PL169192B1 - Kotwica okretowa PL - Google Patents

Abstract

1. Kotwica okretowa symetryczna wzgledem plaszczyzny symetrii przechodzacej od przedniego do tylnego konca kotwicy, majaca trzon polaczony na jednym koncu pod katem T z lapa kotwicy oraz majaca kanaly odprowadzajace i punkt zaczepowy liny kotwicznej na jej drugim koncu lub w jego poblizu, oraz majaca od tylu lapy umieszczony tylny zespól zawierajacy plyty oporowe, przy czym pomiedzy linia przeciecia plyt oporowych z pla- szczyzna symetrii lub plaszczyzna równolegla do niej i linia przeciecia lapy z plaszczyzna symetrii lub plaszczyzna równolegla do niej jest utworzony otwarty do przodu 1 do góry, rozwarty kat a, zna- mienna tym, ze plyty oporowe (11 A, 1 1 B) sa umie- szczone z tylu, za trzonem (3) i lapa (2) stanowiac zespól tylny (4), przy czym wieksza czesc powierzchni plyt oporowych (11A, 11B) jest polo- zona po jednej stronie linii ich przeciecia z plaszczy- zna symetrii (M - M) i jest usytuowana powyzej punktu zaczepowego (10) liny, natomiast kanaly odprowadzajace (5) sa umieszczone pomiedzy lapa (2) kotwicy 1 plytami oporowymi (11A, 11B). Fig 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest kotwica okrętowa.

Podstawowym wymaganiem dotyczącym kotwicy okrętowej jest zdolność zagłębiania się w dnie kotwiczącym przy ciągnięciu jej w kierunku do przodu i pozostawiania w stabilnym położeniu, w pozycji zagłębionej w podłożu podczas dalszego ciągnięcia.

Dla uzyskania dużej siły kotwiczącej, kotwica powinna być zagrzebana w podłożu dna dostatecznie głęboko. Własności dna kotwiczącego zmieniają się w bardzo znacznym stopniu, na przykład, od twardych podłoży z ziarnistych, niespoistych, gęstych żwirów i piasków lub spoistych glin do miękkich podłoży ze spoistych mułów. W przypadku dna skalistego kotwica musi mieć zdolność do zachaczenia o skałę.

Dlatego kotwica musi mieć szczególną geometrię. Znana z opisu patentowego EP 0180609 kotwica jest symetryczna względem płaszczyzny symetrii przechodzącej od przedniego do tylnego końca kotwicy. Ma ona trzon połączony na jednym końcu pod kątem Θ z łapą kotwicy.

Na końcu trzonu kotwicy jest ukształtowany punkt zaczepowy liny kotwicznej, zaś na jej drugim końcu, od tyłu, jest umieszczony zespół tylny zawierający płyty oporowe. Pomiędzy linią przecięcia płyt oporowych z płaszczyzną symetrii lub płaszczyzną równoległą do niej i linią przecięcia łapy z płaszczyzną symetrii lub płaszczyzną równoległą do niej jest utworzony otwarty do przodu i do góry rozwarty kąt a. Pomiędzy łapą kotwicy a linią ułożoną w płaszczyźnie przechodzącej pomiędzy tylną częścią łapy i punktem zaczepowym liny kotwicznej, na przednim końcu trzonu, jest utworzony kąt łapy Θ.

Podczas zagłębiania kotwicy w podłożu piaszczystym mały kąt 0 łapy kotwicy (to jest w zakresie od 23° do 32°) pozwala na osiągnięcie największej siły kotwiczącej dla kotwic o największym zagłębieniu.

Kąty 0 łapy kotwicy w zakresie od 25° do 32° dla piasków o średnim uziarnieniu, aż do luźnych, powodują korzystne działanie kotwicy. Dla względnie miękkiego podłoża mulistego kąt 0 łapy kotwicy, przy maksymalnej sprawności jest większy i wynosi od 50° do 55°. W piasku, przy kątach 0 łapy kotwicy ponad 32°, biorąc pod uwagę punkt zaczepowy liny kotwicznej, moment wypadkowej siły nacisku podłoża i sił tarcia działających na łapę kotwicy, jest wystarczający do zrównoważenia sumy momentów względem tego samego punktu sił oporu pochodzących od podłoża, działających na krawędzi łapy kotwicy i sił oporu podłoża oddziaływujących na trzon, podczas początkowej fazy zagłębienia. Kotwica jest w efekcie tego niestabilna w kierunku podłużnym podczas ciągnięcia po dnie i obraca się wokół punktu przymocowania, do pozycji w której jej część przednia jest skierowana w dół, przy czym kotwica nie zagłębia się poniżej powierzchni dna kotwiczącego lub nawet następuje całkowite wyrwanie jej z podłoża. Kąt 0 łapy kotwicy wynoszący 32° (lub mniejszy) został z tego względu przyjęty dla kotwicy o największym zagłębieniu, i umożliwia on zastosowanie kotwicy w dnach twardych jak i miękkich. Wynikającą z tego wadą (dla przypadku miękkich podłoży) jest mała wytrzymałość kotwicy na skutek maksymalnego zwiększenia powierzchni łapy kotwicy.

Kotwica o zwiększonej powierzchni łapy w przypadku mulistych podłoży dna, ma mniejszą o 15% sprawność w porównaniu ze sprawnością w piasku. Stwarza to konieczność skonstruowania kotwicy, której kąt łapy stanowi wielkość kompromisową przy jednoczesnej dużej sile kotwiczącej zarówno w piasku jak i miękkim mule.

