一种新型端阻式鱼雷锚

1.本发明属于深海锚泊技术领域，尤其涉及一种新型端阻式鱼雷锚。


背景技术：

2.传统的开采平台受限于造价，安装操作，且只适用于浅水领域，在深水区域多采用浮动式平台开采资源。目前较为成熟的深水区锚泊装置包括：吸力锚、吸力贯入式板锚、法向承力锚、动力式贯入锚。其中，动力贯入锚因其安装简便、造价低廉以及承载力高等优点深受青睐。
3.鱼雷锚的原理即通过运输船将锚运至指定位置，然后放入水中，在距离海床某高度处释放，通过自重作用自由下落贯入土体，通过锚的贯入力来为平台提供承载力。但是现有的鱼雷锚的承载能力受多种因素的影响，包括土层强度、贯入深度、鱼雷锚质量等，导致贯入后的鱼雷锚抗拔力低，难以满足浮动式平台的长期开采。
4.专利申请cn114987689a公开了一种反复锤击加深鱼雷锚贯入深度的装置及工作方法，该装置包括鱼雷锚、锚头、尾翼、锚链、锤垫、导向杆、穿心落锤、拉绳、套管、吊孔、穿孔、垫板；通过拉绳提升穿心落锤并让其自由下落，将冲击动能传递给锚头，促使鱼雷锚在反复锤击做功下向海床土层中深部移动；该发明一定程度增加贯入深度的同时挤密周边土层，提升了鱼雷锚的抗拔能力，解决了因海床土层较硬或者鱼雷锚轻量化设计造成鱼雷锚初始贯入深度不足的问题；但是，其依靠穿心落锤自由下落的动能反复冲击，传递至锚头，操作较复杂，在锤击同时挤密周边土层，使得后期鱼雷锚难以深度贯入。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种新型端阻式鱼雷锚,通过增加端承板和简易水轮发动机，解决了鱼雷锚贯入水中动力不足以及现有鱼雷锚承载力低的难题，提高了鱼雷锚贯入水中的抗拔力；结构简单。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种新型端阻式鱼雷锚，包括锚身3，锚身3前端通过端承板7与锚尖1相连接，锚身3后端设有底板2，锚身3外周中后端等距设置有多个锚翼4，所述锚身3内部中前段设置有混凝土填充块6，混凝土填充块6与底板2之间设有简易水轮发动机。
8.所述锚身3外周前端与端承板7之间等距固连有多个三角连接板12。
9.所述的端承板7为外径3m～4.8m的圆环钢板，对应的投影面积分别为锚杆横截面的1～5倍。
10.所述简易水轮发动机包括蜗壳9，蜗壳9一端设置有蜗壳进水口8，蜗壳9另一端设置有蜗壳出水口11，蜗壳9内部中间设置有叶片转轮10；叶片转轮10轴心与转轴5中段固定连接，转轴5的前端与混凝土填充块6的后端固定连接，转轴5后端与主轴13固定连接。
11.所述蜗壳进水口8和蜗壳出水口11分别开口于锚身3外侧。
12.所述的锚身3采用长细比为13的钢制圆筒，直径为0.9m～1.2m、长为11.7m～
15.6m。
13.所述的底板2为圆形钢制板，与锚链14相连。
14.所述的鱼雷锚的承载力pu满足：
15.pu＝pb+pf+ws
16.式中：pf为鱼雷锚锚侧摩阻力，pb为鱼雷锚端承阻力，ws为锚体自重，其中pf和pb分别为:
17.pf＝δs
uasf
18.pb＝ncs
uab
19.其中，δ为锚与土之间的摩擦系数，su为土体不排水抗剪强度，a
sf
为锚体侧表面积，nc为承载力系数，ab为锚竖向投影面积。
20.所述的鱼雷锚贯入土体中时，鱼雷锚与土接触的切向力表示为：
21.τ
crit
＝μp
22.式中，τ
crit
为极限剪应力，μ为摩擦系数，p为法向接触压力；
23.所述鱼雷锚贯入速度通过鱼雷锚贯入高度与时间表示：
24.v＝h/(t
1-t0)
25.式中，h为鱼雷锚下放前与土的高度，t0为下放鱼雷锚时间，t1为贯入土中时间。
26.与现有技术相比，本发明具有以下有利效果：
27.1、贯入土体的鱼雷锚由于端承板增加了截面面积，使得鱼雷锚端承阻力pb增加，进而使鱼雷锚的承载力pu增大，使得抗拔力相比传统鱼雷锚有大幅提高。
