CN109178207B - 恒张力锚泊系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒张力锚泊系统，其安装在海上的浮体上，包括船锚、锚链、锚机、牵引索、负载重物、掣链器；所述的浮体中设有用于容置牵引索及负载重物的容置空间，在浮体上设有投放负载重物的投放开关；所述的锚机设置在浮体之上，所述的锚链一端连接船锚，另一端通过锚机的滚轮后与牵引索的一端连接，所述的牵引索另一端与负载重物连接，所述的掣链器设在浮体上，位于锚机朝向船锚的一侧用于掣住或夹住锚链；正常作业时，牵引索与重物存放在容置空间中，船锚、锚链、锚机实现正常的锚泊作业，锚链放下后通过掣链器对锚链进行固定，当风浪增大时，取消掣链器对锚链的固定并通过打开投放开关将负载重物投放至海底，通过牵引索对锚链进行缓冲。

Description

恒张力锚泊系统

技术领域

本发明涉及锚泊技术领域，具体为一种恒张力锚泊系统。

背景技术

船舶及海上浮体长期在海洋中工作，海上风暴甚至台风频发，风暴袭击是船舶及海上浮体的最大威胁。每年因船舶和浮体无法有效躲避风暴及台风而造成的人员伤亡、财产损失、水域环境污染等灾难无以计数。目前船舶及浮体主要采用的减灾方法只是躲避，或加大锚泊系统配置，如何使船舶及浮体在风暴甚至台风中生存，是海工领域一直试图努力攻克，但尚无法有效、易操作、低成本解决的难题。

风暴来临时，不是每条船舶都能够找到合适的躲避风浪的海域，传统锚泊系统在风暴中悬链很快被拉直，在长波中，如果船舶在风暴中仍在随浪后退而锚链已被拉直，船舶运动产生的巨大动能无法被消耗，产生的后果是要么走锚、要么断链，紧随的就是船舶失控、灾难发生。部分船舶和浮体增大锚链链径、加大锚链配置、改进铁锚结构，目的都是增大锚泊力，这种方案以巨大的锚泊成本提高了锚泊系统的能力，但不能根本改变在风暴甚至台风中被摧毁的可能，在海流和长波的作用下，具有缓冲能力的悬链被海流拉紧，台风长波下，不可伸缩的锚链仍旧面临被拉直断链的威胁。部分非航行浮式平台曾增加具有较大弹性的绳索系泊，或在锚泊系统中加重块和浮筒，增大锚泊系统中的弹性环节，上述方案缓解了锚泊系统弹性不足的状况，但随着浮体运动距离的加大，其弹性环节的有效缓冲能力被消耗，最终达到刚性状态，锚泊系统仍旧面临走锚和断链的威胁，并且锚泊力和浮式平台的收链方向相反，大小相等，不断增大的锚泊力，使浮式结构受力也不断增大，结构自身的安全性也受到巨大的威胁，过大的结构受力，会致使船舶和浮式平台结构失效，船舶沉没。因此，采取何种锚泊方案使船舶和浮体能够在风暴甚至台风中生存的问题尚未有效解决。

造成船舶及浮体经常被破坏的主要原因是在风力、海流、和长波的作用下，传统纯锚链系统和增加了弹性环节的改进型锚泊系统，因长度和弹性有限均无法改变在恶劣海况下，锚泊系统被拉直，锚泊力迅速增大，锚泊材料突破破断值，锚泊系统断裂失效，船舶和浮体漂移、搁浅、撞击等事故的发生。另外，设置过强的锚泊系统在风暴中同样增大了船舶和浮式结构的受力，增大了船舶或浮体局部受损的几率。