Ujawniona w Europejskim opisie patentowym nr 0180609 kotwica okrętowa ma zamocowaną dodatkową płytę przegradzającą, o kierunku zgodnym z poprzecznym przepływem niespoistego materiału podłoża, która powoduje gromadzenie się poprzegradzanego klina mułu na łapie

A

169 192 kotwicy podczas zagłębiania się w miękkim mulistym dnie. Ten klin mułu jest zawarty pomiędzy krawędziami prowadzącymi łapy kotwicy i górnymi krawędziami przegrody, pod kątem 20° względem łapy kotwicy (ma on wartość 30° dla piasku). Uzyskuje się kąt Θ łapy kotwicy wynoszący 50°, na powierzchni pomiędzy napierającym mułem a poprzegradzanym klinem mułu. Ten duży kąt łapy kotwicy na powierzchni poprzegradzanego klina umożliwia działanie kotwicy w miękkim mule. W dnie piaszczystym otwór ograniczający, chociaż zbyt mały aby umożliwić znaczny przepływ spoistego materiału podłoża (iłu), pozwala na odprowadzenie materiału podłoża niespoistego (piasku) w kierunku do tyłu przez łapę kotwicy. Powoduje to ścinanie na powierzchni łapy kotwicy oraz działanie kotwicy w piasku dla kąta łapy kotwicy wynoszącym 30°. Ten kąt jest niekorzystny w przypadku podłoża mulistego, gdyż nie występuje dostatecznie duże zagłębienie kotwicy jak w przypadku kotwicy o dużym kącie łapy. W konsekwencji, nie osiąga się dużej siły kotwiczącej w miękkim mule przez kotwicę o dużym kącie łapy.

Kotwica okrętowa, według wynalazku, charakteryzuje się tym, ze płyty oporowe są umieszczone z tyłu, za trzonem i łapą stanowiąc zespół tylny, przy czym większa część powierzchni płyt oporowych jest położona po jednej stronie linii ich przecięcia z płaszczyzną symetrii i jest usytuowana powyżej punktu zaczepowego liny, natomiast kanały odprowadzające są umieszczone pomiędzy łapą kotwicy i płytami oporowymi.

Korzystnie obrzeże zespołu tylnego ma zakrzywione krawędzie.

Korzystnie zespół tylny zawiera punkt podparcia kotwicy, lezący w płaszczyźnie symetrii.

Korzystnie zakrzywione krawędzie obrzeża mają kształt kardioidy z ułożonym najwyżej wierzchołkiem kardioidy.

Korzystnie krawędzie obrzeza po obu stronach płaszczyzny symetrii mają kształt krzywej spiralnej względem środka ciężkości kotwicy, przy czym punkty obrzeża leżące dalej od łapy są ułożone dalej od środka ciężkości niż punkty obrzeża leżące blisko łapy.

Korzystnie kąt α utworzony pomiędzy liniami przecięcia płyt oporowych i łapy z płaszczyzną symetrii jest zawarty w zakresie od 120° do 170°.

Korzystnie linia przecięcia płyt oporowych zespołu tylnego z płaszczyzną symetrii, tworzy otwarty do góry kąt rozwarty z linią położoną w płaszczyźnie symetrii, łączącą punkt zaczepowy liny kotwicznej z tylną częścią łapy.

Korzystnie zespół tylny stanowi parę płyt oporowych, które są skierowane do przodu i przecinają się w płaszczyźnie symetrii, przy czym każda z płyt jest nachylona do tyłu pod kątem załamania Θ względem płaszczyzny prostopadłej do płaszczyzny symetrii zawierającej linię przecięcia tych płyt oporowych.

Korzystnie kąt załamania 0 zawiera się w zakresie od 10° do 30°.

Korzystnie odstęp pomiędzy płytami oporowymi i łapą, stanowiącą kanał odprowadzający w płaszczyźnie symetrii, jest co najmniej równy 10%, korzystnie 20% długości linii przecięcia łapy z płaszczyzną symetrii.

. Korzystnie powierzchnia płyt oporowych ułożona w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny symetrii zawierająca limę przecięcia płyt oporowych z płaszczyzną symetrii, jest od 0,8 do 2,2 razy większa niż powierzchnia łapy rzutowana na płaszczyznę prostopadłą do płaszczyzny symetrii zawierającej linię przecięcia łapy z płaszczyzną symetrii.

Korzystnie pomiędzy łapą a płytami oporowymi zespołu tylnego są umieszczone boczne elementy płytowe tworzące powierzchnię boczną kanału odprowadzającego, a łapa zawiera pazur.

Korzystnie na górnej krawędzi obrzeża zespołu tylnego jest zamocowane przednie żebro usztywniające stanowiące podparcie na miękkim mulastym dnie kotwiczącym.

Korzystnie pazur wystaje do przodu i do góry oraz jest pochylony do góry względem sąsiedniej, odchylonej do tyłu łapy pod kątem rozwartym δ, mniejszym niż 175°, zawartym w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny symetrii, przy czym pazur ma krawędź dolną dostosowaną do penetracji podłoża.

Korzystnie kąt rozwarty δ mieści się w zakresie od 130° do 170°.

Kotwica według wynalazku, dzięki zastosowaniu odpowiedniej geometrii jest stosowana do kotwiczenia w różnych podłożach, a szczególnie mulistych. Dużą siłę kotwiczenia uzyskano dzięki temu, że większa część powierzchni płyt oporowych jest położona po jednej stronie linii ich

169 192 przecięcia z płaszczyzną symetrii i jest usytuowana powyżej punktu zaczepowego. Takie ułożenie płyt oporowych zapewniło bezpieczne zakotwiczenie i wyeliminowało możliwość oderwania się kotwicy od dna, zwłaszcza mulistego.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 jest widokiem bocznym kotwicy okrętowej, fig. 2 jest widokiem z góry przekroju wzdłuż linii X-X z fig. 1, fig. 3 jest widokiem od przodu kotwicy, fig. 4,516 przedstawia przekroje odpowiednio wzdłuz linii Y-Y, Z-Z i F-F, z fig. 1, fig. 7 przedstawia pazur łapy kotwicy z fig. 1 widzianą w kierunku prostopadłym do jej górnej powierzchni, fig. 8 przedstawia tor przepływu piasku przez kotwicę, przy głębokim zagrzebaniu w piasku, w wyniku przyłożenia do kotwicy siły ciągnącej P skierowanej do przodu, fig. 9 przedstawia schematyczne działanie sił i momentów obrotowych działających na kotwicę, gdy jest ona zagłębiona w piaszczystym dnie pokazanym na fig. 8, fig. 10 przedstawia widok perspektywiczny kotwicy według fig. 1do 7, w położeniu w dnie kotwiczącym, z ostrzem łapy kotwicy gotowym do zagłębienia się podłożu.

