CN113605440B - 一种应用仿生粘附装置的深海岩石海底吸力锚 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用仿生粘附装置的深海岩石海底吸力锚，吸力锚装置包括圆柱装的壳体，所述壳体内设置有隔板将壳体内部的空腔分隔成上下两部分，在上部空腔内固定有吸力锚电动机和电源组，吸力锚电动机驱动传动螺杆旋转；传动螺杆与撑杆螺套螺纹连接，所述传动螺杆的下端固定有自动检测及加密装置，下部空腔被分隔成圆柱状的第三辅助舱室以及圆筒状的第一辅助舱室和第二辅助舱室，第二辅助舱室与第三辅助舱室通过若干第二排气孔连通，第二辅助舱室与第一辅助舱室通过若干第一排气孔连通。本发明的有益效果为：本发明采用仿生结构，避开以往在岩石地质布置锚点时的耗时耗力且会破坏地质的情况；采用活塞装置产生负压，减少了抽水装备。

Description

一种应用仿生粘附装置的深海岩石海底吸力锚

技术领域

本发明涉及一种深海岩石海底吸力锚，特别涉及一种应用仿生粘附装置的深海岩石海底吸力锚。

背景技术

目前海洋工程中所使用的锚固装置主要包括桩锚、拖曳锚、板锚、动力安装锚以及吸力锚。目前我国的吸力锚种类主要有重力型吸力锚、双筒型吸力锚和自安装式吸力锚等。吸力锚一般为上封闭下开通，依靠自重下沉到海底，泥土密封吸力锚底部开通部位，锚通过壁桶内部产生负压吸附海床，海水压力作用于锚顶，进一步将吸力锚压入地层内部。吸力锚凭借着安装方便、结构简单、可回收以及可承载水平和竖直方向的力等优点广泛应用海上作业系泊及固定领域，尤其是近些年随着对海洋的不断开发，海上设备日益增加，系泊作业如何更加简单方便成为一个海洋工程中的重大研究方向。

如公开号为CN01143244.6以及公开号为CN113106956的发明专利，都是通过外接泵将锚内的水和泥沙抽出进而产生负压，但是在深海的情况下由于泵与锚的距离较远，需要大功率高扬程的泵进行配合，在船体额外占用了大量空间用于安装锚及相关设备

目前吸力锚主要应用于海底地质为泥沙等松软地质海底，当深海海底为岩石时往往只能使用难度较大或安装及拆卸麻烦或费时费力的方法去安装锚固装置，对于一些短暂作业的工程来说，其系泊花费高，操作难度大。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供一种应用仿生粘附装置的深海岩石海底吸力锚，具体包括吸力锚装置和清理装置，其中吸力锚装置包括圆柱装的壳体，其特征在于，所述壳体内设置有隔板将壳体内部的空腔分隔成上下两部分，在上部空腔内固定有吸力锚电动机和电源组，电源组与吸力锚电动机电连接，吸力锚电动机驱动传动螺杆旋转；支架固定在上部空腔内，其上固定有撑杆螺套，传动螺杆与撑杆螺套螺纹连接，所述传动螺杆的下端固定有自动检测及加密装置，所述自动检测及加密装置设置在第三辅助舱室内形成活塞结构，下部空腔被分隔成圆柱状的第三辅助舱室以及圆筒状的第一辅助舱室和第二辅助舱室，所述第二辅助舱室及第一辅助舱室依次设置在第三辅助舱室外周侧，第二辅助舱室与第三辅助舱室通过若干第二排气孔连通，第二辅助舱室与第一辅助舱室通过若干第一排气孔连通；第二辅助舱室通过排水管与外部连通，排水管上设置有单向阀；在第二辅助舱室内安装有加热管，吸盘结构设置在壳体的最下部。

优选的，所述第二辅助舱室与第一辅助舱室间隔部的下端为柔性材料，其内分别嵌入有第一形状记忆弹簧和第二形状记忆弹簧，第一形状记忆弹簧和第二形状记忆弹簧分别与电源组电连接。

