一种铠装缆的涡激振动抑制装置及方法与流程

1.本发明涉及海洋工程技术领域，具体来说，涉及一种可灵活调整、便捷安装的铠装缆涡激振动抑制装置及方法。


背景技术：

2.拖缆是舰船平台与水下拖体（声纳、潜标、潜航器等）之间的常见连接方式，主要起到提供拖曳牵引力、电力、信号传输等作用，当承力要求较高时（一般几吨或几十吨，直径3cm以上），在拖缆外表设置铁丝铠装结构，即铠装缆，铠装缆在工作过程中时刻承受风浪流等海洋环境荷载。在一定的流速条件下，波浪、海流流经铠装缆时，会在铠装缆后方产生交替发放的旋涡，旋涡脱落会对铠装缆施加一个周期性的变化力，使得铠装缆在沿流方向、垂直水流方向均发生周期性的振动，振动频率与流速、铠装缆直径有关。同时铠装缆的振动也会对流场产生影响，使旋涡增强，阻力增加。当旋涡脱落频率与铠装缆的振动频率接近时，旋涡的脱落过程将铠装缆的振动所控制，发生“锁定”（lock-in）现象，这就是涡激振动现象，它是流固耦合的产物。
3.涡激振动的出现会威胁铠装缆、水下拖体的使用安全，同时会产生逐步的疲劳破坏，存在潜在的使用风险。对于水中的圆柱界面结构，通常采用加装螺旋条纹、飘带、导向翼等，见图1（a、螺旋条纹；b、开孔管套；c、轴向板条；d、控制杆；e、飘带；f、分隔板；g、导向翼；h、整流罩；i、短扰流板）。通过破坏结构后方旋涡生成，改变结构周围流场，起到抑制涡激振动的作用，限制这些装置及方法在铠装缆上应用的原因在于：一是铠装缆在释放或回收过程中需要快速安装和拆除，且相对柔性，绑缚有一定困难；二是铠装缆一般较长，不同长度位置处的海深和流速不同，装置的内部结构形式和参数应该有所区别，以更好的适应抑制涡激振动的需要，三是避免在铠装缆产生集中应力，造成铠装缆损伤甚至降低承载力。


