CN108001623A - 可自身旋转下贯的空心螺纹吸力锚 - Google Patents

可自身旋转下贯的空心螺纹吸力锚 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可自身旋转下贯的空心螺纹吸力锚，涉及海洋工程技术领域，包括顶面封闭、下端开口的锚筒，所述锚筒的顶端设有排水孔，排水孔与潜水泵Ⅰ连接，所述锚筒的筒壁内自顶端至底端设有一竖直的通水腔，所述通水腔的顶端与潜水泵Ⅱ连接，所述锚筒的外壁自上向下附有连续的空心螺纹，所述空心螺纹的顶端开口、底端与锚筒筒壁内的通水腔的底端相通，所述锚筒的内腔与空心螺纹的内腔相互独立。本发明的有益效果是，将吸力、旋转相结合，形成独特的旋转式下贯过程，从而使附有空心螺纹的桶体旋进到海洋土体，减小了下贯阻力，提高了安装效率，增大桶体与周围土体的接触面积，提高了摩擦力，提高了吸力锚的极限承载力。

Description

可自身旋转下贯的空心螺纹吸力锚
技术领域
本发明涉及海洋工程技术领域，特别是一种可自身旋转下贯的空心螺纹吸力锚。
背景技术
吸力锚是一种顶端封闭、下端敞开的钢质桶，起初依靠自身重力沉入海底相应的深度，然后利用水下抽水泵抽出桶内水体，形成内外压差，使锚桶缓慢下沉。当锚桶的顶部与海底接触时，锚桶下沉停止，此时卸去抽水泵，吸力锚安装完成。吸力锚安装完成后，负压消失，这时的吸力锚实际上就如同常规的埋入式短桩，承载力主要依靠桶体内外壁与海洋土体的摩擦力。
吸力锚因为在深海施工简便、使用安全可靠且可以重复利用的特点，成为深海工程中有较好发展前景的基础形式。然而，由于吸力锚为垂直贯入土体，其垂向抗拔承载力远远小于其侧向承载力，导致吸力锚的垂直极限承载能力有限。过于追求其抗拔力，则会使其安装难度陡然提成。
发明内容
本发明的目的是在考虑安装难度的前提下，提高吸力锚的抗拔力，设计了一种可自身旋转下贯的空心螺纹吸力锚。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种可自身旋转下贯的空心螺纹吸力锚，包括顶面封闭、下端开口的锚筒，所述锚筒的顶端设有排水孔，排水孔与潜水泵Ⅰ连接，所述锚筒的筒壁内自顶端至底端设有一竖直的通水腔，所述通水腔的顶端与潜水泵Ⅱ连接，所述锚筒的外壁自上向下附有连续的空心螺纹，所述空心螺纹的顶端开口、底端与锚筒筒壁内的通水腔的底端相通，所述锚筒的内腔与空心螺纹的内腔相互独立。
进一步的，所述空心螺纹的外截面为三角形。
更进一步的，所述空心螺纹外截面的顶边与竖直边所成的夹角是钝角。
更进一步的，所述空心螺纹外截面的顶边与竖直边所成的夹角是直角。
更进一步的，所述空心螺纹外截面的顶边与竖直边所成的夹角是锐角。
进一步的，所述排水孔的数量是一个，且位于锚筒顶端的中心。
进一步的，所述空心螺纹的螺纹升角为10-15°，空心螺纹4外壁的内角为50-60°。
更进一步的，所述空心螺纹的螺纹升角为12°，空心螺纹4外壁的内角为55°。
进一步的，所述空心螺纹的数量是两道，空心螺纹4在锚筒1的外壁成双螺纹排列。
利用本发明的技术方案制作的可自身旋转下贯的空心螺纹吸力锚，其有益效果是：
该吸力锚在完成依靠自身重力下贯过程后，改变了传统单一的吸力式下贯过程，将吸力、旋转相结合，形成独特的旋转式下贯过程，从而使附有空心螺纹的桶体旋进到海洋土体，比起单一竖直下贯，大大的减小了下贯阻力，从而有利于吸力锚的安装。更重要的是，实现该吸力锚旋转下贯的过程无需借助复杂的外力装置，仅通过潜水泵Ⅱ抽取空心螺纹内的海水就能使吸力锚自身产生旋转，简单的构造降低了吸力锚的制造成本并提高了安装效率。该吸力锚安装完成后，附有空心螺纹的吸力锚通过增大桶体与周围土体的接触面积，提高了摩擦力。同时空心螺纹插入土体，通过横截面与上下土体的挤压，可以产生更大的抗拔力，从而极大提高了吸力锚的极限承载力。
