CN114194332A - 一种动力贯入式伞状系泊基础 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力贯入式伞状系泊基础，包括：外附配重；锚头主体，所述锚头主体通过第一限位结构可拆卸地与所述外附配重相连接；锚叶，所述锚叶枢接在所述锚头主体上，以使得所述锚叶在土体阻力作用下绕枢轴向外旋转展开并形成伞状结构；及锚链，所述锚链的一端穿过所述外附配重并固定在所述锚头主体顶部。该动力贯入式伞状系泊基础解决了相关技术中存在的系泊基础与海床土体接触面积受限，安装过程不够简单易行的技术问题。

Description

一种动力贯入式伞状系泊基础

技术领域

本申请涉及深海浮式结构物的系泊技术领域，尤其涉及一种动力贯入式伞状系泊基础。

背景技术

我国海域辽阔，蕴藏着大量有待开发的资源。随着“海洋强国”战略的提出，油气资源的开发利用将逐步由浅海向深水区推进，深海油气平台的建设离不开可靠的深水锚泊系统。目前适用于深水区的系泊基础主要有吸力式沉箱锚、法向承力锚、吸力嵌埋式平板锚及动力贯入锚等。深海系泊基础需与海床土体有较大的接触面积，从而提供可靠承载能力，同时还需满足安装简单易行及经济性的需求。

动力贯入锚又称为鱼雷锚，是一种新型的深水系泊基础。鱼雷锚形状与火箭类似，通常长12-15m，直径0.8-1.2m，由圆柱形锚身、锥形头部及设置在锚身尾部的尾翼组成。在安装时通过自由下落获得的动能贯入海床。可见，动力贯入锚具有结构简单、安装简单易行和制造成本低的特点，适合深海油气平台系泊系统的施工。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

动力贯入锚与海床土体的接触面积有限，制约其承载能力的进一步提升。而吸力式沉箱锚、平板锚等系泊基础在深海中的安装过程与动力贯入式锚相比较为复杂。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种动力贯入式伞状系泊基础，以解决相关技术中存在的系泊基础与海床土体接触面积受限，安装过程不够简单易行的技术问题。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种动力贯入式伞状系泊基础，其特征在于，包括：

外附配重；

锚头主体，所述锚头主体通过第一限位结构可拆卸地与所述外附配重相连接；

锚叶，所述锚叶枢接在所述锚头主体上，以使得所述锚叶在土体阻力作用下绕枢轴向外旋转展开并形成伞状结构；及

锚链，所述锚链的一端穿过所述外附配重并固定在所述锚头主体顶部。

进一步地，还包括用于回收所述外附配重的钢缆，所述钢缆的一端固定在所述外附配重上。

进一步地，所述第一限位结构包括：

第一限位件，所述第一限位件设置在所述外附配重底部；及

第二限位件，所述第二限位件设置在所述锚头主体顶部；

其中所述第一限位件与所述第二限位件可拆卸地相嵌合。

进一步地，还包括用于限制所述锚叶的转动范围的第二限位结构，所述第二限位结构设置在所述锚头主体上。

进一步地，所述第二限位结构包括设置在所述锚头主体的顶部的第三限位件和/或设置在所述锚头主体的侧面的第四限位件，当所述锚叶向外旋转展开时，所述第三限位件抵住所述锚叶的内侧，所述第四限位件抵住所述锚叶的外侧。

进一步地，所述外附配重侧面设置有与所述锚叶形状大小相匹配的凹槽。

进一步地，所述外附配重的横截面形状尺寸与锚头主体的横截面形状尺寸相同。

进一步地，所述锚叶顶部设置有一用于辅助所述锚叶展开的反弯段。

进一步地，所述锚叶的底部横截面为长方形，横截面形状从下至上逐渐向圆弧状过渡且面积逐渐增大。

进一步地，所述锚链的一端穿过所述外附配重并固定在所述锚头主体顶部中心的系泊孔上。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

