缆索水阻尼测试仪制造技术

本发明专利技术公开了一种缆索水阻尼测试仪，包括支撑框架、水槽、缆索夹持装置、缆索变速驱动装置、测速单元和测力单元；所述支撑框架上设有轨道；所述缆索夹持装置包括承载车和夹持悬臂；所述缆索变速驱动装置包括动力单元和传动机构；所述测速单元包括一轮绳传动结构、一光电编码器、一数据采集系统电路板和第一计算机系统；所述测力单元包括电阻应变片，电阻应变片连接形成一半桥或一全桥电路，所述的半桥或全桥电路连接至一传感器，所述传感器连接至第二计算机系统。本发明专利技术可解决不同直径的柔性且轴向受力变形大的系缆的固定问题，并且可解决与来流方向一致或垂直于来流方向的作用力对缆索的不同影响的问题，为深海系缆的进一步研究提供了基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大型海洋工程结构物缆索力学性能研究，尤其涉及一种缆索水阻尼测试仪。
技术介绍
建立石油储备，确保石油安全，开发海洋油气资源已成为我国的一大发展目标，重点在建设储运设施。海上浮式储油系统因其具有不占陆地面积的优点而作为优先考虑的储备方式。数条储油船由系缆桩、橡胶护弦组成的系泊系统并列靠泊，因此，系泊系统的可靠性成了最为关注的问题。随着生产和开发的逐渐向深海发展，选择一种性能强，经济效益高的系泊材料成为一个日益突出的问题。对于FPSO、SPAR这类巨型海上结构物，其系泊系统的设计非常复杂，尤其是随着油气资源的开发越来越转往深水和超深水，深水系泊技术的研究也越来越具有挑战性。老式的用钢链和钢缆组成的悬链式系泊系统通常只适用于1千米内的水深，当水深超过1千米后，不仅造价极高，而且带给结构物额外的巨大重量，由于系统提供的回复刚度随水深的增大而降低，致使结构物在极端气象条件下产生较大的水平偏移。近年来，新型系泊方法、新型材料的系缆和新型系泊基础的开发等成为国际范围深水系泊技术研究的焦点和热点。在新材料系缆的研发方面，主要集中在高性能人工合成纤维材料，包括聚酯、芬芳聚酰胺、高模量聚乙烯、尼龙等，研究他们在不同编织结构下的力学和化学性能。深水系泊与浅水系泊相比具有载荷大、长度长、质量大、海洋气候复杂等特征，而系缆作为深水系泊主要的传力机构，承受着海水的冲击和海面巨型结构物运动引起的交变载荷的长期作用，因此研究纤维系缆的力学特性在深水系泊结构的应用中起着至关重要的作用。研究纤维系缆的力学特性的技术是一项具有广泛前景的技术。在上世纪七、八十年代开始出现一些专门针对系缆力学性能的研究和规范。黏性流体绕物体流动时，物体一定受到流体的压强和切向应力的作用，这些力的合力一般可分解为与来流方向一致的作用力和垂直于来流方向的作用力。绕流物体的阻力由两部分组成一部分是由于流体的粘性在物体表面上的作用着的切向应力，由此切向应力所形成的摩擦阻力；另一部分是由于边界层分离，物体前后形成压强差而产生的压差阻力。摩擦阻力与压差阻力之和统称为物体阻力。对于圆柱体和球体等钝头体，压差阻力比摩擦阻力要大得多；而流体纵向流过平板时一般只有摩擦阻力。虽然物体阻力形成过程，从物理观点看完全清楚，但是要从理论上来确定一个任意形状物体的阻力，目前还只能在风洞中用实验方法测得。通过大量实验得到的经验公式单位长度的物体所受到的阻力为因此，在水阻尼实验中需要对来流速度U及缆绳试件在来流冲击下所受阻力D进行实时测试。同时根据深海系缆实际工况，应考虑不同流速、不同角度下深海水对系缆的冲击作用。此外，由于温度对系缆性能有重要影响，需考虑不同温度下系缆的水阻尼特性。通过实验获得缆绳的力学性能存在以下问题(1)由于技术及实验空间的限制，模拟海洋环境不同流速的海水流动难度太大。但是必须对缆绳的工作环境给予考虑，因为系缆因在深海中其周围环境对其有重大影响。(2)系缆属于柔性试件，不宜固定，且轴向受力变形大。(3)要考虑缆绳在不同角度所受阻力。在缆绳运行过程中要考虑与来流方向一致的作用力和垂直于来流方向的作用力，在不同角度与来流方向一致的作用力和垂直于来流方向的作用力所占比例不同。(4)缆绳在水中应有固定的运行轨道，以消除缆绳因运行轨道不同带来的干扰。