CN106428428A - 一种大抓力型深海锚 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大抓力型深海锚，包含锚链、旋转环和锚柄，所述锚链的一端为锚端链，锚端链通过螺栓与旋转环连接，旋转环通过锚卸扣与锚柄连接，所述旋转环末端为圆柱形，在末端上设有外螺纹，在锚卸扣上安装有螺母，旋转环旋进螺母中，所述锚柄通过小轴与锚头连接，锚头与锚爪通过横销连接。本发明的一种大抓力型深海锚，通过降低锚的重心，锚柄设置为平板结构，锚爪臂上设有螺柱及锚叶等结构而增大锚的啮入深度，提高锚的极限承载力，平衡系泊缆索传递的动载荷，保证深海锚在各种土质下有较高的抓重比，充分发挥大抓力深海锚的作用。

Description

一种大抓力型深海锚

技术领域

本发明涉及大抓力型深海锚，属于船舶与海洋工程领域。

背景技术

随着现代海洋开发事业的日益发展，在星罗棋布的海港内，各式各样的海洋工程结构物的数量和规模与日俱增，并且其作业范围和研究方向也逐渐向深海海域发展。锚设备是船舶及海洋工程结构物在海上抛锚停泊时所使用的装置和机械的总和。尽管锚的种类很多，但它们的用途是相同的，主要是利用锚抓力，使锚紧紧地抓在海床上，进而使船舶和海洋工程结构物不受风力、流力、波浪冲击力的影响而在某一位置固定。但是，海洋上波浪翻腾起伏，飓风狂暴肆虐，潮水汹涌澎湃，在如此恶劣的作业环境下，锚的准确定位、嵌入深度评估和运动轨迹描述、复杂环境中工作状态承载力分析，想要在较长一段时问内比较精确地保持海洋工程结构物在海面上的位置，这无疑对安装结构物上的深水锚泊装置提出了更高、更严格的要求，普通锚难以达到要求。

由此可见，研究出一种在不同的海域海底底质下都有良好抓力，能够简单地抛入深海中，迅速抓入海床，便于收藏和运送，稳定性和锚泊有效性高、机动性和抗拔能力强的深海锚已成为当务之急。但是，目前针对大抓力型深海锚的研究十分有限，现有的技术和装置更多的是针对内河船用锚和港口锚进行研制和开发的。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种大抓力型深海锚，通过降低锚的重心，锚柄设置为平板结构，锚爪臂上设有螺柱及锚叶等结构而增大锚的啮入深度，提高锚的极限承载力，平衡系泊缆索传递的动载荷，保证深海锚在各种土质下有较高的抓重比，充分发挥大抓力深海锚的作用。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种大抓力型深海锚，包含锚链、旋转环和锚柄，所述锚链的一端为锚端链，锚端链通过螺栓与旋转环连接，旋转环通过锚卸扣与锚柄连接，所述旋转环末端为圆柱形，在末端上设有外螺纹，在锚卸扣上安装有螺母，旋转环旋进螺母中，在旋转端的尾部设有销孔，在销孔内安装有插销，在插销的两端均安装有锁销，所述锚柄通过小轴与锚头连接，锚头与锚爪通过横销连接。

作为优选，所述锚爪包含对称分布的锚爪臂，锚爪臂上等间距的设有若干个凸出螺柱，锚爪臂的端部很尖，锚爪重心略低于转轴(小轴)，收锚时其锚爪自然向上，且一接触船舶与海洋结构物外板即翻转，不会损伤船外板。同时，锚头的特殊线性更容易入土，啮入深度大。

作为优选，所述凸出螺柱包含螺柱、锚叶和位于螺柱端部的螺柱接头，所述锚叶为螺旋状，锚叶位于螺柱上，螺柱接头为等腰梯形结构，可以使螺柱入土容易，可以增加锚的埋置深度，增大的拖曳深度，提高锚的极限载荷能力，以提高其工作的稳定性；锚叶为螺旋状，安装时通过旋转力矩转变为下轴力，使整个螺柱向下运动，依靠土体承担主要荷载，深海锚的螺柱可以提供较高的升力和超大的拉力。锚爪从船体上放入水中，随着系泊缆索的逐渐增长，锚头接触海底，随着系泊缆索的进一步增长，锚杆的轴线与水平方向的夹角逐渐减小，至0°为止，锚平躺在海底，螺旋螺柱与海床接触，锚叶的螺旋结构可以加强锚的入土深度，此时，安装船舶逆向行驶，落到锚链，带动锚爪运动，锚头与海床接触，螺柱入土深度加大，锚抓底过程结束。

