CN114435539B - 一种螺旋排土驱动鱼雷锚的装置与方法 - Google Patents
一种螺旋排土驱动鱼雷锚的装置与方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种螺旋排土驱动鱼雷锚的装置与方法，该装置包括锚链、尾翼、锚身、锚头、铰点、尾板、中空管道、步进电机、电池、钢筋条、转轴、螺旋板；所述转轴后端与尾板连接，转轴前端与螺旋板连接，安装在中空管道中央；所述步进电机用钢筋条固定在中空管道上部；所述电池安装在步进电机内部；主要通过步进电机来驱动螺旋板、转轴与尾板构成的组合，进行往复挖土和排土操作，将鱼雷锚持续向海底推进，解决了鱼雷锚贯入深度不足的问题或者贯入土层过于松散不利于鱼雷锚承载力发挥的问题；由于鱼雷锚自身可以掘进，无需过分依赖鱼雷锚自身重力来提高贯入深度，能够实现鱼雷锚轻量化制作，减少材料用量，节省制作成本以及运输安装成本。
Description
技术领域
本发明属于系泊基础装置技术领域，特别涉及一种螺旋排土驱动鱼雷锚的装置与方法。
背景技术
我国海洋资源探索正向深海迈进，对海洋石油平台和平台锚泊基础提出很高的要求。目前运用较广泛的深水锚基础主要有吸力锚、法向承力锚、吸力贯入式板锚、振动深埋锚、动力贯入锚等。其中，鱼雷锚是最新发展的深海锚基础形式，具有造价经济、安装简单高效、锚泊性能佳等突出特点，尤其是克服了传统锚基础安装成本严重依赖水深的缺点，是目前最具发展前景的深水锚基础。目前遇到的问题是鱼雷锚主要依靠自身重力来贯入土体，但是贯入深度取决于地层的坚硬程度，对于坚硬的砂土地层中，锚体仅靠自重难以达到指定土层，承载能力无法达到设计要求。
检索发现，申请号为202010027392.6《一种可加深锚固长度的鱼雷锚》提供了一种可加深锚固长度的方案，利用电机顶推刀片，通过切割土层加深锚固长度、提升鱼雷锚抗拔能力。但是这种鱼雷锚仅是利用锚头的刀片来切割土层，难以将前方土体进行有效排出，最终导致前方阻力越来越大，难以实现持续有效掘进，制约了掘进的深度；申请号为201610533751.9《一种带环刺鱼雷锚》，通过在腔体内部设置穿刺机构，在拉力作用穿刺成一个平面，提高鱼雷锚的承载力。但是这种鱼雷锚在初始贯入深度处进行平面展开刺刀来提高鱼雷锚的承载力，其承载力的发挥很难有更大程度的提高。
综上所述，现有技术存在以下缺点：无法对地层进行持续有效掘进，将鱼雷锚前方土体输送到鱼雷锚后方，从而实现减少前方推进阻力，增大后方推进反力的效果，导致掘进深度受到较大限制。对于无法驱动加深锚固深度的鱼雷锚，单纯依靠在初始贯入深度处进行平面展开刺刀的方法，其承载力的发挥又严重依赖鱼雷锚自身的重力和土层的软硬程度，如果贯入深度不理想，鱼雷锚的承载力难以得到发挥。对于坚硬的土层，增加初始贯入深度则需要提高自身重力，这样就需要额外的材料用量、制作成本和运输安装成本。
因此，现有技术难以克服鱼雷锚掘进阻力，无法对地层进行持续有效掘进，无法通过增加鱼雷锚的推进距离来达到一个合适的地层或者合适的深度进行最终定位，只是在通过切割土层加深锚固长度或者进行平面展开刺刀来提高鱼雷锚的承载力，其承载力的发挥很难有更大程度的提高。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种螺旋排土驱动鱼雷锚的装置与方法，采用螺旋排土的方式将锚头前方的土体不断输送到尾部，并进行不断的向前推进鱼雷锚，达到推进到一个合适的地层或者合适的深度进行最终定位，使得承载力能够得到有效的发挥；解决鱼雷锚初始贯入深度不足，或者因贯入土层过于松散导致不能充分发挥鱼雷锚承载力的问题。