优选的，所述自动检测及加密装置包括加密螺圈、加密螺套、加密撑杆、助推板和弹性塑胶，助推板与传动螺杆刚性连接，在其底面及侧面固定有弹性塑胶，加密螺圈与传动螺杆刚性连接，加密螺套设置在加密螺圈的外周与其通过螺纹连接，加密撑杆的两端分别与加密螺套和弹性塑胶活动连接，加密螺套向下运动带动加密撑杆向外侧施加压力使助推板向外侧扩展，进而起到加密的作用。

优选的，所述助推板由多块同心扇形板组成，所述扇形板内设置有凹槽，伸缩板滑动设置在凹槽内，所述伸缩板两两相对设置，助推弹簧推动所述伸缩板运动。

优选的，还包括清理装置，其包括外壳、直流电源、直流电机、转盘、刚性刮板、柔性刷、杂物进口、杂物出口、环形轨道支和锥形固定支点；在外壳上固定直流电源，直流电源与直流电机电连接，转盘设置在外壳的下部通过环形轨道支架与外壳连接，所述环形轨道支架的下侧设置有若干固定支点；直流电机带动转盘旋转；在转盘的下侧面固定柔性刷和刚性刮板，所述柔性刷和刚性刮板交替设置有若干组，所述转盘的底部中心位置设置有杂物进口，其与设置在转盘侧壁面的杂物出口连通。

优选的，所述清理装置还包括第一进水管和压载水舱，所述外壳内设置有压载水舱，压载水舱上部穿过外壳设置有与外部海水连通的第一进水管。

优选的，吸盘结构包括裙边、仿生吸盘上边板和仿生吸盘下边板，仿生吸盘上边板用于与裙边连接，其上设置若干仿生粘附小吸盘；仿生吸盘下边板与裙边连接，所述仿生吸盘下边板上设置若干仿生粘附小吸盘，所述仿生粘附小吸盘内部镶嵌形状记忆弹簧。

优选的，所述加热管上部设置有加热装置电源，加热管为长条状，其从第二辅助腔室的顶部延伸至底部。

优选的，第一辅助腔室的底部设置有仿生吸盘贴。

优选的，还包括与支架固定连接的第一撑杆和第二撑杆，二者位于第二辅助舱室，分别用于支撑舱壁底部。

本发明的有益效果为：

本发明提供的一种应用仿生粘附装置的深海岩石海底吸力锚，巧妙地利用仿生结构，将吸力锚与清理后的岩石吸附，同时结合机械结构产生负压，从而增强吸力锚与岩石的吸附力，大大增加了其水平和竖直方向的承载能力。在清洗装置将岩石表面的泥沙、牡蛎、藤壶等清理干净后，吸力锚利用自身重量竖直下沉，裙边可与任意方向接触的壁面吸附，第二辅助舱室和第三辅助舱室通过机械运动产生负压，第一辅助舱室内压缩的仿生吸盘贴随着不断增压可与能覆盖到的岩石吸附。本发明在解决深海岩石海底布置锚固基础中有以下有益效果：1.安装和回收方便快捷，即使在短期工程或者临时停泊都有很好的效益；2.绿色无污染，本发明采用仿生结构，避开以往在岩石地质布置锚点时的耗时耗力且会破坏地质的情况；3.吸力锚中设置自动检测及加密装置，可加强吸力锚中活塞的耐用性。从而可以看出本发明是一种自动化的、绿色的重力式吸力锚。

附图说明

图1为本发明的岩石表面清扫装置结构轮廓图；

图2为本发明的岩石表面清扫装置剖视图；

图3为本发明的岩石表面清扫装置底部结构图；

图4为本发明的吸力锚剖面图；

图5为本发明的锚底部结构图；

图6为本发明的自动检测及加密装置结构示意图；

图7为本发明的自动检测及加密装置底部剖面图；

图8为本发明的裙边连接仿生吸盘边板展开剖面图；

图9为本发明的仿生粘附小吸盘剖面图；

其中：1-第一进水管、2-压载水舱、3-转盘、4-杂物出口、5-直流电源、6-直流电机、7-杂物进口、8-柔性刷、9-环形轨道支架、10-锥形固定支点、11-刚性刮板、12-吸力锚电动机、13-电源组、14-传动螺杆、15-撑杆螺套、16-加热装置电源、17-加热管、18-第一排气孔、19-第二排气孔、20-排水管、21-第一撑杆、22-第二撑杆、23-第一辅助舱室、24-第二辅助舱室、25-第三辅助舱室、26-自动检测及加密装置、27-第一形状记忆弹簧、28-第二形状记忆弹簧、29-裙边、30-仿生吸盘上边板、31-仿生吸盘边板下边板、32-仿生吸盘贴、33-加密螺圈、34-加密螺套、35-加密撑杆、36-助推板、37-弹性塑胶、38-助推弹簧、39-伸缩板、40-隔板、41-壳体、42-支架。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明进行详细说明。

