CN102177065B - 具有测量联接器的锚 - Google Patents

Abstract

一种锚，包括：锚爪，该锚爪能够通过在与锚连接的锚索上施加拉力而根据穿透方向引入锚定地基中；以及测量联接器，该测量联接器在锚爪的引入过程中形成锚索和锚爪之间的力传递部分，其中，测量联接器设有：第一联接器部件，该第一联接器部件与锚爪连接；第二联接器部件，该第二联接器部件与锚索连接；空心联接杆，该空心联接杆使得第一和第二联接器部件相互联接，其中，第一和第二联接器部件沿杆的纵向方向在不同位置接合在联接杆上，以便能够使联接杆变形；以及测量体，该测量体延伸穿过空心联接杆，且该测量体至少在其端部与联接杆连接，以便与联接杆一起变形，其中，测量体设有变形传感器，用于记录测量体的变形参数。

Description

具有测量联接器的锚

技术领域

本发明涉及一种锚，特别是用于将较重的海上物体（例如钻井平台）锚定至锚定地基中，其可以持续很多年的长时间使用。

背景技术

在锚索上的这些锚从安装船布置到锚定地基上，然后，安装船拉动锚索，以便使得锚锚定至锚定地基中。在拉动过程中，锚索上的拉力由安装船进行测量。然后，拉力和安装船的拉动路径形成用于锚的穿透路径以及该锚能够提供的预期保持力的参数。

较重海上物体的所有人对预期保持力的可靠程度有很高要求。因此必须排除这样的情况，即在安装船上测量的拉力的很大分量是例如由在锚的插入过程中接合在锚索上的障碍物而引起的。

发明内容

本发明的目的是提供一种锚，通过该锚，锚的穿透路径和预期保持力能够以可接受的程度来确定。

本发明提供了一种锚，包括：锚爪，该锚爪能够通过在与锚连接的锚索上施加拉力而根据穿透方向引入锚定地基中；以及测量联接器，该测量联接器在锚爪的引入过程中形成锚索和锚爪之间的力传递部分，其中，测量联接器设有：第一联接器部件，该第一联接器部件与锚爪连接；第二联接器部件，该第二联接器部件与锚索连接；空心联接杆，该空心联接杆使得第一和第二联接器部件相互联接，其中，第一和第二联接器部件沿杆的纵向方向在不同位置接合在联接杆上，以便能够使联接杆变形；以及测量体，该测量体延伸穿过空心联接杆，且该测量体至少在其端部与联接杆连接，以便与联接杆一起变形，其中，测量体设有变形传感器，用于记录测量体的变形参数。

联接杆根据由第一和第二联接器部件施加在联接杆上的力而变形，特别是弯曲。所述变形施加在测量体上，该变形由变形传感器来记录。因此，由变形传感器记录的变形是用于在锚索的锚侧的作用在第一和第二联接器部件之间的力的参数，这意味着独立于可能由障碍物作用在锚索上的力。这样，锚的预期保持力可以非常可靠地预测。作用力和变形之间的关系可以根据早期获得的测试数据的插值而确定，或者根据力学定律来计算，例如通过有限元分析。

在一个实施例中，测量体与联接杆固定连接，因此，联接杆的变形可以直接以及成比例地加在测量体上。

在一个实施例中，测量体在与联接杆连接的端部之间自由地延伸穿过联接杆，因此，测量体能够很容易地插入联接杆的空腔中。

在联接杆中的空腔可以由穿过联接杆的直孔来确定。在自由延伸的实施例中，测量体在其端部之间的长度上可以比在端部处更窄。

在一个实施例中，测量体包括至少一个细长条或板。由于它的形状，条或板适合力学计算。

在一个实施例中，测量体包括至少两个细长条或板，该细长条或板在它们的长度上定位成基本上相互横过。相互横过的定位使得能够根据笛卡儿坐标系统来分析变形。

在简单实施例中，这些条固定地相互连接。

在一个实施例中，条的截面形成十字形。这时，变形传感器可以布置在十字形的所有支腿上，用于精确确定联接杆的变形。

在一个实施例中，测量体由金属制造，优选由钢制造。

在一个实施例中，变形传感器分组成基本横过测量体的纵向方向延伸的至少一个直串。这时，测量体的变形可以在它的宽度的较大部分上被记录，包括在该串的长度上的变形差异，这使得能够精确确定整个测量体的变形，因此可以精确确定联接杆的变形。