28.2、通过简易水轮发动机提供鱼雷锚贯入土体的动力，使鱼雷锚的贯入速度v得到有效提高。
29.3、鱼雷锚贯入土体中时，土体不排水抗剪强度及鱼雷锚与土接触的切向力增加，鱼雷锚抗拔承载力及其稳定性显著提高。
30.综上，本发明鱼雷锚结构简单，可提高水中的贯入速度，增加贯入深度，抗拔力相比传统鱼雷锚有大幅提高。
附图说明
31.图1为本发明一种新型端阻式鱼雷锚的剖面图；
32.图中：
33.1、锚尖，2、底板，3、锚身4、锚翼，5、轴身，6、混凝土填充仓，7、端承板，8、蜗壳进水口，9、蜗壳，10、叶片转轮，11、蜗壳出水口，12、三角连接板，13、主轴，14、锚链。
具体实施方式
34.本发明提出了一种新型端阻式鱼雷锚及其安装方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
35.参见图1，一种新型端阻式鱼雷锚，包括锚身3，所述锚身3前端通过端承板7与锚尖1相连接，锚身3后端设有底板2，锚身3外周中后端等距设置有多个锚翼4，锚身3内部中前段设置有混凝土填充块6，混凝土填充块6与底板2之间设有简易水轮发动机。
36.所述简易水轮发动机包括蜗壳9，蜗壳9一端设置有蜗壳进水口8，蜗壳9另一端设
置有蜗壳出水口11，蜗壳9内部中间设置有叶片转轮10；叶片转轮10轴心与转轴5中段固定连接，转轴5的前端与混凝土填充块6的后端固定连接，转轴5后端与主轴13固定连接。
37.所述蜗壳进水口8和蜗壳出水口11分别开口于锚身3外侧。
38.所述的锚身3采用长细比为13的钢制圆筒，直径为0.9m～1.2m、长为11.7m～15.6m，承载力主要为侧阻提供。
39.所述锚身3外周前端与端承板7之间通过co2气体焊接等距固连有多个三角连接板12。
40.所述的端承板7为外径3m～4.8m的圆环钢板，对应的投影面积分别为锚杆横截面的1～5倍。
41.所述的底板2为圆形钢制板，与锚链14相连。
42.所述的鱼雷锚的承载力pu满足：
43.pu＝pb+pf+ws(1-1)
44.式(1-1)中：pf为鱼雷锚锚侧摩阻力，pb为鱼雷锚端承阻力，ws为锚体自重，其中pf和pb分别为:
45.pf＝δs
uasf
(1-2)
46.pb＝ncs
uab
(1-3)
47.δ为锚与土之间的摩擦系数，su为土体不排水抗剪强度，a
sf
为锚体侧表面积，nc为承载力系数，ab为锚竖向投影面积。
48.通过鱼雷锚端承阻力pb增加；
49.所述的鱼雷锚贯入土体中时，对于饱和黏土内摩擦角此时的tresca屈服准则屈服函数表达式为：
50.f(σ，k)＝j2cosθ
σ-s
u-π/6≤θ
σ
≤π/6(1-4)
51.式中，θσ应力罗德角，j2为偏应力张量第二不变量，su为土体不排水抗剪强度；
52.鱼雷锚与土接触的切向力可表示为：
53.τ
crit
＝μp(1-5)
54.式中，τ
crit
为极限剪应力，μ为摩擦系数，p为法向接触压力；
55.贯入速度可通过鱼雷锚贯入高度与时间表示：
56.v＝h/(t
1-t0)(1-6)
57.式中，h为鱼雷锚下放前与土的高度，t0为下放鱼雷锚时间，t1为贯入土中时间。
58.所述鱼雷锚的贯入通过简易水轮发动机提供的转动力，减小了鱼雷锚贯入土中的时间，提高了鱼雷锚贯入速度。
59.本发明工作原理为：
60.用起吊装置起吊鱼雷锚，将锚链14固定于船体甲板上，最后沉放组装好的鱼雷锚。
61.鱼雷锚进入水中后，水流进入简易水轮发动机通过蜗壳进水口8，水流经过叶片转轮10时会带动叶片转轮10发生转动，叶片转轮10进而通过转轴5带动鱼雷锚整体发生转动，最后水流流出蜗壳出水口11；通过简易水轮发动机提供的转动力，减小了鱼雷锚贯入土中的时间，提高了鱼雷锚贯入速度v；
62.贯入土体的鱼雷锚由于端承板的截面面积，使得鱼雷锚端承阻力pb增加，进而使鱼雷锚承载力pu的增大，使得抗拔力相比传统鱼雷锚有大幅提高。

