TWI652202B - 具減速翼之重力及錨體複合之深海錨錠裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種具減速翼之重力及錨體複合之深海錨錠裝置，其包含：一錨錠基座、減速翼及錨體；其中，錨錠基座係提供重力而具有重壓及摩擦於海床之錨錠力；減速翼，包含主減速翼及副減速翼，副減速翼係藉以增加截面積並予以導流，使水流經過主減速翼及副減速翼時產生阻力，以減緩錨錠基座之下沉速度至一安全範圍，以避免錨錠基座快速撞擊海床而致損壞；錨體係樞設於錨錠基座之底部，藉以於海床為碎石或沉積土時可鏟入而錨錠，而於海床為岩石時，則可分別抵頂於各凹凸不平之岩石而錨錠；藉此，本發明係藉由錨錠基座之重力而重壓及摩擦於海床，並複合錨體鏟入或抵頂於海床，藉以提供絕佳之錨錠力；且於深海錨錠時，僅需移動至欲進行錨錠之水域即可釋放錨錠基座，於錨錠基座沉至海床後，僅需於水面直接朝錨體之方向拉動，即可完成錨錠作業，藉可無須耗費人力水下錨錠之施工成本，並能適用於各型式之海床，藉可利於海上設施及洋流發電設備之佈設。

Description

具減速翼之重力及錨體複合之深海錨錠裝置

本發明係提供一種具減速翼之重力及錨體複合之深海錨錠裝置，尤指一種藉由於錨錠基座設置減速翼及錨體，藉使水流經過減速翼時產生阻力，以減緩錨錠基座之下沉速度，以避免錨錠基座快速撞擊海床而致損壞；而錨體係可適用於各式海床，當海床為碎石或沉積土時可鏟入而錨錠，而於海床為岩石時，則可分別抵頂於各凹凸不平之岩石而錨錠；藉此，本發明可降低深海錨錠之成本，並提供極佳之錨錠力，以利於海上設施及洋流發電設備之佈設。

按，洋流為大規模海水運動，是以，對於海上設施之建設，以及洋流發電設備之佈設，皆需考量洋流之流向及流速，而予以對海上設施或洋流發電設備進行錨錠，藉以防止受洋流、風浪等因素而漂離原本佈設之海域。

習知之錨錠方式，概如第1圖所示，其可概略分為下述六種：

1.重力錨10(Dead weight)：其錨錠力係藉由重力，以及其與海床之摩擦力而形成。

2.樁20(Pile)：其係利用重槌或振動器將樁20(如：空心鋼管)壓入海床內，以藉由擠壓土壤而產生摩擦力，一般需將樁20壓入一定深度才具有足夠之裏握力，方能提供一定程度之錨錠力。

3.嵌入式阻力錨30(Drag embedment anchor)：其係目前最為普遍之錨錠方式，其主要係利用部份或全部嵌入海床內，錨錠力主要來源為前端嵌入泥土所提供之阻力，其大小與嵌入深度有關；此方式一般只適用提供水平錨錠力，不適用垂直拉動，因於垂直拉動時，容易將其拉出土壤。

4.吸附式錨40(Suction anchor)：其如同樁般，可採用空心鋼管，但管徑較大，當吸附式錨40壓入海床後，將留一部分於海床上，再利用泵浦將內部水抽出，並予封蓋，藉以造成內外壓差，使外部之水壓提供向下壓之力量，同時亦具有土壤和鋼管間的摩擦力，如此可提供水平及垂直之錨錠力。

5.重力安裝式錨50(Gravity installed anchor)：其係利用本身重力快速落下，藉以貫穿軟性海床產生而錨錠力，因對於越深之海床而言，自由落下至海床之速度越快，致使貫穿深度越深，進而可產生越大錨錠力，故適合深海具鬆軟之海床錨錠。