(5)需要考虑在不同温度下系缆的阻尼特性，因为在不同的温度下，系缆的某些材料力学特性不同，且温度对缆绳的编制结构也有一定影响。关于系缆的水阻尼特性研究，国内尚没有查阅到相关文献，国外相关研究正在进行中。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术提供一种缆索水阻尼测试仪。本专利技术依托系缆水阻尼实验平台模拟海洋环境，测量系缆在水中运动速度及系缆所受阻尼力。其中，利用一水槽模拟海洋水环境。并通过模拟海洋中系缆受洋流冲击的力学模型实现系缆在海洋中所受的阻尼力的测量。本专利技术可解决不同直径的柔性且轴向受力变形大的系缆的固定问题，并且可解决与来流方向一致的作用力和垂直于来流方向的作用力对缆索的不同影响的问题，为深海系缆的进一步研究提供了基础。为了解决上述技术问题，本专利技术缆索水阻尼测试仪予以实现的技术方案是包括支撑框架、水槽、缆索夹持装置、缆索变速驱动装置、测速单元和测力单元；所述支撑框架的上方设有轨道，所述轨道包括水平段和下坡段；所述缆索夹持装置包括承载车，所述承载车由主体、固定结构和车轮构成，所述主体呈“H”型框架，所述车轮设置在该“H”形框架的四个端部，“H”型框架中间横梁的中间位置上固定有一圆形分度盘部件，所述固定结构是两个设置在所述中间横梁两侧、且与所述中间横梁平行、并固定在所述“H”型框架上的固定杆； 所述圆形分度盘部件由分度盘和与所述分度盘中心固定的支撑梁构成，所述分度盘的上表面按照分度中心角为30°的均布一圈圆孔，所述支撑梁的两端为悬臂；所述“H”型框架的中间横梁上设有两个定位孔，所述两个定位孔的中心距与所述分度盘上圆孔的分度圆直径相等；所述支撑梁的悬臂端均分别固定有一夹持悬臂，每个夹持悬臂的底端设有夹头，所述夹头由两个相对的、且内口呈弧形的夹片构成；所述承载车的中间横梁上设有一手动弹起块，所述手动弹起块通过一销轴与焊接在所述中间横梁上的一固定块连接，所述手动弹起块与所述固定块之间设有一用来借助外力将手动弹起块弹起的拉簧；所述缆索变速驱动装置包括动力单元和传动机构，所述动力单元包括变频电机和变频器；所述传动机构采用链轮/链条传动机构；所述变频电机将动力传递给所述链轮/链条传动机构中的链轮，所述链轮/链条传动机构中的的链条上固定一撞块；所述测速单元包括一轮绳传动结构、一光电编码器、一数据采集系统电路板和第一计算机系统；所述轮绳传动结构包括设置在所述支撑框架上的多个传动滑轮；所述光电编码器的输入端由两个转动轮构成，所述两个转动轮与所述轮绳传动结构中的一个传动滑轮形成一中间轮绳传动结构，所述轮绳传动结构与所述中间轮绳传动结构之中包括一共用传动滑轮；所述光电编码器与所述数据采集系统电路板连接，所述数据采集系统电路板与所述第一计算机系统连接；所述测力单元包括多个设置在所述缆索夹持装置中的夹持悬臂顶端部位的电阻应变片，多个电阻应变片连接后形成一半桥电路或一全桥电路，所述的半桥电路或全桥电路连接至一传感器，所述传感器连接至第二计算机系统；所述承载车通过车轮安装在所述轨道上，所述缆索夹持装置中夹持悬臂的夹头位于所述水槽中，所述轮绳传动结构中的传动滑轮的个数为六个，所述六个传动滑轮均布置在机架的同一侧面，所述承载车上位于与所述传动滑轮同侧的两个车轮与所述绳轮传动结构中放传动绳固定；所述承载车在所述轨道的水平段内运行时，所述撞块和弹起的手动弹起块接触，当承载车在所述轨道的下坡段内运行时，所述撞块和弹起的手动弹起块脱离。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是(1)由于本专利技术中的夹头内口呈弧形夹片设计，实现了对柔性系缆的夹持，综合考虑了系缆的轴向受力，且实现了对不同直径的系缆的夹持，其可夹持直径为10-35mm的系缆，且固定可靠。(2)本专利技术中的圆形分度盘部件实现了缆索在深海中受到来流的多角度的冲击模拟，采用该分度盘使得系缆的冲击角度可为0-90°，并按照30°的调整单位。