Przedstawiona na fig. 1-7, kotwica okrętowa jest symetryczna względem płaszczyzny M-M symetrii i zawiera łapę 2, trzon 3 połączony z jednym końcem łapy 2 oraz ma punkt zaczepowy 10 liny kotwicznej będący wydłużonym otworem umieszczonym w końcu A trzonu 3 i oddalonym od łapy 2. Z tyłu za trzonem 3 i łapą 2 jest umieszczony tylny zespół 4 przeciwstawiający się momentom sił tarcia i oporu na krawędzi łapy 2 i na trzonie 3 względem punktu zaczepowego 10. Pomiędzy łapą 2 kotwicy i zespołem 4 są umieszczone kanały odprowadzające 5 materiał dna. Trzon 3 tworzy element podstawowy 6 i zawiera ramiona 6A i 6B stanowiące podstawy odpowiednio dla zbieżnych płyt 7 łapy 2 i zespołu tylnego 4. Ramię 6A ma dodatkowo zamocowaną przednią część 8, która tworzy trójkątną łapę kotwicy razem ze zbieżnymi płytami 7 łapy 2 i zaostrzony pazur 9 podniesiony do góry (B na fig 1 i 10). Przez podłużny otwór w punkcie zaczepowym 10 wprowadza się klamrę dla zaczepienia liny kotwicznej.

Kąt Θ łapy 2 jest kątem pomiędzy łapą 2 a prostą położoną w płaszczyźnie symetrii M-M łączącą punkt zaczepowy 10 z tyłem łapy 2. Wartość kąta 0 wynosi około 50°, korzystnie od 32° do 58°.

Łapa 2 ma kształt załamany, przy czym każda płyta łapy 7 tworzy kąt załamania β względem płaszczyzny prostopadłej do płaszczyzny symetrii M - M i zawierającej przecięcie płyt 7. W tym przykładzie β wynosi 29°, korzystnie mieści się w zakresie od 10° do 40°.

Zespól tylny 4 zawiera parę płyt oporo wych 11A i 11 B, połączonych w płaszczyźnie symetrii M - M, tworząc zwężający się do tyłu kształt litery V, przy czym płyty oporowe 11 A, 11B są skierowane do przodu i tworzą powierzchnie reakcji na nacisk materiału z dna. Większa część obszaru każdej płyty oporowej 11 A, 11 B jest ułożona w kierunku linii zawartej w płaszczyźnie symetrii i odchodzącej prostopadle do linii przecięcia płyty oporowej 11 A, 11 B z płaszczyzną symetrii M - M i jest usytuowana powyżej punktu zaczepowego liny.

Jak to przedstawiono na fig. 6, płyty oporowe 11 A, 11B zestawione w kształcie litery V, są nachylone względem siebie pod kątem załamania 6 względem płaszczyzny prostopadłej do płaszczyzny symetrii M - M i zawierającej linię przecięcia tych płyt. Kąt 6 ma wartość 22,5°, korzystnie 10° do 35°. Płyty oporowe 11 A, 11 B przecinają się i tworzą prostą, która z kolei tworzy kąt rozwarty a skierowany do przodu i do góry z linią przecięcia płyt 7 łapy 2. Przedstawiony kąt α wynosi 155°, korzystnie zawiera się w zakresie od 120° do 170°.

Tylna część łapy 2 jest wzmocniona przez nachyloną dolną poprzeczną płytę tworzącą żebro 12, które leży w płaszczyźnie o minimalnej odległości od punktu zaczepowego w kierunku do tyŁu i w górę. Powierzchnia żebra 12 rzutowana w kierunku przecięcia płyty 7 z płaszczyzną symetrii, M-M jest w przybliżeniu równa połowie powierzchni zajmowanej przez zespół 4 ffig. 3) zapewniając jedną trzecią całego obszaru oporowego kotwicy podczas jej pełnego zagłębienia w mule.

Zespół tylny 4 zawiera także poprzeczną, przednią, wzmacniającą płytę tworzącą żebro 13, które jest ukształtowane na przednich krawędziach płyt oporowych 11 A, 11 B i poprzeczne, tylne, usztywniające płyty, tworzące żebra 15 utworzone z kątem załamania pomiędzy nimi, na tylnych krawędziach płyt oporowych 11 A, 11 B. Płyty 14 poszerzające łapę kotwicy pomiędzy zespołem 4 i łapą 2 tworzą powierzchnie boczne kanałów 5 i rozszerzają obwodowe krawędzie płyty oporowej 11 A, 11 B do poprzecznych skrajów łapy 2 uniemożliwiając wchodzenie i blokowanie się kanałów odprowdzających 5 łańcuchami itp. Żebra 15 tworzą pomiędzy sobą oczko 15A, do którego jest przymocowany wczep służący do podnoszenia kotwicy.

ο

169 192

Dla samoczynnej orientacji kotwicy krawędzie obrzeza 4A zespołu 4 mają kształt kardioidy, dzięki czemu umożliwione jest przetoczenie się kotwicy z pozycji odwróconej do pozycji zagłębienia w dnie, jak to przedstawiomo na fig. 10. Gdy kotwica znajduje się w pozycji odwróconej, na powierzchni płaszczyzny poziomej spoistego dna, styk powstaje wyłącznie na wierzchołku E zespołu 4 i w przednim punkcie A trzonu 3. Jedynie punkty X na krzywych EC i ED oraz punkty A i B stykają się z powierzchnią poziomą dna kotwiczącego, gdy kotwica jest wleczona po nim, w wyniku ciągnięcia punktu zaczepowego 10 na końcu trzonu 3.