一种螺旋排土驱动鱼雷锚的装置，包括锚链1、尾翼2、锚身3、锚头4、铰点5、尾板6、中空管道7、步进电机8、电池9、钢筋条10、转轴11、螺旋板12；
所述锚身3和锚头4通过铰点5连接；
所述锚链1和尾板6外部中点连接；
所述尾翼2按十字状排列焊接在锚身3尾部；
所述尾板6与转轴11后端焊接为一体，安装在中空管道7中央，尾板6直径与中空管道7内径一致，允许尾板6在中空管道的内部滑动；
所述钢筋条10将步进电机8固定在中空管道7上部，钢筋条10每两根之间夹角为120度，钢筋条10向步进电机8外侧倾斜，避免步进电机8被尾板6或螺旋板12碰到；
所述转轴11穿过步进电机8的中空部分，步进电机8中空部分有螺纹，且与转轴11外部螺纹吻合，当尾板6与锚身3尾部齐平时，步进电机8位于转轴11中心位置处；
所述螺旋板12与转轴11前端连接，螺旋板12上部直径与中空管道7内径一致，头部为锥形，直径与锚头4内径一致；
所述电池9安装在步进电机8内部，为步进电机供电，让步进电机带动转轴以及尾板往复移动。
一种螺旋排土驱动鱼雷锚的方法，采用上述的螺旋排土驱动鱼雷锚的装置连接，具体步骤如下：
①使用锚链将鱼雷锚吊住，送至指定释放地点；
②在指定释放地点将鱼雷锚垂直投入水中，使鱼雷锚自由落体射入海底河床内部；
③启用步进电机8将转轴11下移，带动螺旋板12压开锚头4，使得螺旋板12下部接触到海底土层；
④螺旋板12开始掘土，向前推进，在推进的过程中将海底的土向后排入中空管道7内，直到尾板6触碰到步进电机8上方钢筋条10时，停止掘进；此时由于海床土层的重力、海水的冲击作用以及尾板6向前推进产生的吸力导致鱼雷锚尾部外的土进入到尾板6上方的中空管道与海水接触的部分空间；
⑤反向驱动步进电机8使螺旋板12向后推动，此时尾板6向后移动的同时将上方的土往外推，与此同时，锚身3由于相对运动产生的推力而向海底前进；
⑥尾板6一直向上顶推，当尾板6离开中空管道7时，步骤4中螺旋板12掘进中空管道7的土从两边的缝隙中排出，同时推动锚身3继续向海底推进；
⑦当螺旋板12即将接触到步进电机8下方钢筋条10时，停止步进电机8的运作，并循环进行步骤④到⑥，使得鱼雷锚持续向海底推进，直到前进到设定的目标距离为止，停止鱼雷锚的推进工作。
进一步地，通过螺旋板12将前方土体导入中空管道7内，并通过步进电机8带动转轴11及尾板6往复移动，将中空管道7内的土体排到锚身3后方，实现将锚头4前方土体排到锚身3后方，减少前方推进阻力、增大后方推进反力的目标。
进一步地，通过步进电机8的往复挖土和排土操作，将鱼雷锚持续向海底推进，实现鱼雷锚埋置深度增加，提高其承载力的目标。
有益效果
本发明提供了一种螺旋排土驱动鱼雷锚的装置与方法，该装置包括锚链1、尾翼2、锚身3、锚头4、铰点5、尾板6、中空管道7、步进电机8、电池9、钢筋条10、转轴11、螺旋板12；所述螺旋板12将前方土体导入中空管道7内，并通过步进电机8带动转轴11及尾板6往复移动，将中空管道7内的土体排到锚身3后方，实现将锚头4前方土体排到锚身3后方的目标；通过步进电机8的往复挖土和排土操作，将鱼雷锚持续向海底推进，实现鱼雷锚埋置深度增加，提高其承载力的目标。
本发明的优点如下：
1)通过螺旋板将前方土体导入中空管道内，并通过步进电机带动转及尾板往复移动，将中空管道内的土体排到锚身后方，实现将锚头前方土体排到锚身后方，减少前方推进阻力、增大后方推进反力的目标；
2)通过步进电机的往复挖土和排土操作，将鱼雷锚持续向海底推进，实现鱼雷锚埋置深度增加；
