一种基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法

一种基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法
【技术领域】
1.本发明涉及一种海洋电缆的弯矩测试方法，具体涉及一种基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法，属于海洋工程技术领域。


背景技术：

2.随着全球经济的快速发展，人类对于能源的需求迅猛增长，目前世界各国都在努力推进清洁能源的发展，其中，风电是可再生能源发电的主力。相较于陆上风电，海上风场由于没有遮挡，风力十分稳定，也不会产生土地成本，对周围环境基本不产生影响。
3.海底电缆是海上风场开发的关键装备之一。而为了防止桩基附近的海缆在安装和在位过程中发生破坏，需要用弯曲保护装置对海缆进行弯曲保护。在海洋资源能源开发技术装备中，限弯器是常用的管缆保护附件。当海底柔性管缆面临铺设施工工况、复杂海洋环境荷载时易发生弯曲，根据弯曲保护装置工作环境，以及海缆和弯曲保护装置的结构特点和工作原理，总结出弯曲保护装置的失效模式有：防弯失效、强度失效、连接失效等。
4.限弯器由公头、颈部和母头等多个子结构组成，工作时，需要多个子结构配合使用。限弯器弯曲刚度对管缆限弯器系统的铺设、在位有极大影响。但限弯器结构复杂，理论和数值设计模型在设计和性能预测过程中存在不确定因素，造成限弯器关键力学参数不准确。因此，需要通过进行限弯器原模型测试实验，以对限弯器设计中弯曲刚度关键力学指标进行测试。
5.因此，为解决上述问题，确有必要提供一种创新的基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法。


