CN209776741U - 一种装配式改进鱼雷锚 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种装配式改进鱼雷锚。主要包括锚头、锚体单元、加载环I和加载环II。以及若干锚翼片I和锚翼片II，可实现模块化、标准化生产，降低生产制造成本，特别是陆地和海上的运输成本。本实用新型工作锚孔位置可沿锚身长度方向调节且可沿锚身环向实现自由旋转，可实现拉拔承载力最优化。其锚身长度和锚体重量可按需调节，从而满足各种复杂海洋地质条件下和各类型海洋平台承载力要求。同时其锚翼片可按需安装，从而满足不同海洋洋流状态下锚体垂直安装的流体稳定性要求。本实用新型除工作锚孔外在锚尾部还配有锚孔，方便锚的垂直安装，优化锚的回收。本实用新型具有通用性、可回收性强的特点，充分利用资源，降低生产和使用成本。

Description

一种装配式改进鱼雷锚

技术领域

本实用新型涉及海洋深水锚基础。

背景技术

随着我国经济快速发展，油气资源消耗量正迅速增加，石油天然气开采正由浅海逐步迈向深海。海洋深水油气资源开采对石油平台和平台锚泊基础有很高的要求。出于造价和效率的综合考虑，深水锚泊系统大多采用张紧或半张紧式锚泊(taut-leg or semi-taut leg mooring)而不是传统的悬链线式锚泊(catenary mooring)。与悬链线式锚泊不同，张紧或半张紧式锚泊要求锚基础具有较大斜向抗拔承载力(即同时具有较大的竖向和水平向抗拔承载力分量)。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，而且鱼雷锚的安装阶段不需借助外力仅靠自重完成，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。

虽然鱼雷锚具有上述众多特点，但现有技术仍有诸多不足：

1)现有鱼雷锚通常是由工厂整体制造完备后再转运至现场实施安装。由于锚体体积庞大(锚身长约12-17米，直径约为0.5-1.2 米)，其陆地和海上运输成本高昂。

2)现有鱼雷锚只具有单个锚孔，锚孔位置固定不可调(为方便锚的安装和回收，锚孔通常位于锚尾端，远离锚体质心位置，因此锚体在拉拔工作阶段能获得的拉拔承载力并不是最优值)。

3)现有鱼雷锚的重量和尺寸需根据应用海域地质条件和所锚泊的海洋平台承载力要求预先设计确定。当应用条件发生较大变化时，鱼雷锚需重新设计和制造，通用性不够强，易造成资源浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种装配式改进鱼雷锚，其特征在于: 装配式改进鱼雷锚包括锚头、若干锚体单元、金属环I、尾端连接部、若干锚翼片I和若干锚翼片II。

所述锚头下端为尖端，上端具有一个直径小于主体部分的杆体。所述杆体靠上的部分是螺杆、靠下的部分没有螺纹的圆柱体I。

所述锚体单元的上端具有一个直径小于主体部分的杆体。所述杆体靠上的部分是螺纹部、靠下的部分没有螺纹的圆柱体II。所述锚体单元的侧壁具有若干条形卡槽。每一个条形卡槽的下端贯通锚体单元的下端面。每一个条形卡槽上端并未贯通锚体单元的上端面。所述锚体单元的下端面具有一个螺纹孔。

若干锚体单元通过螺纹首尾相接。所述金属环I包括环体，以及在环体的外侧壁上的支耳。所述环体套在其中一个锚体单元的圆柱体II上。

所述尾端连接部的下端具有连接孔II、上端具有一个金属块。该金属块上具有一个锚孔I。所述连接孔II内具有螺纹。

所述锚头的螺杆旋入最下端的那个锚体单元的螺纹孔中。

最上端的那个锚体单元的螺纹部旋入尾端连接部的连接孔II 中。最上端的那个锚体单元的圆柱体II也沉入连接孔II中。

金属环I可以自由旋转。

锚链I套在锚孔I上。所述锚链II套在支耳上的锚孔II中。

进一步，金属环I上方的锚体单元都要插入锚翼片，而金属环 I下方都不插入锚翼片。相邻金属环I上方的那个锚体单元的条形卡槽中，插入锚翼片II。所述锚翼片II的翼片部分为直角梯形，翼片的一侧是与条形卡槽配合的凸隼。

