一种螺旋贯入式可回收船用锚锚固系统及其使用方法

本发明涉及海洋与船舶工程，特别是涉及一种螺旋贯入式可回收船用锚锚固系统及其使用方法。

背景技术：

1、近海区域锚地中船舶的抛锚次数，包括非锚地中船舶紧急抛锚临时停泊现象也在不断增长，综合导致船舶锚害的发生频次不断增加。近些年，近海区域船舶锚害已经成为影响海底管线安全运行的重要因素。船舶的锚害现象将会对海底管线造成无法修复的破坏，其频次的激增将会导致巨大的经济及社会效益损失。

2、现有的船用锚通常可大致分为有杆锚和无杆锚，有杆锚又称为海军锚；而无杆锚又称山字锚，可继续细分为普通无杆锚及大抓力锚。现阶段普遍使用的普通无杆锚多为霍尔锚和斯贝克锚；而比较典型的大抓力锚主要为ac-14型大抓力锚和波尔锚。

3、但是船舶无论是使用现有的有杆锚还是无杆锚进行抛锚停泊时，通常都会经历落锚和拖锚两个过程。落锚作业是指船舶启动锚机，使船锚在重力作用下下落至海底泥面；而拖锚作业则是指船锚在拖船的拖拉作用下，在海床上不断移动，锚爪不断啮入底土，从而增加锚拉力并制动船只或控制船首转动的过程。可以发现，船舶的落锚和拖锚作业均可能会造成锚害，尤其是拖锚过程，其影响范围广，作业长度长，对海底管线造成锚害的可能性更大。

4、为避免锚害现象，可以考虑从降低船锚抛锚过程中的影响范围和深度，或尽量减少拖锚距离甚至取消拖锚作业。其中后者可以从较为根本的层面解决船用锚的锚害问题，更应当从这个角度切入解决相关问题。

5、中国专利cn113928477a公开了一种重力贯入式深水锚及施工方法，其特点在于锚体依靠重力贯入海床土体，贯入完成后张开托板和土工膜，并通过注浆管向托板、土工膜和锚体之间注浆形成注浆固结块体从而实现整体锚固效果。中国专利cn113734357b公开了一种用于锚固漂浮式海工结构自旋贯入式吸力锚基础及沉贯方法，其特点在于利用抽水泵抽取锚体内部的密闭水体，在锚体内外形成压差，并配合锚体的自身旋转形成向下的贯入力，直至锚体顶盖完全接触土体从而完成锚体安装，依靠锚体与海床土体的接触形成锚固效果。

6、目前常用的垂直贯入式锚体多为永久锚固系统，依靠重力、注浆或吸力、旋转完成安装从而产生锚固力。依靠重力和注浆形成锚固力的结构，锚体基本被约束在海床土体以下，不存在回收的可能性。而依靠吸力和旋转完成安装的锚体，由于吸力的存在，单纯依靠反向旋转很难将锚体回收，需要配合注入高压水体或气体的方式完成回收，回收难度大、时间长，对于船舶而言灵活性不足；吸力安装本身安装难度也相对较大，准备工作繁琐，不利于船舶的应急抛锚，会给船舶带来一定的危险；同时长时间、多频次的抽、注水作业对锚体结构强度也提出了较高的要求，造成锚体制作成本过高，难以实现商业化应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中，锚固系统锚害频发且难以回收的技术缺陷，而提供一种螺旋贯入式可回收船用锚锚固系统。

2、本发明的另一个目的，是提供上述螺旋贯入式可回收船用锚锚固系统的使用方法。

3、为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

4、一种螺旋贯入式可回收船用锚锚固系统，包括用于贯入海床土体提供锚固力的螺旋贯入组件、与所述螺旋贯入组件相连接的伸缩延长组件、为所述伸缩延长组件提供旋转驱动力的旋转驱动组件和用于标记位置的浮标组件；

5、所述螺旋贯入组件包括贯入杆和刚性连接在所述贯入杆上的螺旋叶片；

6、所述伸缩延长组件包括伸缩延长杆驱动电机、伸缩延长杆和钢绞线；所述伸缩延长杆驱动电机安装在所述伸缩延长杆顶端；所述伸缩延长杆得下端与贯入杆顶端刚性连接；所述钢绞线设置在所述伸缩延长杆内部，其上端链接所述伸缩延长杆驱动电机，下端链接所述贯入杆；所述伸缩延长杆在伸缩延长杆驱动电机和钢绞线的作用下收缩或延长以实现螺旋贯入式可回收船用锚锚固系统的锚固或回收；

7、所述旋转驱动组件包括绞盘、传动件和驱动电机；所述绞盘刚性套装在所述伸缩延长杆顶部；所述绞盘通过传动件与所述驱动电机相连接，在驱动电机的驱动下驱动伸缩延长杆和螺旋贯入组件正向或反向旋转，进而驱动所述螺旋贯入组件贯入或拔出。

8、在上述技术方案中，所述贯入杆的底部为半球形、锥形或圆锥形；所述螺旋叶片的半径由底部到顶部逐步增大。

9、在上述技术方案中，所述贯入杆底端封口，上端内部设置有隔离钢板，内部形成密闭空间；

10、所述螺旋贯入式可回收船用锚锚固系统还包括含钢丝软管；所述含钢丝软管位于所述伸缩延长杆内部，一端穿过所述隔离钢板进入贯入杆密闭空间，另一端经伸缩延长杆顶部穿出；所述含钢丝软管与船舶上的水泵相连接，注水为贯入杆提供海水配重或抽水使贯入杆产生浮力。