6.垂直負荷式錨60(Vertical load anchor)：其與前述嵌入式阻力錨30相似，但埋入更深，可予變換錨錠方式，故可提供垂直及水平錨錠力，亦很適合海底基礎設施錨錠之用途。

惟此，洋流海床因強烈之流體流動，將致使海床上並無沉積物，多數者經實際探勘後發現皆係岩石海床，其並無法將錨嵌入海床，是以，前述者之後五種之錨錠方式僅能適用於具有沉積物之軟性海床，無法適用於岩石海床；而重力式錨10可予適用，因其係藉由重力摩擦提供錨錠力，惟其需極大之 重量才具有足夠之錨錠力，然而，其製造成本極高，且極難以運送至特定之水域海床佈放，此外，於佈放之過程中，因於深海中之沉入速度快，即易導致與海床之撞擊而損壞。

有鑑於此，吾等發明人乃潛心進一步研究海床之錨錠，並著手進行研發及改良，期以一較佳發明以解決上述問題，且在經過不斷試驗及修改後而有本發明之問世。

爰是，本發明之目的係為解決前述問題，為達致以上目的，吾等發明人提供一種具減速翼之重力及錨體複合之深海錨錠裝置，其包含：一錨錠基座、至少一減速翼及至少一錨體；錨錠基座，係用以提供重力，且重力係遠大於浮力，以提供重壓及摩擦海床之錨定力；錨錠基座可為浮體，如：船體或呈船型設置，該錨錠基座內部係形成一容室，該錨錠基座之側端設有至少一連通於該容室之導水管路，且所述導水管路分別設有一開關閥；藉以利於在海面上漂浮拖行，並於需佈放時，可開啟開關閥，令該錨錠基座之容室進水，藉使錨錠基座因進水而增加其重力，進而沉至水中。

減速翼，其係設置於該錨錠基座之頂端處，且外緣係朝該錨錠基座之方向傾斜設置，所述減速翼與該錨錠基座之間形成有一阻力空間，藉以於錨錠基座沉入水中時，水流將因流經阻力空間內，並藉由減速翼而造成水流阻力，藉以減緩錨錠基座下沉之速度至一安全範圍，藉以防止錨錠基座快速的與海床撞擊而損壞； 進一步而言，所述減速翼更包含至少一主減速翼及至少一副減速翼；所述主減速翼之位置係高於所述副減速翼，所述副減速翼之末端係伸展超出該錨錠基座之側端，藉以增加截面積，進而提升水流阻力，並具有導流之功能，藉以將水流導至阻力空間，使水流經過主減速翼及副減速翼時產生阻力，藉以達致減緩本發明下沉速度之目的；具體而言，該錨錠基座於頂端設置有一支撐座，該支撐座係與所述減速翼間形成該阻力空間，且該支撐座相對於該錨錠基座一端封閉設置有所述主減速翼，該支撐座之兩側分別設有所述副減速翼；所述副減速翼與該錨錠基座間，更設有至少一導流部件，藉以更進一步提升導流及支撐之功效，且相鄰之所述導流部件係分別形成至少一導流通道，所述導流通道係連通於該阻力空間，而所述副減速翼至少部分係受所述主減速翼所遮蔽；藉此設置，使本發明於下沉之過程中，水流可被確實導至減速翼與該錨錠基座間之阻力空間，藉以提升水流阻力。

錨體，係樞設於該錨錠基座之底部，藉以於碎石及沉積土之海床時，所述錨體將鏟入碎石及沉積土中；而於岩石海床時，由於所述錨體係朝一方向傾斜設置，故係可抵頂於凸出之岩石，因岩石之堅硬度佳，故可與錨體形成良好之錨錠力；所述錨體係呈鏟狀設置，且於末端係形成一尖端，藉以令錨體可鏟入碎石及沉積土中。

該錨錠基座底部設有至少一凹槽，所述凹槽於一側之璧面具有一止擋部，且所述凹槽於設置所述止擋部之璧面上端處樞設有至少其一所述錨 體，且所述錨體係凸伸於所述凹槽，藉使錨體得以受止擋部之影響而傾斜，以利於抵頂於凸出之岩石。