除了相邻金属环I上方的那个锚体单元外，其余锚体单元的条形卡槽中，插入锚翼片I。所述锚翼片I的翼片部分为矩形，翼片的一侧是与条形卡槽配合的凸隼。

进一步，除了最上端的锚体单元和套有金属环I的锚体单元，其余锚体单元的圆柱体II和锚头的圆柱体I上套有金属环II。

进一步，所述锚体单元之间的采用对穿螺栓连接。所述锚体单元的上端具有连接圆柱。所述连接圆柱具有贯穿其两侧的通孔。所述锚体单元的下端具有连接孔I。所述锚体单元具有贯穿其两侧的对穿通孔。所述对穿通孔与连接孔I相贯。

连接时，一个锚体单元的连接圆柱插入另一个锚体单元的连接孔I中。所述对穿螺栓穿过对穿通孔和通孔，连接两个锚体单元。

进一步，所述条形卡槽是燕尾槽、T形槽或工字形槽。

进一步，所述锚体单元的主体部分为圆柱体，其内部为空腔。所述空腔内填充铅粉、铁粉或细砂。

进一步，锚头的尖端形状为圆锥形、棱锥形、卵形或截卵形。值得说明的是，上述可装配式改进鱼雷锚相较于现有技术，具有锚身、锚翼可装配；锚长度、重量可按需调整；具有两个锚孔，其中一个锚孔位置、方向可调以获得承载力最优值等特点。其本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型将现有整体式鱼雷锚改进为装配式鱼雷锚，可实现模块化、标准化生产，降低生产制造成本，特别是陆地和海上的运输成本。

2.本实用新型是一种装配式改进鱼雷锚，其工作锚孔(锚孔II) 位置可沿锚身长度方向调节。由于鱼雷锚的拉拔承载力与工作锚孔和锚体质心的距离成负相关关系，将工作锚孔位置调整到尽量靠近质心位置可实现拉拔承载力最优化。

3.本实用新型是一种装配式改进鱼雷锚，其工作锚孔可沿锚身环向实现自由旋转，从而有效避免受平面外拉拔荷载的不利影响。

4.本实用新型是一种装配式改进鱼雷锚，其锚身长度和锚体重量可按需调节，从而满足各种复杂海洋地质条件下和各类型海洋平台承载力要求，克服了传统整体式鱼雷锚通用性差、资源易浪费的不足。

5.本实用新型是一种装配式改进鱼雷锚，其锚翼片可按需安装，从而满足不同海洋洋流状态下锚体垂直安装的流体稳定性要求。

6.本实用新型是一种装配式改进鱼雷锚，除工作锚孔外在锚尾部还配有安装锚孔(锚孔I)，方便锚的垂直安装，优化锚的回收(通过锚尾端的锚孔实施回收，阻力最小)。

7.本实用新型是一种装配式改进鱼雷锚，具有通用性、可回收性强的特点，充分利用资源，降低生产和使用成本。

附图说明

图1是传统整体式鱼雷锚一示意图；

图2是传统整体式鱼雷锚二示意图；

图3是本实用新型鱼雷锚的示意图；

图4是本实用新型锚体单元示意图；

图5是锚翼片示意图；

图6是锚翼片与锚体单元连接示意图；即图4中的锚体单元的 A-A、B-B、C-C剖视图，以及D-D向视图，其中：A-A是具有条形卡槽的截面图(插入翼片)，B-B是具有条形卡槽的截面图(未插入翼片)，C-C是顶部未开槽处的截面图；D-D是下端面投影图；