附图说明
图1是本申请具有直角空心螺纹的吸力锚的结构示意图；
图2是本申请具有钝角空心螺纹的吸力锚的结构示意图；
图3是本申请具有锐角空心螺纹的吸力锚的结构示意图；
图4是申请吸力锚的原理图。
以上各图中，1、锚筒；2、排水孔；3、通水腔；4、空心螺纹。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
一种可自身旋转下贯的空心螺纹吸力锚，如图1所示(图中锚筒1内的斜线为空心螺纹虚线图，图所示位置空心螺纹是看不到的，下图2、3未画出)，包括顶面封闭、下端开口的锚筒1，锚筒1的顶端设有排水孔2，排水孔2的数量可以是一个或者更多，最好设置在锚筒1顶端的中心位置。排水孔2与潜水泵Ⅰ连接，用来抽取锚筒1内的浆水。锚筒1的筒壁内自顶端至底端设有一竖直的通水腔3，该通水腔3的顶端与潜水泵Ⅱ连接，用以抽取空心螺纹内的海水。上述潜水泵Ⅰ和潜水泵Ⅱ可以用一个潜水泵连接排水孔2和通水腔3，或者用两个潜水泵分别单独连接。在锚筒1的外壁自上向下附有连续的右螺旋空心螺纹4，空心螺纹4的顶端被剖切，海水可以在空心螺纹4的顶端开口灌入，其底端与锚筒1筒壁内的通水腔3的底端相通，实现海水在通水腔3和空心螺纹4内腔的流通，本申请的重点在于，锚筒1的内腔与空心螺纹4的内腔相互独立，即液体水不能从锚筒1的内腔直接流到空心螺纹4的内腔。
空心螺纹4的外截面可以是三角形，即空心螺纹的牙型为三角形，图1中，空心螺纹4外截面的顶边与竖直边所成的夹角是直角，或者如图2所示，空心螺纹4外截面的顶边与竖直边所成的夹角是钝角，亦或是如图3所示，空心螺纹4外截面的顶边与竖直边所成的夹角是锐角。当空心螺纹4外截面的顶边与竖直边所成的夹角是直角或者钝角时，空心螺纹4外截面的顶边可以明显抵抗吸力锚从海洋土体中被拔出来，提高其抗拔力。
排水孔2、通水腔3和空心螺纹4内部通道的横截面积均不宜太小，较大的通道是为了在抽取内部的海洋水体时能保证较大的流量。通过分析，控制其它变量，抽取空心螺纹4内的海洋水体时，其内部通道的过流流量越大，提供给吸力锚的扭力就越大，从而吸力锚自身更容易产生旋转。
本申请的空心螺纹4的螺纹升角为10-15°，空心螺纹4外壁的内角为50-60°，优选的，空心螺纹4的螺纹升角为12°，空心螺纹4外壁的内角为55°。在几何方面，螺纹升角为12°左右时，能保证较大的螺纹长度(如吸力锚的长径比为2：1，则螺纹总长度约为4.8倍的桶体长度)，从而能有效的提高吸力锚的极限承载能力；在受力分析方面，螺纹升角为12°左右时，通过潜水泵Ⅰ抽取锚筒1内的海水，产生的扭力满足吸力锚发生自身旋转的条件。因此，12°左右的螺纹升角既能使吸力锚在安装过程中完成旋转式下贯，又能在吸力锚安装完成后保证足够大的极限承载能力。锚筒1的外壁厚度约为桶体厚度的四分之一，太薄的螺纹外壁易导致空心螺纹的强度不足，从而给工程带来影响。
另外，空心螺纹4的数量还可以是两道或者更多，即空心螺纹4在锚筒1的外壁成双螺纹排列或者多排螺纹排列。
本申请的原理是：如图4所示，潜水泵Ⅱ抽取空心螺纹内的海水，会使螺纹内部压力降低，产生沿螺纹右螺旋方向向下的总分布力F，总分布力F可分解为水平扭转力F1和竖直分布力F2，水平扭转力F1沿螺纹均匀分布在桶体周围，从而产生扭矩，使吸力锚发生顺时针方向(由上往下观察)的旋转，由于空心螺纹特殊的右螺旋式结构，使得该附有螺纹的吸力锚如同螺丝钉下旋“拧”进海洋土体。潜水泵Ⅰ抽取锚筒1内的浆水，实现吸力式下贯；潜水泵Ⅱ通过通水腔3抽取空心螺纹内的海水，实现旋转；吸力锚就在这两个同时进行的操作中完成旋转式下贯过程，直到下贯结束，完成安装。这种旋转下贯的方式有效减小了吸力锚下贯时受到的阻力，且装置简单、节约成本；同时在吸力锚安装完成后，空心螺纹插入土体，增大了桶体与周围土体的接触面积，提高摩擦力；螺纹的横截面与上下土体挤压，使吸力锚产生更大的极限抗拔承载力。
