一种上下往复式旋转排土驱动鱼雷锚的装置及方法

本发明涉及系泊基础装置，尤其涉及一种上下往复式旋转排土驱动鱼雷锚的装置及方法。

背景技术：

1、随着世界经济的高速发展，对海洋资源的开发和利用以及成为世界各国的必然趋势，向深海进军的步伐以及迈开，世界上浮式生产平台的最大作业水深已达2895米。可持续发展战略对于海洋新能源的开发尤为广泛。与此同时，新式的浮式生产平台数量急剧增长，其事故也变得愈发频繁，而其中在系泊系统中起关键作用的锚体的作用不容忽视。

2、目前运用较广泛的深水锚基础主要有吸力锚、法向承力锚、吸力贯入式板锚、振动深埋锚、动力贯入锚。其中，鱼雷锚是最新发展的深海锚基础形式，具有造价经济、安装简单高效、锚泊性能佳等突出特点，尤其是克服了传统锚基础安装成本严重依赖水深的缺点，是目前最具发展前景的深水锚基础。目前遇到的问题是鱼雷锚主要依靠自身重力来贯入土体，自重过大会导致制作成本、运输成本和安装难度大大提高，同时在坚硬的砂土地层中，锚体难以到达指定土层，满足设计要求的承载能力。

3、经检索，申请号202210105040.7《一种螺旋排土驱动鱼雷锚的装置与方法》提供了一种可螺旋排土驱动鱼雷锚的装置与方法，主要通过步进电机来驱动螺旋板、转轴与尾板构成的组合，进行往复挖土和排土操作，将鱼雷锚持续向海底推进。但是这种鱼雷锚利用螺旋钻头来切割土层，遇到细小石块很可能会卡住钻头甚至是损坏钻头，最后难以让鱼雷锚持续推进，严重影响了鱼雷锚的贯入深度；申请号202210105039.4《一种反拉脱壳增长式鱼雷锚的装置与方法》提供了一种反拉脱壳增长式鱼雷锚的装置与方法，通过反拉脱壳，将锚体与中杠分开，最大限度的增加了鱼雷锚长度，与土的接触面积增大，提升了鱼雷锚的抗拔能力。但是无法确保锚体贯入深度，以确保拉脱壳体仍在土体中发挥原有作用。

4、因此，现存的鱼雷锚设计中应考虑鱼雷锚的贯入深度以及鱼雷锚的抗拔承载力方面，为此增加鱼雷锚掘进阻力，对地层进行持续有效掘进，让鱼雷锚到达指定推进距离来确保浮式平台工作稳定的需要尤为关键，若只是单方面通过螺旋钻头加深锚固长度或者进行发拉脱壳式锚体来提高鱼雷锚的承载力，其承载力的发挥很难有更大程度的提高。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的在于增加当前系泊系统基础承载能力，提供了一种上下往复式旋转排土驱动鱼雷锚的装置及方法，通过电机带动运输带旋转来驱动卡齿、电磁铁与弹簧构成的组合，进行往复的挖土和排土操作，将鱼雷锚持续向深处推进，到达一个目标地层或者深度进行最终定位，以确保浮式平台稳定工作的需要；解决了鱼雷锚初始贯入深度不足，或者未到达指定深度不能正常发挥原有作用的问题。