技术特征：
1.一种新型端阻式鱼雷锚，包括锚身(3)，其特征在于：所述锚身(3)前端通过端承板(7)与锚尖(1)相连接，锚身(3)后端设有底板(2)，锚身(3)外周中后端等距设置有多个锚翼(4)，锚身(3)内部中前段设置有混凝土填充块(6)，混凝土填充块(6)与底板(2)之间设有简易水轮发动机。2.根据权利要求1所述的一种新型端阻式鱼雷锚，其特征在于：所述锚身(3)外周前端与端承板(7)之间等距固连有多个三角连接板(12)。3.根据权利要求1或2所述的一种新型端阻式鱼雷锚，其特征在于：所述的端承板(7)为外径3m～4.8m的圆环钢板，对应的投影面积分别为锚杆横截面的1～5倍。4.根据权利要求1所述的一种新型端阻式鱼雷锚，其特征在于：所述简易水轮发动机包括蜗壳(9)，蜗壳(9)一端设置有蜗壳进水口(8)，蜗壳(9)另一端设置有蜗壳出水口11，蜗壳9内部中间设置有叶片转轮(10)；叶片转轮(10)轴心与转轴(5)中段固定连接，转轴(5)的前端与混凝土填充块(6)的后端固定连接，转轴(5)后端与主轴(13)固定连接。5.根据权利要求4所述的一种新型端阻式鱼雷锚，其特征在于：所述蜗壳进水口(8)和蜗壳出水口(11)分别开口于锚身(3)外侧。6.根据权利要求1所述的一种新型端阻式鱼雷锚，其特征在于：所述的底板(2)为圆形钢制板，与锚链(14)相连。7.根据权利要求1所述的一种新型端阻式鱼雷锚，其特征在于：所述的锚身(3)采用长细比为(13)的钢制圆筒，直径为0.9m～1.2m、长为11.7m～15.6m，承载力主要为侧阻提供。8.根据权利要求1所述的一种新型端阻式鱼雷锚，其特征在于：所述的鱼雷锚的承载力pu满足：pu＝p
b
+p
f
+ws式中：p
f
为鱼雷锚锚侧摩阻力，p
b
为鱼雷锚端承阻力，ws为锚体自重，其中p
f
和p
b
分别为:p
f
＝δs
u
a
sf
p
b
＝n
c
s
u
a
b
其中，δ为锚与土之间的摩擦系数，s
u
为土体不排水抗剪强度，a
sf
为锚体侧表面积，n
c
为承载力系数，a
b
为锚竖向投影面积。9.根据权利要求1所述的一种新型端阻式鱼雷锚，其特征在于：所述的鱼雷锚贯入土体中时，鱼雷锚与土接触的切向力表示为：τ
crit＝
μp式中，τ
crit
为极限剪应力，μ为摩擦系数，p为法向接触压力。10.根据权利要求1所述的一种新型端阻式鱼雷锚，其特征在于：所述鱼雷锚贯入土体速度通过鱼雷锚贯入高度与时间表示：v＝h/(t
1-t0)式中，h为鱼雷锚下放前与土的高度，t0为下放鱼雷锚时间，t1为贯入土中时间。

技术总结
一种新型端阻式鱼雷锚，包括锚身，锚身前端通过端承板与锚尖相连接，锚身后端设有底板，锚身外周中后端等距设置有多个锚翼，所述锚身内部中前段设置有混凝土填充块，混凝土填充块与底部之间设有简易水轮发动机；鱼雷锚进入水中后，水流进入简易水轮发动机通过蜗壳进水口，水流经过叶片转轮并带动叶片转轮转动，进而通过转轴带动鱼雷锚整体发生转动，最后水流流出蜗壳出水口；通过简易水轮发动机提供的转动力，减小了鱼雷锚贯入土中的时间，提高了鱼雷锚贯入速度V；端承板使得鱼雷锚端承阻力P


技术研发人员：李刚 严德强 刘伽 杨毅然 寇宏刚
受保护的技术使用者：西京学院
技术研发日：2023.01.03
技术公布日：2023/6/7