在本发明的一个实施例中，变形传感器分组成多个直串，这些直串沿测量体的纵向方向分布在测量体上，因此，可以记录在长度上分布的多个位置处的、测量体的宽度的较大部分上面的变形。

在一个实施例中，测量联接器包括两个第一联接器部件，这两个第一联接器部件相互间隔开，接合在联接杆上。与锚爪连接的第一联接器部件能够与第二联接器部件配合地给联接杆加载，使之弯曲，因此，该弯曲和它的具体弯曲形状是锚索施加在锚爪上的力和所述力的方向的参数。同样，测量联接器可以包括两个第二联接器部件，这两个第二联接器部件相互间隔开，接合在联接杆上。

在一个实施例中，测量联接器内的两个第一联接器部件或两个第二联接器部件形成联接杆上的最外侧接合。在它们之间，另一个或其它联接器部件可以用于给联接杆加载以使之弯曲。

在一个实施例中，锚包括锚柄，该锚柄与锚爪固定连接，其中，第一联接器部件形成锚柄的一部分，该第一联接器部件优选位于锚柄的远离锚爪的端部处。

在本发明的一个实施例中，联接杆不可旋转地连接在锚柄上，因此，由第二联接器部件施加在联接杆上的力的方向可以与锚柄和锚爪相关。

在一个实施例中，第二联接器部件形成与锚索连接的锚索联接器的端部。锚索联接器例如可以是弓形钩环，该弓形钩环可以绕联接杆摆动。

穿透方向和（因此）穿透力将基本平行于锚的纵向对称平面。在一个实施例中，联接杆沿它的纵向方向横过锚的纵向对称平面延伸，因此，横过纵向对称平面延伸的联接杆可以合适地被加载以便弯曲，从而确定作用力。

在一个实施例中，测量联接器还设有倾斜计，该倾斜计容纳于联接杆中，这样，除了联接杆上的作用力之外，还可以确定联接杆相对于假想平面的倾斜，该倾斜是用于锚的纵摇和横摇（pitch and roll）的参数。

在一个实施例中，测量联接器设有加速度计，该加速度计容纳于联接杆中，这样，通过以时间积分瞬时加速度，可以确定联接杆的路径，该路径是用于锚在锚定地基中的穿透路径的参数。

在一个实施例中，测量联接器设有压力传感器，用于记录在测量联接器位置处的水压。水压是用于锚相对于水线的深度的参数，由该水压可以导出在锚定地基中的深度。例如与纵摇相组合，也可以由该深度导出锚定路径的水平分量。

当测量联接器包括电子电路（该电子电路与变形传感器连接以及优选地与倾斜计和/或加速度计和/或压力传感器连接）时，所述测量设备的数据可以在远离锚的位置处进行处理和解读，例如在安装船上进行处理和解读，其中，电子电路用于处理测量数据和将它传递给远程的计算和处理单元。

倾斜计、加速度计和/或电子电路可以作为一个预制单元而与测量体一起布置在空心联接杆中，并当它们与测量体固定连接时安装在那里。

在本申请的说明书和权利要求中所述和/或在本申请的附图中所示的方面和措施也可以单独使用。所述各方面可以是相关分案专利申请的主题。这特别用于在从属权利要求中所述的措施和方面。