2、技术方案：本发明上下往复式旋转排土驱动鱼雷锚的装置包括锚眼、尾翼、锚体、锚头、电源、运输带、电磁铁和刚性杆；

3、电源与电磁铁连接；锚眼和刚性杆之间连接有锚链；

4、刚性杆由横杆和竖杆组成十字形刚性杆；横杆的两端固定有衔铁；电磁铁的下方连接有弹簧；弹簧的下端与衔铁连接；

5、竖杆的两端固定有电机，竖杆的两端的电机的转轴上安装有转轮，转轮的外表面啮合连接有运输带，运输带的外表面分布有卡齿；

6、锚头为由两个半锥体组成的空心锥体，两个半锥体之间留有锚头的缝隙；两个半锥体的锥底与锚体铰接连接；

7、锚体的内表面开设有滑槽，刚性杆、电机、转轮、运输带和卡齿在滑槽内并沿着滑槽移动。

8、锚体的中部的内表面开设有滑槽，刚性杆带动电机、转轮和运输带沿着滑槽移动。

9、转轮的外表面有外齿纹，运输带的内表面有与外齿纹啮合的内齿纹。

10、卡齿延申至所述锚体的内表面，即卡齿与锚体的内壁接触。

11、电源位于运输带的内部空间内。

12、卡齿在运输带的外表面等间距排列。

13、衔铁内开设有固定弹簧的卡槽，弹簧固定在衔铁的卡槽内。

14、本发明上下往复式旋转排土驱动鱼雷锚的方法，由上下往复式旋转排土驱动鱼雷锚的装置实施，该方法包括以下步骤：

15、步骤(1)，使用锚链通过锚眼和刚性杆将鱼雷锚吊至释放地点；

16、步骤(2)，将鱼雷锚垂直投入水中，使鱼雷锚射入海底河床土体内；

17、步骤(3)，断掉电磁铁的电源，弹簧恢复原长并推动衔铁向下，进而带动刚性杆、电机、转轮、运输带和卡齿下压打开锚头接触到海底土层；

18、步骤(4)，启动电机，通过转轮带动运输带上的卡齿旋转挖土，使锚体向深处推进并将土体装入两个相邻卡齿之间，直到最低处的卡齿运动到最高侧，运输带半侧的卡齿的间隔空间装满土体，关闭电机；

19、步骤(5)，启动电磁铁，吸引衔铁和刚性杆向上运动至电机、转轮、运输带和卡齿的上部抬升至锚体尾部以上；

20、步骤(6)，启动电机带动转轮，同步骤(4)；带动运输带旋转排出卡齿间隔空间处的土体；

21、步骤(7)，排土完成后，循环进行步骤(3)至(6)，使得鱼雷锚持续向海底深处土层推进至目标深度；

22、步骤(8)，断掉电磁铁的电源，启动电机，弹簧恢复原长推动衔铁带动刚性杆、电机、转轮、运输带和卡齿向下挖掘土体；当土体充满两侧相邻卡齿的间隔空间时，关闭电机；

23、步骤(9)，通过电磁铁、弹簧、衔铁的配合驱动刚性杆上下往复运动，将相邻卡齿间的土体排出至锚体上部。

24、步骤(2)中，将鱼雷锚垂直投入水中，使鱼雷锚自由落体射入海底河床土体内。

25、步骤(3)中，断掉电磁铁的电源，弹簧恢复原长并推动衔铁向下，进而带动刚性杆、电机、转轮、运输带和卡齿下压打开锚头的缝隙接触到海底土层。

26、工作原理：本发明上下往复式旋转排土驱动鱼雷锚的装置的电机的转轴与运输带连接，电机的一端与刚性杆连接，安装在锚体中部滑槽内；刚性杆的横杆通过弹簧连接电磁铁；运输带上带有垂直于履带的卡齿；电磁铁刚接在锚体中部偏右一侧；电源安装在运输带的中间空余部分；通过电机带动运输带旋转来驱动卡齿、电磁铁与弹簧构成的组合，进行往复的挖土和排土操作，将鱼雷锚持续向深处推进，解决了鱼雷锚依靠自身重力来确保贯入深度的问题，实现鱼雷锚深入土层，满足实际工程作业承载需要。

27、同时，鱼雷锚达到设定深度后的继续挖土填充锚体内部的操作，加深了鱼雷锚的贯入深度，增加了锚体自重，提高了鱼雷锚的承载能力。鱼雷锚停止工作后，电磁铁处于关闭状态，弹簧下压衔铁，带动刚性杆、运输带和卡齿向下深入土层，增大了卡齿与海底土的接触面积，增加了土壤摩擦阻力，具备抗拉拔作用，提高了鱼雷锚的抗拔承载力。

28、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

29、(1)本发明通过运输带旋转将下方土体导入卡齿之间的空隙处，并且通过电磁铁与弹簧组合将刚性杆上下往复运动，将运输带卡齿间的土体排出至锚体上部，实现了锚头下部锚体挖入并向上部排除的目的。

30、(2)本发明通过电机带动运输带旋转与电磁铁-弹簧组合上下推拉刚性杆操作，减少前方的推进阻力、增大了后方抗拔承载力，将鱼雷锚持续向土体深处推进，提高了鱼雷锚抗拔承载力。

31、(3)本发明不依赖鱼雷锚自身重量来部署，减轻鱼雷锚的制作成本、运输成本和安装难度，实现了鱼雷锚轻量化经济化制造。

32、(4)本发明的装置与方法的改进，使鱼雷锚持续深入推进土层，在到达指定土层后发挥原有作用，满足了实际工程作业的承载需要。

33、(5)本发明在到达指定工作深度之后，装置的结构具有抗拉拔的作用，增大了土壤摩擦阻力，提高了鱼雷锚抗拔承载能力。