TW202323140A - 動力安裝式拖曳錨 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種動力安裝式拖曳錨，其可應用於海洋工程各種浮式平台於各種海深及多種海床地質之錨泊相關領域，其特徵係其包含一可回收式有複數個魚雷狀形體構成之上部，及一拖曳錨構成之下部；其中，該複數個魚雷狀形體以其尾部成結構相連，該拖曳錨包含一錨爪及一錨柄，並藉由複數個剪力鞘將該上部及該下部組成一整體。本發明之動力安裝式拖曳錨使其嵌入海床深度及方向的準確度顯著提升，以有效地增強其抓地力及降低錨泊安裝成本。

Description

動力安裝式拖曳錨

本發明係關於一種用於錨泊領域之動力安裝式拖曳錨，其可應用於海洋工程各種浮式平台於各種海深及多種海床地質之錨泊相關領域。

目前現有的拖曳錨包含嵌入式拖曳錨（drag embedded anchor，DEA）及嵌入式垂直負載拖曳錨（drag embedded vertical loaded anchor ，VLA），拖曳錨為目前廣受歡迎之錨，且安裝VLA的方式如同安裝DEA般，惟VLA可嵌埋進海床更深處。而DEA與VLA實質上的差異在於，DEA嵌入各式海床質地時，其錨爪與錨柄所夾之角度（θ _fs）是固定的，當海床質地分別為砂質、中黏土或軟黏土時，其θ _fs分別對應為約30約40或約50VLA 其θ _fs是可改變的，當海床質地分別為砂質或軟黏土時，其初始θ _fs分別對應為約45約60嵌埋需求，實際操作上最終可將θ _fs調至近90

因應水域深淺變化，淺水域合適的繫泊纜繩組態通常為懸垂式（catenary），深水域通常則為緊拉式（taut）組態。一般而言，DEA為僅能承受水平負載之設計，其繫泊纜繩亦僅可為懸垂式組態，相較DEA，VLA因嵌埋較深且最終θ _fs為近90，可提供較高的水平負載及垂直負載，使其總錨錠力高於其安裝張力值至2.5~3倍，且繫泊纜繩可為緊拉式或懸垂式組態，由此可見，VLA可應用於淺水及深水域，且當使用懸垂式繫泊纜繩時，VLA之整體錨泊足印面積亦顯著地較DEA小。因此，VLA較DEA更適合用於浮式平台稠密之淺水域，如離岸浮式風場。

目前DEA與VLA普遍被認為是效率最佳之錨種類，其錨錠力達其本身重量的33~50倍以上，此外，當一或兩條繫泊纜繩斷裂致使剩餘繫泊纜繩之負載超過原先安裝纜繩負載時，DEA與VLA會先被纜繩負載拖曳至海床更深處直至海床土壤阻力與繫泊纜繩負載值相等，或達到錨之錨錠力的最終極限值為止，因錨錠力可增加且不致喪失，故此種錨有具較佳的存活力。

然而，DEA與VLA亦有缺點，由於安裝DEA與VLA需操錨船（AHV，Anchor Handling Vessel）支援，其安裝難度、耗費的時間及金錢成本均較動力（或重力）安裝錨高，且往往難以如預期般控制錨貫入海床的深度及角度。

因此，亟需設計出一能夠適用於各種海洋浮式平台、各種深淺水域及多種海床地質，同時具有安裝簡易、貫入海床深度及方向準確穩定度佳且錨錠力強的優點之錨，以能更良好地應用於海上錨泊安裝作業。 ［先前技術文獻］ ［專利文獻］無

［發明所欲解決之技術問題］

有鑑於此，本發明人為解決前述問題，提供一種動力安裝式拖曳錨，其係為提供一安裝簡易、生存力強、適用水深及海床地質範圍廣、貫入海床的角度、方向及深度可被良好控制且經濟實惠之動力安裝式拖曳錨，可應用於各種海洋浮式平台，以解決現有問題之發明。 ［技術手段］

據此，本發明提供一種動力安裝式拖曳錨，其包含：一可回收式具有複數個魚雷狀形體構成之上部；及拖曳錨構成之下部； 其中，該複數個魚雷狀形體以其尾部成結構相連，該拖曳錨包含一錨爪及一錨柄，並藉由複數個剪力鞘將該上部及該下部組成一整體。