藉此，本發明透過錨錠基座之重力，並複合錨體抵頂或鏟入海床之設計，藉以提供絕佳之錨錠力，且錨錠基座所需之重力可遠小於習知純提供重力之重力錨，藉可大幅降低設置及佈放之成本。

〔習知〕

10‧‧‧重力錨

20‧‧‧樁

30‧‧‧嵌入式阻力錨

40‧‧‧吸附式錨

50‧‧‧重力安裝式錨

60‧‧‧垂直負荷式錨

〔本發明〕

1‧‧‧錨錠基座

11‧‧‧容室

12‧‧‧導水管路

13‧‧‧開關閥

14‧‧‧支撐座

15‧‧‧導流部件

151‧‧‧導流通道

16‧‧‧凹槽

161‧‧‧止擋部

2‧‧‧減速翼

21‧‧‧主減速翼

22‧‧‧副減速翼

3‧‧‧阻力空間

4‧‧‧錨體

5、5’‧‧‧海床

第1圖係習知錨錠方式之示意圖。

第2圖係本發明之立體示意圖。

第3圖係本發明之剖視暨漂浮於海面之使用狀態示意圖。

第4圖係本發明之剖視暨開啟開關閥而進水於容室之使用狀態示意圖。

第5圖係本發明之剖視暨沉入水中之水流方向示意圖。

第6圖係本發明之局部剖視暨錨體鏟入較軟之海床之使用狀態示意圖。

第7圖係本發明之局部剖視暨錨體抵頂於岩石海床之使用狀態示意圖。

第8圖係本發明之錨體抵頂於岩石海床，且受拖曳之力學及使用狀態示意圖。

關於吾等發明人之技術手段，茲舉數種較佳實施例配合圖式於下文進行詳細說明，俾供 鈞上深入了解並認同本發明。

請先參閱第2圖及第3圖所示，本發明係一種具減速翼之重力及錨體複合之深海錨錠裝置，其包含： 一錨錠基座1；其係用以提供重力，以藉由重壓及摩擦力而達致錨錠力；而為利於對於錨錠基座1之運送及佈設，在一較佳之實施例中，該錨錠基座1為一浮體，如：船體或呈船型設置，如第3圖所示，藉可予以漂浮於海面，以利於其他船隻可於海面上拖曳該錨錠基座1；而該錨錠基座1內部係形成一容室11，該錨錠基座1之側端設有至少一連通於該容室11之導水管路12，且所述導水管路12分別設有一開關閥13；並如第3圖所示者，當容室11內未進水，且開關閥13係呈關閉狀態時，海水將無法進入容室11，使錨錠基座1之密度小於海水密度，故將可漂浮於海面；並如第4圖所示，當需將錨錠基座1進行沉放時，則係可開啟該開關閥13，藉以令海水可藉由導水管路12進入該錨錠基座1之容室11，藉以增加該錨錠基座1之重量及密度，使錨錠基座1之密度遠大於海水密度，進而可予下沉至海水中；就開關閥13而言，可知悉者，係習知用於開關水路之閥體，可受人員操作而開關；而為提升下沉時之穩定性，藉以令錨錠基座1不易因下沉及海流之影響而翻覆，故在一實施例中，係可進一步於錨錠基座1設置平衡裝置，藉以令錨錠基座1可維持下沉之平穩性，而平衡裝置係為船舶中廣泛應用之習知技術，故在此不予贅述。