图7是实施例1的锚体单元连接示意图；

图8是实施例2的锚体单元连接示意图；

图9是尾端连接部示意图；

图10是金属环I示意图；

图11是金属环II示意图；

图12是不同形状的锚头示意图(从左到右依次是：圆锥形、卵形、棱锥形、截卵形)；

图13是本实用新型加载环I位置示意图；

图14是鱼雷锚有限元模型示意图；

图15是CEL方法计算加载环位于锚身不同位置时承载力的对比图；

图16是本实用新型的安装示意图。

图中：锚头(1)、螺杆(101)、圆柱体I(102)、锚体单元(2)、条形卡槽(201)、螺纹部(202)、圆柱体II(203)、螺纹孔(205)、连接孔I(206)、对穿通孔(2061)、连接圆柱(207)、通孔(2071)、对穿螺栓(22)；锚链I(4)、工作锚链II(5)、金属环I(6)、环体(601)、支耳(602)、锚孔II(6021)、金属环II(7)、尾端连接部(8)、锚孔I(801)、连接孔II(802)、锚翼片I(9)、锚翼片 II(10)、装配式改进鱼雷锚(100)、船(200)、海床平面(300)。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不应该理解为本实用新型上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本实用新型上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本实用新型的保护范围内。

实施例1：

一种装配式改进鱼雷锚，其特征在于:装配式改进鱼雷锚100 主要包括锚头1、若干锚体单元2、金属环I6、尾端连接部8、若干锚翼片I9和若干锚翼片II10。

所述锚头1下端为尖端、上端具有一个直径小于主体部分的杆体；所述杆体靠上的部分是螺杆101、靠下的部分没有螺纹的圆柱体 I102。锚头1的尖端形状为圆锥体、棱锥体、卵形或截卵形。

所述锚体单元2的主体部分为圆柱体，其内部为空腔。所述锚体单元2的上端具有一个直径小于主体部分的杆体。所述杆体靠上的部分是螺纹部202、靠下的部分没有螺纹的圆柱体II203。所述锚体单元2的侧壁具有若干条形卡槽201。每一个条形卡槽201下端的槽口在锚体单元2的下端面上。每一个条形卡槽201上端并未贯通锚体单元2的上端面。所述锚体单元2的下端面具有一个螺纹孔。

若干锚体单元2通过螺纹首尾相接。所述金属环I6包括环体 601，以及在环体601的外侧壁上的支耳602。所述环体601套在其中一个锚体单元2的圆柱体II203上。金属环I6上方的锚体单元2 都要插入锚翼片，而金属环I6下方都不插入锚翼片。所述条形卡槽 201是燕尾槽、T形槽或工字形槽。

所述尾端连接部8的下端具有连接孔II802、上端具有一个金属块。该金属块上具有一个锚孔I801。所述连接孔II802内具有螺纹。

所述锚头1的杆体靠上的螺杆101旋入最下端的那个锚体单元 2的螺纹孔205中。

最上端的那个锚体单元2的螺纹部202旋入尾端连接部8的连接孔II802中。最上端的那个锚体单元2的圆柱体II203也沉入连接孔II802中。

金属环I6上方那个锚体单元2的条形卡槽201中，插入锚翼片II10。所述锚翼片II10的翼片部分为直角梯形，翼片的一侧是与条形卡槽201配合的凸隼。

除了金属环I6上方那个锚体单元2外，其余锚体单元2的条形卡槽201中，插入锚翼片I9。所述锚翼片I9的翼片部分为矩形，翼片的一侧是与条形卡槽201配合的凸隼。

金属环I6可以自由旋转。

所述锚链I4套在锚孔I801上。所述锚链II5套在支耳602上的锚孔II6021中。

除了最上端的锚体单元2和套有金属环I6的锚体单元2，其余锚体单元2的圆柱体II203和锚头1的圆柱体I102上套有金属环 II7。

实施例2：

本实施例的主要结构同实施例1，只是采用了另外一种连接方式。即所述锚体单元2之间的采用对穿螺栓22连接，而不是螺纹连接。所述锚体单元2的上端具有连接圆柱207。所述连接圆柱207 具有贯穿其两侧的通孔2071。所述锚体单元2的下端具有连接孔 I206。所述锚体单元2具有贯穿其两侧的对穿通孔2061。所述对穿通孔2061与连接孔I206相贯。