技术实现要素：

4.本发明针对背景技术中的不足，提供了一种铠装缆的涡激振动抑制装置及方法，通过本发明的技术方案兼容了螺旋条纹、开孔管套、短扰流板等抑制涡激振动原理，结构简单、调整灵活、安装拆除便捷，可以有效抑制铠装缆的涡激振动。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铠装缆的涡激振动抑制装置，包括若干套同时安装于铠装缆上的抑振组件，所述抑振组件包括螺旋缠绕在铠装缆表面的三条橡胶螺旋条和固定在三条橡胶螺旋条两端的绑带。
6.通过采用上述技术方案，通过安装橡胶螺旋条，形成包裹铠装缆表面的螺旋条纹凸起，破坏铠装缆周围的发放旋涡；螺旋条表面设置有小尺度的柱状凸起（作用同“短扰流板”）或半球凹坑（作用同“开孔套管”），增强了破坏拖缆涡流的能力，起到更强的抑制涡激振动的作用；同时，可根据需要在铠装缆各处安装不同数量、密度的组件，实现全缆保护。
7.本发明进一步设置为：所述三条橡胶螺旋条平行设置且与铠装缆中心线的角度为10
°
～30
°
，三条橡胶螺旋条端点处于铠装缆截面的120
°
等分角处。
8.本发明进一步设置为：所述橡胶螺旋条两端截面呈矩形，中部截面呈月牙形，所述月牙形截面弧曲面一侧沿橡胶螺旋条长度方向设有三排柱状凸起或半球凹坑，靠近铠装缆的所述月牙形截面平面一侧设有防滑条纹。
9.本发明进一步设置为：所述弧曲面为半径0.4r，夹角120
°
的圆弧，r为铠装缆半径。
10.本发明进一步设置为：所述橡胶螺旋条长度为6d～12d，d为铠装缆直径。
11.本发明进一步设置为：所述柱状凸起高度、柱状凸起半径和半球凹坑半径为0.08r。
12.本发明进一步设置为：所述绑带截面呈矩形，宽度为d/3，厚度为d/15，绑带两端设有插扣。
13.本发明进一步设置为：所述绑带表面等间隔设有三处圆柱，所述圆柱分为顶部的粗柱和底部的细柱，所述橡胶螺旋条两端匹配设有钥匙状通孔。
14.本发明进一步设置为：所述绑带与铠装缆接触面设有防滑条纹。
15.本发明还提供一种铠装缆的涡激振动抑制装置的使用方法，包括如下步骤：s1：将三条橡胶螺旋条一端钥匙状通孔套在绑带的细柱上，再将绑带两端插扣环绕扣合于铠装缆上；s2：将三条橡胶螺旋条另一端钥匙状通孔套在另一条绑带的细柱上，调整橡胶螺旋条与铠装缆中心线的夹角并使橡胶螺旋条螺旋缠绕在铠装缆表面，将另一条绑带固定在铠装缆上；s3：在铠装缆上间隔20d～30d安装一套抑振组件，并根据流速的不同调整铠装缆上抑振组件数量及橡胶螺旋条与铠装缆中心线的夹角。
16.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、组件包含的橡胶螺旋条、特制绑带的结构简单，易于制作和工程实现，可快速安装、拆卸，使用效率高；2、组件在铠装缆上的布置位置、数量可调，可以广泛在海洋工程技术领域采用，也可用于其他领域的圆柱形结构。
附图说明
17.附图1是现有涡激振动抑制装置示意图；附图2是本实施例的抑振组件安装示意图；附图3是本实施例橡胶螺旋条俯视图；附图4是本实施例橡胶螺旋条左视图；附图5是本实施例橡胶螺旋条右视图；附图6是本实施例绑带展开示意图；附图7 是本实施例绑带绑缚后示意图；图中各标号含义：1、铠装缆；2、橡胶螺旋条；3、绑带；4、弧曲面；5、平面；6、柱状凸起；7、半球凹坑；8、插扣；9、粗柱；10、细柱；11、钥匙状通孔。
具体实施方式
18.以下结合图2～图7详细说明本发明的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本发明。尽管结合其优选的具体实施方案描述了本发明，但这些实施方案只是阐述，而不是限制本发明的范围。
19.如图2～图7所示，一种铠装缆的涡激振动抑制装置，包括若干套同时安装于铠装缆1上的抑振组件，所述抑振组件包括螺旋缠绕在铠装缆1表面的三条橡胶螺旋条2和固定在三条橡胶螺旋条2两端的绑带3。
20.所述三条橡胶螺旋条2平行设置且与铠装缆1中心线的角度为10
°
～30
°
，三条橡胶螺旋条2端点处于铠装缆1截面的120
°
等分角处。
21.所述橡胶螺旋条2两端截面呈矩形，中部截面呈月牙形，所述月牙形截面弧曲面4一侧沿橡胶螺旋条2长度方向设有三排柱状凸起6或半球凹坑7，靠近铠装缆1的所述月牙形截面平面5一侧设有防滑条纹。
22.所述弧曲面4为半径0.4r，夹角120
°
的圆弧，r为铠装缆1半径。
23.所述橡胶螺旋条2长度为6d～12d，d为铠装缆1直径。
24.所述柱状凸起6高度、柱状凸起6半径和半球凹坑7半径为0.08r。
25.所述绑带3截面呈矩形，宽度为d/3，厚度为d/15，绑带3两端设有插扣8。
26.所述绑带3表面等间隔设有三处圆柱，所述圆柱分为顶部的粗柱9和底部的细柱10，所述橡胶螺旋条2两端匹配设有钥匙状通孔11。
27.所述绑带3与铠装缆1接触面设有防滑条纹。
28.一种铠装缆的涡激振动抑制装置的使用方法，包括如下步骤：s1：将三条橡胶螺旋条2一端钥匙状通孔11套在绑带3的细柱10上，再将绑带3两端插扣8环绕扣合于铠装缆1上；s2：将三条橡胶螺旋条2另一端钥匙状通孔11套在另一条绑带3的细柱10上，调整橡胶螺旋条2与铠装缆1中心线的夹角并使橡胶螺旋条2螺旋缠绕在铠装缆1表面，将另一条绑带3固定在铠装缆1上；s3：在铠装缆1上间隔20d～30d安装一套抑振组件，并根据流速的不同调整铠装缆1上抑振组件数量及橡胶螺旋条2与铠装缆1中心线的夹角。
29.以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。