附图说明

下面将根据附图中所示的多个示例实施例来介绍本发明，附图中：

图1表示了本发明的锚的等距正视图，该锚通过测量联接器而与锚索连接；

图2表示了图1的锚的侧视图，该锚被引入锚定地基中；

图3A-3D表示了根据图1和2的测量联接器的纵剖图、横剖图和细节图；

图4A-4C表示了在锚引入锚定地基内的过程中作用在根据前述附图的测量联接器上的力的实例。

具体实施方式

图1和2表示了本发明实施例的钢锚1。锚1用于将较重的海上物体（例如钻井平台，这里未进一步示出）锚定至锚定地基2中，用于可以持续多年的长时间使用。锚1包括锚爪10和锚柄30，该锚柄30相对于锚爪10向前倾斜，且该锚柄在它的端部设有测量联接器50，锚1通过该测量联接器而与锚索4连接。锚1相对于它的纵向对称平面M基本对称。锚1形成为用于沿向前穿透方向P引入锚定地基2中，该向前穿透方向P与对称纵向平面M基本平行。

锚爪10利用板部件形成，且在它的后侧包括在其整个宽度上的基板11，该基板在中心纵向平面M的两侧汇聚至两个三角形前端12中。在基板11的两侧提供了两个向下定向的侧板13，这些侧板相互平行地延伸，并且在前端12下方两个平行纵向桁梁15从尖端14伸出。在锚爪10的上侧设有竖直固定唇缘16、17，该竖直固定唇缘16、17具有用于锚柄30的固定销18、19。

锚柄30由两个板形锚柄腿31组成，这两个板形锚柄腿沿向上方向彼此相向倾斜地逐渐变小。锚柄腿31沿它们的长度通过横向板34而相互连接。在锚柄腿的底侧处，锚柄腿31具有弯曲部分37，该弯曲部分37容纳于固定唇缘16、17之间，其中，固定销18、19延伸穿过在弯曲部分37中的固定孔（该固定孔未示出）。在后侧，固定孔形成于弯曲部分37上的增强部32中，该增强部32设有一系列的额外孔33，用于调节锚爪10和锚柄30之间的角度。在上端处，锚柄腿31设有端部凸耳35，这些端部凸耳35相互平行地延伸，并有用于将测量联接器50固定在锚索4上的固定孔36。

测量联接器50还在图3A-3D中详细表示，它包括直的筒形钢连接笔54，该筒形钢连接笔54延伸穿过端部凸耳35的固定孔36。连接笔54的中心线S定向成基本垂直于纵向对称平面M。连接笔54还在端部凸耳35之间穿过与锚索4联接的弓形钩环51的孔眼52。连接笔54在正公差下容纳于固定孔36和孔眼52中，其中，还提供了分度盘（未进一步示出），该分度盘阻碍连接笔54绕它的中心线S相对于锚柄30旋转。弓形钩环51能够在纵向对称平面M中绕连接笔54摆动。

连接笔54设有筒形孔或内部空间55，该筒形孔或内部空间55在端部处由端帽56关闭，该端帽56在端部周围通过焊缝57而焊接在一起，因此，内部空间55不透水地封闭。在内部空间55中紧闭了细长的测量体60。

测量体60包括细长的垂直钢板61和水平的细长钢板62，它们具有基本恒定厚度。钢板61、62在本例中相同。板61、62都设有两个直的头部端部边缘65，该头部端部边缘65通过四个直的纵向端部边缘63而汇聚至两个直的纵向侧边缘64中，该侧边缘64从该处后退，并形成各板61、62相对于纵向端部边缘63的变窄部分。板61、62都设有中心狭槽66，该中心狭槽66从一个头部端部边缘65开始在各板61、62的一半长度上延伸，在此之后，板61、62插入彼此的中心狭槽66中，并在整个长度上焊接在一起。因此，测量体60具有形状保持的棱柱形状，其中，在长度上面的截面为垂直十字形。由于所述纵向焊接，十字形的肋相互刚性连接。

测量体60的头部端部边缘65和纵向端部边缘63分别抵靠内部空间55的边界壁58和端帽56的内表面59，其中，在纵向端部边缘63和边界壁58之间形成焊缝，以便使它与连接笔固定连接。因此，连接笔54在端部处的弹性变形施加在测量体60上，而该测量体在由纵向侧边缘64确定的变窄部分上保持离开边界壁58。