本发明公开了一种应用仿生粘附装置的深海岩石海底吸力锚，包括如图1至图3所示的清理装置和如图4至图9所示的吸力锚装置，所述清理装置包括第一进水管1、压载水舱2、直流电源5、直流电机6、转盘3、刚性刮板11、柔性刷8、杂物进口7、杂物出口4、环形轨道支架9和锥形固定支点10；在外壳上固定直流电源5，直流电源5与直流电机6电连接，转盘3设置在外壳的下部通过环形轨道支架9与外壳连接，所述环形轨道支架9的下侧设置由若干固定支点10，所述固定支点10起到支撑作用使所述清理装置与海底留有一定间隙；所述外壳内设置由压载水舱2，压载水舱2上部穿过外壳设置有与外部海水连通的第一进水管1，直流电机6带动转盘3旋转；在转盘3的下侧面固定柔性刷8和刚性刮板11，所述柔性刷8和刚性刮板11交替设置有若干组，所述转盘3的底部中心位置设置有杂物进口7，其与设置在转盘3侧壁面的杂物出口4连通。

如图4至图5所示，所述吸力锚装置包括圆柱装的壳体41，所述壳体41内设置有隔板40将壳体内部的空腔分隔成上下两部分，在上部空腔内固定有吸力锚电动机12和电源组13，电源组13与吸力锚电动机12电连接，吸力锚电动机12驱动传动螺杆14旋转；支架42固定在上部空腔内，其上固定有撑杆螺套15，传动螺杆14与撑杆螺套15螺纹连接，所述传动螺杆的下端固定有自动检测及加密装置26；下部空腔被分隔成圆柱状的第三辅助舱室25以及圆筒状的第一辅助舱室23和第二辅助舱室24，所述第二辅助舱室24及第一辅助舱室23依次设置在第三辅助舱室25外周侧，第二辅助舱室24与第三辅助舱室25通过若干第二排气孔19连通，第二辅助舱室24与第一辅助舱室23通过若干第一排气孔18连通；第二辅助舱室24通过排水管20与外部连通，排水管20上设置有单向阀，第一排气孔18和第二排气孔19内均设置有单向阀；所述第二辅助舱室24与第一辅助舱室23间隔部的下端为柔性材料，其内分别嵌入有第一形状记忆弹簧27和第二形状记忆弹簧28; 还包括第一撑杆21、第二撑杆22位于第二辅助舱室24，分别支撑舱壁底部，起到支撑作用, 在第二辅助舱室24内安装有加热管17。

如图6至图7所示，所述自动检测及加密装置26包括加密螺圈33、加密螺套34、加密撑杆35、助推板36、弹性塑胶37、助推弹簧38和伸缩板39；助推板36与传动螺杆14刚性连接，在其底面及侧面固定有弹性塑胶37，加密螺圈33与传动螺杆14刚性连接，加密螺套34设置在加密螺圈33的外周与其通过螺纹连接，加密撑杆35的两端分别与加密螺套34和弹性塑胶37活动连接，加密螺套34向下运动带动加密撑杆35向外侧施加压力使助推板36向外侧扩展，进而起到加密的作用，所述自动检测及加密装置26设置在第三辅助舱室25内形成活塞结构。

如图8至9所示，吸盘结构包括：裙边29、仿生吸盘上边板30、仿生吸盘下边板31和仿生吸盘贴32，仿生吸盘上边板30用于与裙边29连接，其上设置若干仿生粘附小吸盘，所述仿生粘附小吸盘内部镶嵌形状记忆弹簧，仿生吸盘下边板31与裙边29连接，所述仿生吸盘下边板31上设置若干仿生粘附小吸盘，所述仿生粘附小吸盘内部镶嵌形状记忆弹簧，仿生吸盘贴32将第一辅助腔室23下开口密封。