在部分實施型態中，該複數個魚雷狀形體構成之上部及拖曳錨構成之下部，均為流線型設計之構造，以減少水中及土中阻力。

在部分實施型態中，複數個魚雷狀形體具複數個分段式平行中體，該分段式平行中體之數量及長度，視重量需求因應調整。

在部分實施型態中，該複數個魚雷狀形體相連尾部，該相連尾部之尺寸，視拖曳錨長度及形狀之需求因應調整。

在部分實施型態中，該拖曳錨之該錨爪前端為十字形的設計之構造；且該錨爪之結構為實心金屬鋼板、雙殼層或中空結構。

在部分實施型態中，該拖曳錨之該錨爪及該錨柄所夾之角度θ _fs可因應海床質地而調整。

在部分實施型態中，該該複數個魚雷型體構成之上部之尾部及拖曳錨之錨柄之末端具有板眼，該板眼分別設置吊裝及繫泊纜繩，以當該動力安裝式拖曳錨進入海床後，同時拉扯繫吊裝及泊纜繩，將該上部與該下部分開，以將該上部收取回以重複使用，並藉由持續拉扯繫泊纜繩，調整該下部之拖曳錨貫入至合適的海床深度或至設定的繫泊纜繩安裝張力值。

在部分實施型態中，該拖曳錨之該錨爪可採適當的外型及裝載壓載物，以增加其重量及調整重心位置在中心線上，且在吊裝及自由下落時能保持穩定姿態，更便於控制自由下落之運動方向。

在部分實施型態中，該拖曳錨之該錨柄係一對鋼板所形成，該鋼板之間設置複數個支撐板柱，該錨柄與該錨爪藉由左右各兩個絞鍊連接而成，該兩個絞鍊分別位於該錨爪之前部及後部。

在部分實施型態中，於該錨柄之一對鋼板之間設置複數個柱體，結構亦為鋼板且角度與錨爪前進方向平行，以減少水中及土中阻力，並支撐錨柄承受繫泊纜繩之張力負載。

在部分實施型態中，該拖曳錨構成之下部為嵌入式拖曳錨或垂直式拖曳錨。

在部分實施型態中，該動力安裝式拖曳錨應用於暫時繫泊及永久繫泊，亦應用於多種海床質地及各種海深之錨泊相關領域。 ［發明之效果］

本發明之動力安裝式拖曳錨，其由複數個魚雷狀形體及尾翼構成之上部，及可大尺寸拖曳錨構成之下部，相較其他只具單一魚雷形狀體及錨尺寸較小的動力安裝式錨，本發明具有明顯較大的質量、慣量及阻尼，可將錨在自由落下時產生的運動及貫入海床時的角度大幅降至趨近於零，因此，在安裝上，本發明整體的水中運動方向穩定性及方向控制性遠勝於其他單一魚雷狀形體之動力安裝錨。

此外，本發明係一種自由落下高度不受限之動力安裝式拖曳錨，即不受限於大於或小於30公尺之海深。在自由落下高度受限，使得終端速度較小的情況下，可能需要重型系統作為輔助，以便在自由落下過程中達到更深的初始土壤貫入深度。雖拖曳錨一般無需初始貫入，惟初始貫入得越深，所需拖曳的距離越短，土壤受到的擾亂範圍就越小，AHV行程及錨泊安裝成本亦越低。

自由落下後，可使用繫泊纜繩拉動錨柄，使拖曳錨與整體上部分離，再藉由繼續拉動錨柄，進行拖曳錨的拖拉嵌入或拉拔出海床之操作。此外，上下部分離後，動力安裝式拖曳錨的上部可收回並重新利用於下一次安裝。

上下部分離後，可藉由持續拉動拖曳錨錨柄上的繫泊纜繩，使該下部貫入至合適的海床深度或至設定的繫泊纜繩安裝張力值。由於本發明具有質量大及控制方向良好的特性，解決先前貫入海床深度及錨錠力強度具有不確定性之問題。