至少一減速翼2，其係設置於該錨錠基座1之頂端處，且所述減速翼2與該錨錠基座1之間形成有一阻力空間3；藉以於錨錠基座1沉放時，水流可流至該阻力空間3處，以提升流體阻力，進而降低放沉速度至一安全範圍內；在一實施例中，所述減速翼2之外緣係朝該錨錠基座1之方向傾斜設置，如第2圖所示，其設置方式將可令水流較不易排出阻力空間3，藉可有助於提升流體阻力； 在一較佳之實施例中，為有效提升減速翼2之截面積以更進一步提升流體阻力，故所述減速翼2更包含至少一主減速翼21及至少一副減速翼22；且所述主減速翼21之位置係高於所述副減速翼22；而所述副減速翼22之末端係伸展超出該錨錠基座1之側端，以提升減速翼2整體之截面積，且副減速翼22亦係用以將水流導引至阻力空間3內，藉以提升整體之水流阻力；具體舉例而言，對於所述減速翼2之設置，係該錨錠基座1於頂端垂直設置有一支撐座14，該支撐座14係與所述減速翼2間形成該阻力空間3，且該支撐座14相對於該錨錠基座1一端封閉設置有所述主減速翼21；而該支撐座14之兩側分別設有所述副減速翼14。

而為使降低副減速翼22所受錨錠基座1沉放而致水流衝擊之力矩，並能有效提升整體之流體阻力，故於較佳之實施例中，所述副減速翼22與該錨錠基座1間，更設有至少一導流部件15，且相鄰之所述導流部件15係分別形成至少一導流通道151，所述導流通道151係連通於該阻力空間3；藉以如第5圖所示，於錨錠基座1沉放之過程中，水流將先受副減速翼22之阻力，並隨副減速翼22之傾斜角度，而經由導流通道151流至主減速翼21與錨錠基座1間之阻力空間3；而為使水流較不易流出阻力空間3而增加水流之阻力，因此，較佳者，所述副減速翼22至少部分係受所述主減速翼21所遮蔽，故經過導流通道151之水流並不會直接流出，而係再受主減速翼21之阻擋，最後才由主減速翼21之周緣排出；藉此設計，可大幅提升本發明整體之水流阻力；而當水流阻力大於整體之淨重力時，即可減緩下沉之速度。

因本發明係考量錨錠基座1與海床之撞擊力，假設錨錠基座1完全進水後之重量為500公噸(tons)，而放沉速度約為3m/s，於未裝設減速翼2之情形下，考慮相異類型之海床，其產生不同剎停時間及撞擊力估計如下表1所示：

其中，撞擊力F_impact為海床反彈力F_res及錨錠基座1重量W之總和；海床反彈力F_res係如下數學式1所示：

由表1可見，於錨錠基座1撞擊粗糙硬海床所產生之撞擊力，將達致約1264.53公噸，其撞擊力過大，將有導致錨錠基座1損壞之疑慮。

而流體阻力F _D 及放沉速度V之關係，係如下數學式2所示：

其中，C _D12為設置有減速翼2之錨錠基座1的阻力係數，且因本發明之設置方式，故此值較大；ρ為海水密度；A ₁為減速翼2之截面積；A ₂為錨錠基座1之截面積； 而流體阻力等於錨錠基座1重量之平衡速度即為放沉速度V，如下數學式3所示：

其中，V ₁₂為具有減速翼2之錨錠基座1的放沉速度。

而若未設置減速翼2，則如下數學式4所示：

其中，C _D2為未設置減速翼2之錨錠基座1之阻力係數，其值較小；V ₂為未設置減速翼2之錨錠基座1之放沉速度；且令數學式3等於數學式4時，將可求得放沉速度V ₁₂及V ₂之關係，如下數學式5所示：

由上數學式5可知，未設置減速翼2之錨錠基座1之放沉速度V ₂將遠大於設置減速翼2之錨錠基座1之放沉速度V ₁₂，亦可證其沉放速度V ₂有過快而致錨錠基座1損壞之疑慮，故須予設置減速翼2，藉以降低放沉速度。