如图3A和4C中所示，在中心分界线的两侧和在纵向对称平面M的两侧，测量体60的两个板61、62在本例中设有总共8个载体条71-78，这些载体条71-78横过中心线S延伸。各载体条71-78设有一系列（在本例中十二个）电应变仪80。测量体60设有载体板67，该载体板67与垂直钢板61连接。载体板67承载印刷电路板81，该印刷电路板81有电子电路，该电子电路与各应变仪80电连接。

竖直板62还设有具有电子倾斜计和加速度计的单元82，该电子倾斜计和加速度计与印刷电路板81电连接。印刷电路板81还与用于测量水压的、局部在外侧的压力传感器90连接。印刷电路板81还与电源电缆83连接，该电源电缆83通过拉动释放装置84而插入连接笔54中，且该电源电缆83与在锚柄30上的电池壳体（未示出）连接。印刷电路板81还与通信电缆85连接，该通信电缆85通过拉动释放装置86而插入端帽56中，且该通信电缆85与声学调制解调器87连接，该声调制解调器87自身为已知，用于数据在水下的声学传递88。所述拉动释放装置86通过焊接其上的外壳89来屏蔽。印刷电路板81上的电子电路用于接收、处理和传递来自应变仪80、倾斜计、加速度计和压力传感器90的电子信号。由于测量体60相对于锚柄30的固定定向，锚1相对于假想水平平面H和假想竖直平面V的位置可以确定，因此确定锚1的横摇和纵摇。通过压力传感器90，连接笔54上方的水柱高度和（因此）锚1相对于水线的深度可以确定。

图2表示了锚1在从位于水线5上的安装船（该安装船未进一步示出）引入水下3锚定地基2（例如海底）时的情况。安装船设有声学调制解调器（未示出），用于与在锚1处的声学调制解调器87通信，该声学调制解调器与计算和数据处理单元连接。在前面的步骤中，锚1已经从安装船布置在深度为D的锚定地基2上，且锚爪10的尖端14沿安装船的方向。这时，声学调制解调器87和通信电缆85仍然在水3中。随后，安装船通过锚索4在锚1上施加力F，因此，该锚1经过穿透路径J向下行进至锚定地基2中的特定深度E。

在行进经过穿透路径J的过程中，一方面锚柄30的端部凸耳35以及另一方面弓形钩环51已经在连接笔54上施加弯曲力和弯曲力矩，其中，相关变形已经施加在测量体60上。这在连接笔54和测量体60的弹性范围内发生。随后，应变仪80通过测量体60的板61、62（例如通过每个板61、62根据例如图4C中的矢量所示的分布Q）来进行变形。各应变仪80的变形以及倾斜计和加速度计的数据通过电子电路来记录，并直接传递给在安装船上的计算和数据处理单元。计算和数据处理单元能够由这些数据导出穿透路径J以及锚1和锚索4之间的相关作用力F1-F3（例如通过已知测试数据的插值或者通过有限元分析）。力例如可以水平定向（如力F1所示）、以角度A、B向上倾斜（如力F2所示）、或者以角度K、N向下倾斜。根据力F1-F3的大小和相对于穿透路径J的方向，可以以可接受的可靠性来确定锚1是否合适地设置以及它是否能够提供足够的保持力。

在所述锚1中，连接笔54形成弓形钩环51和锚爪10之间的联接器。可选地，连接笔54代替一个销18、19（锚柄30通过其而与锚爪10连接）。

所述锚1设有锚爪10和锚柄30，该锚柄30与锚爪10固定连接，这确保锚爪10和锚索4之间的连接。可选地，锚爪10可以通过固定唇缘16、17而与拉索连接，该拉索会合在测量联接器50的位置处。

上述说明示例性地说明了本发明优选实施例的操作，且并不限制本发明的范围。通过上述说明，技术人员可以清楚了解落在本发明的精神和范围内的很多变化。

Claims (27)

