Улучшенный прибрежный морской якорь
Изобретение относится к морским якорям. Морской якорь включает в себя плоскость симметрии и содержит лапу, веретено и дистанционно приводимое в действие средство блокирования и разблокирования. Веретено присоединено с возможностью поворота к упомянутой лапе. Дистанционно приводимое в действие средство блокирования и разблокирования, посредством которого упомянутое веретено может быть поворотно заблокировано или разблокировано относительно упомянутой лапы. При этом дистанционно приводимое в действие средство блокирования и разблокирования содержит поворотный шарнирный четырехзвенник, который образован четырьмя брусками. Бруски включают в себя по меньшей мере три жестких бруска. Достигается удаленная регулировка угла лапы после установки якоря в почву швартового основания. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к морскому якорю и в частности к врезающемуся в грунт прибрежному морскому якорю, такому как используемый на полупогружных буровых платформах, который изначально тянется горизонтально якорным канатом для осуществления проникновения через поверхность швартового основания.
Как правило, морской якорь содержит продолговатое веретено, прикрепленное к плоской лапе, имеющей острый передний край, с передней точкой на нем, для способствования проникающему зацеплению с почвой швартового основания при протягивании горизонтально по поверхности швартового основания посредством якорного каната, прикрепленного к якорю у точки крепления на веретене, дальней от лапы. Точка крепления лежит на воображаемой прямой линии, простирающейся от заднего края лапы, который образует передний острый угол лапы с плоскостью лапы. Угол лапы обычно составляет около 30° для способствования проникновению в состоящие из крепкой глины или песчаные почвы или около 50° для способствования проникновению в состоящие из мягкой глины или мягкого ила почвы. Точка крепления также лежит на воображаемой прямой линии, простирающейся от передней точки лапы, которая образует передний острый угол точки с плоскостью лапы. Угол острия обычно лежит в диапазоне 60°-70° для способствования надежному зацеплению острия лапы в состоящей из крепкой или твердой глины почве швартового основания. Последнее требование ограничивает положение точки крепления относительно лапы для якоря, предназначенного для работы в крепких или твердых глинах.
Большинство прибрежных морских якорей требует должную регулировку угла лапы для соответствия мягкой или крепкой почве швартового основания перед применением. Соответственно, якоря должны быть вытащены на палубу несущего якорь судна для установки якорей, чтобы обеспечить выполнение операции. Это влечет за собой увеличение времени, проведенного в море, с соответствующими, возможно значительными, экономическими потерями, зависящими от размера морских ресурсов, ожидающих установки якоря.
В патенте EP 0802111 описан якорь, включающий в себя регулировочный механизм, посредством которого угол лапы может быть отрегулирован посредством дистанционного управления, после установки якоря в почву швартового основания, посредством вспомогательного тянущего каната, прикрепленного к якорю параллельно якорному канату. Недостатки этого якоря включают в себя преждевременную работу регулировочного механизма в результате сил сопротивления почвы, включающих в себя натяжение во вспомогательном тянущем кабеле; невозможность удаленного обращения работы регулировочного механизма; потребность в поднятии якоря на палубу для замены срезного штифта в регулировочном механизме между установками якоря; и невозможность якоря сохранять должный угол острия, необходимый для надежного зацепления с поверхностью швартового основания, содержащего состоящие из крепкой или твердой глины почвы.
Цель настоящего изобретения включает в себя, помимо прочего, разработку якоря, который обладает возможностью удаленной регулировки угла лапы после установки якоря в почву швартового основания и который исключает упомянутые выше недостатки.
В дальнейшем термин "ось" следует понимать как неограниченный по длине; термин "точка приложения нагрузки" следует понимать как точку пересечения оси элемента присоединения якорного каната (например, штифта серьги) с плоскостью симметрии якоря; и там, где точка крепления содержит поворотное соединение, термин "точка крепления" следует понимать как точку оси поворота у центра поворотного соединения.
Согласно настоящему изобретению, морской якорь, включающий в себя плоскость симметрии и содержащий лапу и веретено, причем упомянутые лапа и веретено присоединены с возможностью поворота друг к другу, причем упомянутая лапа включает в себя задний край и простирается к передней точке в направлении вперед упомянутого якоря, отличается тем, что упомянутый якорь предусмотрен с удаленно приводимым в действие средством блокирования и разблокирования, посредством чего упомянутое веретено выполнено с возможностью поворотного блокирования и последующего разблокирования.