DEA 與VLA本質上相同，因此拖曳錨可設計為DEA 或VLA。以VLA而言，可使用相同的DEA 設計，並於該錨爪前部之左右絞鍊處各增設一連桿，該連桿以絞鏈接合錨爪及錨柄，另原錨爪前部之絞鏈接合由一剪力鞘取代，並藉由鍵控操作(keying process) 調整θ _fs為近90。VLA 的鍵控操作，可藉由連續拉動繫泊纜繩以切斷原錨爪前部之剪力鞘，以拉出連桿，使θ _fs值調整為與錨爪能接近垂直，故該剪力鞘之設計須滿足鍵控操作之需求。

相較其他使用單一魚雷狀形體及較小尺寸之動力安裝式拖曳錨，本發明具有複數個相連的流線型魚雷狀形體與尾部構成之上部，及具有大尺寸流線型之拖曳錨構成下部之設計，使整體具有顯著較大的質量、慣性及阻尼，此設計有助於減少自由落下時產生不必要的水中之運動，並有效地使自由落下貫入土壤之角度趨近於零，從而達到可靠安裝及錨錠力強之功效。

相較於傳統錨，本發明之動力安裝式拖曳錨為可應用於各種水深、自由落下高度及土壤質地之經濟實惠又可靠的錨，此種發明錨為現今應用於海上浮動平台之最佳錨，特別係可應用於浮式平台稠密的淺水域，如浮動式離岸風場。

以下參照圖式詳細地說明本發明之動力安裝式拖曳錨，及可應用本發明動力安裝式拖曳錨之示例性實施型態。應理解，下述內容並非限制本發明必須以下述方式或型態實施，而係為了闡釋本發明之詳細內容與實施之效果。

圖1至圖3表示依據本發明第一示例性實施型態之動力安裝式拖曳錨；圖4至圖6示依據本發明第二示例性實施型態之動力安裝式拖曳錨。如圖1及圖4所示，動力安裝式拖曳錨1包含複數個魚雷狀形體2構成整體結構之上部，及一個拖曳錨3構成之下部，複數個魚雷狀形體2設置有平板狀構件形成之尾部21，其中，將上部魚雷狀形體2倆倆彼此相連之構件為結構連接尾部211。為使錨碇入海床後還可回收與增加重複利用性，魚雷狀形體2末端設有板眼22，拖曳錨3包含一錨爪31及一錨柄32，亦為便於錨碇入海床後進行拖曳，錨柄32之末端設置板眼34，板眼22可設置吊裝纜繩，板眼34可設置繫泊纜繩，魚雷狀形體2構成之上部與拖曳錨3構成之下部間之連接處含有複數個剪力鞘4，剪力鞘4將上部及下部組成一整體。

於部分實施例中，為應用於臨時或永久繫泊，且錨長度與錨力需求較小之動力安裝式拖曳錨1包含2個魚雷狀形體2構成整體結構之上部，及一個拖曳錨3構成之下部，複數個魚雷狀形體2設置有平板狀構件形成之尾部21，其中，將上部魚雷狀形體2倆倆彼此相連之構件為結構連接尾部211，魚雷狀形體2末端設有板眼22，拖曳錨3包含一錨爪31及一錨柄32，錨柄32之末端設置板眼34，板眼22可設置吊裝纜繩，板眼34可設置繫泊纜繩，魚雷狀形體2構成之上部與拖曳錨3構成之下部間之連接處含有複數個剪力鞘4，剪力鞘4將上部及下部組成一整體。

於部分實施例中，為應用於永久繫泊、錨力需求較大及搭配度長度介於9公尺至12公尺之錨爪31，動力安裝式拖曳錨1包含3個魚雷狀形體2構成整體結構之上部，及一個拖曳錨3構成之下部，複數個魚雷狀形體2設置有平板狀構件形成之尾部21，其中，將上部魚雷狀形體2倆倆彼此相連之構件為結構連接尾部211，魚雷狀形體2末端設有板眼22，拖曳錨3包含一錨爪31及一錨柄32，錨柄32之末端設置板眼34，板眼22可設置吊裝纜繩，板眼34可設置繫泊纜繩，魚雷狀形體2構成之上部與拖曳錨3構成之下部間之連接處含有複數個剪力鞘4，剪力鞘4將上部及下部組成一整體。