(3)本专利技术中的承载车采用铝材料且设计成可拆卸架式结构，既满足了强度本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种缆索水阻尼测试仪，包括支撑框架（１００）和水槽（２００），其特征在于：所述支撑框架（１００）的上方设有轨道（３００），所述轨道（３００）包括水平段和下坡段；还包括缆索夹持装置（４００）、缆索变速驱动装置（５００）、测速单元（６００）和测力单元（７００）；所述缆索夹持装置（４００）包括承载车（４１０），所述承载车（４１０）由主体（４１１）、固定结构和车轮（４１３）构成，所述主体（４１１）呈“Ｈ”型框架，所述车轮（４１３）设置在该“Ｈ”形框架的四个端部，“Ｈ”型框架中间横梁（４１４）的中间位置上固定有一圆形分度盘部件（４２０），所述固定结构是两个设置在所述中间横梁（４１４）两侧、且与所述中间横梁（４１４）平行、并固定在所述“Ｈ”型框架上的固定杆（４１５）；所述圆形分度盘部件（４２０）由分度盘（４２１）和与所当承载车（４１０）在所述轨道（３００）的水平段内运行时，所述撞块（５１０）和弹起的手动弹起块（４４０）接触，当承载车（４１０）在所述轨道（３００）的下坡段内运行时，所述撞块（５１０）和弹起的手动弹起块（４４０）脱离。传动结构（６４１）中的传动滑轮（４１１）的个数为六个，所述六个传动滑轮（４１１）均布置在机架（１０）的同一侧面，所述承载车（４１０）上位于与所述传动滑轮同侧的两个车轮（４１３）与所述绳轮传动结构（６４１）中的传动绳固定；所述承载车（４１０）电路，所述的半桥电路或全桥电路连接至一传感器，所述传感器连接至第二计算机系统；所述承载车（４１０）通过车轮（４１３）安装在所述轨道（３００）上，所述缆索夹持装置（４００）中夹持悬臂（４３０）的夹头（４３１）位于所述水槽（２００）中，所述轮绳２）与所述数据采集系统电路板连接，所述数据采集系统电路板与所述第一计算机系统连接；所述测力单元（７００）包括多个设置在所述缆索夹持装置（４００）中的夹持悬臂（４３０）顶端部位的电阻应变片（７１０），多个电阻应变片连接后形成一半桥电路或一全桥（６４２）的输入端由两个转动轮构成，所述两个转动轮与所述轮绳传动结构（６４１）中的一个传动滑轮（６１１）形成一中间轮绳传动结构（６４３），所述轮绳传动结构（６４１）与所述中间轮绳传动结构（６４３）之中包括一共用传动滑轮；所述光电编码器（６４链条上固定一撞块（５１０）；所述测速单元（６００）包括一轮绳传动结构（６４１）、一光电编码器（６４２）、一数据采集系统电路板和第一计算机系统；所述轮绳传动结构（６４１）包括设置所述支撑框架（１００）上的多个传动滑轮（６１１）；所述光电编码器变速驱动装置（５００）包括动力单元（５３０）和传动机构（５２０），所述动力单元（５３０）包括变频电机和变频器；所述传动机构（５２０）采用链轮／链条传动机构；所述变频电机将动力传递为所述链轮／链条传动机构中的链轮，所述链轮／链条传动机构中的的弹起块（４４０），所述手动弹起块（４４０）通过一销轴（４４１）与焊接在所述中间横梁（４１４）上的一固定块（４４２）连接，所述手动弹起块（４４０）与所述固定块（４４２）之间设有一用来借助外力将手动弹起块（４４０）弹起的拉簧（４４３）；所述缆索圆孔的分度圆直径相等；所述支撑梁（４２２）的悬臂端均分别固定有一夹持悬臂（４３０），每个夹持悬臂（４３０）的底端设有夹头（４３１），所述夹头（４３１）由两个相对的、且内口呈弧形的夹片构成；所述承载车（４１０）的中间横梁（４１４）上设有一手动述分度盘中心固定的支撑梁（４２２）构成，所述分度盘（４２１）的上表面按照分度中心角为３０°的均布一圈圆孔，所述支撑梁（４２２）的两端为悬臂；所述“Ｈ”型框架的中间横梁（４１４）上设有两个定位孔，所述两个定位孔的中心距与所述分度盘（４２１）上...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李林安，周改丽，雷震名，李水娇，王世斌，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12