Obie krzywe EC i ED na krawędzi obrzeza 4A są położone na powierzchni stożkowej eliptycznej o ukośnej osi, z wierzchołkiem stożka położonym w pobliżu końca zaczepiania klamry (A) trzonu 3, przy czym ukośna oś stożka przecina płaszczyznę symetrii M - M w pewnym punkcie, a mniejsza oś eliptycznego przekroju stożka leży w poprzek płaszczyzny symetrii kotwicy. Zatem, każda z krzywych EC i ED tworzy krzywą spiralną względem środka ciężkości CG (fig. 1) kotwicy.

W położeniu odwróconym, środek ciężkości CG (fig. 1) kotwicy znajduje się wysoko ponad linią, na której lezą punkty podparcia A i E. Kotwica jest wtedy niestabilna w pozycji odwróconej i dlatego szybko przechyla się na jedną stronę pionowej płaszczyzny przechodzącej przez A i E. Punkt styku w E przesuwa się wzdłuż EC lub ED jako ruchomy punkt styku X. Dzięki właściwościom powierzchni stożkowej o nachylonej osi, w której leżą obie spiralne krzywe EC i ED, zachowane jest poziome przesunięcie środka ciężkości CG z jednej strony pionowej płaszczyzny przechodzącej przez A i X i utrzymany jest grawitacyjny poprzeczny moment obrotowy, który toczy kotwicę wokół obrzeża 4A aż do punktu, gdzie pazur 9 łapy 2 zostaje zagłębiony w powierzchnię dna kotwicznego (punkt B na fig. 10). Kotwica jest teraz w jednym z dwu możliwych stabilnych położeń, z których jedno jest pokazane na fig. 10. W tej stabilnej pozycji ma miejsce styk trójpunktowy z lewym przedłużeniem łapy lub prawym przedłużeniem łapy pozostającym w kontakcie powierzchnią dna kotwiczącym.

Trzon 3 ma kształt częściowo prosty z linią środkową odległą od linii AE tak, że masa trzonu przyczynia się do grawitacyjnego momentu toczącego, który obraca kotwicę do chwili zagłębienia się w dnie kotwiczącym. Także zasadnicza wklęsłość pomiędzy linią AE i kotwicą, uzyskane dzięki temu położeniu trzonu, zapobiega poważnym przeszkodom dla działania obracającego.

Pazur 9, który ma zwarty kształt, skierowany do góry pod kątem rozwartym β, pomiędzy jej górną powierzchnią a linią przecięcia płyt 7 łapy 2. Wartość kąta β wynosi 146°, korzytsnie od 130° do 175°. Sąsiednia część 8 łapy 2 ma także postać elementu zwartego z przekrojem na ogół trójkątnym, jak to przedstawiono na fig. 5. Część 8 jest ciężarem balastowym i jest trwałym podparciem dla przednich krawędzi płyt 7 będące w stanie wytrzymać obciążenie dużym naciskiem występującym na łapie kotwicy przy jej zagłębieniu w twardych dnach kotwiczących. Pazur 9 jest przednią częścią ramienia 6A utworzoną dla uzyskania małej dodatkowej trójkątnej łapy o pazurze na ogół w kształcie grotu lub ostrza, który poprzedza główną łapę składającą się z płyt 7 i części 8. Ta dodatkowa łapa posiada skierowaną do tyłu główną powierzchnię górną 19 i podrzędną powierzchnię dolną 18, które są nachylone względem siebie. Skierowana do tyłu główna powierzchnia górna 19 tworzy zewnętrzny kąt Θ z linią łączącą punkt zaczepowy 10 w trzonie 3 z wysuniętym najbardziej do przodu punktem powierzchni 19, w płaszczyźnie symetrii. Kąt 0 ma wartość 56°, korzystnie od 50° do 65° i mniej niż 70°.

Górna powierzchnia główna 19 w rzucie normalnym względem powierzchni pokazanej na fig. 7, ma wydłużony kształt trójkątny, z ostrym wierzchołkiem, skierowanym do przodu i bocznymi krawędziami tworzącymi kąt λ. Wartość kąta λ wynosi 18°, korzystnie od 10° do 30°. P'odrzędna, górna powierzchnia 18 stanowi mniej niż 5% powierzchni 19 i jest umieszczona w płaszczyźnie linii łączącej punkt zaczepowy 10 w trzonie 3, z wysuniętym najbardziej do przodu punktem powierzchni 19, w płaszczyźnie symetrii. Ta powierzchnia 18 zapewnia powierzchnię nośną w punkcie pazura 9, która utrzymuje obciążenie punktowe 71 razy większe niż ciężar kotwicy bez utraty nośności, chociaż jest ona dostatecznie mała aby nie przeszkodzić w zagłębianiu się punktu pazura 9 w bardzo twarde powierzchnie dna kotwiczącego, takie jak spoista glina.

Typowy trójkątny przekrój przez pazur 9 jest przedstawiony na fig. 4. Dolny wierzchołek przekroju odpowiada szablastej dolnej krawędzi 9B pazura 9. Na krawędzi 9B jest ukształtowany stopień 9C. Działa on jako punkt obrotu zapobiegający poślizgowi krawędzi 9B na sztywnej glinie i przechyla kotwicę na boki celem zakleszczenia końca pazura 9 w sztywnej glinie. Górna główna

169 192 powierzchnia 19 jest płaska lub ma kształt załamany tak jak łapa 2. Każdy przekrój pazura ma dostateczną głębokość i powierzchnię i wytrzymuje moment zginający i siłę ścinającą, wynikające z punktowego obciążenia, a zwłaszcza obciążenia punktowego 71 razy większego niż ciężar kotwicy, przyłożonego w punkcie połączenia, pomiędzy główną górną powierzchnią 19 i podrzędną górną powierzchnią 18. Szablasta krawędź dolna pazura 9 rozłupuje podłoże dna kotwiczenia przy minimalnym oporze podczas silnego zagłębienia kotwicy z względnym przepływem napierającego materiału podłoża, w kierunku strzałki EF na fig. 9.