1.一种锚（1），包括：锚爪（10），该锚爪能够通过在与锚连接的锚索（4）上施加拉力（F）而根据穿透方向（P）引入锚定地基（2）中；其特征在于，所述锚（1）还包括测量联接器（50），该测量联接器在锚爪的引入过程中形成锚索和锚爪之间的力传递部分，其中，测量联接器（50）设有：第一联接器部件（31），该第一联接器部件与锚爪连接；第二联接器部件（52），该第二联接器部件与锚索（4）连接；空心联接杆（54），该空心联接杆使得第一和第二联接器部件相互联接，其中，第一和第二联接器部件沿杆的纵向方向在不同位置接合在联接杆上，以便能够使联接杆变形；以及测量体（60），该测量体延伸穿过空心联接杆，且该测量体至少在其端部（63，65）与联接杆连接，以便与联接杆一起变形，其中，测量体（60）设有变形传感器（80），用于记录测量体的变形参数。

2.根据权利要求1所述的锚（1），其中：测量体（60）与联接杆（54）固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的锚（1），其中：在与联接杆连接的端部之间，测量体（60）自由地延伸穿过联接杆（54）。

4.根据权利要求1所述的锚（1），其中：测量体（60）在其端部（63，65）之间的长度上比在端部（63，65）处更窄。

5.根据权利要求1所述的锚（1），其中：测量体（60）包括至少一个细长条或板（61，62）。

6.根据权利要求1所述的锚（1），其中：测量体（60）包括至少两个细长条或板（61，62），所述细长条或板在它们的长度上定位成基本相互横过。

7.根据权利要求6所述的锚（1），其中：所述条（61，62）相互固定连接。

8.根据权利要求6或7所述的锚（1），其中：所述条（61，62）的截面形成十字形。

9.根据权利要求1所述的锚（1），其中：测量体（60）由金属制造。

10.根据权利要求1所述的锚（1），其中：变形传感器（80）分组成基本横过测量体（60）的纵向方向延伸的至少一个直串。

11.根据权利要求10所述的锚（1），其中：变形传感器（80）分组成多个直串，这些直串沿测量体的纵向方向分布在测量体（60）上。

12.根据权利要求1所述的锚（1），其中：测量联接器（50）包括两个第一联接器部件（31），这两个第一联接器部件相互间隔开，接合在联接杆（54）上。

13.根据权利要求1所述的锚（1），其中：测量联接器（50）包括两个第二联接器部件（52），这两个第二联接器部件相互间隔开，接合在联接杆（54）上。

14.根据权利要求12或13所述的锚（1），其中：测量联接器（50）内的两个第一联接器部件（31）或两个第二联接器部件（52）形成联接杆（54）上的最外侧接合。

15.根据权利要求1所述的锚（1），包括锚柄（30），该锚柄与锚爪固定连接，其中，第一联接器部件（31）形成锚柄的一部分。

16.根据权利要求15所述的锚（1），其中：第一联接器部件（31）位于锚柄的远离锚爪（10）的端部处。

17.根据权利要求15或16所述的锚（1），其中：联接杆（54）不可旋转地连接在锚柄（30）上。

18.根据权利要求1所述的锚（1），其中：第二联接器部件（52）形成与锚索（4）连接的锚索联接器（51）的端部。

19.根据权利要求1所述的锚（1），其中：联接杆（54）沿它的纵向方向横过锚的纵向对称平面（M）延伸。

20.根据权利要求1所述的锚（1），其中：测量联接器（50）设有倾斜计，该倾斜计容纳于联接杆（54）中。

21.根据权利要求20所述的锚（1），其中：倾斜计与测量体（60）固定连接。

22.根据权利要求1所述的锚（1），其中：测量联接器（50）设有加速度计，该加速度计容纳于联接杆（54）中。

23.根据权利要求22所述的锚（1），其中：加速度计与测量体（60）固定连接。

24.根据权利要求1所述的锚（1），其中：测量联接器（50）设有压力传感器（90），用于记录在测量联接器位置处的水压。

25.根据权利要求1所述的锚（1），其中：测量联接器（50）包括电子电路（81），该电子电路与变形传感器（80）联接并且与倾斜计和/或加速度计和/或压力传感器（90）联接，其中，电子电路（81）用于处理测量数据以及将测量数据传递给远程的计算和处理单元。

26.根据权利要求25所述的锚（1），其中：电子电路（81）与测量体（60）固定连接。

27.根据权利要求9所述的锚（1），其中：所述金属是钢。

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