3)通过上述的改进，可以增加鱼雷锚的推进距离来达到一个合适的地层或者合适的深度进行最终定位，解决了鱼雷锚贯入深度不足的问题或者贯入土层过于松散不利于鱼雷锚承载力发挥的问题。
4)由于鱼雷锚自身可以掘进，就不需要过分依赖鱼雷锚自身重力来提高贯入深度，能够实现鱼雷锚轻量化制作，减少材料用量，节省制作成本以及运输和安装成本。
附图说明
图1为本发明所述的装置结构示意图；
图2为本发明所述在步进电机驱动下螺旋板向海底深处掘进；
图3为本发明所述反向驱动步进电机，使尾板向上推土，在反作用力下推动鱼雷锚往前掘进；
图4为本发明所述达到目标距离后停止工作的鱼雷锚；
标号说明：锚链1，尾翼2，锚身3，锚头4，铰点5，尾板6，中空管道7，步进电机8，电池9，钢筋条10，转轴11，螺旋板12。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，一种螺旋排土驱动鱼雷锚的装置，包括锚链1、尾翼2、锚身3、锚头4、铰点5、尾板6、中空管道7、步进电机8、电池9、钢筋条10、转轴11、螺旋板12；
所述锚身3和锚头4通过铰点5连接；
所述锚链1和尾板6外部中点连接；
所述尾翼2按十字状排列焊接在锚身3尾部；
所述尾板6与转轴11后端焊接为一体，安装在中空管道7中央，尾板6直径与中空管道7内径一致，允许尾板6在中空管道的内部滑动；
所述钢筋条10将步进电机8固定在中空管道7上部，钢筋条10每两根之间夹角为120度，钢筋条10向步进电机8外侧倾斜，避免步进电机8被尾板6或螺旋板12碰到；
所述转轴11穿过步进电机8的中空部分，步进电机8中空部分有螺纹，且与转轴11外部螺纹吻合，当尾板6与锚身3尾部齐平时，步进电机8位于转轴11中心位置处；
所述螺旋板12与转轴11前端连接，螺旋板12上部直径与中空管道7内径一致，头部为锥形，直径与锚头4内径一致；
所述电池9安装在步进电机8内部，为步进电机供电，让步进电机带动转轴以及尾板往复移动。
一种螺旋排土驱动鱼雷锚的方法，采用上述的螺旋排土驱动鱼雷锚的装置连接，具体步骤如下：
①使用锚链将鱼雷锚吊住，送至指定释放地点；
②在指定释放地点将鱼雷锚垂直投入水中，使鱼雷锚自由落体射入海底河床内部；
③启用步进电机8将转轴11下移，带动螺旋板12压开锚头4，使得螺旋板12下部接触到海底土层；
④螺旋板12开始掘土，向前推进，在推进的过程中将海底的土向后排入中空管道7内，直到尾板6触碰到步进电机8上方钢筋条10时，停止掘进，如图2所示；此时由于海床土层的重力、海水的冲击作用以及尾板6向前推进产生的吸力导致鱼雷锚尾部外的土进入到尾板6上方的中空管道与海水接触的部分空间；
⑤反向驱动步进电机8使螺旋板12向后推动，此时尾板6向后移动的同时将上方的土往外推，与此同时，锚身3由于相对运动产生的推力而向海底前进；
⑥尾板6一直向上顶推，当尾板6离开中空管道7时，步骤4中螺旋板12掘进中空管道7的土从两边的缝隙中排出，同时推动锚身3继续向海底推进；
⑦当螺旋板12即将接触到步进电机8下方钢筋条10时，停止步进电机8的运作，如图3所示，并循环进行步骤④到⑥，使得鱼雷锚持续向海底推进，直到前进到设定的目标距离为止，停止鱼雷锚的推进工作，如图4所示。
进一步地，通过螺旋板12将前方土体导入中空管道7内，并通过步进电机8带动转轴11及尾板6往复移动，将中空管道7内的土体排到锚身3后方，实现将锚头4前方土体排到锚身3后方，减少前方推进阻力、增大后方推进反力的目标。
进一步地，通过步进电机8的往复挖土和排土操作，将鱼雷锚持续向海底推进，实现鱼雷锚埋置深度增加，提高其承载力的目标。