於部分實施例中， 動力安裝式拖曳錨1整體為流線型設計之構造，此設計可減少在錨錠過程中水中及土壤中產生之阻力，此外動力安裝式拖曳錨1包含其重量、重心（CG）、尺寸及形狀可被設計為具有較小的流體摩擦力與土壤摩擦力之態樣，從而具有較佳的方向穩定性及方向控制性，達到可靠的安裝。

於部分實施例中，魚雷狀形體2具分段式平行中體23，當欲錨錠之海深不足30公尺之情況下，可適當地調整分段式平行中體23之長度及數量，以增加整體系統上部之質量，以利其即使在自由落下距離較短時，仍能具有較大之終端動量，從而達到所需之土壤貫入深度。

於部分實施例中，在操作吊裝及自由落下的過程中，該動力安裝式拖曳錨1之上部及下部在其連接處以剪力鞘4或類似物作為連結整體之構件，剪力鞘4位於魚雷狀形體2之頭部與拖曳錨3之尾部，剪力鞘4之數量可與魚雷狀形體2之數量相同，每一連接處上之設計應具相容性，以便當動力安裝式拖曳錨1進入海床後，藉由同時拉扯連接於板眼22 及34上設置之吊裝及繫泊纜繩，將上部與下部快速分離。

進一步地，該複數個相連之魚雷狀形體2與其尾部21均採用流線型設計，以減少安裝時之流體摩擦力及/或土壤摩擦力。該相連的魚雷狀形體與尾部之所有構件的強度設計需滿足所有國際公認及相關之吊裝、安裝、分離及收取回的設計及操作條件之規範。

進一步地，由大尺寸之拖曳錨3構成之下部之流線型設計，使整體不僅具有顯著較大的質量、慣性及運動阻尼，亦具有能在自由落下的過程中將流體摩擦力、土壤摩擦力及衝擊負載減低之特性，其有助於減少其運動並使自由落下時貫入土壤之角度趨近於零，從而實現可靠的安裝。此外，拖曳錨3所有構件之尺寸、形狀及強度的設計得滿足所有國際公認的與相關之規範，若以DEA而言，則包含自由落下、分離、拖拽嵌入、拉拔、正常操作及生存條件等規範，若以VLA而言，則包含自由落下、分離、拖拽嵌入、拉拔、正常操作、生存條件及外加的鍵控操作等規範。

於部分實施例中，對於自由落下時之衝擊負載，亦可進一步地在拖曳錨3之結構上進行整合與強化，以使衝擊負載可經強化區傳遞至魚雷狀形體2。強化區亦應採流線型設計，並在與魚雷平行中體23之連接處保持形狀相容。

於部分實施例中，魚雷狀形體2可藉增加平行中體長度、數量、或設置壓載物以增加整體之重量，並在自由落下時較佳地控制系統重心。

於部分實施例中，拖曳錨3之錨爪31前端設計為十字形，其前端係尖銳且堅固，並有良好之結構支撐，以承受自由落下貫入土壤時產生之衝擊，及確保結構貫入土壤時之整體穩定與可靠性。

於部分實施例中，以臨時繫泊而言，錨爪31結構為實心金屬鋼板，其寬度與長度一般分別為2.5公尺至3.0公尺與6公尺至7.3公尺。設置兩個魚雷狀形體21對於應用於臨時繫泊此種尺寸之錨爪31已足。

於部分實施例中，以永久繫泊而言，錨爪31為雙殼層結構或中空結構，寬度與長度一般分別為3公尺至4.5公尺與8公尺至10公尺。設置兩個魚雷狀形體2對於長度小於9公尺之錨爪31已足；設置三個魚雷狀形體2對於長度介於9公尺至12公尺之錨爪31已足；設置四個或更多的魚雷狀形體2對於長度大於12公尺之錨爪31已足。