Предпочтительно, упомянутое веретено выполнено с возможностью блокирования и последующего разблокирования на месте, причем точка приложения нагрузки в упомянутом веретене образует минимальный угол лапы упомянутого якоря.
Предпочтительно, упомянутое дистанционно приводимое в действие средство блокирования и разблокирования содержит поворотный шарнирный четырехзвенник.
Предпочтительно, упомянутый шарнирный четырехзвенник включает в себя по меньшей мере один передний продолговатый элемент и по меньшей мере один задний продолговатый элемент, соединенные друг с другом посредством соединительного элемента для образования упомянутого веретена, причем упомянутый соединительный элемент включает в себя первую точку приложения нагрузки и вторую точку приложения нагрузки и передаточное средство для вмещения элемента присоединения якорного каната подвижно между ними, причем каждый продолговатый элемент имеет верхнюю точку крепления у одного конца и нижнюю точку крепления у другого конца, и по меньшей мере часть упомянутой лапы имеет соответствующие переднюю и заднюю точки крепления, находящиеся на расстоянии друг от друга для вмещения упомянутых нижних точек крепления упомянутых продолговатых элементов, причем упомянутый соединительный элемент имеет соответствующие переднюю и заднюю точки крепления, находящиеся на расстоянии друг от друга для вмещения упомянутых верхних точек крепления упомянутых продолговатых элементов, причем упомянутый задний продолговатый элемент и упомянутый соединительный элемент являются жесткими для того, чтобы позволить упомянутому шарнирному четырехзвеннику быть поворотно блокированным, когда сила, действующая в направлении от упомянутой лапы вдоль линии действия, содержащейся в плоскости, пересекающей упомянутую лапу вблизи от упомянутой передней точки упомянутой лапы, прилагается посредством упомянутого элемента присоединения якорного каната в упомянутой первой точке приложения нагрузки, и быть поворотно разблокированным, когда сила, действующая в направлении от упомянутой лапы, прилагается впоследствии в упомянутой второй точке приложения нагрузки, следуя за перемещением к нему упомянутого элемента присоединения якорного каната.
Предпочтительно, упомянутые точки крепления упомянутых переднего и заднего продолговатых элементов вместе с упомянутыми соответствующими точками крепления упомянутой лапы и упомянутого соединительного элемента соответственно содержат верхнее переднее, нижнее переднее, верхнее заднее и нижнее заднее поворотные соединения, каждое из которых включает в себя ось поворота.
Предпочтительно, упомянутое передаточное средство содержит проход, выполненный с возможностью принятия упомянутого соединительного элемента так, чтобы упомянутый соединительный элемент мог быть смещен от одной точки приложения нагрузки к другой посредством перемещения в упомянутом проходе.
Предпочтительно, упомянутый проход содержит щель, имеющую передний конец и задний конец и содержащую местоположение, расположенное параллельно плоской или изогнутой поверхности в ней, с первой точкой приложения нагрузки, расположенной на упомянутом местоположении вблизи от упомянутого переднего конца, и второй точкой приложения нагрузки, расположенной на упомянутом местоположении вблизи от упомянутого заднего конца.
Предпочтительно, ось поворота упомянутого верхнего переднего поворотного соединения и ось поворота упомянутого верхнего заднего поворотного соединения пересекают упомянутую плоскость симметрии в точках, разделенных расстоянием между ними так, чтобы позволить упомянутым продолговатым элементам и упомянутому жесткому соединительному элементу быть поворачиваемыми относительно друг друга для перемещения оси поворота упомянутого верхнего заднего поворотного соединения в пересечение с прямой линией, содержащей точки пересечения с упомянутой плоскостью симметрии осей поворота упомянутых верхних передних и упомянутых нижних задних поворотных соединений, посредством чего упомянутый шарнирный четырехзвенник становится заблокированным посредством сжимающих сил, вызываемых в упомянутом жестком заднем продолговатом элементе и вызываемых в упомянутом жестком соединительном элементе, когда сила, действующая в направлении от упомянутой лапы вдоль линии действия, содержащейся в плоскости, которая пересекает упомянутую лапу вблизи от упомянутой передней точки упомянутой лапы, прилагается посредством упомянутого соединительного элемента в упомянутой первой точке приложения нагрузки.
