海洋工程锚泊定位系统技术发展分析

翟灵慧

摘要：

海洋浮式装置锚泊定位系统中所涉及的锚是使装置保持船位的关键设备。随着海洋工程的发展，已涌现出各种类型的海洋工程装置用锚。本文对锚泊系统的发展路线进行了简单的分析。

关键词：

锚泊，路线，动力，空吸

前言

锚可以从多个角度进行分类，且其分类往往有重叠。因此本文主要是从锚的固定方式角度对锚泊系统的技术分解。从如何将锚固定海底的角度来看，其固定方式主要分为如下三种：

（1）通过空吸作用固定。采用吸力跟踪器进行安装，吸力跟踪器如同吸力桩，吸力桩一般为钢制圆柱形筒体结构，底部敞开，顶部是封闭的。然后不断的抽去吸力桩内的水，使筒体内部压力下降。内外压力差产生的垂直向下的压力作用在筒体顶部，使筒体不断被压入土中，直至筒体内的水全部抽光，贴紧底质为止。

（2）动力方式。其主要利用火药爆炸或其他动力例如火箭推进器等将锚体射入底层。

为了解海洋工程用锚泊系统技术领域的技术内容，下面主要针对技术分解的两类锚泊系统进行专利分析。

一、 空吸式锚泊定位装置

图1空吸式锚泊定位装置的发展路线图

空吸式锚泊定位装置作为锚泊定位系统中最为常用的一种定位方式最早起源于20世纪60年代，并随着现代技术的不断发展一直持续到现在，通过对空吸式锚泊定位装置国内外发明专利的阅读和研究，空吸式锚泊定位装置主要从吸附方式的改进，而吸力锚一般为钢质圆柱形筒体结构，底部敞开，顶部是封闭的，安装时，首先是把吸力锚下降到海底，靠自重使筒的下缘嵌入底质。然后，不断地抽去吸力锚内的水，使筒体内部压力下降。内外压力差产生的垂直向下的压力作用在筒体顶部，使筒体不断地被压入土中，直至筒体内的水全部抽光，贴紧底质为止。拔锚时，则按相反程序，将水注入筒内，将筒体顶出底质。此外，现有技术中主要是利用压缩机使内外气压不同，或者通过吸盘吸附及薄膜吸附来完成锚在海底的固定，进而适应不同海床状况实现锚泊定位方面不断做出技术更新。1964年，H.J.STIMSON公开了一种锚的机构，通过在锚体内设置有压缩装置将锚体内的液体排出，实现锚腔内内外气压不同，进而提高了锚泊定位的稳定性（公开号US3263641）；而为了能够更加简单高效的将位于海床上锚腔内的液体和固定排出早在1976年已经见于Ralph Alan Nixon，Hamilton的专利申请中，其公开了一种通过上端抽吸下端着床的方式，使船锚能够更加稳定的实现固定（公开号US3967393）；随后，SINGLE BUOY MOORINGS于1991年公开了一种锚定装置，其通过克服传统方式将压缩机设置在船体上，这样就实现了锚体与排气装置分离，通过在船体上操作空压机来实现锚体与海床的固定，大大节约了锚体的复杂性以及方便后期的维护和保养（公开号NL187304）；此后，日本企业株式会社熊谷组于1998年在此基础上，单独设置有旁路将泵安装在旁路终端，利用泵的吸力将锚腔内的流体排出到位于水面上的船体内，这样锚腔内便会持续的保持负压，提高了锚泊定位的稳定性（公开号JP10-25738）；我国于2003年由天津海王星海上工程有限公司申请了一种自安装式吸力锚，其不仅可以实现吸附贯入，还可以实现自浮能力，其优越于之前的研究，实现了吸力锚的自浮拖航、平稳沉放及吸力贯入（公开号CN1440904）。此后，伴随着中船工业和中船重工下各类船舶研究所的发展，重工船舶重工集团第七一〇研究所于2011年申请了一种软质地面吸力锚系装置，该吸力锚主要针对近海地区海底质地松软，针对应用场所，对吸力锚的结构进行了较大范围的改进，使锚底与海底的接触面扩大，提高锚的吸附能力（CN201872907）。

二、动力室锚泊定位装置

图2动力室锚泊定位装置的发展路线图

伴随着船越造越大，船用锚的重量也越来越大，如何能够使锚的抓力性能更好成为各个船企及个人主要研究方向。最早出现的是1962年RAY T.SORRELL发明的通过在锚筒中设置有重物，利用重物的惯性力使锚能够更快的扎入到海底，实现了锚泊定位由单一的依靠锚自身重力下沉到通过在锚体结构上设置额外重物配合下沉（公开号US3018752）；在进入21世纪后，河海大学于2019年公开了一种增加贯入深度和抗拔性能的动力锚，该动力锚在锚尾处设置有推进结构，利用推进机构的螺旋桨转动，助推动力锚以增加其贯入速度和管入神深度；同时通过打开抗拔翼板、设置注浆机构，在上拔过程中有效增大动力锚的受力面并固结土体，提升抗拔性能；此外，通过在锚尾设置爆炸物（火药或者燃气），即通过爆炸物的推力来提高锚的贯入速度作为动力式锚泊定位取得长足发展。其中在1960年由法国公司CLEVELAND PNEUMATIC IND INC首次提出了在锚入水前通过在尾部设置爆炸物来为锚的贯入速度特工额外动力，使其快速入水完成锚泊（公开号FR1243757）；此后几十年，虽然不同企业对于通过填充爆炸物的种类也有了部分改进，但是所采用个技术手段只是改变填充物的位置以及触发方式进行改进，并未从锚体结构进行较大范围的改进；直至2001年才又出现新的研究高峰，且以填充介质为主要研究方向。首先，KISHIMOTO SHINBEE公司于2010年公开了一种动力锚，通过在锚腔内填充天然气来替代现有技术中的火药，达到了了填充方便，安全性高等优点，为之后的动力锚填充介质的改进产生了深远的影响（公开号JP2011-21453）。之后INST TECHNOLOGY SLIGO公司于2010年提出了可替换性燃烧筒，利用燃烧筒的可拆卸性，可以大大提高了动力锚的重复使用率（公开号US9150285）。此外，斯特弗劳斯有限公司于2014年提出了改进型动力锚，申请人主要从回收动力锚的角度进行改进，即通过在动力锚另一侧设置有回收链，当锚通过爆炸物作用扎入海底后，在完成锚泊定位后回收锚时，只需利用回收链将锚回收（公开号CN103648900）。值得注意的是，俄罗斯SIBTRANSSTROY  LLC 公司于2017年公开了一种带板翼的动力锚，其不仅能够通过燃烧爆炸物使贯入深度得以显著提升，还在锚体上设置有三个大一点的尾翼和三个小一点的前翼组成，使锚在下潜过程中稳性得以提升，也提高了锚体的承载力并能防止锚体被拔出（公开号RU174632）。

三、总结

综上所述，海洋工程锚泊装置的发展现状以及结构特点等，可以看到随着现代船舶特别是油船的大型化以及海洋工程的开发，欧美先进工业国家的海军以及造船和石油行业，在舰船及海洋工程装置用锚的研究和开发中，投入了大量的人力和物力，通过几十年的努力，不断创新，涌现出许多新兴的大抓力锚，从而使得舰船和海洋工程装置用锚得到了前所未有的发展。

参考文献

[1] 叶邦全，海洋工程用锚类型及其发展综述[J]，船舶与海洋工程，2012年第3期，第2期，第1-7页.

[2] 蒋治强，近代船用锚发展历史与现状[J]，中国水运， 第13卷第2期，2013年，第120-123页