发明内容

本发明的目的是使船舶和浮体及其锚泊系统在风暴中保持基本恒定的张力，完全避免锚泊系统拉直和结构受力过大而被破坏的可能性，为实现上述目的提供一种恒张力锚泊系统。本发明方案基于对船舶和浮体在风暴中的运行规律和受力准确分析而得出。身处海洋之中的船舶和浮体在风暴中，主要受三种作用力，第一种是方向基本恒定的风力，第二种是方向基本恒定的海流作用力，第三种是处于振荡作用的波浪力，第一种和第二种力类似定向定常力，在船型和浮体形状基本确定的情况下，锚泊系统只能抵抗，无法缓解，因此，锚泊系统的设计必须安全的抵抗上述两种作用力。第三种作用力不同与前面两种，波浪是一种振荡运动，海洋中组成波浪的水质点在围绕其中心做类椭圆轨迹运动，处于波浪之中的浮体跟随波浪能做振荡运动，不同形式的浮式结构可能在波浪能中的振幅会有不同，但运动形式基本不变，因此在波浪中，浮体虽然会大幅向后运动，当从一个完整的波浪周期看，浮体还会基本恢复至原始位置，浮体类似水质点在波浪能中产生振荡运动。风暴和台风属超长波，在长波作用下，浮体将跟随波浪运动，因波长太长，在浮体尚未达到向后运动的终点前，在外加定长风力和海流力的多重作用下，锚泊系统已经拉直，浮式结构的巨大动能继续加载在锚泊系统上，拉直的锚泊系统已经没有缓冲距离，巨大的能量作用在锚泊材料和锚泊与浮体的连接点上，只能产生破坏。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

恒张力锚泊系统，其安装在海上的浮体上，包括锚、锚链、锚机、牵引索、负载重物、掣链器；所述的浮体中设有用于容置牵引索及负载重物的容置空间，在浮体上设有投放负载重物的投放开关；所述的锚机设置在浮体上，所述的锚链一端连接锚，另一端通过锚机的滚轮后与牵引索的一端连接，所述的牵引索另一端与负载重物连接，所述的掣链器设在浮体上，位于锚机朝向锚的一侧用于掣住或夹住锚链；正常作业时，牵引索与重物存放在容置空间中，锚、锚链、锚机实现正常的锚泊作业，锚链放下后通过掣链器对锚链进行固定，当风浪增大时，取消掣链器对锚链的固定并通过打开投放开关将负载重物投放至海底，通过牵引索对锚链进行缓冲。

作为上述方案的改进，还包括支撑装置，所述的支撑装置设置在锚机外侧位于锚链或/和牵引索的轴线方向的下方；正常作业时，支撑装置与锚链或/和牵引索不接触，当风浪增大并开启投放开关时，支撑装置通过抬升机构将其升起，接触支撑锚链或/和牵引索，将锚链或/和牵引索举起并脱离锚机的滚轮。

作为上述方案的改进，还包括止回器，所述的锚链的外径大于牵引索的外径，所述的止回器包括支撑座、止回盖，所述的支撑座上设有深度大于牵引索的外径且小于锚链的外径的止回槽，所述的支撑座设置在浮体上，位于掣链器与锚机之间，所述的止回盖一端铰接在支撑座上，止回盖上的平面盖合在支撑座上使止回槽形成只能供牵引索通过的止回孔，止回盖的另一端与支撑座锁紧，正常作业时，止回盖打开，锚链放下后通过掣链器对锚链进行固定，当风浪增大时，取消掣链器对锚链的固定并关闭止回盖。

作为上述方案的改进，所述的容置空间为设置在浮体内部的舱体，所述的投放开关为连通海底与容置空间的闸门。

作为上述方案的改进，所述的容置空间为设置在浮体外侧的固定机构，所述的投放开关为在固定机构上与负载重物连接的夹持机构，所述的牵引索捆绕在固定机构上的缠绕器中。

作为上述方案的改进，所述的支撑装置包括支撑辊、抬升机构，所述的抬升机构通过液压驱动，其上方设有所述的支撑辊并控制支撑辊的上下移动，所述的支撑辊位于锚机的侧面、位于锚链或/和牵引索的轴线方向的下方。

