CN111619736A

CN111619736A - 近海锚

Info

Publication number: CN111619736A
Application number: CN202010310783.9A
Authority: CN
Inventors: 张森; 张洪刚; 淦学甄; 杜柏松; 刘嫚
Original assignee: Zhejiang Ocean University ZJOU
Current assignee: Zhejiang Ocean University ZJOU
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2020-09-04
Anticipated expiration: 2040-04-20
Also published as: CN111619736B

Abstract

本发明公开一种近海锚，属于海上锚固基础系泊技术领域，包括锚筒及起吊装置，锚筒上方连接起吊装置，锚筒外侧面下方为一锥尖向下、锥角为锐角的外锥面，锚筒上侧中心含一上端盖通孔，内腔上方吊装有内吸附组件，锚筒外侧面安装有安装环，安装环距锚筒下端面的距离大于L3·cosα/sinα，且至少均布三个，安装环与外吸附组件连接。相比传统吸力锚，本发明在锚筒下方增加锥角，使锚体更易沉入海底泥沙层，并在锚筒内外侧分别增设吸附组件，依靠真空吸附预压方法持续加固锚固系统内外侧的泥沙，必要时亦可为锚体内腔增强负压，维持持久可靠的抓力，解决了海浪冲刷及海底土质松软带来的真空破坏问题，实现双层安全保障，安装便捷、适应性强。

Description

近海锚

技术领域

本发明属于海上锚固基础系泊技术领域，具体涉及近海锚。

背景技术

随着海洋的不断开发，各种海洋设备，包括各种船只、载体平台等越来越多，在海中停靠时间也随之变长，特别是在近海中的设施，其锚固系统的稳定性不仅关系到其经济利益，亦与海洋生态息息相关。稳定的锚固系统可以防止锚固设备脱离，一方面保障了经济安全，另一方面防止脱离后带动锚体破坏近海内的设施，如鱼礁、光缆及管道等。

近年来，吸力锚依靠自身安装方便、安全可靠、便于运输的优势具有较好发展前景。但由于吸力锚安装完成后，抓力主要依靠压差造成的筒体内外壁与土质的摩擦提供。而近海底质地基不同，特别涉及到软质地基，且泥沙运动剧烈时，直接影响吸力锚的稳定性，造成锚固系统失效的情况。因此，设计一种结构简单，并能持续加固锚固系统周围的泥沙，维持持久可靠的抓力是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供近海锚，采用吸力锚工作原理，在锚筒下方增加锥角，并在锚筒内外侧分别增设吸附组件，依靠真空吸附预压方法持续加固锚固系统内外侧的泥沙，必要时亦可为锚体内腔增强负压，使锚体更易沉入泥底，维持持久可靠的抓力，有效避免真空破坏，实现双层安全保障，安装便捷、安全性能好、适应性强。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：近海锚，包括锚筒及起吊装置，锚筒上方连接起吊装置，锚筒外侧面下方含一锥尖向下的外锥面，外锥面的锥角α为锐角；锚筒上侧中心含一上端盖通孔；锚筒内腔高度为L1，内径为L2，壁厚为L3，锚筒外侧面安装有安装环，安装环距锚筒下端面的距离大于L3·cosα/sinα，且至少均布三个。锚筒下方为一锥尖向下的锐角外锥面，在沉降海底后有利于依靠自身重力沉降泥沙中，扎入泥底深度更深，使锚体在海中更稳定。

作为优选，锚筒内腔上侧吊装有内吸附组件，内吸附组件包括圆筒；圆筒内侧有一圆筒凸台，下侧有若干均布的圆筒切槽。内吸附组件可以对锚筒真空腔内部软质海底进行预压，防止疏松，必要时亦可为真空腔内部增强负压，从而提高近海锚的安全稳定性，防止真空破坏后造成的不良后果。