连接时，一个锚体单元2的连接圆柱207插入另一个锚体单元2 的连接孔I206中。所述对穿螺栓22穿过对穿通孔2061和通孔2071，连接两个锚体单元2。

实施例3：

本实用新型装配式改进鱼雷锚100的使用示意图如图16所示。锚链分为锚链I4和锚链II5，两者分别与金属环I6和尾端连接部8 相连接。安装时，通过锚链I4将鱼雷锚吊至设计高度并释放使之自由垂直坠入水中，装配式改进鱼雷锚100在自重和水中自由下落获得的动能作用下贯入海床平面300的土中，最终完成鱼雷安装过程。安装结束后，鱼雷锚随即进入工作阶段。此时，海洋平台通过锚链 II5与鱼雷锚金属环I 6上的锚孔II 6021连接。为取得最优化承载力，金属环I 6尽量靠近锚身质心位置。当改进鱼雷锚100工作结束后，松开工作锚链II5，使用锚链I 4将鱼雷锚拔出进行回收。

试验：

参见图13和14，采用如实施例的(无翼型)装配式改进鱼雷锚 100。锚身总长为L，由五个锚体单元2相互连接组成，五个锚体单元2相互连接处从上到下分别记为B、C、D、E点，最上端的锚体单元2顶部与尾端连接部8相连，锚孔I标记为A点，最下端锚体单元2与锚头1连接处记为F点。金属环I 6可以处于B～F点，即金属环I 6可以靠近锚身的1/5(B点)、2/5(C点)、3/5(D点)和4/5(E点)处和锚身的下端位置(F点)。

为验证本实施例涉及的装配式改进鱼雷锚100，采用ABAQUS有限元软件中的耦合欧拉-拉格朗日(Coupled Eulerian Lagrangian，简称CEL)大变形有限元计算工具开展仿真模拟计算,验证改进鱼雷锚100较传统整体式鱼雷锚拉拔承载力的提高。采用ABAQUS软件建立六个有限元模型，其拉拔作用点分别位于(A～F点，如图14 所示),其中拉拔作用点位于A点位置的有限元模型对应于传统整体式鱼雷锚。

针对上述六个有限元模型，CEL计算在同等条件下开展对比分析。计算工况详列于表1。图15为拉拔作用点分别位于A-F处的鱼雷锚位移-承载力曲线。数值模拟计算结果表明：当拉拔作用点位于锚尾端A点(即传统整体式鱼雷锚的拉拔锚孔所在位置)，鱼雷锚拉拔承载力为1622KN。而拉拔作用点位于锚身B-F位置时，鱼雷锚拉拔承载力分别为1920KN、2560KN、3678KN、2574KN、1970KN。计算结果表明：当拉拔作用点位于靠近锚身质心位置的D点处，所得拉拔承载力最高，为3678KN。较A点的拉拔承载力，D点处高127％。换句话说，在锚重量和尺寸一致的条件下，在工作阶段装配式改进鱼雷锚较传统整体式鱼雷锚可提高约127％。考虑到装配式改进鱼雷锚的锚重和尺寸还可调节，这种提高可以更高。在回收阶段，由于装配式改进鱼雷锚采用双锚孔设计，回收阻力与传统整体式鱼雷锚一致。

表1：CEL计算参数列表

Claims (7)

1.一种装配式改进鱼雷锚，其特征在于:装配式改进鱼雷锚(100)包括锚头(1)、若干锚体单元(2)、金属环I(6)、尾端连接部(8)、若干锚翼片I(9)和若干锚翼片II(10)；