由上述实施例可知，本申请在锚头主体上设置了可拆卸的外附配重，安装时外附配重提供额外的重量，增大系泊基础自由下落贯入时的动能，进而使锚头主体贯入至海床以下足够的深度，施工较为简便；锚叶枢接在所述锚头主体上，使得所述锚叶在土体阻力作用下绕枢轴向外旋转展开并形成伞状结构，与海床土体有较大的接触面积，进而提高锚体承载能力；外附配重在安装完成后可进行拆卸并回收，实现重复利用。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种动力贯入式伞状系泊基础锚叶展开时的结构正视图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种动力贯入式伞状系泊基础锚叶展开时的结构俯视图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种动力贯入式伞状系泊基础锚叶展开时的结构等轴测视图。

图4是根据一示例性实施例示出的外附配重正视图。

图5是根据一示例性实施例示出的外附配重俯视图。

图6是根据一示例性实施例示出的一种动力贯入式伞状系泊基础锚叶合拢时的结构正视图。

图7是根据一示例性实施例示出的一种动力贯入式伞状系泊基础锚叶合拢时的结构俯视图。

图8是根据一示例性实施例示出的锚头主体正视图。

图9是根据一示例性实施例示出的锚头主体俯视图。

图10是根据一示例性实施例示出的锚叶等轴测视图。

图11是根据一示例性实施例示出的锚头主体与锚叶正视图。

图12是根据一示例性实施例示出的锚头主体与锚叶俯视图。

图13是根据一示例性实施例示出的锚头主体与锚叶等轴测视图。

图14是根据一示例性实施例示出的第二限位结构正视图。

图15是根据一示例性实施例示出的第二限位结构俯视图。

图16是根据一示例性实施例示出的第二限位结构等轴测视图。

图中的附图标记包括：

100、外附配重；110、钢缆；120、凹槽；130、锚链孔；200、锚头主体；210、系泊孔；220、枢轴；300、第一限位结构；310、第一限位件；320、第二限位件；400、锚叶；410、反弯段；420、枢轴连接孔；500、第二限位结构；510、第三限位件；520、第四限位件；600、锚链。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

如图1、3、6所示，本申请提供的一种动力贯入式伞状系泊基础可以包括外附配重100、锚头主体200、锚叶400及锚链600，所述锚头主体200通过第一限位结构300可拆卸地与所述外附配重100相连接；所述锚叶400枢接在所述锚头主体200上，以使得所述锚叶400在土体阻力作用下绕枢轴220向外旋转展开并形成伞状结构；所述锚链600的一端穿过所述外附配重100并固定在所述锚头主体200顶部。

由上述实施例可知，本申请在锚头主体200上设置了可拆卸的外附配重100，安装时外附配重100提供额外的重量，增大系泊基础自由下落贯入时的动能，进而使锚头主体200贯入至海床以下足够的深度，施工较为简便；锚叶400枢接在所述锚头主体200上，使得所述锚叶400在土体阻力作用下绕枢轴220向外旋转展开并形成伞状结构，与海床土体有较大的接触面积，进而提高锚体承载能力；外附配重100在安装完成后可进行拆卸并回收，实现重复利用。

具体地，如图4-图5所示，该动力贯入式伞状系泊基础还可以包括用于回收所述外附配重100的钢缆110，所述钢缆110的一端固定在所述外附配重100上，优选地，为了避免所述钢缆110在所述外附配重100的回收过程中与所述锚链600的缠绕，所述钢缆110的一端固定在所述外附配重100的侧面上；更优选地，为了降低单边固定的钢缆110造成所述外附配重100倾斜而带来的回收难度，所述外附配重100相对的两侧分别固定有钢缆110，在具体实施中，外附配重100在沉贯完成后可通过钢缆110回收，用于另一个同类系泊基础的安装，实现外附配重100的重复利用。