作为优选，圆筒下端面与下限位法兰的法兰安装面连接；下限位法兰下方的法兰盘均布若干法兰槽口，法兰槽口与圆筒切槽对应连接；下限位法兰中心为通孔，下限位法兰上侧为一法兰凸台或若干铰链座一，法兰凸台为圆锥台或鼓形台或球台，位于圆筒的内侧；铰链座一成对存在，沿轴线均布，至少三对。下限位法兰的法兰槽口与圆筒切槽对应连接后形成的槽口及下限位法兰中心的通孔与锚筒腔室相通，法兰凸台置于圆筒内侧。圆筒与法兰盘高度之和即内吸附组件支撑结构总高为L6，满足L6≤L1-L3·cosα/sinα。

作为优选，圆筒内侧安装有运动活塞，运动活塞为密度小于海水密度的材质，在海水中具有上浮力；运动活塞下方通过球铰与吸附装置连接；运动活塞、下限位法兰与圆筒同轴心。运动活塞连接吸附装置在圆筒内腔中上下运动，运动活塞、下限位法兰与圆筒同轴心，整体为对称结构，受力均匀，有利于实现上下顺畅滑动。

作为优选，运动活塞在圆筒凸台的下端面与下限位法兰的法兰安装面之间运动；运动活塞中心为出水口，外侧面嵌入密封圈。圆筒凸台的下端面与下限位法兰的法兰安装面之间为运动活塞的安全行程，并对运动活塞与圆筒内腔进行密封，有助于腔室长期保压。运动活塞中心的出水口用于排水。

作为优选，吸附装置含支撑杆，支撑杆与扇形网衣中间连接，扇形网衣两侧边连接扇形吸盘组；支撑杆、扇形网衣与扇形吸盘组对应环形均布，不少于三个；支撑杆分别卡入法兰槽口与圆筒切槽组装形成的对应槽口中，吸附装置可展开为圆形。吸附装置的扇形网衣与扇形吸盘组均为柔性结构，支撑杆为扇形网衣与扇形吸盘组的骨架，支撑杆卡入法兰槽口与圆筒切槽组装形成的对应槽口中，利用圆筒凸台和圆筒切槽的限位，并在法兰凸台的作用下，驱使吸附装置进行铺展与回缩动作。展开后吸附装置外径L4小于锚筒内径L2，吸附装置内径L5小于圆筒外径L7。

作为优选，扇形吸盘组有若干不同大小个相似扇形吸盘鳞状拼接而成，与扇形网衣共同组成一个中空的圆；扇形网衣为防腐防水布料；扇形吸盘组朝向锚筒下侧的一面有若干扇形吸盘孔。扇形吸盘组选用鳞状拼接结构具有一定的适应性，可贴附于海底底质进行吸附作用，固化软质海底，稳定锚体，增大抓力。

作为优选，支撑杆为锥形，大端连接有球头；球头与球铰配合连接；支撑杆为耐磨防腐材料，韧性好、可折弯。支撑杆采用球面副运动，比常规运动方式更加灵活安全，减少卡死机率。支撑杆采用锥形结构更有利于末端的弯曲动作，实现吸附装置的伸展。

作为优选，安装环连接有外吸附组件，外吸附组件整体为锥桶装结构，包括若干环形封闭吸管和一中间含通孔的圆形网布，吸管间隔分布与网布连接；吸管朝锚筒下方的一侧含若干吸孔；网布为防腐防水布料。外吸附组件整体套入锚筒外侧，并通过绳索连接于安装环上，当沉入海底后，依靠自身重力铺展开来进行吸附，具有极强的海底面适应能力，防止海浪冲刷后及自身土质松软带来的真空破坏，达到固化锚筒外侧的软质土层目的，加强锚体的稳定性。

作为优选，内吸附组件、外吸附组件与锚筒同轴心。内吸附组件、外吸附组件与锚筒同轴分布有利于整体受力均匀，平稳的沉降海底。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：相比传统吸力锚，本发明吸力锚结构在锚筒下方增加锥角，使锚体更易沉入泥底；并在锚筒内外侧分别增设吸附组件，依靠真空吸附预压方法持续加固锚固系统内外侧的泥沙，必要时亦可为锚体内腔增强负压，维持持久可靠的抓力，解决了海浪冲刷及海底土质松软带来的真空破坏问题，实现双层安全保障，安装便捷、安全性能好、适应性强。