Предпочтительно, упомянутые поворотные соединения имеют в себе зазоры, которые позволяют оси поворота упомянутого верхнего заднего поворотного соединения перемещаться через и немного за упомянутые прямые линии, содержащие точки пересечения с упомянутой плоскостью симметрии осей поворота упомянутых верхних передних и упомянутых нижних задних поворотных соединений, для обеспечения устойчивого блокирования упомянутого шарнирного четырехзвенника.
Предпочтительно, упомянутый шарнирный четырехзвенник расположен так, что поворот задерживается упомянутым жестким задним продолговатым элементом, осуществляющим прямое или непрямое соприкосновение с упомянутым передним продолговатым элементом.
Предпочтительно, касательная к упомянутому местоположению упомянутой щели у упомянутой первой точки приложения нагрузки наклонена к прямой линии, содержащей упомянутую переднюю точку упомянутой лапы и упомянутую первую точку приложения нагрузки, для образования угла заднего раскрытия в диапазоне 60°-95°, когда упомянутый шарнирный четырехзвенник заблокирован.
Предпочтительно, упомянутая первая точка приложения нагрузки лежит на или под плоскостью, содержащей оси как упомянутых верхних, так и нижних передних поворотных соединений.
Предпочтительно, плоскость, перпендикулярная упомянутой плоскости симметрии, содержащая упомянутую переднюю точку упомянутой лапы и упомянутую первую точку приложения нагрузки, проходит вперед оси упомянутого верхнего переднего поворотного соединения.
Предпочтительно, упомянутый шарнирный четырехзвенник имеет такие расстояния разделения между осями упомянутых поворотных соединений, чтобы упомянутые первая и вторая точки приложения нагрузки соответственно имели первое и второе устойчивые положения относительно упомянутой лапы, когда сила, действующая в направлении от упомянутой лапы, прилагается соответственно у упомянутых первой и второй точек приложения нагрузки посредством упомянутого соединительного элемента.
Предпочтительно, упомянутый минимальный угол лапы находится в диапазоне 26°-32°.
Варианты осуществления настоящего изобретения будут далее описаны в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На Фиг. 1 показан вид сбоку морского якоря согласно настоящему изобретению.
На Фиг. 2 показана косая проекция якоря с Фиг. 1.
На Фиг. 3 показан вид сбоку якоря с Фиг.1 с нагрузкой, приложенной в первой точке приложения нагрузки для работы в состоящей из крепкой или твердой глины почве швартового основания.
На Фиг. 4 показан вид сбоку якоря с Фиг. 1 с нагрузкой, приложенной во второй точке приложения нагрузки для работы в состоящей из мягкой глины почве швартового основания.
На Фиг. 5 показан вид сбоку якоря с Фиг. 1, наклоненного для проникновения в состоящую из крепкой или твердой глины поверхность швартового основания.
На Фиг. 6 показана косая проекция модификации якоря с Фиг. 1.
Как видно на Фиг. 1 и 2, в варианте осуществления настоящего изобретения морской якорь 1 для работы в почве 2 под поверхностью 3 швартового основания (Фиг. 1) включает в себя лапу 4, которая имеет передние точки 4A и 4B и образована наклоненными в поперечном направлении половинами 4C и 4D лапы, соединенными друг с другом у соединения 5. Соединение 5 расположено в плоскости 6 симметрии якоря 1 и параллельно линии AF направления вперед-назад лапы 4 (Фиг. 1, 3, и 4), которая образует направление F вперед и направление A назад и показана как проходящий через центроид C лапы, который представляет собой центроид верхних поверхностей лапы 4. Плоскость 6 симметрии представлена плоским листом, на котором нарисована каждая из Фиг. 1, 3, 4, и 5.
Передняя двухлапчатая проушина 7 и задняя двухлапчатая проушина 8 вертикально прикреплены к лапе 4 у соединения 5 и включают в себя отверстия 9 и 10 под штифт соответственно. Штифт 11 располагает нижний конец 12 жесткой передней балки 13 с возможностью поворота вокруг оси 14 отверстия 9 под штифт. Штифт 15 располагает нижний конец 16 жесткой задней балки 17 с возможностью поворота вокруг оси 18 отверстия 10 под штифт. Верхний конец 19 передней балки 13 содержит двухлапчатую проушину 20, которая включает в себя отверстие 21 под штифт. Верхний конец 22 задней балки 17 содержит двухлапчатую проушину 23, которая включает в себя отверстие 24 под штифт. В передней балке 13 штифт 25 располагает переднюю проушину 26 жесткой соединительной пластины 27 с возможностью поворота вокруг оси 28 отверстия 21 под штифт. В задней балке 17 штифт 29 располагает заднюю проушину 30 соединительной пластины 27 с возможностью поворота вокруг оси 31 отверстия 24 под штифт.