Pomiędzy stałym, dodatkowym pazurem 9 i częścią przednią 8 łapy 2 są umieszczone kanały 20. Kanały 20 zwiększają swą powierzchnię przekroju poprzecznego w kierunku do tyłu, dla umożliwienia swobodnego przejścia przez nie materiału podłoża kotwiczącego, bez zakleszczania się. Nachylona długość pazura 9 współpracuje z elementami płytowymi 14 łapy i utrzymuje krawędzie płyty 7 łapy 2 uniesionej nad powierzchnią dna kotwiczącego, gdy kotwica jest w kontakcie trójpunktowym z powierzchnią dna kotwiczącego, jak to przedstawiono na fig. 10. Pozwala to na wnikanie dodatkowej łapy pazura 9 całkowicie do spoistej lub twardej powierzchni dna kotwiczącego, zanim opór krawędzi spowoduje podniesienie części 8 łapy i płyty 7 z pozycji styku z powierzchnią.

Zespół tylny 4 umożliwia kotwicy zagrzebywanie się głęboko w piasku nawet wtedy, gdy kąt łapy 2 ma wartość ponad 32° i w tym połączeniu płyty oporowe 11 A, 11 B z tyłu kanału odprowadzającego 5 tworzą przegrodę dla przepływu piasku. Na fig. 8 przedstawiono (strzałkami) linie przepływu względnego ruchu piasku ponad i dokoła poruszającej się zagłębionej kotwicy w pobliżu jej płaszczyzny symetrii. Przepływający piasek zmienia kierunek ze względu na oddziaływanie z łapą 2 i ślizga się wzdłuż płaszczyzn 21 wychodzących z krawędzi łapy 2. Podczas ślizgania, przepływ materiału podłoża dna jest równoległy do płyt 7 łapy 2, a jego rozdzielenie występuje dokoła poprzegradzanego klina piaskowego W, który tworzy się na płytach oporowych 11 A, 11 B zespołu tylnego 4. Jedna część przepływającego piasku ślizga się na górną powierzchnią klina W, mającą kierunek zgodny z kierunkiem przepływu piasku, zaś druga część piasku przepływa ponad żebrem płytowym 12 i poniżej dolnej powierzchni klina W, przed wyjściem do tyłu, przez kanały odprowadzające 5 materiał podłoża i zapełnia wnęki utworzone za łapą 2. Przepływający piasek ponad zespołem tylnym 4 spada kaskadą w dół i zapełnia przestrzeń, która tworzy się za przegrodą.

Poprzegradzany klin W przesuwa się z kotwicą tworząc z nią jedną całość. Ciśnienie piasku i ruch na powierzchni klina W wytwarza siły styczne, które są przenoszone przez korpus klina na płytę oporową 11 A, 11B przegrody, skierowaną na zewnątrz. Powierzchnia płaszczyzny płyty oporowej i kształt klina W, a zatem, wielkość i kierunek siły wypadkowej przykładanej do przegrody zależy od kąta nachylenia i powierzchni przegrody. Dla danej powierzchni przegrody, kąt a określa położenie i kierunek siły wypadkowej RW na górnej powierzchni klina W otaczającej płyty oporowe 11 A, 11B przegrody, i stąd wielkość momentu obrotowego wytworzonego przez RW względem punktu zaczepowego 10 zaczepienia klamry. Ten pożądany moment obrotowy jest szczególnie korzystny w przypadku, gdy a jest w zakresie 130° do 165° i osiąga szczyt gdy a znajduje się pomiędzy 145° i 155°. Powierzchnia zespołu tylnego 4, widziana w płaszczyźnie symetrii pod kątem prostym do linii przecięcia płyt oporowych 11A i 11B, jest 0,8 do 2,2 razy większy od powierzchni łapy 2, widzianej w płaszczyźnie symetrii pod kątem prostym do przecięcia płyt 7, przy czym powierzchnia optymalna wynosi od 1,5 do 1,9 razy powierzchni łapy 2, gdy kąt a wynosi od 140° do 160°. Ponieważ nie ma potrzeby minimalizowania wielkości kanałów odprowadzających 5 dla utworzenia szczeliny dławiącej ograniczenia przepływu mułu i utworzenia poprzegradzanego klina z mułu na łapie, gdy kotwica pracuje w mulastym dnie kotwiczenia, szerokość otworów kanałów odprowadzających 5 mierzona w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny symetrii wynosi od 10 do 70% długości przecięcia górnej powierzchni łapy 2 w płaszczyźnie symetrii M-M. Fig. 1-3 przedstawiają szerokość 43%, która odpowiada poprzecznemu przekrojowi przepływu piasku w każdym otworze kanału odprowadzającego 5, równemu powierzchni trójkąta na obu stronach płaszczyzny symetrii kotwicy, widzianej w rzucie z przodu (fig. 3), ograniczonym przez płaszczyznę 7 i linię 22 łączącą zewnętrzną krawędź płyty 7 z najbardziej do góry wysuniętym punktem zespołu tylnego 4. Ta powierzchnia równa się jednej czwartej powierzchni uzyskanej przez pomnożenie rozpiętości przęsła S łapy 2 przez odległość H oddzielającą najwyższy punkt w tylnym zespole 4 od prostej linii zawierającej przecinającą się górną powierzchnią łapy 2 z płaszczyzną symetrii M-M.