附图说明

图1为本发明近海锚投放前的剖视图；

图2为本发明近海锚投放后的剖视图；

图3为本发明近海锚锚筒主体的俯视图；

图4为本发明内吸附组件的剖视图；

图5为本发明内吸附组件支撑结构的剖视图；

图6为本发明内吸附组件圆筒的剖视图；

图7为本发明内吸附组件圆筒的仰视图；

图8为本发明实施例1中下限位法兰的剖视图；

图9为本发明实施例1中下限位法兰的俯视图；

图10为本发明展开的吸附装置的仰视图；

图11为本发明吸附装置支撑杆的结构示意图；

图12为本发明外吸附组件的仰视图；

图13为本发明实施例2内吸附组件的剖视图；

图14为本发明实施例2中下限位法兰的剖视图；

图15为本发明实施例2中下限位法兰的俯视图；

图16为本发明实施例2中吸附装置支撑杆的结构示意图；

图17为本发明实施例2中吸附装置连杆的结构示意图。

附图标记说明：锚筒1；上端盖通孔11；安装环12；外锥面13；起吊装置14；内吸附组件2；圆筒21；运动活塞22；球铰23；吸附装置24；下限位法兰25；密封圈26；连杆27；圆筒凸台211；圆筒切槽212；下端面213；出水口221；支撑杆241；扇形网衣242；扇形吸盘组243；扇形吸盘孔2431；球头2411；铰链座二2412；法兰盘251；法兰凸台252；法兰安装面253；通孔254；法兰槽口255；铰链座一256；铰链孔一271；铰链孔二272；外吸附组件3；吸管31；网布32；吸孔311。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步详细描述：

实施例1：

如图1-12所示，近海锚，包括锚筒1及起吊装置14，锚筒1上方连接起吊装置14，起吊装置14至少两个，锚筒1外侧面下方含一锥尖向下的外锥面13，外锥面13的锥角α为锐角；锚筒1上侧中心含一上端盖通孔11；锚筒1内腔高度为L1，内径为L2，壁厚为L3，锚筒1外侧面安装有安装环12，安装环12距锚筒1下端面的距离大于L3·cosα/sinα，六个均布。锚筒1下方为一锥尖向下的锐角外锥面13，在沉降海底后有利于依靠自身重力沉降泥沙中，扎入泥底深度更深，使锚体在海中更稳定。

锚筒1内腔上侧吊装有内吸附组件2，内吸附组件2包括圆筒21；圆筒21内侧有一圆筒凸台211，下侧有若干均布的圆筒切槽212。内吸附组件2可以对锚筒1真空腔内部软质海底进行预压，防止疏松，必要时亦可为真空腔内部增强负压，从而提高近海锚的安全稳定性，防止真空破坏后造成的不良后果。圆筒凸台211和圆筒切槽212均用于限位。

圆筒21下端面213与下限位法兰25的法兰安装面253连接；下限位法兰25下方的法兰盘251均布若干法兰槽口255，法兰槽口255与圆筒切槽212对应连接；下限位法兰25中心为通孔254，下限位法兰25上侧为一法兰凸台252，法兰凸台252为圆锥台，位于圆筒21的内侧。下限位法兰25的法兰槽口255与圆筒切槽212对应连接后形成的槽口及下限位法兰25中心的通孔254与锚筒1腔室相通，法兰凸台252置于圆筒21内侧，锥尖朝上，锥角β为锐角。圆筒21与法兰盘251高度之和即为内吸附组件支撑结构总高L6，满足L6≤L1-L3·cosα/sinα。

圆筒21内侧安装有运动活塞22，运动活塞22为密度小于海水密度的材质，在海水中具有上浮力；运动活塞22下方通过球铰23与吸附装置24连接；运动活塞22、下限位法兰25与圆筒21同轴心。运动活塞22连接吸附装置24在圆筒21内腔中上下运动，运动活塞22、下限位法兰25与圆筒21同轴心，整体为对称结构，有利于受力均匀，实现上下顺畅滑动。

