CN100542882C - 传递波浪势能的锚定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于特定海域监测系统的有效传递波浪势能的锚定装置，装置的最上端是漂浮着的海表面浮标，海表面浮标下端连着锚定注塑钢缆，锚定钢缆下端到海底之间又依次连有张紧锤、储链和重物锚块。海表面浮标具有随波性能好的浮体流体外形；锚定注塑钢缆的刚性和韧性恰到好处，有较好的抗腐蚀性能和一定的抗拉伸能力；张紧锤可以使锚定注塑钢缆在水中尽可能的处于可上下振动性绷直状态。这样，本发明的装置中的海表面浮标随波浪同步上下起伏，从而带动其下面与其连在一起的由张紧锤绷直的锚定钢缆上下振动，于是就将海面波浪势能传到水下预置深度。二十多米的储链可以保证整个锚定装置在涨潮、退潮的极限水深情况下仍旧可以有效的传递海表面波浪势能。

Description

传递波浪势能的锚定装置

技术领域：

本发明属区域性海洋监测中的定点垂直升降剖面测量系统技术领域。具体来讲，它是一种用于特定海域进行长期、定点、实时、立体监测系统的有效传递波浪势能的锚定装置。

背景技术：

海洋环境监测和资源调查中，经常需要对特定海域海洋动力环境进行长期、定点、实时、立体监测，即进行海洋水体中不同参数(如温度、盐度、流速和光学特性量)的定点垂直升降剖面测量，希望可以在恶劣环境下实现无人值守的全天候长期、连续、定点观测，以简约的方式实现海洋环境参数自动化的立体监测，从而更好的为海洋学研究、海洋油气勘探开发和海洋军事活动等服务。要想建立这种自持式海洋垂直剖面要素长期连续观测系统，其关键技术之一，就是确立海上垂直定点锚定系统。传统意义上的锚定装置都是一种在水上或海洋工业中用于飘浮或悬浮设备的定位装置。比如船锚，它通常被描述为插入海底、湖底、河底、或其它水流的底部，以固定船只或其它飘浮设备的大型或重型的设备。传统的船锚具有插入或绊住水下地面的钩子、锚爪或倒钩以完成固定作用。并且，用于当船只或其它飘浮设备在水中定位时，稳定或固定它们的船锚已经发展了多年。经过多年来技术人员的努力，在锚的结构设计方面已做出了改进，使得它们更容易控制或运输，使锚更容易到达航道的水底或其它水下底面。这些改进的一些实例可见Sakai的题为“锚”的美国专利第4972793号、Colin的题为“特别用于大型船只的海锚”的美国专利第4397257号和Wright的题为“锚或关于锚的改进装置”的英国公开专利文件第1067382号。上述已有技术的不足之处在于：只从定位的角度考虑进行改进，除定位功能外，不具有能够有效的向水下传递海表面波浪势能的功能。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种有效传递波浪势能的锚定装置，解决如何有效的向水下传递海表面波浪势能等问题。

本发明的技术方案是：

有效传递波浪势能的锚定装置，该装置包括海表面浮球、锚定注塑钢缆、张紧锤、储链和重物锚块；锚定装置的上端是漂浮着的海表面浮球，它的下端连着锚定注塑钢缆，锚定注塑钢缆下端到海底之间又依次连有张紧锤、储链和重物锚块；该装置将波浪势能传递给锚定注塑钢缆，从而带动安装在其上的水下测量平台运动。

所述的有效传递波浪势能的锚定装置，海表面浮球中轴线自上而下穿有浮球中轴拉管，锚灯固定在浮球中轴拉管的上端。

所述的有效传递波浪势能的锚定装置，海表面浮球为上半球壳和下半球壳拼焊在一起构成，上半球壳和下半球壳的内部焊有浮球内加强筋，海表面浮球上下两端焊有浮球外加强筋和浮球U型吊环。