169 192

Zapewnia to dostateczne wprowadzenie piasku przez otwory kanału odprowadzającego 5 dla utrzymania rodzaju przepływu pokazanego na fig. 81 zapobiegania łączeniu przez klin piaskowy W pomiędzy zewnętrznymi krawędziami zespołu tylnego 41 łapy 2, dzięki czemu zwiększa się kąt łapy c * ia »-»m iTmctnrn-zn m m;tvi to η/Ίΐ-ΜΩΡ rrłokr\1ztQmn -τη ΟΓΎαΚηηιπ cio Ι/’/'Ϋ+τι ri r 517 maclni

W OVA/£7111Vł W j O VCŁ± VijC4J€jV j lii 5 ClL/j* ŁUpL/UlW £.<4.£1 l/tllli VI Oiy iwi.»łivj W piujwu.

Figura 9 przedstawia wektory siły i momentów powstające na zagrzebanej kotwicy, podczas przepływu piasku przedstawionym na fig. 8. Siły tarcia styczne do powierzchni są oznaczone F i siły nacisku prostopadłego do tych powierzchni są oznaczone przez N. Wektory siły wypadkowej wynikające z Fi N są oznaczone przez R z indeksami F, S, W, i 15, oznaczając siły związane z łapą 2, trzonem 3, górną powierzchnią klina W, i żebrami 15. Dla jasności, siły wypadkowe na płycie tworzącej zebro 12 i dolnej powierzchni klina W nic zostały pokazane, ponieważ przeciwne normalne siły na tych powierzchniach w znacznym stopniu unieważniają przedstawienie sumy stycznych sił tarcia jako łącznej siły wypadkowej.

Ef jest pokazane jako wektor reprezentujący siłę oporu krawędziowego wywieranego na konstrukcję łapy.

Gdy zespół tylny 4 jest usunięty z kotwicy, momenty obrotowe w kierunku ruchu wskazówek zegara wynikające z siły stycznych i normalnych na płycie 12, w obecności zerowego momentu obrotowego pochodzącego od Rf, są zbyt małe, aby zrównoważyć momenty obrotowe w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara wytwarzane przez Rs i Ee. Dodatkowo Ef jest szczególnie duża w gęstym piasku, ponieważ jest wytwarzana na krawędziach łapy 2 i pazurze 9 zanim piasek zostanie rozluźniony na skutek przejścia przez płaszczyzny ścinania 21 (fig. 8). Występowałby wypadkowy moment obrotowy w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, który podnosiłby tylną część łapy 21 zmniejszał składowe pionowe sił na płytkach 71 12 zapobiegając w ten sposób głębokiemu zagrzebywaniu się kotwicy. Podobnie, jak w przypadku kotwic według dotychczasowego stanu techniki, może być to osiągnięte przez określenie kierunku Rf przepuszczenia z dostatecznym prześwitem ponad punktem zaczepowym 10 zaczepienia klamry dla wytworzenia równoważącego momentu obrotowego w kierunku ruchu wskazówek zegara. W gęstym piasku byłoby zatem konieczne zmniejszenie kąta 0 łapy z 52° pokazanego na fig. 1 do 30° lub mniej.

W przypadku zespołu tylnego 4 umieszczonego teraz na kotwicy pod kątem α wynoszącym 155°, wytwarzane są siły wynikające z nacisku i ruchu żeber 15 i na poprzegradzanym klinie piaskowym W, na powierzchni zespołu tylnego 4. Siła wypadkowa R15 płyt żebrowanych 15 jest mała, ale wytwarza zauwazalny moment obrotowy w kierunku ruchu wskazówek zegara ze względu na dużą odległość jego linii działania od punktu zaczepowego 10 zaczepienia klamry. Normalna siła na dolnej powierzchni klina W znosi się z siłą normalną na płycie 12 wytwarzając odpowiednie łączne działania sił tarcia dla wytworzenia momentu obrotowego w kierunku ruchu wskazówek zegara dokoła punktu zaczepowego 10 zaczepienia klamry. Duża siła wypadkowa Rw na górnej powierzchni klina W ma kierunek bardzo oddalony od punktu zaczepowego 10 zaczepienia klamry i wytwarza główny moment obrotowy w kierunku ruchu wskazówek zegara. Suma tych momentów w kierunku ruchu wskazówek zegara jest wystarczająca, aby zrównoważyć łączne momenty obrotowe w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara wytwarzane przez Rs i Ef bez pomocy ze strony momentu w kierunku ruchu wskazówek zegara pochodzącego od Rf, który wymagałby zmniejszenia kąta łapy Θ od wartości uważanych przy konwencjonalnej wiedzy za zbyt duże dla efektywnego zagrzebania w gęstym piasku. Ten układ zespołu tylnego 4 i kanałów odprowadzających 5 jest wykorzystany do uzyskania kotwicy mogącej zagrzebać się głęboko w gęstym piasku przy użyciu kąta łapy znacznie większego niż było to możliwe do tej pory. Ten duży kąt Θ łapy zatem dobrze się nadaje dla efektywnej eksploatacji kotwicy w miękkim mule. Układ zespołu tylnego 4 i kanałów odprowadzających 5 pozwala głowicy, ze stałym kątem równym 52°, na wyrównanie jej sprawności podczas kotwiczenia w mule przy pracy w gęstym piasku bez tradycyjnej konieczności zmniejszenia kąta łapy do 30° lub mniej.

Podczas pracy, kotwica z kątem łapy Θ wynoszącym 52° jak pokazano na Fig. 1 do 10, jest odwrócona w wyniku rzutu na powierzchni dna kotwiczącego i wleczona przez poziomą siłę ciągnącą przyłożoną do punktu zaczepowego 10 zaczepienia klamry na trzonie 3.

Na powierzchni spoistego dna kotwiczenia, kotwica obraca się wokół linii AE (fig. 1) najedną stronę 1 toczy się na obrzezu 4A aż do momentu, gdy znajdzie się w kontakcie trójpunktowym z dnem kotwiczenia, jak lo przedstawiono na fig. 10.