技术实现要素：

6.为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法，其能准确模拟限弯器在实际服役过程中受到弯曲荷载，测试限弯器的抗弯刚度、以及限弯器各部分间的连接性能。
7.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法，其采用海缆限弯器弯矩力学试验装置进行测试，包括如下工艺步骤：
8.1)，将柔性带一端通过系绳棒固定在系绳支架上，将柔性带另一端与拉力传感器上方的孔连接；
9.2)，将钢丝绳一端与拉力传感器下方的孔连接，钢丝绳另一端绕过地轮和卷扬机连接；
10.3)，将工业相机、显示屏、拉力传感器、倾角传感器、伺服电动推杆和卷扬机连接工控机，并进行调试；
11.4)，在显示屏上输入施加的弯矩值，卷扬机对限弯器施加主拉力，工业相机、拉力传感器、倾角传感器i和倾角传感器ii将数据传输到工控机，并通过伺服电动推杆控制双轨台车位置随动调整主拉力方向；
12.5)，观察相关数据和图像信息，实验结束后卸载卷扬机，保存数据；观察拉断位置，拍照记录；
13.6)，解除柔性带、钢丝绳、拉力传感器和卷扬机的连接关系，实验结束。
14.本发明的基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法进一步为：所述限弯器由若干个子结构组成，每个子结构由两个相同的限弯器子件通过限弯器螺栓连接而成；各限弯器子件均包括公头段、中间段和母头段三部分，三部分为一体成型结构；子结构之间通过公头和母头配合实现连接；所述公头段、中间段和母头段内均中空。
15.本发明的基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法进一步为：所述子结构数量为3-5个，优选为4个。
16.本发明的基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法进一步为：所述海缆限弯器弯矩力学试验装置包括固定支撑模块，所述固定支撑模块由固定法兰、系绳支架、系绳棒、龙门架、道轨和撬装组成；所述固定法兰通过法兰安装在系绳支架上；所述系绳棒安装在系绳支架上；所述撬装由撬装底座、限弯器支架以及卷扬机支架组成；所述龙门架为双梁式龙门架；所述道轨分为上下道轨，上道轨安装在龙门架的下方，下道轨安装在撬装底座上；所述系绳支架安装在限弯器支架上；所述卷扬机安装在卷扬机支架上；所述固定法兰和系绳支架位于龙门架左侧；所述卷扬机位于龙门架右侧。
17.本发明的基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法进一步为：所述固定法兰包括与限弯器母头配合的公头，与系绳支架相连接的法兰盘；所述系绳支架包括与固定法兰的法兰盘配合的法兰。
18.本发明的基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法进一步为：所述撬装底座的两侧设置有吊耳。
19.本发明的基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法进一步为：所述海缆限弯器弯矩力学试验装置包括加力模块，所述加力模块由卷扬机、地轮、拉力传感器、倾角传感器i、倾角传感器ii、双轨台车、伺服电动推杆、柔性带和钢丝绳组成；所述地轮固定在双轨台车上；所述拉力传感器一端通过柔性带与系绳棒固定，另一端通过钢丝绳绕过地轮与卷扬机固定；所述倾角传感器ii与拉力传感器固定；所述倾角传感器i与限弯器的顶部一节固定；所述伺服电动推杆通过电动推杆支架与撬装底座连接；所述双轨台车通过台车推板和推杆内丝法兰与伺服电动推杆连接；所述双轨台车在伺服电动推杆的作用下在道轨内往复运动。
20.本发明的基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法进一步为：所述海缆限弯器弯矩力学试验装置包括控制模块，所述控制模块包括工业相机、工控机和显示屏；所述工业相机在进行弯矩实验时记录限弯器的实时弯曲图像，并传输到工控机；所述工控机计算限弯器的实时曲率；所述显示屏显示限弯器的相关数据与人机交互界面。
21.本发明的基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法还可为：所述倾角传感器ii测量钢丝绳的主拉力与水平方向的夹角i，倾角传感器i测量限弯器顶部一节的切线方向与垂直方向的夹角ii；所述工控机接收到夹角i和夹角ii的数据，并通过伺服电动推杆随动调整双轨台车的位置。
22.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
23.1.本发明的基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法能够根据实际工
况，采用机器视觉的方法，模拟限弯器在实际服役过程中受到弯曲荷载，测试限弯器的抗弯刚度、以及限弯器各部分间的连接性能。
24.2.本发明的海缆限弯器弯矩力学试验装置包含弯曲设备，同时包含测量设备，如拉力传感器对限弯器弯曲过程所受主拉力指标进行测量、同时通过倾角传感器控制主拉力的方向，并对所得数据进行分析处理，分析实验结果。
