表面有一个中部开口，高压水管底端与水平杆右端的端部开口螺纹连接，实现高压水管与水平杆的连通；连接管顶端与所述的中部开口连通，连接管底端与喷嘴连通，实现高压水管与喷嘴的连通。

14、一种利用所述清理水下电缆土壤覆盖物的试验装置进行清理水下电缆土壤覆盖物试验的方法，它包括以下步骤：

15、步骤一：设置射流技术参数，包括设置射流压力、射流口径、靶距、喷嘴移动速度和喷射角度；

16、步骤二：试验装置按照设定的射流压力、射流口径、靶距、喷嘴移动速度和喷射角度进行射流作业；

17、在射流作业的过程中，当水体从喷嘴喷出冲刷电缆上覆盖的土壤时，采集仪通过应变片采集应变数据，与采集仪连接的计算机通过所述的应变数据计算应力数据；

18、当计算机计算得出的应力值小于电缆应力许用值时，所述射流作业采用的技术参数值射流压力、射流口径、靶距、喷嘴移动速度和喷射角度是合适的；

19、当计算机计算得出的应力值达到或者大于电缆应力许用值时，电缆被损坏，所述射流作业采用的技术参数值射流压力、射流口径、靶距、喷嘴移动速度和喷射角度是不合适的，则重复步骤一及步骤二，以得到合适的射流技术参数值。

20、进一步的是，所述步骤二中射流作业包括气压控制器向水箱内泵送空气，水箱内压力增大使水箱内的水体进入高压水管内，水体沿着高压水管流动输送至喷嘴内；伺服电机转动带动丝杆转动，丝杆转动带动喷嘴夹具及喷嘴水平移动，喷嘴水平移动的过程中，水体从喷嘴喷出冲刷电缆上覆盖的土壤。

21、本发明的有益效果是：

22、1.通过本发明实验装置及方法，可确定通过射流技术清理电缆上的覆盖物时，射流采用的喷嘴直径、射流压力、靶距及喷嘴移动速度等技术参数，以对工程实践进行指导，在实际工程中采用射流技术清理电缆上的覆盖物时，通过采用本发明确定的射流技术参数，可降低因采用不恰当的喷嘴直径、射流压力、靶距及喷嘴移动速度导致水的冲击压力过大以致电缆被损坏的风险。

23、2.通过采用不同尺寸的喷嘴、不同的射流压力、靶距及喷嘴移动速度等射流技术参数进行多次试验，本发明可模拟海底开沟机射流工作的各种工况，可确定射流口径、射流压力、靶距，喷嘴移动速度和喷射角度等关键参数。

24、3.通过本发明试验装置确定射流技术参数，以对工程实践进行指导，通过本发明试验装置及方法确定的射流技术参数，既能通过射流技术清理水下电缆上的土壤覆盖物，又不破坏土壤下的电缆，在保证准确性的前提下可缩短工程周期。