至少一錨體4，其係樞設於該錨錠基座1之底部，其係用以於錨錠基座1沉降至海床時，可將錨錠基座1固定於海床。

在一實施例中，所述錨體4係朝一方向傾斜設置；在一具體之實施例中，錨體4之傾斜，係於該錨錠基座1底部更設有至少一凹槽16，所述凹槽16於一側之璧面具有一止擋部161，且所述凹槽16於設置所述止擋部161之璧面上端處樞設有至少其一所述錨體4，且所述錨體4係凸伸於所述凹槽16，而錨體4將受止擋部161之支撐而呈一定角度之傾斜； 其係由於錨錠基座1沉降至海床時，將錨錠基座1透過海面上之船隻予以朝一方向拖曳，其目的在於，當海床5為碎石或沉積土時，係如第6圖所示，可藉由拖曳使錨體4鏟入該海床內，故較佳者，所述錨體4係呈鏟狀設置，且於末端係形成一尖端，以利於錨體4鏟入海床；而如第7圖所示，若海床5’為堅硬之岩石，則樞設之錨體4將會依岩石之高低起伏而有所樞轉，並受拖曳時，將令錨體4之末端可抵頂於岩石凸出部分之側端。

並如第8圖所示者，茲可見本發明之錨體4可藉其樞轉設置而可予適用於凹凸不平之海床5’，且錨體4係可藉由受拖曳之力量T而抵頂於岩石凸出部分之側端。

是由上述說明，顯見無論海床5、5’之類型為何，本發明藉由透過錨錠基座1之重力，及重壓時與海床之摩擦力，並複合錨體4之抵頂或鏟入，進而達致絕佳之錨錠力；是以，若需予以佈設海上設施或洋流發電設備，則無需另行考量所佈設海域之海床類型，僅需藉由本發明，即可予以進行錨錠；且於錨錠之過程中，完全無須進行高成本之水下作業，顯見本發明確實具有適用性及低成本之功效。

綜上所述，本發明所揭露之技術手段確能有效解決習知等問題，並達致預期之目的與功效，且申請前未見諸於刊物、未曾公開使用且具長遠進步性，誠屬專利法所稱之發明無誤，爰依法提出申請，懇祈 鈞上惠予詳審並賜准發明專利，至感德馨。

惟以上所述者，僅為本發明之數種較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (4)

1. 一種具減速翼之重力及錨體複合之深海錨錠裝置，其包含：一錨錠基座，該錨錠基座為一浮體，且該錨錠基座內部係形成一容室，該錨錠基座之側端設有至少一連通於該容室之導水管路，且所述導水管路分別設有一開關閥；至少一減速翼，其係設置於該錨錠基座之頂端處，所述減速翼之外緣係朝該錨錠基座之方向傾斜設置，且所述減速翼與該錨錠基座之間形成有一阻力空間；所述減速翼更包含至少一主減速翼及至少一副減速翼；所述主減速翼之位置係高於所述副減速翼，且所述副減速翼之末端係伸展超出該錨錠基座之側端；該錨錠基座於頂端設置有一支撐座，該支撐座係與所述減速翼間形成該阻力空間，且該支撐座相對於該錨錠基座一端封閉設置有所述主減速翼，該支撐座之兩側分別設有所述副減速翼；以及至少一錨體，其係樞設於該錨錠基座之底部；所述錨體係朝一方向傾斜設置；該錨錠基座底部更設有至少一凹槽，所述凹槽於一側之璧面具有一止擋部，且所述凹槽於設置所述止擋部之璧面上端處樞設有至少其一所述錨體，且所述錨體係凸伸於所述凹槽。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具減速翼之重力及錨體複合之深海錨錠裝置，其中，所述副減速翼與該錨錠基座間，更設有至少一導流部件，且相鄰之所述導流部件係分別形成至少一導流通道，所述導流通道係連通於該阻力空間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具減速翼之重力及錨體複合之深海錨錠裝置，其中，所述副減速翼至少部分係受所述主減速翼所遮蔽。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具減速翼之重力及錨體複合之深海錨錠裝置，其中，所述錨體係呈鏟狀設置，且於末端係形成一尖端。