作为上述方案的改进，所述的浮体为船只、漂浮平台。

作为上述方案的改进，所述的负载重物的重量和牵引索的长度根据浮体设计极限工况下波浪条件进行匹配设置。

本发明根据上述浮体在海洋风暴中的受力分析，特别是浮体在波浪作用下的运动受力分析，提出了可抵御台风袭击的恒张力锚泊系统，本发明具有以下有益效果，在台风长波作用下浮体大幅牵引锚泊系统向后运动时，锚泊力逐步增大，在锚泊力达到设定值后，锚泊系统自动释放存储在浮体上的负载重物，允许浮体在波浪作用下，在基本恒定的锚泊力下，向后运动，通过加大浮体运动距离，释放能量，减轻锚泊系统和浮体受力，保护锚泊系统和浮体；在波浪运动后半个周期，浮体跟随波浪回撤，锚泊系统由张紧趋于松弛，锚泊系统受力变小，当锚泊系统受力小于设定值时，锚泊系统在负载重物的重力作用下自动收回部分锚链，使锚泊系统长度变短，并基本保持恒定受力。波浪往复振荡，锚泊系统时放时收，始终保持基本恒定的张紧力，在波浪周期里，虽然波长长，波浪力大，但有效的锚泊收放方案使浮体在台风的灾害性天气下始终保持恒定的张力，保障了锚泊系统和浮体的安全。

附图说明

图1为实施例1的恒张力锚泊系统的结构示意图。

图2为实施例2的支撑装置的非工作状态结构示意图。

图3为实施例2的支撑装置的工作状态结构示意图。

图4为实施例3的止回器的在恒张力锚泊系统的位置示意图。

图5为实施例3的止回器的结构示意图。

图6为实施例4的恒张力锚泊系统的结构示意图。

附图标记说明：1-浮体；2-锚；3-锚链；4-锚机；5-牵引索；6-负载重物；7-掣链器；8-舱体；9-闸门；10-支撑装置；11-抬升机构；12-支撑辊；13-止回器；14-支撑座；15-止回盖；16-止回槽；17-固定机构；18-夹持机构；19-缠绕器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

实施例1

如图1所示，恒张力锚泊系统，其安装在海上的浮体1上，包括锚2、锚链3、锚机4、牵引索5、负载重物6、掣链器7；所述的浮体1中设有用于容置牵引索5及负载重物6的容置空间，在浮体1上设有投放负载重物6的投放开关；所述的锚机4设置在浮体1上，所述的锚链3一端连接锚2，另一端通过锚机4的滚轮后与牵引索5的一端连接，所述的牵引索5另一端与负载重物6连接，所述的掣链器7设在浮体1上，位于锚机4朝向锚2的一侧用于掣住或夹住锚链3；正常作业时，牵引索5与重物存放在容置空间中，锚2、锚链3、锚机4实现正常的锚泊作业，锚链3放下后通过掣链器7对锚链3进行固定，当风浪增大时，取消掣链器7对锚链3的固定并通过打开投放开关将负载重物6向下投放至海底之上，通过牵引索5对锚链3进行缓冲。所述的容置空间为设置在浮体1内部的舱体8，所述的投放开关为连通海底与容置空间的闸门9。所述的浮体1为船只、漂浮平台。所述的牵引索5为钢索。

实施例2

如图2、图3所示，与实施例1不同的是，还包括支撑装置10，所述的支撑装置10设置在锚机4外侧位于锚链3或/和牵引索5的轴线方向的下方；正常作业时，支撑装置10与锚链3或/和牵引索5不接触，当风浪增大并开启投放开关时，支撑装置10通过抬升机构11将其升起抵挡锚链3或/和牵引索5，将其举起并脱离锚机4的滚轮。所述的支撑装置10包括抬升机构11、支撑辊12，所述的抬升机构11通过液压驱动，其上方设有所述的支撑辊12并控制支撑辊12的上下移动，所述的支撑辊12位于锚机4的侧面、位于锚链3或/和牵引索5的轴线方向的下方。