所述的有效传递波浪势能的锚定装置，海表面浮球下端通过球缆连接环连接锚定注塑钢缆。

所述的有效传递波浪势能的锚定装置，锚定注塑钢缆下端通过缆锤连接环连接着张紧锤。

所述的有效传递波浪势能的锚定装置，张紧锤包括张紧锤中轴杆、圆台状小铅块、圆台状大铅块、圆柱状铅块、圆盘形托板，圆盘形托板焊接在张紧锤中轴杆的下部，对称设置的圆台状小铅块、圆台状大铅块、圆柱状铅块依次串在张紧锤中轴杆上，共同构成流线型张紧锤。

所述的有效传递波浪势能的锚定装置，张紧锤下端通过锤链连接机构连接着储链，储链的末端又通过连接环连接重物锚块。

本发明主要是一种用于特定海水区域，进行长期获取海洋环境参数的自动观测系统的装置。它除了具有锚定作用外，还具有能够有效传递海表面波浪势能直达海底的功能，从而能够带动水下测量平台步进下滑。而后一项功能是此锚定装置更重要的功能。

更具体的说，本发明的锚定装置能够随着波浪的起伏而上下运动，从而将波浪势能转化成缆系的能量，进而带动测量平台作垂直方向的运动。为了实现此目的，本发明包括锚灯、海表面浮球、链接机构、注塑钢缆、张紧锤、储链、锚块等。本发明的锚灯位于海表面浮球的上方，海表面浮球飘浮于海面上，它有近一半的体积露出水面，海表面浮球下端通过链接机构连着注塑钢缆，注塑钢缆下端又连一张紧锤，使注塑钢缆悬直，下端接近海底，而后张紧锤通过储链和沉于海底的锚块相连。

根据本发明，该装置的特征为：(1)海表面浮体设计有要满足耐海水腐蚀、抗倾覆、稳定性和随波性好等要求，尤其是浮标体随波浪上下起伏性能要好，使其运动状态与海表面波浪起伏运动的尽可能同步，同时，海表面浮球采用加内、外加强筋结构，增加了抗拉伸性能，确保浮球不变形；(2)锚定钢缆是经过特殊制作的注塑钢缆，内芯为优质钢丝绳，外面进行注塑封装处理，其刚性和韧性要恰到好处，且具有一定的抗拉伸性能，同时又具有较高的防腐蚀能力，并且它浸入海水里的表面摩擦系数也能满足系统特殊的要求；(3)锚定系统中的张紧锤缀于引导缆下部，起到绷直引导缆的作用，它采用流线型设计。由中心有孔的圆柱形或圆台形铅砖套在中心轴杆上构成，可以有效的使锚定钢缆处于可上下振动的悬直状态；(4)二十多米长的储链可以保证整个锚定系统在海上潮起潮落以及较大风浪的情况下，仍然可以使浮标漂浮在海面上，有效的传递海表面波浪势能。(5)锚灯可以在夜间使过往船只等海上交通工具注意到浮标的存在，从而避免整个锚定装置被船只撞坏。

本发明的有益效果是：

1、本发明锚定装置的最上端是漂浮着的海表面浮标，海表面浮标下端连着锚定注塑钢缆，锚定钢缆下端到海底之间又依次连有张紧锤、储链和重物锚块。海表面浮标具有随波性能好的浮体流体外形；锚定注塑钢缆的刚性和韧性恰到好处，有较好的抗腐蚀性能和一定的抗拉伸能力；张紧锤可以使锚定注塑钢缆在水中尽可能的处于可上下振动性绷直状态。这样，本发明锚定装置中的海表面浮标随波浪同步上下起伏，从而带动其下面与其连在一起的由张紧锤绷直的锚定钢缆上下振动，于是就将海面波浪势能传到水下预置深度。二十多米的储链可以保证整个锚定装置在涨潮、退潮的极限水深情况下仍旧可以有效的传递海表面波浪势能；合适的重物锚块可以起到使整个系统定位的功能。这样就解决了无人自持式定点垂直升降剖面测量系统中最关键的能源供给这一技术难题。

2、由于测量平台要借助海表面无时不在的波浪能，在水面以下进行升降运动，而波浪能的转化靠的就是本发明提到的有效传递波浪势能的锚定装置。因此，从根本上讲，本发明是一种水中定点锚定装置，但它与传统意义的水中锚定装置是截然不同的。该装置用于将波浪势能传递给锚定注塑钢缆，从而带动架设在其上的水下测量平台运动。