作为优选，所述锚爪臂的两个表面均设有滑槽，凸出螺柱通过焊接固定在滑槽中，锚爪臂的端部截面类似伞状结构，且锚爪臂中轴线处较尖、曲率较小，锚爪臂的端部更容易入土，增大锚的埋置深度。

作为优选，小轴的横截面为六边形，可有效缓解纵横交叉尖点处存在拉应力集中，同时，小轴也可以设置成可调节形式，保持在不同底质下较高的抓重比。

作为优选，所述锚柄的横截面为矩形，锚柄整体为平板式结构，其特殊的结构形式可以有效的吸收系泊缆索传递的动载荷，以平衡作用在船体和海洋工程结构物上的外力，以缓和外力对它们的冲击，使船体不致发生位移，因为锚柄为平板结构，锚柄的横截面积较大，更有利于载荷的传递。

在本发明中，锚爪与锚柄的最大角度为42度，即锚爪自由转动角度为42°，锚头与锚柄通过小轴相连接，可自由活动。所述大抓力型深海锚在不增加锚自重的前提下，增大抓力，该锚受力后的位移很小，可提供全方位锚抓持能力，并可以承受较大的抗拔力，有效缩短系泊缆索的长度，减小浮体的运动响应幅值。同时，本文公开的大抓力型深海锚体积小、节省材料、抗拔性能更强、安装回收也更为方便。旋转环可以螺母转动，当外载荷从导缆孔传递到锚端链时，载荷的作用线与旋转环的中轴线之间有夹角，旋转环会转动，使载荷作用线与中轴线在一条直线上，进一步提高锚的作用效果。

钻井平台、舰船等海洋结构物经常需要将其定位于海上某一点以进行钻井、打捞、海上救助、铺管、海洋调查、潜水等各种作业，船舶和海洋工程结构物所受的载荷有风力、流力、波浪冲击力和船体运动的惯性力等。周期性的风力、波浪冲击力和船体运动的惯性力(还包括瞬时突加风力)都是影响锚泊设备能否有效发挥作用的重要因素。船舶与海洋工程结构物在交变的外载荷作用下，会产生六个自由度的运动，锚泊设备依靠锚产生的锚抓力，通过系泊缆索传递，来克服船舶上的外载荷，进而使海洋工程结构物安全作业。船舶与海洋工程结构物在抵抗恶劣的海况过程中，当非线性载荷从导缆孔逐级传递到锚端链，旋转环的设置可以更好抵抗各个方向的载荷，以至于载荷全部通过锚卸扣作用在锚柄上，减少载荷的竖直方向分力，提高锚泊的稳定性。当外载荷依次传递到锚螺柱，多个螺柱的设置可以增加锚的抓地力及锚的埋置深度，提高锚的抗拔性。同时，螺柱具有截面小、重量轻、刚度大、抗裂性和耐久性好的特点，螺柱的设置可以使锚的一部分事先施加压力，促其产生预压应力，以抵消外力作用所产生的拉应力。当载荷传递至锚头，由于锚头的特殊形状，导致锚头的埋置角度对承载力的影响较小。载荷在传递过程中，如遇到滑槽结构，会改变锚周围土体的流动方向，增加锚所能承载的抗拔能力。本发明的一种大抓力型深海锚面对恶劣的水文地质条件，通过上述过程逐级缓解外载荷的作用，具有较好的效果，也可以较好的保持锚工作的稳定性及系泊主体的安全性。

有益效果：本发明的大抓力型深海锚，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、深海锚上设置螺柱，可以增加载荷传递的方向，改变锚周围载荷传递形式，增加锚的埋置深度和抗拔特性；

2、在深海锚表面加设滑槽后，使载荷传递过程中，能量进行耗散，提高深海锚工作的稳定性；

3、锚头的设置，可以改变土体的破坏线从锚周围延伸到了土体上表面，减少海底土表面隆起，减小锚失效的概率；

4、深海锚具有安装回收方便、速安装撤离、占地面积小、可重复利用、高承载力的优点，随着深水开发的力度越来越大，深海锚的使用效果也越来越好。

5、深海锚的锚柄板面为粗糙结构，有利于锚柄的稳定和力载荷传递的平衡；

6、大抓力深海锚的锚爪质心载荷作用线与锚爪的夹角可以接近于法向；

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中凸出螺柱的结构示意图。

图3为凸出螺柱的剖视图。

图4为旋转环的结构示意图。

图5为图1的部分剖视示意图。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明的一种大抓力型深海锚，包含锚链1、旋转环3和锚柄5，所述锚链1的一端为锚端链2，锚端链2通过螺栓15与旋转环3连接，旋转环3通过锚卸扣4与锚柄5连接，所述旋转环3末端为圆柱形，在末端上设有外螺纹，在锚卸扣4上安装有螺母16，旋转环3旋进螺母16中，在旋转端的尾部设有销孔，在销孔内安装有插销19，在插销19的两端均安装有锁销，锁销起限制插销19运动的作用，所述锚柄5通过小轴8与锚头14连接，锚柄5绕小轴8转动，锚头14与锚爪6通过横销9连接，小轴8与横销9优选为夹角为90°。

