[发明专利]一种适用于深水系泊系统的拖曳嵌入式板锚

说明书

技术领域

本发明属于海洋技术领域海洋工程技术，涉及一种拖曳嵌入式板锚。

背景技术

从拖曳锚的发展历程来看，锚板主要分为两类，一种是传统拖曳锚，另一种是法向承力锚。传统拖曳锚主要应用于悬链式系泊系统，能承受较大的水平荷载和较小的竖向荷载。法向承力锚主要应用于绷紧式系泊系统，具有高效的锚固性能，可以同时承受较大的水平荷载和竖向荷载，其承载力可以达到锚自身重量的100倍以上，同时具有重量轻、材料省、易操作、易存储、可回收和重复使用等优点，与目前新型深水绷紧式系泊方式配合，在深水条件下的优势非常明显。

随着海上石油及天然气的开采不断向海洋深处推进，适用于深水和超深水的系泊系统日益受到重视，相关研究成为国际海洋工程界研究的焦点和热点，其中，以合成纤维系缆作为主体系缆、以法向承力锚作为系泊基础的绷紧式系泊系统，由于在深水系泊中具有明显的优势，逐渐成为深水系泊的一种主要技术。法向承力锚属于一种新型的拖曳嵌入式板锚，它是深水绷紧式系泊系统中极为关键的组成，也是目前国际上在深水系泊技术中的前沿技术，其关键技术被国外少数几家大公司掌握，国内没有相关的核心技术以及自主研发的产品。因此，通过自主力量研发这种新型的拖曳嵌入式板锚，掌握其关键技术，对于国内依靠自主力量进行海洋油气开发以及提升海洋工程技术装备水平，具有十分重要的意义。

目前在市场上可见的法向承力锚主要有两种款式，一是荷兰Vryhof公司的Stevmanta锚，二是英国Bruce公司的Denla锚，其中Stevmanta锚的锚胫为软索锚胫，而Denla锚的锚胫与传统拖曳锚一样，为整体式刚性锚胫。由于技术保密的原因，无法详尽获悉关于锚板形态及尺寸设计等相关的核心技术。

在大量调研的基础上，通过综合分析，拟参照Stevmanta锚，采用软索锚胫，研发一种适用于深水系泊系统的拖曳嵌入式板锚。

文献调研表明，拖曳锚形态的演变及发展较为复杂，但主要可分为三个阶段，第一阶段是老式的低效率锚，第二阶段是高承载力锚，第三阶段是法向承力锚。三个阶段的锚板各有其独特的形态，但其整体构成大致相同，可将锚板的结构组成分为七个部分，分别为：锚尖，锚板主平面，锚板翼缘，锚板边缘，尾部形状，锚胫，锚板支架。

以下通过锚板各部分形态的演变及优化过程，总结、归纳各组成部分的结构特点和主要功能。

1、锚尖

锚尖是锚板拖曳嵌入过程中首先与土体接触的部分，其作用主要有两点：

(1)破土作用。在拖曳过程中锚板要切开土体嵌入土中，锚尖的刃部必须足够锋利，且锚尖其它部位的迎土面也应尽量小，以利于锚板下嵌。但是，各部位的尺寸必须兼顾强度和刚度问题，以保证锚尖在一定的受力范围内不至于出现损伤和过大的变形。这也是拖曳锚可以回收和反复使用的前提条件之一。

(2)导向作用。运动物体的前端大多具有导向作用，锚尖作为整个锚板下嵌的引导部位，其受力状态会直接影响锚板的嵌入方向。同时，锚尖对称与否，往往会影响锚板的侧向稳定性。

早期的锚尖大多较小，且夹角很小。第二阶段锚尖比较锋利，占主平面的比例较大，主要用于硬土。第三阶段锚尖较小，锚尖夹角较大，利于土体穿过，目前在软粘土中应用较多。

2、锚板主平面

锚板主平面占据锚板尺寸的绝大部分，它是锚板承载的主要部位，在一般情况下，80％～90％的承载力是由锚板主平面提供的。归纳起来，锚板主平面主要有以下几个作用：

(1)提供足够的系泊承载力。锚板主平面的尺寸决定着锚板承载力的大小。法向承力锚的承载力取决于锚板主平面的面积。因此，承载力是选择锚板主平面尺寸的主要依据。

(2)锚板主平面的几何形状将直接影响锚板嵌入的稳定性。锚板主平面几何形状的设计将涉及对称性、均匀性和流线型等多方面问题。

(3)锚板的主体形状应保证锚板的拖曳嵌入效率。若锚板主平面的几何形状在嵌入过程中造成较大的土抗力，将不利于锚板嵌入。因此，锚板主平面的几何形状往往需根据具体工程的土质条件来设计。

早期锚板的主体形状大多是三角形，且尺寸较小。而后逐渐接近矩形，面积相应增大。但随着工程技术要求的发展，锚板的主平面逐步演变为不规则形状，同时也采用了流线型等优化设计的方案。此外，为提高锚板的法向承载力，主平面面积也逐步增大，这些都与实际工程所要求的嵌入深度和承载力直接相关。

3、锚板翼缘