Шарнирный четырехзвенник 32 образован лапой 4, балками 13 и 17 веретена и соединительной пластиной 27 с последними тремя элементами или стержнями, выполненными с возможностью вращения относительно друг друга и относительно лапы 4, составляя веретено 32A якоря 1. Соединительная пластина 27 включает в себя щель 33, предусмотренную для принятия штифта 34 серьги 35. Серьга 35 продета через петлю 36 канатного замка 37, прикрепленного к якорному канату 38. Щель 33 имеет ширину, превышающую диаметр штифта 34 так, чтобы штифт 34 мог свободно скользить в ней. Ось 39 штифта 34 очерчивает местоположение 40 внутри щели 33, когда штифт 34 скользит в ней в соприкосновении с поверхностью 41, дальней от лапы 4.
Когда штифт 34 расположен в соприкосновении с передним концом 42 щели 33, ось 39 содержит первую точку 43 приложения нагрузки якоря 1. Когда штифт 34 находится в соприкосновении с задним концом 44 щели 33, ось 39 содержит вторую точку 45 приложения нагрузки якоря 1. Расстояние D, отделяющее первую точку 43 приложения нагрузки от второй точки 45 приложения нагрузки, лежит в диапазоне 60%-100% расстояния E, отделяющего ось 28 от оси 31. Расстояние E лежит в диапазоне 25%-37% общей длины L лапы 4, измеренной в плоскости 6 симметрии в направлении F вперед, причем величина 32% является предпочтительной.
Щель 33 расположена так, что касательная к местоположению 40 в первой точке 43 приложения нагрузки в ней наклонена к плоскости 46, содержащей передние точки 4A лапы 4 и первую точку 43 приложения нагрузки, для образования заднего угла α в диапазоне 60°-95°, причем величина 90° является предпочтительной. Плоскость 46 перпендикулярна плоскости 6 симметрии и наклонена к направлению F вперед для образования переднего угла β острия в диапазоне 60°-72°, причем величина 70° является предпочтительной. Разделение между осью 28 и местоположением 40 является достаточным, чтобы позволить петлям 47 серьги 35 расходиться с двухлапчатой проушиной 20 по мере того, как штифт 34 скользит в щели 33. Предпочтительно, первая точка 43 приложения нагрузки расположена так, чтобы расстояние разделения между осью 28 и плоскостью 46 лежало в диапазоне 1,5 и 2,5 раз диаметра штифта 25.
Линия AF направления пересекается с плоскостью 47A, содержащей задние края 47 половин 4C и 4D лапы, в точке 48. Прямая линия B (Фиг. 1), содержащая точку 48 и первую точку 43 приложения нагрузки, образует передний угол γ лапы с направлением F вперед, лежащий в диапазоне 26°-32°, причем величина 30° является предпочтительной, когда первая точка 43 приложения нагрузки расположена в неподвижном положении 43A относительно лапы 4. Неподвижное положение 43A является самым дальним передним положением, занимаемым первой точкой 43 приложения нагрузки, и образовано пересечением прямой линии B с плоскостью 46. Таким образом, положение 43A является неподвижным относительно лапы 4 посредством выбора угла β и минимальной величины для угла γ лапы. Прямая линия N (Фиг.1), содержащая центроид C и первую точку 43 приложения нагрузки, образует передний угол δ центроида лапы в диапазоне 36°-44°, причем величина 41° является предпочтительной, когда первая точка 43 приложения нагрузки занимает неподвижное положение 43A.
Расстояние G между осью 14 отверстия 9 под штифт в передней двухлапчатой проушине 7 и осью 18 отверстия 10 под штифт в задней двухлапчатой проушине 8 лежит в диапазоне 40%-60% длины L. Расстояние H между осью 14 и центроидом C, измеренное параллельно линии AF направления, лежит в диапазоне 10%-20% длины L, причем величина 15% является предпочтительной. Каждая из осей 14 и 18 лежит перпендикулярно и пересекается с прямой линией, параллельной линии AF направления, которая отделена от центроида C расстоянием J, лежащим в диапазоне 7%-11% длины L, причем величина 9% является предпочтительной.