進一步地，魚雷狀形體2可基於錨爪31之厚度進行標準化。錨爪31長度越長、厚度越厚，相連之魚雷狀平行中體23之直徑便越大。以長度在9至12公尺間之錨爪31而言，可選擇配置直徑為1公尺之魚雷狀平行中體23；以長度在6至9公尺間之錨爪31而言，可選擇配置直徑為0.7公尺的魚雷狀平行中體23；以長度在3至6公尺間之錨爪31而言，可選擇配置直徑為0.5公尺的魚雷狀平行中體23。

進一步地，考慮到使用標準化之魚雷狀形體2，結構連接尾部211位在兩個魚雷狀形體2之尾部21之間，其設計成可調整之尺寸，以因應錨爪31長度與形狀不同而變化。

於部分實施例中，如圖2及圖4所示，拖曳錨3之錨柄32由一對實心鋼板製成，鋼板之間設置複數個支撐板柱321，支撐板柱321之結構亦為鋼板且角度與錨爪31前進方向平行，以減少水中及土中阻力，並支撐錨柄32承受繫泊纜繩之張力負載。

進一步地，錨柄32與錨爪31藉由左右各兩個絞鍊33連接而成，絞鍊33分別為位於錨爪前部311之前鉸鏈331及錨爪後部312之後鉸鏈332。

在部分實施中，如圖3及圖6所示，錨爪31與錨柄32所夾之角度(θ _fs)35係在錨柄32端、錨爪31尖端與錨爪31末端兩連線之間所測量得之角度，該角度35越大，可貫入土壤深度越深。以沙質與硬黏土而言，通常錨的貫入深度較淺，需要較小的角度35。以軟質黏土而言，通常錨的貫入深度較深，需要較大的角度35。

拖曳錨3可為DEA或VLA之設計，角度35因應不同海床質地而調整，如圖3及圖6所示。

在部分實施例中，以DEA而言，角度35可藉由前鉸鏈331來調整，以用於不同之土壤質的，以沙質而言，角度35大約是30 ^o，以中等黏土而言，角度35是40 ^o，以軟黏土而言，角度35是50 ^o，安裝完成後角度35不會改變。

在部分實施例中，以VLA而言，角度35亦可藉由前鉸鏈331來調整，以沙質而言，安裝時初始角度35大約是45 ^o，以中等黏土而言，安裝時角度35是60 ^o，在正常操作時，可藉由鍵控過程調整角度35接近於90 ^o，即接近垂直於其錨爪31。

在部分實施例中，相同之DEA設計可轉換為VLA使用，只需在前鉸鏈331處設置不同之角度35，在其前鉸鏈331位置引入一剪切鞘4，並增加一與錨柄32相連之鉸鏈接頭及連桿5，如圖3及6所示。

自由落下後，可用繫泊纜繩拉動錨柄板眼34，及用吊裝纜繩拉動尾部板眼22，藉由扯開其連接處之剪力鞘4或類似物，將拖曳錨3與系統上部魚雷狀形體2分離。分離後，錨系統之上部可以被收取回，以重複使用於下一次錨之安裝作業。

進一步地，可藉由連續拉扯繫泊纜繩以進行拖曳錨3之嵌入操作，使該下部貫入至合適的海床深度及至設定的繫泊纜繩張力值。

在部分實施例中，當達到設定之繫泊纜繩張力值後， VLA之鍵控操作可藉由連續拉扯繫泊纜繩以扯開錨爪前絞鍊331之剪切銷4來進行，以使角度35能接近垂直於其錨爪31。

此外，可視需求，拉拔錨爪操作可在收取回系統之上部前或後進行，亦可在拖拉嵌入操作的任何時間進行。

本發明之動力安裝式拖曳錨可設計成DEA或VLA，以使其不受自由落下安裝之水深的限制，可應用於各種浮式平台在各種海深及大範圍的土壤中進行臨時或永久錨泊。此外，複數個相連的魚雷狀形體為可收取回的，魚雷狀平行中體之直徑可為標準化的，魚雷狀形體之長度可調整，其結構連接尾部之尺寸亦可調整，以滿足總重量、初始貫入深度及可靠安裝之需求。具備上述所有優點，本發明之發明動力安裝式拖曳錨可視為用於海上繫泊最佳選擇之錨。

