用于增加动力锚沉贯深度的方法及其推进器

摘要

本发明涉及海洋工程技术领域，一种增加动力锚沉贯深度的方法及其推进器，其中方法包括以下步骤：(1)在动力锚的尾部安装一个可回收的推进器，(2)对有无安装推进器动力锚的贯入速度进行比较，(3)对有无安装推进器动力锚的沉贯深度进行比较，(4)推进器被拔出重复使用。所述推进器，主要包括一个圆柱形中轴，圆柱形中轴前端为椭球形，尾部逐渐收缩，以减小整体在水中和土中下落过程中的阻力，圆柱形中轴的尾部设置有三片尾翼并通过卡槽连接在圆柱形中轴的尾部，用于提高整体结构的定向稳定性，圆柱形中轴的前端开设有连接槽。本发明只增加了一个推进器，加工工艺简单，造价较低，但能大幅度提高动力锚的沉贯深度，以增大动力锚的承载能力，提高上部结构的安全系数或降低工程总造价。

主权项

一种增加动力锚沉贯深度的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、在动力锚的尾部安装一个可回收的推进器，将推进器通过剪切销固定在动力锚的尾部，并确保推进器的中轴和动力锚的轴线重合，以提高整体稳定性，避免在下落过程中产生较大的偏角，用于提高动力锚的贯入速度和沉贯深度；步骤2、对有无安装推进器动力锚的贯入速度进行比较，不安装推进器动力锚在水中自由下落时对应的极限速度通过公式(1)求得，安装有推进器动力锚在水中自由下落时对应的极限速度通过公式(2)求得，$V_T=\sqrt{\frac{(m_A-{\rho }_w{\Theta }_A)g}{0.5{\rho }_w{A}_p{C}_d}}---\left(1\right)$$V_T^{\prime }=\sqrt{\frac{(m_A+m_p-{\rho }_w({\Theta }_A+{\Theta }_p\left)\right)g}{0.5{\rho }_w{A_p}^{\prime }{C_d}^{\prime }}}---\left(2\right)$式中，V_T表示不安装推进器动力锚的极限速度，V′_T表示安装有推进器动力锚的极限速度，m_A表示锚的质量，m_p表示推进器的质量，ρ_w表示水的密度，Θ_A表示动力锚的体积，Θ_p表示推进器的体积，g表示重力加速度，A_p表示不安装推进器动力锚在垂直于轴线方向平面上的投影面积，A_p'表示安装有推进器动力锚在垂直于轴线方向平面上的投影面积，C_d表示水对不安装推进器动力锚的拖曳系数，C_d'表示水对安装有推进器动力锚的拖曳系数，并与流体的粘滞系数、运动物体的尺寸和形状有关；当安装推进器后，在保证投影面积和拖曳系数不变或者增加不多的前提下，可以提高动力锚的极限速度，并在相同下落高度时，安装推进器也会提高动力锚的贯入速度；步骤3、对有无安装推进器动力锚的沉贯深度进行比较，不安装推进器动力锚在土中的沉贯过程所受阻力通过公式(3)求得，对安装有推进器动力锚在土中的沉贯过程所受阻力通过公式(4)求得，$m_A\frac{d^{2}z}{{\mathrm{dt}}^2}=W_s-F_b-R_f(F_{bear}-F_{frict})-F_d---\left(3\right)$$(m_A+m_p)\frac{d^{2}z}{{\mathrm{dt}}^2}=W_s+W_p-{F_b}^{\prime }-R_f\left(F_{bear}^{\prime }-F_{frict}^{\prime }\right)-{F_d}^{\prime }---\left(4\right)$式中，z表示t时刻动力锚尖端的入土深度，W_s表示动力锚在水中的有效重量，W_p表示推进器在水中的有效重量，F_b表示土对不安装推进器动力锚的浮力，F_b'表示土对安装有推进器动力锚的浮力，R_f表示表征率效应的参数，F_bear表示土对不安装推进器动力锚的端承阻力，F′_bear表示土对安装有推进器动力锚的端承阻力，F_frict表示土对不安装推进器动力锚的摩擦阻力,F′_frict表示土对安装有推进器动力锚的摩擦阻力，F_d表示土对不安装推进器动力锚的拖曳阻力，F_d'表示土对安装有推进器动力锚的拖曳阻力；当安装推进器后，虽然对应土的端承阻力和摩擦阻力会增大，但由于整体的质量增大，对应的沉贯深度也相应得到提高，公式(1)至(4)中具体参数的取值需要依据动力锚和推进器的具体形状、土特性参数加以确定；步骤4、推进器被拔出重复使用，动力锚安装完成后，拉紧推进器尾部的回收绳，当回收绳的拉力超过剪切销的抗剪力时，剪切销被剪断，推进器被拔出并可以重复使用，动力锚仍留在土中。