运动活塞22在圆筒凸台211的下端面213与下限位法兰25的法兰安装面253之间运动；运动活塞22中心为出水口221，外侧面嵌入密封圈26。圆筒凸台211的下端面213与下限位法兰25的法兰安装面253之间为运动活塞22的安全行程，并对运动活塞22与圆筒21内腔进行密封，有助于腔室长期保压。运动活塞22中心的出水口221用于排水。

吸附装置24含支撑杆241；支撑杆241与扇形网衣242中间连接；扇形网衣242两侧边连接扇形吸盘组243；支撑杆241、扇形网衣242与扇形吸盘组243对应环形均布，数量为四个；支撑杆241分别卡入法兰槽口255与圆筒切槽212组装形成的对应槽口中；吸附装置24可展开为圆形。吸附装置24的扇形网衣242与扇形吸盘组243均为柔性结构，支撑杆241为扇形网衣242与扇形吸盘组243的骨架，支撑杆241卡入法兰槽口255与圆筒切槽212组装形成的对应槽口中，并在法兰凸台252的作用下，驱使吸附装置24进行铺展与回缩动作。展开后吸附装置外径L4小于锚筒1内径L2，吸附装置内径L5小于圆筒外径L7。

扇形吸盘组243由三种不同大小的相似扇形吸盘鳞状拼接而成，与扇形网衣242共同组成一个中空的圆；扇形网衣242为防腐防水布料；扇形吸盘组243朝向锚筒1下侧的一面有若干扇形吸盘孔2431。扇形吸盘组243选用鳞状拼接结构具有一定的适应性，可贴附于海底底质进行吸附作用，固化软质海底，稳定锚体，增大抓力。

支撑杆241为锥形，大端连接有球头2411；球头2411与球铰23配合连接；支撑杆241为耐磨防腐材料，韧性好、可折弯。支撑杆241采用球面副运动，比常规运动方式更加灵活安全，减少卡死机率。支撑杆241采用锥形结构更有利于末端的弯曲动作，实现吸附装置24的伸展。

安装环12连接有外吸附组件3，外吸附组件3整体为锥桶装结构，包括若干环形封闭吸管31和一中间含通孔的圆形网布32，吸管31间隔分布与网布32连接；吸管31朝锚筒1下方的一侧含若干吸孔311；网布32为防腐防水布料。外吸附组件3整体套入锚筒1外侧，并通过绳索连接于安装环12上，当沉入海底后，依靠自身重力铺展开来进行吸附，具有极强的海底面适应能力，防止海浪冲刷后及自身土质松软带来的真空破坏，达到固化锚筒1外侧的软质土层目的，加强锚体的稳定性。外吸附组件3可以拆卸。

内吸附组件2、外吸附组件3与锚筒1同轴心。内吸附组件2、外吸附组件3与锚筒1同轴分布有利于整体受力均匀，平稳的沉降海底。

实施例2：

具体实施方式同实施例1，不同之处在于下限位法兰25上侧为铰链座一256，如图13-17所示。铰链座一256成对存在，沿轴线均布，共四对，支撑杆241中段还含有铰链座二2412，铰链座一256与铰链座二2412分别与连杆27的铰链孔一271和铰链孔二272连接，组成连杆机构。当运动活塞22向下运动时带动吸附装置24在连杆27的作用下展开，当运动活塞22向上运动时，吸附装置24收缩。运用连杆机构和球铰配合，使得支撑杆241沿给定方向运动，吸附装置24结构更加稳定。

实施例3：

本发明的近海锚实际使用时，首先近海锚在自重作用下沉入海底泥沙层一定深度，锚筒1内腔与泥沙层形成封闭腔室后将腔室内水从出水口221排出。当腔室内压差足够大时，锚筒1不断被压入泥沙中，直至达到预定深度。其中，内吸附组件2内的运动活塞22的运动腔室与锚筒1腔室连通，初始沉降时运动活塞22在水中具有上浮力，使其与圆筒凸台211下表面贴合；而在在排水过程中，由于压差的作用下带动吸附装置24不断展开压在锚筒1内腔的泥沙层上，当锚筒1完成沉降时，扇形吸盘组243开始工作，吸附锚筒内腔不断渗入的水，使泥沙层更加紧实。而外吸附组件3同样在锚筒1不断被压入泥沙的过程中适应性的贴附于锚筒1外侧的泥沙层上，使锚筒1外侧泥沙层更加紧实，防海流侵袭及减少海水渗入，安全节能、适应性强。