169 192

W miękkim mulistym dnie kotwiczenia, odwrócona kotwica zagłębia się w miękką powierzchnię pod wpływem swej własnej wagi. Zagłębianie występuje głównie na tylnym zespole przegrody 4 w obszarze punktu E (fig. 1), ale zachodzi w małym stopniu w wyniku podparcia na mule. Ruch do przodu powoduje ruch szybowania i podnoszenia płyty przegrody w kierunku powierzchni mułu. Niestabilność w tym odwróconym położeniu wynikająca z załamania w tym odwróconym położeniu wynikająca z załamania pomiędzy żebrami 151 płytami oporowymi 11 A, 11 B przy odwrotnym usytuowaniu zespołu tylnego 4, zakrzywionego obrzezą 4A i podniesionego położenie środka ciężkości CG zapoczątkowuje toczenie, które trwa aż do osiągnięcia trójpunktowego (efektywnego) styku na miękkiej powierzchni mułu, tak jak w przypadku spoistego dna kotwiczącego.

Dalsze wleczenie powoduje zagłębianie się pazura 9 w grunt kotwiczący, gdzie nacisk materiału podłoża na górną stronę ukośnej powierzchni pazura 9 powoduje wkopywanie jej z boku pod kotwicą. Jednocześnie, nacisk materiału podłoża na główną, górną powierzchnię 19 pazura 9 powoduje jej całkowite zagłębianie się w gruncie kotwiczącym i rozpoczęcie także zakopywanie części 8 łapy 2. Siła boczna działa tak na pazur 9, aby zainicjować toczenie kotwicy przy zagrzebywamu łapy 2. Elementy płytowe 14, w kontakcie z materiałem podłoża, po jednej stronie kotwicy wytwarzają dostateczną siłę oporu, działającą jako punkt obrotu wokół którego działa teraz siła zagłębiania na łapie 2 w celu toczenia kotwicy do jej końcowej prawidłowej pozycji zagłębienia z pionową płaszczyzną symetrii M-M (fig. 2 i 3).

W piasku, rozkład względnego przepływu materiału podłoża, pokazany na fig. 8, powstaje podczas zagłębiania i podłużnie stabilizuje kotwicę, jak to przedstawiono na fig. 9 i opisano poprzednio. W mule materiał podłoża przepływa do góry i ponad przegrodą bez tworzenia poprzegradzanego klina mułu na łapie przed przegrodą. Ślizganie się materiału podłoża występuje na powierzchni łapy tak w piasku jak i w mule. Ponieważ kąt łapy Θ jest duży, uzyskane jest głębokie wnikanie i w efekcie wysoka sprawność działania tak w mule jak i w piasku.

Podczas głębokiego zanurzenia w mule przecięcie płaszczyzny symetrii płyty 7 łapy 2 kotwicy ostatecznie staje się w przybliżeniu poziome, przy czym muł przepływa na krawędź płyt 7 (fig. 3). W tej pozycji zespół tylny 4 i żebro płytowe 12 tworzy główną część wysuniętego poziomo obszaru kotwicy i, stąd, podstawowa część jej siły kotwiczącej. Połączenie dużego kąta łapy 2 i dużego momentu przeciwdziałającego w kotwicy powoduje zagrzebanie jej głęboko w piasku mimo obecności większego kąta łapy koniecznego dla optymalnego działania w mule. W piasku łapa 2 wytwarza główną część ostatecznej siły kotwiczącej. Moment obrotowy pochodzący od zespołu tylnego 4 pozwala łapie 2, nachylonej pod bardzo dużym kątem w kotwicy na uzyskiwanie dużych sił kotwiczących w piasku.

Jeżeli kotwica jest rzucona na twarde skaliste dno, występuje grawitacyjne obracanie się jej do pozycji kontaktu trójpunktowego z pozycji pokazanej na fig. 10, jak poprzednio. Ciągnięcie w kierunku poziomym powoduje wleczenie się pazura 9 po powierzchni skalistej i zahaczanie na szczelinach lub występach znajdujących się na jej drodze. Jedynie możliwe położenie kotwicy, w którym może wystąpić zahaczenie o skałę, znajduje się w punkcie pazura 9 na dolnej powierzchni podrzędnej 18, która, jak wspomniano poprzednio, ma konstrukcję wytrzymującą obciążenie 71 razy większe niż ciężar kotwicy. Ponieważ linia obciążenia przy zahaczeniu o skały pomiędzy punktem zaczepowym 10 zaczepiania klamry a górną podrzędną powierzchnią 18 jest położona w płaszczyźnie symetrii M-M kotwicy, do trzonu 3 nie są przykładane żadne momenty zginające wychodzące z płaszczyzny. W konsekwencji, trzon 3 ma prostą konstrukcję i względnie cienkie przekroje minimalizując siłę oporu Rs i minimalizując ciężar trzonu.

Niniejszy wynalazek ujawnia kotwicę, która ma własność samoczynnego prostowania się i która daje dużą siłę kotwiczącą przekraczającą 71 razy jej własny ciężar zarówno w spoistym piasku jak i miękkim mule bez potrzeby regulacji kąta Θ łapy i która wytrzymuje obciążenie przekraczające 71 razy jej własny ciężar przykładany na skrajny punkt jej łapy w wyniku zahaczenia na skałach. Tej kombinacji właściwości me było w znanych kotwicach.

Możliwe są oczywiście modyfikacje. W szczególności możliwa jest kotwica rozbierana dla ułatwienia sztauowania, transportu itd. Na przykład zespół tylny 4 mógłby być przymocowany rozłącznie do pozostałej części kotwicy, a jeżeli jest to wymagane, ta odłączana część mogłaby zawierać ramię 6B. Mocowanie mogłoby odbywać się przy zastosowaniu sworzni odpowiednio umocowanych dla przyłożenia naprężeń obciążenia do kotwicy w trakcie eksploatacji. Byłoby możliwe zajęcie usuniętej części w przestrzeni pomiędzy trzonem 3 i łapą 2.

169 192

W pewnych aspektach wynalazku kanały odprowadzające materiał podłoża mogą być także pominięte.

|μ

Fig. 6

Fig. 10 tv)

Fig. 5

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz.