11、在上述技术方案中，所述伸缩延长杆由多个钢圆管组成；每一所述钢圆管的近端部外壁上设置有防脱离限位凸起，使得相邻两个钢圆管的防脱离限位凸起相互卡合连接；每一所述钢圆管的内壁上设置有抗扭限位凹槽；在相应位置的外壁上设置有抗扭限位凸起；所述抗扭限位凸起伸入所述抗扭限位凹槽中，使得相邻两个钢圆管之间轴向固定。

12、在上述技术方案中，所述浮标组件包括浮体、浮标链接件、桅杆和照明设备；

13、所述伸缩延长杆顶端穿过所述浮体中部；所述浮标链接件刚性连接在浮体上；所述桅杆刚性连接在浮标链接件上方；所述照明设备刚性连接在桅杆顶部。

14、在上述技术方案中，所述浮体、浮标链接件、桅杆和照明设备均喷涂较为鲜艳的颜色；

15、所述浮标组件中还包括太阳能板、蓄电池或供电系统。

16、在上述技术方案中，所述螺旋贯入式可回收船用锚锚固系统还包括锚链链接组件；

17、所述锚链链接组件包括链接套筒、两个链接套筒限位件和船用锚链；所述链接套筒限位件刚性套装连接在贯入杆上；所述链接套筒放置于两个所述链接套筒限位件之间，所述链接套筒套装在所述贯入杆上且两者无接触；所述链接套筒与船用锚链链接；所述船用锚链链接于船舶的锚链绞盘上。

18、在上述技术方案中，所述伸缩延长杆的顶部外壁上开设有链接凹槽，所述链接凹槽上可卡合连接可脱离链接杆；所述可脱离链接杆的端部固定在船体上，从而将整个锚固系统固定住。

19、本发明的另一方面，上述螺旋贯入式可回收船用锚锚固系统的使用方法，当船舶需要抛锚停泊时，船舶到达预定位置后点亮浮标组件；打开伸缩延长杆驱动电机，正向转动放出钢绞线，使伸缩延长杆逐级放开延长；当螺旋叶片接触海床土体后关闭伸缩延长杆驱动电机；待系统稳定后，打开驱动电机，通过传动件、绞盘和伸缩延长杆向螺旋贯入组件传递正向扭矩；螺旋叶片在正向扭矩的作用下向下贯入，直至螺旋贯入组件完全贯入海床土体，完成抛锚作业；

20、当船舶需要起锚航行时，船舶通过浮标组件找到相应的位置；同时打开伸缩延长杆驱动电机和驱动电机；驱动电机通过传动件、绞盘和伸缩延长杆向螺旋贯入组件传递反向扭矩；螺旋叶片在反向扭矩的作用下向上拔出；伸缩延长杆驱动电机反向转动收回钢绞线，使伸缩延长杆逐级收缩，直至完全收回；关闭浮标组件，完成起锚作业。

21、在上述技术方案中，当船舶需要抛锚停泊时，首先打开水泵，通过含钢丝软管向贯入杆内注入海水；待海水注满后再打开伸缩延长杆驱动电机；

22、当船舶需要起锚航行时，首先打开水泵，通过含钢丝软管将贯入杆内的海水抽出，然后再打开伸缩延长杆驱动电机和驱动电机。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、1.本发明提供的螺旋贯入式可回收船用锚锚固系统，通过螺旋贯入的方式贯入海床土体，安装位置可以精确控制，极大地降低了在水流、洋流作用下传统船用锚落锚过程中落点位置的随机性，能够更为有效地避开海底管线的位置，防止锚害事件的发生。

25、2.本发明提供的螺旋贯入式可回收船用锚锚固系统，通过螺旋贯入组件来提供锚固力，在本发明贯入安装完成后即可以为船舶提供足够的锚固力，取消了传统船用锚的拖锚过程；且不存在传统船用锚可能发生的走锚事件，大幅度降低了海底锚害事件的发生频次。

26、3.本发明提供的螺旋贯入式可回收船用锚锚固系统，其锚固力主要通过贯入杆件和螺旋叶片与海床土体之间的相互作用力提供，其贯入深度可以达到更深的位置，较传统船用锚而言，本发明所能提供的锚固力更大，且贯入深度可以调节，能够适应不同条件下的船舶锚固需要。

27、4.本发明提供的螺旋贯入式可回收船用锚锚固系统，可以精确控制船锚的锚固位置，对于在作业过程中需要精确定位的工作船舶而言，将不需要繁琐且操作难度较大的抛锚、绞锚过程，通过船舶所需要的定位位置，确定本发明所需要的安装数量和位置，且本发明的安装位置可以精确控制，安装完成后通过收紧锚链即可对船舶进行精确定位。

28、5.本发明提供的螺旋贯入式可回收船用锚锚固系统，在设计、制造过程中通过控制螺旋叶片和贯入杆件的尺寸比来调整本发明的安装难易程度，在服役期间也可以通过更换螺旋叶片来实现调整贯入叶片和贯入杆件的尺寸比，使本发明能够适用于不同海床底质，从而增加本发明的适用范围。

29、6.本发明提供的螺旋贯入式可回收船用锚锚固系统的锚固方法，可由船只单独完成锚固作业，可解决大型船只采用传统船锚进行锚固作业时需要相关锚艇配合的问题，大幅度缩短了船舶抛锚作业的时间和费用，缩减相关的流程和手续，提升了船舶尤其是大型船舶抛锚作业的工作效率，对于大型船舶在面对突发极端环境需要临时抛锚的情况时，可以更快形成锚固力防止船舶出现不可预见的意外风险。