在深海海底为岩石海底时，将清洗装置竖直放到海底，在清洗装置自重的作用下，清洗装置通过环形支架及其支点落在岩石表面，清洗装置的直流电源带动直流电机转动，电机带动转盘围着环形轨道转动，在转动过程中，打开压载水舱的进水口，水进入压载水舱，在高速旋转下产生向下的力，从而转盘下的刚性刮板与柔性刷开始清理岩石表面，清理下来的杂物通过刮板处的轨道进入转盘，随着转盘的高速转动，在离心力的作用下杂物被甩出转盘。

岩石表面清洗干净后，将吸力锚装置竖直放入水中，依靠自身重力，下沉至岩石表面，此时第三辅助舱室因为活塞在最底端，第三辅助舱室未进水，第二辅助舱室因底部开敞，被灌入很多水，第一辅助舱室因底部固定有仿生吸盘贴也不会进水，电源组控制吸力锚电动机转动，吸力锚电动机带动传动螺杆转动，使得活塞向上移动压缩第三辅助舱室内的空气进入第二辅助舱室，第二辅助舱室上方压力不断增大，将第二辅助舱室的水通过排水管排到外界，当水位到达一定程度时，关闭排水管开关打开第一排气孔，同时打开加热装置，让第二辅助舱室内的水不断蒸发，水蒸气通过第一排气孔进入第一辅助舱室，可持续给第一辅助舱室加压，到达一定程度后关闭加热装置。此时第三辅助舱室因为活塞上移，底部体积变大，压强变小产生负压；第二辅助舱室的气体不断进入第一辅助舱室也会产生负压；而第一辅助舱室压强越来越大，从而将仿生吸盘贴膨胀起来，贴附在所能覆盖的岩石表面。同时随着传动螺杆的转动，撑杆螺套向下移动，最大限度的保证舱壁接触的密性；而舱壁下表面布置为SMA负压吸盘，形状记忆合金以弹簧的形式嵌入到舱壁下边缘，通电使形状记忆弹簧收缩从而吸盘部分产生负压，进而产生吸附力；在裙边周围布置一周带有仿生吸盘的边板，当每个小吸盘接触物体压力发生变化时，绷紧的连接弹簧断开时其能紧密与各个方向的接触面链接。

为了更好的达到理想效果，在各个管路处安装开关，可控制流体的流动，将活塞设置为自动检测及加密装置，通过六块助推板组成的圆，外围被塑胶包围，长时间磨损时塑胶会消耗老化，塑胶表面布有压力监测装置，当因塑胶破损导致密性变差，压力监测装置将信号传至集成中心，集成中心控制加密螺套转动，从而六个撑杆向圆周做扩散运动，通过助推板挤压塑胶，从而进行加密。因助推板向外运动挤压塑胶，助推板之间将产生间隙，为解决这一问题，将助推板边缘设置成伸缩板，若助推板之间产生间隙，通过助推板内部弹簧将伸缩板推出，使助推板之间紧密连接，从而更好的解决了加密问题。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (9)

1.一种应用仿生粘附装置的深海岩石海底吸力锚，包括圆柱装的壳体，其特征在于，所述壳体内设置有隔板将壳体内部的空腔分隔成上下两部分，在上部空腔内固定有吸力锚电动机和电源组，电源组与吸力锚电动机电连接，吸力锚电动机驱动传动螺杆旋转；支架固定在上部空腔内，其上固定有撑杆螺套，传动螺杆与撑杆螺套螺纹连接，所述传动螺杆的下端固定有自动检测及加密装置，所述自动检测及加密装置设置在第三辅助舱室内形成活塞结构，下部空腔被分隔成圆柱状的第三辅助舱室以及圆筒状的第一辅助舱室和第二辅助舱室，所述第二辅助舱室及第一辅助舱室依次设置在第三辅助舱室外周侧，第二辅助舱室与第三辅助舱室通过若干第二排气孔连通，第二辅助舱室与第一辅助舱室通过若干第一排气孔连通；第二辅助舱室通过排水管与外部连通，排水管上设置有单向阀；在第二辅助舱室内安装有加热管，吸盘结构设置在壳体的最下部；岩石表面清洗干净后，将吸力锚装置竖直放入水中，依靠自身重力，下沉至岩石表面，此时第三辅助舱室因为活塞在最底端，第三辅助舱室未进水，第二辅助舱室因底部开敞，被灌入很多水，第一辅助舱室因底部固定有仿生吸盘贴也不会进水，电源组控制吸力锚电动机转动，吸力锚电动机带动传动螺杆转动，使得活塞向上移动压缩第三辅助舱室内的空气进入第二辅助舱室，第二辅助舱室上方压力不断增大，将第二辅助舱室的水通过排水管排到外界，当水位到达一定程度时，关闭排水管开关打开第一排气孔，同时打开加热装置，让第二辅助舱室内的水不断蒸发，水蒸气通过第一排气孔进入第一辅助舱室，可持续给第一辅助舱室加压，到达一定程度后关闭加热装置；此时第三辅助舱室因为活塞上移，底部体积变大，压强变小产生负压；第二辅助舱室的气体不断进入第一辅助舱室也会产生负压；而第一辅助舱室压强越来越大，从而将仿生吸盘贴膨胀起来，贴附在所能覆盖的岩石表面。