Cena 4,00 zł

Claims (15)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Kotwica okrętowa symetryczna względem płaszczyzny symetrii przechodzącej od przedniego’ do tylnego końca kotwicy, mająca trzon połączony na jednym końcu pod kątem Θ z łapą kotwicy oraz mająca kanały odprowadzające i punkt zaczepowy liny kotwicznej na jej drugim końcu lub w jego pobliżu, oraz mająca od tyłu łapy umieszczony tylny zespół zawierający płyty oporowe, przy czym pomiędzy linią przecięcia płyt oporowych z płaszczyzną symetrii lub płaszczyzną równoległą do niej i limą przecięcia łapy z płaszczyzną symetrii lub płaszczyzną równoległą do niej jest utworzony otwarty do przodu i do góry, rozwarty kąt α, znamienna tym, że płyty oporowe (11A, 11B) są umieszczone z tyłu, za trzonem (3) i łapą (2) stanowiąc zespół tylny (4), przy czym większa część powierzchni płyt oporowych (11A, 11B) jest położona po jednej stronie linii ich przecięcia z płaszczyzną symetrii (M - M) i jest usytuowana powyżej punktu zaczepowego (1Θ) liny, natomiast kanały odprowadzające (5) są umieszczone pomiędzy łapą (2) kotwicy i płytami oporowymi (11A, 11B).
2. 2. Kotwica według zastrz. 1, znamienna tym, że obrzeże (4A) zespołu tylnego (4) ma zakrzywione krawędzie.
3. 3. Kotwica według zastrz. 2, znamienna tym, że zespół tylny (4) zawiera punkt podparcia (E) kotwicy, leżący w płaszczyźnie symetrii (M - M).
4. 4. Kotwica według zastrz. 2, znamienna tym, że zakrzywione krawędzie obrzeża (4A) mają kształt kardioidy z ułożonym najwyżej wierzchołkiem kardioidy.
5. 5. Kotwica według zastrz. 2, znamienna tym, że krawędzie obrzeża (4A), po obu stronach płaszczyzny symetrii (M - M) mają kształt krzywej spiralnej względem środka ciężkości kotwicy, przy czym punkty obrzeża (4A) leżące dalej od łapy (2) są ułożone dalej od środka ciężkości niż punkty obrzeża (4A) leżące blisko łapy (2).
6. 6. Kotwica według zastrz. 1, znamienna tym, że kąt a utworzony pomiędzy liniami przecięcia płyt oporowych (11A, 11B) i łapy (2) z płaszczyzną symetrii (M - M) jest zawarty w zakresie od 120° do 170°.
7. 7. Kotwica według zastrz. 6, znamienna tym, że linia przecięcia płyt oporowych (11A, 11B) zespołu tylnego (4) z płaszczyzną symetrii (M - M), tworzy otwarty do góry kąt rozwarty z linią położoną w płaszczyźnie symetrii, łączącą punkt zaczepowy (1Θ) liny kotwicznej z tylną częścią łapy (2).
8. 8. Kotwica według zastrz. 7, znamienna tym, że zespół tylny (4) stanowi parę płyt oporowych (11A, 11B), które są kierowane do przodu i przecinają się w płaszczyźnie symetrii (M - M), przy czym każda z płyt jest nachylona do tyłu pod kątem załamania Θ względem płaszczyzny prostopadłej do płaszczyzny symetrii (M - M) zawierającej linię przecięcia tych płyt oporowych (11A, 11B).
9. 9. Kotwica według zastrz. 8, znamienna tym, że kąt załamania Θ zawiera się w zakresie 10° do 30°.
10. 10. Kotwica według zastrz. 8, znamienna tym, że odstęp pomiędzy płytami oporowymi (11A, 11B) i łapą (2), stanowiący kanał odprowadzający (5), w płaszczyźnie symetrii (M - M), jest co najmniej równy 10%, korzystnie 2% długości linii przecięcia łapy (2) z płaszczyzną symetrii (M - M).
11. 11. Kotwica według zastrz. 1, znamienna tym, że powierzchnia płyt oporowych (11A, 11B) ułożona w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny symetrii (M - M) zawierająca limę przecięcia płyt oporowych (11A, 11B) z płaszczyzną symetrii, jest od 0,8 do 2,2 razy większa niż powierzchnia łapy (2), rzutowana na płaszczyznę prostopadłą do płaszczyzny symetrii (M - M) zawierającej linię przecięcia łapy (2) z płaszczyzną (M - M).
12. 12. Kotwica według zastrz. 1, znamienna tym, ze pomiędzy łapą (2) a płytami oporowymi (11A, 11B) zespołu tylnego (4) są umieszczone boczne elementy płytowe (14) tworzące powierzchnię boczną kanału odprowadzającego (5), a łapa (2) zawiera pazur (9).
13. 13. Kotwica według zastrz. 5, znamienna tym, że na górnej krawędzi obrzeża (4A) zespołu tylnego (4) jest zamocowane przednie zebro usztywniające (15) stanowiące podparcie na miękkim mulastym dnie kotwiczącym.

    169 192
14. 14. Kotwica według zastrz. 12, znamienna tym, ze pazur (9) wystaje do przodu i do góry oraz jest pochylony do góry pod względem sąsiedniej, odchylonej do tyłu łapy (2) pod kątem rozwartym δ, mniejszym niż 175°, zawartym w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny symetrii (M - M), przy

    ΓΎ\ΤΤΥ> ηΟΎΤΙΓ ZO1 rrto V-ro υιζ#λ/·14 rlrłlno npnptrarłi

    VZj jr lii / mu ινιωττγν-ζ- ν*\-Ίΐιι^ \jwijwu!xy ii wulj <iv- v ·
15. 15. Kotwica według zastrz. 14, znamienna tym, że kąt rozwarty δ mieści się w zakresie 130° do 170°.

    «{» -k