实施例3

如图4、图5所示，与实施例2不同的是，还包括止回器13，所述的锚链3的外径大于牵引索5的外径，所述的止回器13包括支撑座14、止回盖15，所述的支撑座14上设有深度大于牵引索5的外径且小于锚链3的外径的止回槽16，所述的支撑座14设置在浮体1上，位于掣链器7与锚机4之间，所述的止回盖15一端铰接在支撑座14上，止回盖15盖合在支撑座14上使止回槽16形成只能供牵引索5通过的止回孔，止回盖15的另一端与支撑座14锁紧，正常作业时，止回盖15打开，锚链3放下后通过掣链器7对锚链3进行固定，当风浪增大时，取消掣链器7对锚链3的固定并关闭止回盖15。所述的支撑装置10采用单支撑辊12结构并设置在锚机4的另一侧。

实施例4

如图6所示，与实施例1不同的是，所述的容置空间为设置在浮体1外侧的固定机构17，所述的投放开关为在固定机构17上与负载重物6连接的夹持机构18，所述的牵引索5捆绕在固定机构17上的缠绕器19中。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.恒张力锚泊系统，其安装在海上的浮体上，其特征在于，包括锚、锚链、锚机、牵引索、负载重物、掣链器；所述的浮体中设有用于容置牵引索及负载重物的容置空间，在浮体上设有投放负载重物的投放开关；所述的锚机设置在浮体上，所述的锚链一端连接锚，另一端通过锚机的滚轮后与牵引索的一端连接，所述的牵引索另一端与负载重物连接，所述的掣链器设在浮体上，位于锚机朝向锚的一侧，用于掣住或夹住锚链；正常作业时，牵引索与重物存放在容置空间中，锚、锚链、锚机实现正常的锚泊作业，锚链放下后通过掣链器对锚链进行固定，当风浪增大时，取消掣链器对锚链的固定并通过打开投放开关将负载重物向下投放，通过牵引索对锚链进行缓冲。

2.根据权利要求1所述的恒张力锚泊系统，其特征在于，还包括支撑装置，所述的支撑装置设置在锚机外侧位于锚链或/和牵引索的轴线方向的下方；正常作业时，支撑装置与锚链或/和牵引索不接触，当风浪增大并开启投放开关时，支撑装置通过抬升机构将其升起，接触支撑锚链或/和牵引索，将锚链或/和牵引索举起并脱离锚机的滚轮。

3.根据权利要求1所述的恒张力锚泊系统，其特征在于，还包括止回器，所述的锚链的外径大于牵引索的外径，所述的止回器包括支撑座、止回盖，所述的支撑座上设有深度大于牵引索的外径且小于锚链的外径的止回槽，所述的支撑座设置在浮体上，位于掣链器与锚机之间，所述的止回盖一端铰接在支撑座上，止回盖上的平面盖合在支撑座上使止回槽形成只能供牵引索通过的止回孔，止回盖的另一端与支撑座锁紧，正常作业时，止回盖打开，锚链放下后通过掣链器对锚链进行固定，当风浪增大时，取消掣链器对锚链的固定并关闭止回盖。

4.根据权利要求1所述的恒张力锚泊系统，其特征在于，所述的容置空间为设置在浮体内部的舱体，所述的投放开关为连通海底与容置空间的闸门。

5.根据权利要求1所述的恒张力锚泊系统，其特征在于，所述的容置空间为设置在浮体外侧的固定机构，所述的投放开关为在固定机构上与负载重物连接的夹持机构，所述的牵引索捆绕在固定机构上的缠绕器上。

6.根据权利要求2所述的恒张力锚泊系统，其特征在于，所述的支撑装置包括支撑辊、抬升机构，所述的抬升机构通过液压驱动，其上方设有所述的支撑辊并控制支撑辊的上下移动，所述的支撑辊位于锚机的侧面、位于锚链或/和牵引索的轴线方向的下方。

7.根据权利要求1至6任一项所述的恒张力锚泊系统，其特征在于，所述的浮体为船只、漂浮平台。

8.根据权利要求7所述的恒张力锚泊系统，其特征在于：所述的负载重物的重量和牵引索的长度根据浮体设计极限工况下波浪条件进行匹配设置。

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