2.根据权利要求1所述的一种应用仿生粘附装置的深海岩石海底吸力锚，其特征在于，所述第二辅助舱室与第一辅助舱室间隔部的下端为柔性材料，其内分别嵌入有第一形状记忆弹簧和第二形状记忆弹簧，第一形状记忆弹簧和第二形状记忆弹簧分别与电源组电连接。

3.根据权利要求1所述的一种应用仿生粘附装置的深海岩石海底吸力锚，其特征在于，所述自动检测及加密装置包括加密螺圈、加密螺套、加密撑杆、助推板和弹性塑胶，助推板与传动螺杆刚性连接，在其底面及侧面固定有弹性塑胶，加密螺圈与传动螺杆刚性连接，加密螺套设置在加密螺圈的外周与其通过螺纹连接，加密撑杆的两端分别与加密螺套和弹性塑胶活动连接，加密螺套向下运动带动加密撑杆向外侧施加压力使助推板向外侧扩展，进而起到加密的作用。

4.根据权利要求3所述的一种应用仿生粘附装置的深海岩石海底吸力锚，其特征在于，所述助推板由多块同心扇形板组成，所述扇形板内设置有凹槽，伸缩板滑动设置在凹槽内，所述伸缩板两两相对设置，助推弹簧推动所述伸缩板运动。

5.根据权利要求1所述的一种应用仿生粘附装置的深海岩石海底吸力锚，其特征在于，还包括清理装置，其包括外壳、直流电源、直流电机、转盘、刚性刮板、柔性刷、杂物进口、杂物出口、环形轨道支和锥形固定支点；在外壳上固定直流电源，直流电源与直流电机电连接，转盘设置在外壳的下部通过环形轨道支架与外壳连接，所述环形轨道支架的下侧设置有若干固定支点；直流电机带动转盘旋转；在转盘的下侧面固定柔性刷和刚性刮板，所述柔性刷和刚性刮板交替设置有若干组，所述转盘的底部中心位置设置有杂物进口，其与设置在转盘侧壁面的杂物出口连通。

6.根据权利要求5所述的一种应用仿生粘附装置的深海岩石海底吸力锚，其特征在于，所述清理装置还包括第一进水管和压载水舱，所述外壳内设置有压载水舱，压载水舱上部穿过外壳设置有与外部海水连通的第一进水管。

7.根据权利要求1所述的一种应用仿生粘附装置的深海岩石海底吸力锚，其特征在于，吸盘结构包括裙边、仿生吸盘上边板和仿生吸盘下边板，仿生吸盘上边板用于与裙边连接，其上设置若干仿生粘附小吸盘；仿生吸盘下边板与裙边连接，所述仿生吸盘下边板上设置若干仿生粘附小吸盘，所述仿生粘附小吸盘内部镶嵌形状记忆弹簧。

8.根据权利要求1所述的一种应用仿生粘附装置的深海岩石海底吸力锚，其特征在于，所述加热管上部设置有加热装置电源，加热管为长条状，其从第二辅助腔室的顶部延伸至底部。

9.根据权利要求1所述的一种应用仿生粘附装置的深海岩石海底吸力锚，其特征在于，还包括与支架固定连接的第一撑杆和第二撑杆，二者位于第二辅助舱室，分别用于支撑舱壁底部。

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