使用时，首先该吸力锚在自重作用下切入海床，此时锚筒1顶部的排水孔2一直开启，完成吸力锚自重沉贯的过程；接着锚筒1顶部的排水孔2连接潜水泵Ⅰ，通水腔3的上端连接潜水泵Ⅱ，潜水泵Ⅰ抽取锚筒1内的浆水，潜水泵Ⅱ通过通水腔3抽取空心螺纹4内的海水，于是，吸力锚在这两个同时进行的操作下完成旋转式下贯的过程；最后吸力锚沉贯到预定位置时拆除潜水泵Ⅰ和潜水泵Ⅱ，整个施工过程结束。
空心螺纹吸力锚在完成自重式下贯过程后，改变了传统单一的吸力式下贯过程，将吸力、旋转相结合，形成独特的旋转式下贯过程，且无需借助复杂的外力装置，节约了成本，并大大减小了安装阻力。该吸力锚安装完成后，附有空心螺纹的吸力锚通过增大桶体与周围土体的接触面积，提高了摩擦力。同时空心螺纹插入土体，通过横截面与上下土体的挤压，可以产生更大的抗拔力，从而极大提高了吸力锚的极限承载力。
以上参考了优选实施例对本发明进行了描述，但本发明的保护范围并不限制于此，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，且不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。因此，任何落入权利要求的范围内的所有技术方案均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种可自身旋转下贯的空心螺纹吸力锚，包括顶面封闭、下端开口的锚筒(1)，所述锚筒(1)的顶端设有排水孔(2)，排水孔(2)与潜水泵Ⅰ连接，其特征在于，所述锚筒(1)的筒壁内自顶端至底端设有一竖直的通水腔(3)，所述通水腔(3)的顶端与潜水泵Ⅱ连接，所述锚筒(1)的外壁自上向下附有连续的空心螺纹(4)，所述空心螺纹(4)的顶端开口、底端与锚筒(1)筒壁内的通水腔(3)的底端相通，所述锚筒(1)的内腔与空心螺纹(4)的内腔相互独立。
2.根据权利要求1所述的可自身旋转下贯的空心螺纹吸力锚，其特征在于，所述空心螺纹(4)的外截面为三角形。
3.根据权利要求2所述的可自身旋转下贯的空心螺纹吸力锚，其特征在于，所述空心螺纹(4)外截面的顶边与竖直边所成的夹角是钝角。
4.根据权利要求2所述的可自身旋转下贯的空心螺纹吸力锚，其特征在于，所述空心螺纹(4)外截面的顶边与竖直边所成的夹角是直角。
5.根据权利要求2所述的可自身旋转下贯的空心螺纹吸力锚，其特征在于，所述空心螺纹(4)外截面的顶边与竖直边所成的夹角是锐角。
6.根据权利要求1所述的可自身旋转下贯的空心螺纹吸力锚，其特征在于，所述排水孔(2)的数量是一个，且位于锚筒(1)顶端的中心。
7.根据权利要求1所述的可自身旋转下贯的空心螺纹吸力锚，其特征在于，所述空心螺纹(4)的螺纹升角为10-15°，空心螺纹(4)外壁的内角为50-60°。
8.根据权利要求1所述的可自身旋转下贯的空心螺纹吸力锚，其特征在于，所述空心螺纹(4)的螺纹升角为12°，空心螺纹(4)外壁的内角为55°。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的可自身旋转下贯的空心螺纹吸力锚，其特征在于，所述空心螺纹(4)的数量是两道，空心螺纹(4)在锚筒(1)的外壁成双螺纹排列。
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