此外，動力安裝式拖曳錨因先天具備生存條件下的優越性，可在淺水域有限的水深中自由落下，並藉由懸垂式組態配置降低海床土壤干擾及整體錨泊足印面積。以上這些優勢使得發明拖曳錨之設計成為在設置於淺水區及海上平台稠密區之浮動式離岸風電場的最佳應用型態。

上述實施例係用以說明本發明之實施形態，惟本發明並非限定於此。只要係不脫離本發明申請專利範圍，具備本發明之技術特徵而有修飾變化者，亦包含在本專利所保護範圍內。

1:動力安裝式拖曳錨 2:魚雷狀形體 21:尾部 211:結構連接尾部 22:板眼 23:平行中體 3:拖曳錨 31:錨爪 311:錨爪前部 312:錨爪後部 32:錨柄 321:支撐板柱 33:絞鍊 331:前絞鍊 332:後絞鍊 34:板眼 35:角度 4:剪力鞘 5:連桿

〔圖1〕係表示本發明一示例性實施型態之斜視圖。 〔圖2〕係表示本發明一示例性實施型態之俯視圖。 〔圖3〕係表示本發明一示例性實施型態之側視圖。 〔圖4〕係表示本發明一示例性實施型態之斜視圖。 〔圖5〕係表示本發明另一示例性實施型態之俯視圖。 〔圖6〕係表示本發明另一示例性實施型態之側視圖。

1:動力安裝式拖曳錨

2:魚雷狀形體

21:尾部

211:結構連接尾部

22:板眼

23:平行中體

3:拖曳錨

31:錨爪

32:錨柄

34:板眼

4:剪力鞘

Claims (10)

1. 一種動力安裝式拖曳錨，其特徵係其包含： 可回收式具有複數個魚雷狀形體構成之上部；及 拖曳錨構成之下部； 其中，該複數個魚雷狀形體以其尾部成結構相連，該拖曳錨包含一錨爪及一錨柄，並藉由複數個剪力鞘將該上部及該下部組成一整體。
2. 如請求項1所述之動力安裝式拖曳錨，其中，該複數個魚雷狀形體構成之上部及拖曳錨構成之下部，均為流線型設計之構造，以減少水中及土中阻力。
3. 如請求項1所述之動力安裝式拖曳錨，其中，該複數個魚雷狀形體具複數個分段式平行中體，該分段式平行中體視數量及長度視需求因應調整。
4. 如請求項1所述之動力安裝式拖曳錨，其中，該複數個魚雷狀形體相連尾部之尺寸，視拖曳錨長度及形狀之需求因應調整。
5. 如請求項1所述之動力安裝式拖曳錨，其中，該拖曳錨之該錨爪前端為十字形的設計之構造；且 該錨爪之結構為實心金屬鋼板、雙殼層或中空結構。
6. 如請求項1所述之動力安裝式拖曳錨，其中，該拖曳錨之該錨爪及該錨柄所夾之角度可因應海床質地而調整。
7. 如請求項1所述之動力安裝式拖曳錨，其中，該複數個魚雷型體構成之上部之尾部及拖曳錨之錨柄之末端具有板眼，該板眼分別設置吊裝及繫泊纜繩，以當該動力安裝式拖曳錨進入海床後，可拉扯吊裝及繫泊纜繩，將該上部與該下部分開，以將該上部收取回以重複使用，並藉由持續拉扯繫泊纜繩，調整該下部之拖曳錨貫入至合適的海床深度或至設定的繫泊纜繩安裝張力值。
8. 如請求項1所述之動力安裝式拖曳錨，其中，該拖曳錨之該錨柄係一對鋼板所形成，該鋼板之間設置複數個支撐板柱，該錨柄與該錨爪藉由左右各兩個絞鍊連接而成，該兩個絞鍊分別位於該錨爪之前部及後部。
9. 如請求項1所述之動力安裝式拖曳錨，其中，該拖曳錨構成之下部為嵌入式拖曳錨或垂直式拖曳錨。
10. 如請求項1至9中任一項所述之動力安裝式拖曳錨，其中，該動力安裝式拖曳錨可應用於各種海洋浮式平台之暫時繫泊及永久繫泊，亦可應用於多種海床質地及各種海深之錨泊相關領域。

Images