所述锚头(1)下端为尖端，上端具有一个直径小于主体部分的杆体；所述杆体靠上的部分是螺杆(101)、靠下的部分没有螺纹的圆柱体I(102)；

所述锚体单元(2)的上端具有一个直径小于主体部分的杆体；所述杆体靠上的部分是螺纹部(202)、靠下的部分没有螺纹的圆柱体II(203)；所述锚体单元(2)的侧壁具有若干条形卡槽(201)；每一个条形卡槽(201)的下端贯通锚体单元(2)的下端面；每一个条形卡槽(201)上端并未贯通锚体单元(2)的上端面；所述锚体单元(2)的下端面具有一个螺纹孔(205)；

若干锚体单元(2)通过螺纹首尾相接；所述金属环I(6)包括环体(601)，以及在环体(601)的外侧壁上的支耳(602)；所述环体(601)套在其中一个锚体单元(2)的圆柱体II(203)上；

所述尾端连接部(8)的下端具有连接孔II(802)、上端具有一个金属块；该金属块上具有一个锚孔I(801)；所述连接孔II(802)内具有螺纹；

所述锚头(1)的螺杆(101)旋入最下端的那个锚体单元(2)的螺纹孔(205)中；

最上端的那个锚体单元(2)的螺纹部(202)旋入尾端连接部(8)的连接孔II(802)中；最上端的那个锚体单元(2)的圆柱体II(203)也沉入连接孔II(802)中；

金属环I(6)可以自由旋转；

锚链I(4)套在锚孔I(801)上；锚链II(5)套在支耳(602)上的锚孔II(6021)中。

2.根据权利要求1所述的一种装配式改进鱼雷锚，其特征在于：金属环I(6)上方的锚体单元(2)都要插入锚翼片，而金属环I(6)下方都不插入锚翼片；相邻金属环I(6)上方的那个锚体单元(2)的条形卡槽(201)中，插入锚翼片II(10)；所述锚翼片II(10)的翼片部分为直角梯形，翼片的一侧是与条形卡槽(201)配合的凸隼；

除了相邻金属环I(6)上方的那个锚体单元(2)外，其余锚体单元(2)的条形卡槽(201)中，插入锚翼片I(9)；所述锚翼片I(9)的翼片部分为矩形，翼片的一侧是与条形卡槽(201)配合的凸隼。

3.根据权利要求1所述的一种装配式改进鱼雷锚，其特征在于：除了最上端的锚体单元(2)和套有金属环I(6)的锚体单元(2)，其余锚体单元(2)的圆柱体II(203)和锚头(1)的圆柱体I(102)上套有金属环II(7)。

4.根据权利要求1所述的一种装配式改进鱼雷锚，其特征在于：所述锚体单元(2)之间的采用对穿螺栓(22)连接；所述锚体单元(2)的上端具有连接圆柱(207)；所述连接圆柱(207)具有贯穿其两侧的通孔(2071)；所述锚体单元(2)的下端具有连接孔I(206)；所述锚体单元(2)具有贯穿其两侧的对穿通孔(2061)；所述对穿通孔(2061)与连接孔I(206)相贯；

连接时，一个锚体单元(2)的连接圆柱(207)插入另一个锚体单元(2)的连接孔I(206)中；所述对穿螺栓(22)穿过对穿通孔(2061)和通孔(2071)，连接两个锚体单元(2)。

5.根据权利要求1所述的一种装配式改进鱼雷锚，其特征在于：所述条形卡槽(201)是燕尾槽、T形槽或工字形槽。

6.根据权利要求1所述的一种装配式改进鱼雷锚，其特征在于：所述锚体单元(2)的主体部分为圆柱体，其内部为空腔；所述空腔内填充铅粉、铁粉或细砂。

7.根据权利要求1所述的一种装配式改进鱼雷锚，其特征在于：锚头(1)的尖端形状为圆锥形、棱锥形、卵形或截卵形。