上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，故在此不再详细赘述。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.近海锚，包括锚筒(1)及起吊装置(14)，所述锚筒(1)上方连接起吊装置(14)，其特征在于：所述锚筒(1)外侧面下方含一锥尖向下的外锥面(13)，所述外锥面(13)的锥角α为锐角；所述锚筒(1)上侧中心含一上端盖通孔(11)；所述锚筒(1)内腔高度为L1，内径为L2，壁厚为L3，所述锚筒(1)外侧面安装有安装环(12)，所述安装环(12)距锚筒(1)下端面的距离大于L3·cosα/sinα，且至少均布三个。

2.根据权利要求1所述的近海锚，其特征在于：所述锚筒(1)内腔上侧吊装有内吸附组件(2)，所述内吸附组件(2)包括圆筒(21)；所述圆筒(21)内侧有一圆筒凸台(211)，下侧有若干均布的圆筒切槽(212)。

3.根据权利要求2所述的近海锚，其特征在于：所述圆筒(21)下端面(213)与下限位法兰(25)的法兰安装面(253)连接；所述下限位法兰(25)下方的法兰盘(251)均布若干法兰槽口(255)，所述法兰槽口(255)与所述圆筒切槽(212)对应连接；所述下限位法兰(25)中心为通孔(254)，所述下限位法兰(25)上侧为一法兰凸台(252)或若干铰链座一(256)，所述法兰凸台(252)为圆锥台或鼓形台或球台，位于所述圆筒(21)的内侧，所述铰链座一(256)成对存在，沿轴线均布，至少三对。

4.根据权利要求3所述的近海锚，其特征在于：所述圆筒(21)内侧安装有运动活塞(22)，所述运动活塞(22)为密度小于水密度的材质，在海水中具有上浮力；所述运动活塞(22)下方通过球铰(23)与吸附装置(24)连接；所述运动活塞(22)、下限位法兰(25)与圆筒(21)同轴心。

5.根据权利要求4所述的近海锚，其特征在于：所述运动活塞(22)在圆筒凸台(211)的下端面(213)与下限位法兰(25)的法兰安装面(253)之间运动；所述运动活塞(22)中心为出水口(221)，外侧面嵌入密封圈(26)。

6.根据权利要求4所述的近海锚，其特征在于：所述吸附装置(24)含支撑杆(241)；所述支撑杆(241)与扇形网衣(242)中间连接；所述扇形网衣(242)两侧边连接扇形吸盘组(243)；所述支撑杆(241)、扇形网衣(242)与扇形吸盘组(243)对应环形均布，不少于三个；所述支撑杆(241)分别卡入法兰槽口(255)与圆筒切槽(212)组装形成的对应槽口中；所述吸附装置(24)可展开为圆环形。

7.根据权利要求6所述的近海锚，其特征在于：所述扇形吸盘组(243)有若干不同大小个相似扇形吸盘鳞状拼接而成，与扇形网衣(242)共同组成一个中空的圆；所述扇形网衣(242)为防腐防水布料；所述扇形吸盘组(243)朝向锚筒(1)下侧的一面有若干扇形吸盘孔(2431)。

8.根据权利要求6所述的近海锚，其特征在于：所述支撑杆(241)为锥形，大端连接有球头(2411)；所述球头(2411)与球铰(23)配合连接；所述支撑杆(241)为耐磨防腐材料，韧性好、可频繁折弯。

9.根据权利要求1所述的近海锚，其特征在于：所述安装环(12)连接有外吸附组件(3)，所述外吸附组件(3)整体为锥桶装结构，包括若干环形封闭吸管(31)和一中间含通孔的圆形网布(32)，所述吸管(31)间隔分布与所述网布(32)连接；所述吸管(31)朝锚筒(1)下方的一侧含若干吸孔(311)；所述网布(32)为防腐防水布料。

10.根据权利要求6或9所述的近海锚，其特征在于：所述内吸附组件(2)、外吸附组件(3)与所述锚筒(1)同轴心。