3、本发明是对传统意义上的水中锚定装置的全新改进，是对其功能作用的开拓。使它除了具有定位功能外，还具有能够有效的向水下传递海表面波浪势能的功能。

附图说明：

图1是本发明实施例锚定装置的结构组成图；

图2是本发明实施例的图1中海表面浮标的剖视图；

图3为图2中A向视图；

图4为图2中B向视图；

图5是本发明实施例的图1中张紧锤的剖视图；

图6为图5中的部件连轴杆的侧视图；

图中，1锚灯；2浮球外加强筋；3浮球U型吊环；4上半球壳；5下半球壳；6浮球中轴拉管；7海表面浮球；8浮球内加强筋；9球缆连接环；10锚定注塑钢缆；11水下测量平台；12缆锤连接环；13张紧锤；14锤链连接机构；15储链；16重物锚块；17连接环。

18张紧锤中轴杆；19圆台状小铅块；20圆台状大铅块；21圆柱状铅块；22圆盘形托板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详述本发明。

如图1～6所示，本发明由锚灯1、浮球外加强筋2、浮球U型吊环3、上半球壳4、下半球壳5、浮球中轴拉管6、海表面浮球7、浮球内加强筋8、球缆连接环9、锚定注塑钢缆10、水下测量平台11、缆锤连接环12、张紧锤13、锤链连接机构14、储链15、重物锚块16、连接环17、张紧锤中轴杆18、圆台状小铅块19、圆台状大铅块20、圆柱状铅块21、圆盘形托板22组成。具体组成结构如下：

整个锚定系统从上到下由三大部分组成，分别是：海表面浮标系统、锚定缆系和底端锚定物。其中海表面浮标系统构成部件为锚灯1，海表面浮球7(它又是由浮球外加强筋2、浮球U型吊环3、上半球壳4、下半球壳5、浮球中轴拉管6、浮球内加强筋8共同组成)，以及球缆连接环9。锚定缆系是一条从近海面悬垂到近海底的锚定注塑钢缆10，还有缆锤连接环12，水下测量平台11攀附在锚定注塑钢缆10上面。底端锚定物的构成为重物锚块16，储链15，张紧锤13(它又是由张紧锤中轴杆18、圆台状小铅块19、圆台状大铅块20、圆柱状铅块21、圆盘形托板22组成)，以及锤链连接机构14和连接环17(锤链连接机构14采用U型环)。

海表面浮球7的制作过程是：先将钢板压成球瓣拼焊成上半球壳4和下半球壳5，上半球壳4和下半球壳5内部都固定好浮球内加强筋8，再将上半球壳4和下半球壳5两个半球拼焊起来，连上浮球中轴拉管6，再焊接上浮球外加强筋2和浮球U型吊环3。最后，在其外表面进行喷漆作防腐蚀处理。每个半球均采用桔瓣拼接而成的，加工球壳板是制造浮球的重要工序，目前生产中一般先由工人手工切割钢板下料，再压制，然后画线、切割。由于球壳板在压制过程中会发生塑性变形。采用手工方法加工的球壳板尺寸不是太精确，在拼焊好上半球壳4和下半球壳5后，要对它们进行打磨修正，最后拼焊出来海表面浮球7。还要在浮球中轴拉管6的内部放上电池，在浮球中轴拉管6的上端固定好锚灯1。

张紧锤13是一个流线型的悬在锚定注塑钢缆10下端的重物块，为了便于搬运和投放，将整个张紧锤重物块分解成上下对称的两个圆台状小铅块19、两个圆台状大铅块20、两个圆柱状铅块21、把它们依次套在张紧锤中轴杆18上，张紧锤中轴杆18下部焊有圆盘形托板22，它将套在张紧锤中轴杆18的各重物块托住，各重物块串在张紧锤中轴杆18上恰好组成一流线型张紧锤13。