Расстояние K, разделяющее оси 14 и 28 в передней балке 13 веретена, лежит в диапазоне 75%-80% длины L, причем величина 77% является предпочтительной. Расстояние M, разделяющее оси 18 и 31 в задней балке 17 веретена, лежит в диапазоне 75%-80% длины L, причем величина 78% является предпочтительной. Расстояния E, G, K и M дополнительно расположены так, чтобы ось 31 обладала возможностью перемещения к и, предпочтительно, за прямую линию P (Фиг. 1), содержащую оси 18 и 28, чтобы приводить балку 17 прямо в соприкосновение с балкой 13 или непрямо в соприкосновение с балкой 13 через проушину 30 соединительной пластины 27 у точки 49 соприкосновения. Протяженность, на которую ось 31 может перемещаться за прямую линию P, является промежуточным значением выбора соответствующей величины зазора, необходимой между штифтом и отверстием под штифт в каждом из поворотных соединений шарнирного четырехзвенника 32. Когда тяговая сила в плоскостях 6 и 46 (Фиг. 1) прилагается у первой точки 43 приложения нагрузки через серьгу 35, канатный замок 37 и якорный канат 38, это расположение расстояний вызывает возникновение сжимающих сил в балке 17 и в соединительной пластине 27 между штифтом 25 и штифтом 29, и растягивающей силы в балке 13 и в соединительной пластине 27 между штифтом 25 и штифтом 34 серьги, и также вызывает возникновение силы поперечной реакции между балкой 13 и балкой 17 в прямой или непрямой точке 49 соприкосновения. Сила поперечной реакции воздействует противоположно поперечным компонентам сжимающих сил, возникающих в балках 13 и 17. Эти поперечные компоненты сжимающих сил удерживают шарнирный четырехзвенник 32 в блокированном режиме, который удерживает первую точку 43 приложения нагрузки в неподвижном положении 43A относительно лапы 4, тогда как направление тяговой силы, прилагаемой якорным канатом 38 к серьге 35, сохраняется, по существу, в плоскостях 6 и 46 и таким образом направлено от точек 4A лапы 4.
Конфигурация блокированного режима (Фиг. 1 и 5) возникает автоматически, когда якорь 1 опрокидывается вперед при его волочении горизонтально по состоящей из крепкой или твердой глины поверхности 3 швартового основания для приведения точек 4A и 4B лапы 4 и переднего края 50 соединительной пластины 27 в соприкосновение с поверхностью 3, посредством чего направление F вперед наклоняется к поверхности 3 под углом ε заднего раскрытия (Фиг. 5). Угол ε меньше, чем угол β острия, который удерживается блокированным в изложенном выше диапазоне, и таким образом способствует надежному проникновению точек 4A и 4B в крепкую или твердую поверхность 3 швартового основания.
По мере того, как якорь 1 проникает через поверхность 3 швартового основания, давление почвы 2 на балку 17 заставляет балку 17 немного поворачиваться для приведения оси 31 в положение над прямой линией P, таким образом выводя шарнирный четырехзвенник 32 из блокированного режима (Фиг. 3), посредством чего растягивающая сила теперь присутствует в балке 17 и в балке 13, а также в соединительной пластине 27 между штифтами 25 и 29 и между штифтом 25 и штифтом 34 серьги. Вращение балки 17 также заставляет соединительную пластину 27 вращаться для образования компенсирующего противоположного вращения первой точки 43 приложения нагрузки вокруг оси 28, которое сохраняет первую точку 43 приложения нагрузки, по существу, в устойчивом положении 43A и таким образом удерживает передний угол γ лапы (Фиг. 1) под упомянутым выше выбранным углом в диапазоне 26°-32°, посредством чего якорь 1 обладает возможностью дополнительного погружения в состоящую из крепкой или твердой глины почву по мере увеличения натяжения якорного каната 38 (Фиг. 3). По мере того, как погружение становится все более глубоким под поверхностью 3 швартового основания, окончательная удерживающая способность якоря 1 в крепкой или твердой почве достигается, когда центроид C лапы перемещается, по существу, горизонтально на глубине в диапазоне 1-1,5 раз длины L (Фиг. 1) под поверхностью 3 швартового основания.