以上所述仅是本发明技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种螺旋排土驱动鱼雷锚的装置，其特征在于，包括锚链(1)、尾翼(2)、锚身(3)、锚头(4)、铰点(5)、尾板(6)、中空管道(7)、步进电机(8)、电池(9)、钢筋条(10)、转轴(11)、螺旋板(12)；
所述锚身(3)和锚头(4)通过铰点(5)连接；
所述锚链(1)和尾板(6)外部中点连接；
所述尾翼(2)按十字状排列焊接在锚身(3)尾部，与锚头(4)是一体；
所述尾板(6)与转轴(11)后端焊接为一体，安装在中空管道(7)中央，尾板(6)直径与中空管道(7)内径一致，允许尾板(6)在中空管道的内部滑动；
所述钢筋条(10)将步进电机(8)固定在中空管道(7)上部，钢筋条(10)每两根之间夹角为120度，钢筋条(10)向步进电机(8)外侧倾斜，避免步进电机(8)被尾板(6)或螺旋板(12)碰到；
所述转轴(11)穿过步进电机(8)的中空部分，步进电机(8)中空部分有螺纹，且与转轴(11)外部螺纹吻合，当尾板(6)与锚身(3)尾部齐平时，步进电机(8)位于转轴(11)中心位置处；
所述螺旋板(12)与转轴(11)前端连接，螺旋板(12)上部直径与中空管道(7)内径一致，头部为锥形，直径与锚头(4)内径一致；
所述电池(9)安装在步进电机(8)内部，为步进电机供电，让步进电机带动转轴以及尾板往复移动。
2.一种螺旋排土驱动鱼雷锚的方法，其特征在于，采用权利要求1所述的螺旋排土驱动鱼雷锚的装置连接，具体步骤如下：
①使用锚链将鱼雷锚吊住，送至指定释放地点；
②在指定释放地点将鱼雷锚垂直投入水中，使鱼雷锚自由落体射入海底河床内部；
③启用步进电机(8)将转轴(11)下移，带动螺旋板(12)压开锚头(4)，使得螺旋板(12)下部接触到海底土层；
④螺旋板(12)开始掘土，向前推进，在推进的过程中将海底的土向后排入中空管道(7)内，直到尾板(6)触碰到步进电机(8)上方钢筋条(10)时，停止掘进；此时由于海床土层的重力、海水的冲击作用以及尾板(6)向前推进产生的吸力导致鱼雷锚尾部外的土进入到尾板(6)上方的中空管道与海水接触的部分空间；
⑤反向驱动步进电机(8)使螺旋板(12)向后推动，此时尾板(6)向后移动的同时将上方的土往外推，与此同时，锚身(3)由于相对运动产生的推力而向海底前进；
⑥尾板(6)一直向上顶推，当尾板(6)离开中空管道(7)时，步骤4中螺旋板(12)掘进中空管道(7)的土从两边的缝隙中排出，同时推动锚身(3)继续向海底推进；
⑦当螺旋板(12)即将接触到步进电机(8)下方钢筋条(10)时，停止步进电机(8)的运作，并循环进行步骤④到⑥，使得鱼雷锚持续向海底推进，直到前进到设定的目标距离为止，停止鱼雷锚的推进工作。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过螺旋板(12)将前方土体导入中空管道(7)内，并通过步进电机(8)带动转轴(11)及尾板(6)往复移动，将中空管道(7)内的土体排到锚身(3)后方，实现将锚头(4)前方土体排到锚身(3)后方，减少前方推进阻力、增大后方推进反力的目标。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过步进电机(8)的往复挖土和排土操作，将鱼雷锚持续向海底推进，实现鱼雷锚埋置深度增加，提高其承载力的目标。
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