整个锚定装置传递海浪势能的原理是：通过计算和设计，合理控制海表面浮球7的正浮力，使海表面浮球7大约有一半体积露于水面；通过事先测定锚定区域海水的深度，确定锚定注塑钢缆10的长度，保证在正常海况下，能使悬挂在锚定注塑钢缆10下面的张紧锤13离海底有数米的距离，使储链15处于半悬状态(即储链15一半悬于海底上方，一半拖在海底上)，合理选择重物锚块16的重量，既便于投放，又确保定位。漂浮着的海表面浮球7对锚定注塑钢缆10有向上的拉力，而连于锚定注塑钢缆10下端的张紧锤13和部分储链15对其有向下的拉力，只要合理选择海表面浮球7的尺寸以及张紧锤13和储链15的重量，就可以使锚定注塑钢缆10尽可能的在水中处于悬直状态。当海浪起伏时，海表面浮球7就跟随着起伏运动，这样，连于海表面浮球7下面的锚定注塑钢缆10便上下抖动，从而有效的将海表面波浪势能传递下去，直达海底。当涨潮或退潮时，锚定地点的海水深度起伏较大。比如涨潮时，海平面会上升十几米甚至二十几米，若整个锚定缆系在未涨潮时恰好从海面到海底处于悬直状态，则一涨潮就会将海表面浮球7淹没到水下，那么此时海表面浮球7就无法随着波浪起伏，整个锚定装置也就谈不上传递波浪势能，若在锚定注塑钢缆10下端的张紧锤13至重物锚块16之间连上一条二十几米长的钢质储链15，那么涨潮时，储链15会被拉直，使海表面浮球7继续漂浮在海表面随波浪起伏运动，整个系统也可以继续传递波浪能；当退潮时，储链15的绝大部分接触着海底，这时锚定注塑钢缆10靠张紧锤13的作用，仍然处于比较悬直的状态。可以看出，储链15起到了在需要的时候间接增长或缩短锚定注塑钢缆10的长度的目的。

本发明通过合理设计海表面浮球7的尺寸和质量惯性距，使海表面浮球7的自摇周期与海上常遇波周期(一般认为4～8s)相接近而发生共振，从而使浮标产生较大幅度的上下振动。海表面浮体采用球形状设计，即保证了系统的稳定性，又增强了浮体的随波性能。张紧锤13的引入，可以使锚定注塑钢缆10在水中尽可能的处于可上下振动性绷直状态，更有效的传递波浪势能。增加了储链15，可以在涨潮、退潮时的极限水深情况下，使海表面浮球7仍然处于漂浮状态，整个锚定装置仍旧可以传递海表面波浪势能。合适的选择重物锚块16可以达到使整个系统达到定位的功能。

Claims (3)

1.传递波浪势能的锚定装置，其特征在于：所述锚定装置的上端是漂浮着的海表面浮球(7)，所述海表面浮球(7)下端通过球缆连接环(9)连接锚定注塑钢缆(10)，所述锚定注塑钢缆(10)下端通过缆锤连接环(12)连接着张紧锤(13)，所述张紧锤(13)下端通过锤链连接机构(14)连接着储链(15)，所述储链(15)的末端又通过连接环(17)连接重物锚块(16)；所述张紧锤(13)包括张紧锤中轴杆(18)、圆台状小铅块(19)、圆台状大铅块(20)、圆柱状铅块(21)、圆盘形托板(22)，所述圆盘形托板(22)焊接在张紧锤中轴杆(18)的下部，对称设置的所述圆台状小铅块(19)、圆台状大铅块(20)、圆柱状铅块(21)依次串在所述张紧锤中轴杆(18)上，共同构成流线型张紧锤(13)。

2.按照权利要求1所述的传递波浪势能的锚定装置，其特征在于：所述海表面浮球(7)中轴线自上而下穿有浮球中轴拉管(6)，锚灯(1)固定在浮球中轴拉管(6)的上端。

3.按照权利要求1所述的传递波浪势能的锚定装置，其特征在于：所述海表面浮球(7)为上半球壳(4)和下半球壳(5)拼焊在一起构成，所述上半球壳(4)和下半球壳(5)的内部焊有浮球内加强筋(8)，所述海表面浮球(7)上端焊有浮球外加强筋(2)和浮球U型吊环(3)，所述海表面浮球下端亦焊有浮球外加强筋和浮球U型吊环。

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