25.3.本发明的试验装置通过模块化和复合型设计方式，通过撬装安装固定，应用范围广泛，具备灵活性和可拓展性。
【附图说明】
26.图1是本发明的海缆限弯器弯矩力学试验装置的立体图。
27.图2是图1中的限弯器子件的立体图。
28.图3是图1中的撬装示意图的立体图。
29.图4是图1中的双梁龙门架的示意图。
30.图5是图1中的双轨台车的立体图。
31.图6是图1中的伺服电动推杆的立体图。
32.图7是图1中的系绳支架的立体图。
33.图8是图1中的固定法兰的立体图。
【具体实施方式】
34.请参阅说明书附图1至附图8所示，其为本发明的一种海缆限弯器弯矩力学试验装置，其用于对限弯器4进行弯矩力学测试，其由固定支撑模块、加力模块和控制模块等模块组成，通过模块化的设计方式，使试验装置的应用范围广泛，具备灵活性和可拓展性。
35.其中，所述限弯器4由若干个子结构组成，每个子结构由两个相同的限弯器子件40通过限弯器螺栓连接而成。各限弯器子件40均包括公头段41、中间段42和母头段43三部分，三部分为一体成型结构。子结构之间通过公头和母头配合实现连接。所述公头段41、中间段42和母头段43内均中空，以便于限弯器4中穿设海缆。进一步的，所述限弯器4中的子结构数量为3-5个，优选为4个。
36.所述固定支撑模块由固定法兰5、系绳支架6、系绳棒26、龙门架13、道轨14和撬装2等几部分组成。所述固定法兰5通过法兰安装在系绳支架6上。具体的说，所述固定法兰5包括与限弯器4母头配合的公头51，与系绳支架6相连接的法兰盘52。所述系绳支架6包括与固定法兰5的法兰盘52配合的法兰。
37.所述系绳支架6包括与固定法兰5配合的法兰、安装系绳棒21的吊耳，下部开有螺栓孔与限弯器支架19连接固定。所述系绳棒21安装在系绳支架6上。所述系绳棒21包括阶梯段，将系绳棒21固定在系绳支架6的吊耳上。
38.所述撬装2由撬装底座20、限弯器支架19以及卷扬机支架18组成。所述撬装底座2用于安装设备，其包括纵横交错的槽钢和盖板，槽钢和盖板用于加强撬装的结构刚性。所述撬装底座20的两侧设置有吊耳26，吊耳26用于撬装2的移动。
39.进一步的，所述龙门架6为双梁式龙门架，龙门架6的双梁上安装双轨台车16，双轨台车16与地轮10固定安装。所述道轨14分为上下道轨，上道轨安装在龙门架的下方，下道轨
安装在撬装底座20上。所述固定法兰5和系绳支架6位于龙门架13左侧；所述卷扬机1位于龙门架13右侧。
40.所述加力模块由卷扬机1、地轮10、限弯器4、拉力传感器9、倾角传感器20、倾角传感器22、双轨台车16、伺服电动推杆24、柔性带11和钢丝绳12等几部分组成。所述卷扬机1安装在卷扬机支架18上。所述卷扬机1包含变频电机、减速器和滚筒等，变频电机和减速器提供主拉力。所述地轮10固定在双轨台车16上，其用于改变钢丝绳12的主拉力方向。
41.所述拉力传感器9一端通过柔性带11与系绳棒26固定，另一端通过钢丝绳12绕过地轮10与卷扬机1的滚筒固定。所述倾角传感器22与拉力传感器9固定。所述倾角传感器20与限弯器4的顶部一节固定。所述伺服电动推杆24通过电动推杆支架25与撬装底座19连接。所述双轨台车16通过台车推板23和推杆内丝法兰15与伺服电动推杆24连接。所述双轨台车16在伺服电动推杆的作用下在道轨14内往复运动。
42.所述控制模块由工业相机3、工控机7和显示屏8等几部分组成。所述工业相机3在进行弯矩实验时，记录限弯器4的实时弯曲图像，并传输到工控机7。所述工控机7计算限弯器4的实时曲率。所述显示屏8显示限弯器的相关数据与人机交互界面。
43.采用上述海缆限弯器弯矩力学试验装置对限弯器4进行弯矩测试方法包括以下步骤：
44.1)，将柔性带11一端通过系绳棒21固定在系绳支架6上，将柔性带11另一端与拉力传感器9上方的孔连接；
45.2)，将钢丝绳12一端与拉力传感器9下方的孔连接，钢丝绳12另一端绕过地轮10和卷扬机1连接；
46.3)，将工业相机3、显示屏8、拉力传感器9、倾角传感器20、伺服电动推杆24和卷扬机1连接工控机7，并进行调试；
47.4)，在显示屏8上输入施加的弯矩值，卷扬机1对限弯器4施加主拉力，工业相机3、拉力传感器9、倾角传感器20和倾角传感器22数据传输到工控机7，并通过伺服电动推杆24控制双轨台车16位置随动调整主拉力方向；
48.5)，观察相关数据和图像信息，实验结束后卸载卷扬机1，保存数据；观察拉断位置，拍照记录；
49.6)，解除柔性带11、钢丝绳12、拉力传感器9和卷扬机1的连接关系，实验结束。
50.综上所述，本发明的模块化的测试装置既包含弯曲设备，同时包含测量设备，如拉力传感器对限弯器弯曲过程所受主拉力指标进行测量、同时通过倾角传感器控制主拉力的方向，并对所得数据进行分析处理，分析实验结果。本发明通过测试装置来模拟限弯器在实际服役过程中受到弯曲荷载，测试限弯器的抗弯刚度、以及限弯器各部分间的连接性能，根据实际工况，采用机器视觉的方法，对海洋电缆弯曲限制器进行弯矩荷载模拟。