具体地，如图1和图3所示，所述外附配重100侧面设置有与所述锚叶400形状大小相匹配的凹槽120。

具体地，如图6-图7所示，所示锚叶初始状态为嵌合在所述凹槽120中的垂直位姿，当该系泊基础进行沉贯时，如图1-3所示，所述锚叶400在土体阻力作用下绕枢轴220向外旋转展开并形成伞状结构。

具体地，所述外附配重100的横截面形状尺寸与锚头主体200的横截面形状尺寸相同。

具体地，如图8-图9所示，所述锚头主体200设有锥形锚头，可减少系泊基础在沉贯过程中受到的阻力。

具体地，如图1、3、4所示，所述第一限位结构300包括第一限位件310及第二限位件320，所述第一限位件310设置在所述外附配重100底部；所述第二限位件320设置在所述锚头主体200顶部；其中所述第一限位件310与所述第二限位件320可拆卸地相嵌合。

在一实施例中，所述第一限位件310为十字固定结构，所述第二限位件320为空心十字固定结构，两种固定结构可拆卸地相嵌合，从而限制水平向的相对移动。

在另一实施例中，所述第一限位件310为空心圆柱固定结构，所述第二限位件320为带有环形槽的固定结构。所述第一限位件310的内径与所述第二限位件320凹槽120的内径大致相等，所述第一限位件310的外径与所述第二限位件320凹槽120的外径大致相等，两种固定结构可拆卸地相嵌合，从而限制水平向的相对移动。

具体地，如图10所示，所述锚叶400顶部设置有一用于辅助所述锚叶400展开的反弯段410，以使得所述锚叶400更易在海床土体的阻力下沿枢轴220旋转展开。

具体地，如图10所示，所述锚叶400的底部横截面为长方形，横截面形状从下至上逐渐向圆弧状过渡且面积逐渐增大，在安装过程中所述锚叶400可嵌入在外附配重100表面的凹槽120中，由于锚叶400宽度逐渐变化，形成了一个嵌合结构，从而限制外附配重100与锚头主体200之间的轴向相对移动；在一实施例中，锚叶400的圆弧所对应的圆心角变化范围是45°-90°，在该范围内锚叶400的外形变化可与所述外附配重100的凹槽120实现有效嵌合。同时，所述锚叶400宽度的逐渐增大使其与海床土的接触面积更大，提供了较大的承载面积。

具体地，如图11-图13所示，所述锚叶400枢接在所述锚头主体200上，枢轴220为固定在所述锚头主体200上的枢轴220，所述锚叶400上设置有对应的枢轴连接孔420，用于将所述锚叶400设置在所述枢轴220上。

具体地，该系泊基础还可以包括用于限制所述锚叶400的转动范围的第二限位结构500，所述第二限位结构500设置在所述锚头主体200上。

具体地，如图14-图16所示，所述第二限位结构500包括设置在所述锚头主体200的顶部的第三限位件510和/或设置在所述锚头主体200的侧面的第四限位件520，当所述锚叶400向外旋转展开至一定角度时，所述第三限位件510抵住所述锚叶400的内侧，所述第四限位件520抵住所述锚叶400的外侧，以使得所述锚叶400展开后与所述外附配重100的轴线的夹角在0°-60°之间。所述第三限位件510与第四限位件520相配合发挥作用可提供较大受力面积，以限制锚叶400的过度转动并保障锚固力在锚叶400及锚头主体200之间的有效传递，从而避免锚叶400在承受较大阻力时限位结构失效以使得整个系泊基础丧失承载力。锚叶400展开后与所述外附配重100的轴线的夹角在0°-60°之间使得锚叶400能够展开足够的角度以提供所需的竖向承载力，同时避免锚叶400张开角度过大以使得第二限位结构500需承担更大的限位力进而增大设计难度及结构失效的风险。

