[发明专利]一种海底电缆涡激振动试验用的海缆悬挂装置及实验方法

说明书

本发明公开了一种海底电缆涡激振动试验用的海缆悬挂装置及实验方法，所述装置包括导轨装置、升降装置和海缆连接装置。本发明可灵活地调节系统高度、长度、倾斜角度、模型直径以观察海缆在不同悬空工况下结构动力响应的区别；本发明可通过万向节上的拨片选择海缆连接处转动方向以研究海缆横轴向和竖轴向涡激振动的区别；本发明适用性广，采用模块化设计便于安装和操作，通过调节不同的跨长、高度可运用于不同水槽进行悬跨海缆涡激振动。

技术领域

本发明涉及海洋工程模型实验，特别是一种海底电缆涡激振动试验用的海缆悬挂装置及实验方法。

背景技术

我国是海洋资源大国，随着岛屿输电、深海风电和漂浮式基础技术发展成熟、应用越来越广泛，大截面、动态海底电缆需求越来越大。但是海底地形和水流环境复杂多变，在海缆下方由于水流波浪等造成的冲刷而经常出现不同类型的悬空段。当水流及波浪经过海缆悬空段时，会在海缆后方形成交替脱落的漩涡。由于漩涡不断脱落，海缆也会在横流向受到交替变化的升力的作用，当漩涡脱落频率即海缆所受升力的频率与海缆所具有的一阶固有频率接近时，将发生“锁定”现象。处于频率锁定现象时海缆横流向振动幅值突增，持续的振动易引发海缆的疲劳损伤。

海底电缆为柔性细长结构，在自重和浮力的作用下会存在一定的垂度，并且，受海底电缆材料抗拉、抗压特性影响，海底电缆会存在一定幅度的变形挠度。同时，由于海底地形的影响海底电缆两端并不水平，使得海底电缆的沿线受力特征复杂多变。上述这些均会对结构的固有频率和振型产生影响。因此海底电缆的涡激振动跟其它海洋立管以及海底管线的涡激振动存在显著区别，为了确保海缆的安全运行亟需开展物理模型实验以进行相关研究工作。

然而，目前针对海底电缆涡激振动的模型试验研究并不多见。已有的研究主要涉及海底电缆在均匀流作用下涡激振动试验以及对海底电缆的自振频率及振动模态的研究。但现有试验条件往往仅考虑海缆水平悬空状态，且海缆两端的固定装置一定程度上限制了海缆运动形态。这使得现有海缆涡激振动试验的海缆悬挂方法较为简单且趋于理想化，难以真正与实际海底电缆的悬挂方式完全匹配，进而导致试验无法完全复演海底电缆实际悬空状态以及在外在动力作用下的涡激振动形态。

因而，为准确仿真海底地形和波浪及水流共同作用下，海底电缆涡激振动时的状态及受力、运动特性，现阶段有必要研发一种能够全面仿真海底电缆涡激振动时的悬空状态的悬挂装置及方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种海底电缆涡激振动试验用的海缆悬挂装置及实验方法，从而通过调节不同的跨长和高度运用于不同水槽进行悬跨海缆涡激振动。

技术方案：本发明所述的一种海底电缆涡激振动试验用的海缆悬挂装置，包括导轨装置、升降装置和海缆连接装置；

所述导轨装置承受结构重力，包括主滑轨、左滑块、右滑块、固定螺栓、螺帽(105)；所述主滑轨固定在实验水槽上，左滑块和右滑块竖直安装在主滑轨上，通过调节左滑块和右滑块之间的距离能够实现不同跨长的实验；

所述升降装置包括右L型悬臂、左L型悬臂、圆形管套、插销；所述左L型悬臂和右L型悬臂的长臂段等距开设小孔，短臂段用于布置海缆，左L型悬臂的短臂端还设有圆形管套，左L型悬臂插入左滑块后再在悬臂的小孔中插入插销用于垂向固定升降装置，升降装置支撑海缆，左L型悬臂和右L型悬臂能够分别调节高度，结合导轨装置能够进行海缆不同悬空跨度、垂度、倾斜角度实验；