在本发明中，所述锚爪6包含对称分布的锚爪臂13，锚柄5与锚头14通过小轴8连接，锚头14很尖，锚爪6重心略低于转轴(小轴8)，收锚时其锚爪6自然向上，且一接触船舶与海洋结构物外板即翻转，不会损伤船外板，同时，锚头14的特殊线性更容易入土，啮入深度大，锚爪臂13上等间距的设有若干个凸出螺柱7。所述凸出螺柱7包含螺柱9、锚叶11和位于螺柱9端部的螺柱接头10，所述锚叶11为螺旋状，锚叶11位于螺柱9上，螺柱接头10为等腰梯形结构，可以使螺柱9入土容易，可以增加锚的埋置深度，增大的拖曳深度，提高锚的极限载荷能力，以提高其工作的稳定性；锚叶11为螺旋状，安装时通过旋转力矩转变为下轴力，使整个螺柱9向下运动，依靠土体承担主要荷载，深海锚的螺柱9可以提供较高的升力和超大的拉力。

在本发明中，所述锚头14的特殊线性更容易入土，啮入深度大。在锚柄5上面设计有一立面结构滑槽，能较好的考虑不同加载点和不同加载位置对极限承载力的影响。

在本发明中，小轴8的横截面为圆形，可有效缓解纵横交叉尖点处存在拉应力集中，同时，小轴8也可以设置成可调节形式，保持在不同底质下较高的抓重比。所述锚柄5的横截面为矩形，锚柄5整体为平板式结构，其特殊的结构形式可以有效的吸收系泊缆索传递的动载荷，以平衡作用在船体和海洋工程结构物上的外力，以缓和外力对它们的冲击，使船体不致发生位移。

在本发明中，所述锚为左右对称结构，工作时两爪同时抓地，不致使锚翻身破土而出，以提高深海锚抓地的稳定性，本发明中，锚在目的海域的安装步骤如下：

(1)安装前的准备工作。在拖锚安装船上备好锚和系缆，根据安装地点海底土体特性，通过小轴8调节好锚柄5和锚头14之间的角度，并连接好锚与系泊缆索。

(2)将拖锚安装船驶至指定地点，定位尾缆先行下沉，定位尾缆的作用主要是调整安装船的方位，接着锚体入水。

(3)当锚整体落入海床表面之后，可根据有关探测设备检测锚的方位。安装船朝锚安装地点行驶，同时放出系泊缆。

(4)在安装船的拖曳下，锚体逐步嵌入海床土中。

(5)当安装系缆提供的荷载达到预设荷载值或者特定埋深时，设置于锚体角度调节器上的安全销失效，法向承力锚由安装状态转变为正常工作状态。

(6)将安装好的锚与海上结构物相连接，由此锚进入工作状态。

(7)锚的回收。只需将系缆与锚后部的尾缆相连，安装船朝安装反方向行驶，从海床中拖曳出来即可。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种大抓力型深海锚，其特征在于：包含锚链、旋转环和锚柄，所述锚链的一端为锚端链，锚端链通过螺栓与旋转环连接，旋转环通过锚卸扣与锚柄连接，所述旋转环末端为圆柱形，在末端上设有外螺纹，在锚卸扣上安装有螺母，旋转环旋进螺母中，在旋转端的尾部设有销孔，在销孔内安装有插销，在插销的两端均安装有锁销，所述锚柄通过小轴与锚头连接，锚头与锚爪通过横销连接。

2.根据权利要求书1所述的大抓力型深海锚，其特征在于：所述锚爪包含对称分布的锚爪臂，锚爪臂上等间距的设有若干个凸出螺柱。

3.根据权利要求书2所述的大抓力型深海锚，其特征在于：所述凸出螺柱包含螺柱、锚叶和位于螺柱端部的螺柱接头，所述锚叶为螺旋状，锚叶位于螺柱上，螺柱接头为等腰梯形结构。

4.根据权利要求书1所述的大抓力型深海锚，其特征在于：所述锚爪臂的两个表面均设有滑槽，凸出螺柱通过焊接固定在滑槽中。

5.根据权利要求书1所述的大抓力型深海锚，其特征在于：所述锚柄的横截面为矩形，锚柄整体为长方体结构。