通过上述对外附配重100、锚头主体200及锚叶400的形状大小的限制，使得锚叶400闭合时可嵌入外附配重100四周，三者可形成外形较为平顺的柱状结构，以减少本发明在动力贯入过程中所承受的土体阻力，更易贯入至海床的指定深度。

具体地，如图1和图13所示，所述锚链600的一端穿过所述外附配重100并固定在所述锚头主体200顶部中心的系泊孔210上，在一实施例中，所述锚链600的一端穿过所述外附配重100轴线中心的锚链孔130，连接在锚头主体200的系泊孔210上，将锚头主体200与外附配重100相连接，使锚叶400闭合。

本申请提供的一种动力贯入式伞状系泊基础的安装过程包括：

将锚叶400闭合并嵌入外附配重100表面的凹槽120，将锚链600的一端穿过锚链孔130固定在系泊孔210上，通过第一限位件310和第二限位件320使外附配重100和锚头主体200固定在一起，通过锚链600将所述系泊基础下放至距离海床一定高度后，保证系泊基础的垂直度，释放系泊基础；系泊基础整体沉贯完成后，张拉锚链600并上提一定高度，使锚头主体200向上运动，进而与锚头主体200相连的锚叶400在土体阻力下绕枢轴220逐渐张开；锚叶400张开至预定角度后，第三限位件510及第四限位件520限制锚叶400的过度展开，同时锚叶400对外附配重100的竖向约束解除；提升外附配重100上连接的钢缆110回收外附配重100。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种动力贯入式伞状系泊基础，其特征在于，包括：

外附配重；

锚头主体，所述锚头主体通过第一限位结构可拆卸地与所述外附配重相连接；

锚叶，所述锚叶枢接在所述锚头主体上，以使得所述锚叶在土体阻力作用下绕枢轴向外旋转展开并形成伞状结构；及

锚链，所述锚链的一端穿过所述外附配重并固定在所述锚头主体顶部。

2.根据权利要求1所述的动力贯入式伞状系泊基础，其特征在于，还包括用于回收所述外附配重的钢缆，所述钢缆的一端固定在所述外附配重上。

3.根据权利要求1所述的动力贯入式伞状系泊基础，其特征在于，所述第一限位结构包括：

第一限位件，所述第一限位件设置在所述外附配重底部；及

第二限位件，所述第二限位件设置在所述锚头主体顶部；

其中所述第一限位件与所述第二限位件可拆卸地相嵌合。

4.根据权利要求1所述的动力贯入式伞状系泊基础，其特征在于，还包括用于限制所述锚叶的转动范围的第二限位结构，所述第二限位结构设置在所述锚头主体上。

5.根据权利要求3所述的动力贯入式伞状系泊基础，其特征在于，所述第二限位结构包括设置在所述锚头主体的顶部的第三限位件和/或设置在所述锚头主体的侧面的第四限位件，当所述锚叶向外旋转展开时，所述第三限位件抵住所述锚叶的内侧，所述第四限位件抵住所述锚叶的外侧。

6.根据权利要求1所述的动力贯入式伞状系泊基础，其特征在于，所述外附配重侧面设置有与所述锚叶形状大小相匹配的凹槽。

7.根据权利要求1所述的动力贯入式伞状系泊基础，其特征在于，所述外附配重的横截面形状尺寸与锚头主体的横截面形状尺寸相同。

8.根据权利要求1所述的动力贯入式伞状系泊基础，其特征在于，所述锚叶顶部设置有一用于辅助所述锚叶展开的反弯段。

9.根据权利要求1所述的动力贯入式伞状系泊基础，其特征在于，所述锚叶的底部横截面为长方形，横截面形状从下至上逐渐向圆弧状过渡且面积逐渐增大。

10.根据权利要求1所述的动力贯入式伞状系泊基础，其特征在于，所述锚链的一端穿过所述外附配重并固定在所述锚头主体顶部中心的系泊孔上。

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