51.以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法，其特征在于：其采用海缆限弯器弯矩力学试验装置进行测试，包括如下工艺步骤：1)，将柔性带一端通过系绳棒固定在系绳支架上，将柔性带另一端与拉力传感器上方的孔连接；2)，将钢丝绳一端与拉力传感器下方的孔连接，钢丝绳另一端绕过地轮和卷扬机连接；3)，将工业相机、显示屏、拉力传感器、倾角传感器、伺服电动推杆和卷扬机连接工控机，并进行调试；4)，在显示屏上输入施加的弯矩值，卷扬机对限弯器施加主拉力，工业相机、拉力传感器、倾角传感器i和倾角传感器ii将数据传输到工控机，并通过伺服电动推杆控制双轨台车位置随动调整主拉力方向；5)，观察相关数据和图像信息，实验结束后卸载卷扬机，保存数据；观察拉断位置，拍照记录；6)，解除柔性带、钢丝绳、拉力传感器和卷扬机的连接关系，实验结束。2.如权利要求1所述基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法，其特征在于：所述限弯器由若干个子结构组成，每个子结构由两个相同的限弯器子件通过限弯器螺栓连接而成；各限弯器子件均包括公头段、中间段和母头段三部分，三部分为一体成型结构；子结构之间通过公头和母头配合实现连接；所述公头段、中间段和母头段内均中空。3.如权利要求2所述基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法，其特征在于：所述子结构数量为3-5个，优选为4个。4.如权利要求1所述基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法，其特征在于：所述海缆限弯器弯矩力学试验装置包括固定支撑模块，所述固定支撑模块由固定法兰、系绳支架、系绳棒、龙门架、道轨和撬装组成；所述固定法兰通过法兰安装在系绳支架上；所述系绳棒安装在系绳支架上；所述撬装由撬装底座、限弯器支架以及卷扬机支架组成；所述龙门架为双梁式龙门架；所述道轨分为上下道轨，上道轨安装在龙门架的下方，下道轨安装在撬装底座上；所述系绳支架安装在限弯器支架上；所述固定法兰和系绳支架位于龙门架左侧；所述卷扬机位于龙门架右侧。5.如权利要求4所述基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法，其特征在于：所述固定法兰包括与限弯器母头配合的公头，与系绳支架相连接的法兰盘；所述系绳支架包括与固定法兰的法兰盘配合的法兰。6.如权利要求4所述基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法，其特征在于：所述撬装底座的两侧设置有吊耳。7.如权利要求1所述基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法，其特征在于：所述海缆限弯器弯矩力学试验装置包括加力模块，所述加力模块由卷扬机、地轮、拉力传感器、倾角传感器i、倾角传感器ii、双轨台车、伺服电动推杆、柔性带和钢丝绳组成；所述卷扬机安装在卷扬机支架上；所述地轮固定在双轨台车上；所述拉力传感器一端通过柔性带与系绳棒固定，另一端通过钢丝绳绕过地轮与卷扬机固定；所述倾角传感器ii与拉力传感器固定；所述倾角传感器i与限弯器的顶部一节固定；所述伺服电动推杆通过电动推杆支架与撬装底座连接；所述双轨台车通过台车推板和推杆内丝法兰与伺服电动推杆连接；所述双轨台车在伺服电动推杆的作用下在道轨内往复运动。
8.如权利要求7所述基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法，其特征在于：所述海缆限弯器弯矩力学试验装置包括控制模块，所述控制模块包括工业相机、工控机和显示屏；所述工业相机在进行弯矩实验时记录限弯器的实时弯曲图像，并传输到工控机；所述工控机计算限弯器的实时曲率；所述显示屏显示限弯器的相关数据与人机交互界面。9.如权利要求8所述基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法，其特征在于：所述倾角传感器ii测量钢丝绳的主拉力与水平方向的夹角i，倾角传感器i测量限弯器顶部一节的切线方向与垂直方向的夹角ii；所述工控机接收到夹角i和夹角ii的数据，并通过伺服电动推杆随动调整双轨台车的位置。

技术总结
本发明涉及一种基于海缆限弯器弯矩力学试验装置的弯矩测试方法，包括如下步骤：将柔性带一端固定在系绳支架上，另一端与拉力传感器连接；将钢丝绳一端与拉力传感器连接，另一端绕过地轮和卷扬机连接；将工业相机、显示屏、拉力传感器、倾角传感器、伺服电动推杆和卷扬机连接工控机，并调试；在显示屏上输入施加的弯矩值，卷扬机对限弯器施加主拉力，各种数据传输到工控机，并通过伺服电动推杆控制双轨台车位置；观察相关数据和图像信息，保存数据；观察拉断位置，拍照记录；解除装置，实验结束。本发明能够根据实际工况，采用机器视觉的方法，模拟限弯器在实际服役过程中受到弯曲荷载，测试限弯器的抗弯刚度、以及限弯器各部分间的连接性能。接性能。接性能。


技术研发人员：向忠 谢乐乐 潘少敏
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：2022.09.28
技术公布日：2023/1/6