Когда почва швартового основания состоит из мягкой глины, якорь 1 проникает глубже под поверхность 3 швартового основания, причем окончательная удерживающая способность якоря 1 достигается, когда центроид C лапы перемещается, по существу, горизонтально на глубине в диапазоне 2-3 раз длины L под поверхностью 3. Тем не менее, окончательная удерживающая способность на этой глубине является нежелательно низкой из-за более слабой прочности почвы. Это исправляется посредством натяжения якорного каната 38 для того, чтобы заставить серьгу 35 скользить вдоль щели 33 в соединительной пластине 27 для приведения штифта 34 серьги 35 в соприкосновение с концом 44 щели 33 и оси 39 штифта 34 в выравнивание со второй точкой 45 приложения нагрузки по мере того, как шарнирный четырехзвенник 32 поворачивается так, чтобы угол γ лапы (Фиг. 1) был увеличен примерно до 56° и вторая точка 45 приложения нагрузки заняла устойчивое положение 45A, которое лежит на прямой линии, содержащей центроид C лапы, образующей передний угол δ центроида лапы (Фиг. 4) с направлением F вперед в диапазоне 72°-78°, причем величина 75° является предпочтительной. Вторая точка 45 приложения нагрузки остается, по существу, в устойчивом положении 45A по мере постепенного углубления погружения в мягкую глину под поверхностью 3 швартового основания до тех пор, пока не будет достигнута окончательная удерживающая способность якоря 1, когда центроид C лапы перемещается, по существу, горизонтально на глубине в диапазоне 10–12 раз глубины L под поверхностью 3, где прочность состоящей из мягкой глины почвы обычно является достаточно высокой, чтобы обеспечивать удерживающую способность, сравнимую с удерживающей способностью, достижимой в швартовых основаниях из крепкой или твердой глины.
Во время использования врезающаяся в грунт установка якоря согласно настоящему изобретению, как показано на Фиг. 1-4, облегчается посредством прикрепления буксируемого хвоста 51 к лапе 4 у заднего края 47 (Фиг. 2) в плоскости 6 симметрии (Фиг. 1). Буксируемый хвост 51 содержит отрезок проволочного каната 52, присоединенный к короткому отрезку цепи 53. Якорь 1 опускается с установочного судна к поверхности 3 швартового основания посредством вытравливания якорного каната 38 со скоростью вытравливания около одного узла, в то время как установочное судно перемещается медленно вперед также со скоростью около одного узла. Цепь 53 буксируемого хвоста 51 первая зацепляется с поверхностью 3 швартового основания и волочится по ней по мере того, как якорь 1 приближается к поверхности 3. Сила сопротивления, развиваемая от волочения цепи 53 по поверхности 3, оттягивает якорный канат 38 от вертикали для того, чтобы заставить якорь 1 поворачиваться, посредством маятникового эффекта, для приведения направления F вперед лапы 4 к направлению хода перемещающегося установочного судна по мере того, как якорь 1 приземляется на поверхность 3 швартового основания. Из-за того, что скорость перемещения вперед судна равна скорости вытравливания якорного каната, якорь 1 приходит в состояние покоя вертикально, с лапой 4, лежащей, по существу, горизонтально на поверхности 3 швартового основания. Скорость судна и скорость вытравливания якорного каната сохраняются до тех пор, пока не будет вытравлена желаемая длина якорного каната 38. Теперь судно останавливается, и вытравление якорного каната прекращается для того, чтобы позволить якорному канату остановиться перед началом врезания в грунт якоря 1 посредством тягового усилия на швартовах.
Когда почва 2 под поверхностью 3 швартового основания состоит из крепкой или твердой глины, по мере того как натяжение прилагается к якорю 1 посредством якорного каната 38, натягиваемого, по существу, горизонтально в первой точке 43 приложения нагрузки, якорь 1 наклоняется вперед для приведения точек 4A и 4B лапы 4 и края 50 соединительной пластины 27 в соприкосновение с поверхностью 3 швартового основания, посредством чего направление F вперед наклоняется к поверхности 3 под углом ε заднего раскрытия (Фиг. 5). Угол ε меньше, чем угол β острия и таким образом способствует проникновению точек 4A и 4B в поверхность 3. Во время наклонения объединенные массы балки 17 и соединительной пластины 27 автоматически приводят балку 17 прямо в соприкосновение с балкой 13, или непрямо в соприкосновение с балкой 13 через проушину 30 соединительной пластины 27, у точки 49 соприкосновения на балке 13. Растягивающая сила начинает накапливаться в якорном канате 38 в направлении, содержащемся в плоскости 46 (Фиг. 1), по мере того, как точки 4A и 4B лапы 4 начинают проникать через поверхность 3 швартового основания. Момент растягивающей силы вокруг оси 28 балки 13 удерживает проушину 23 прямо в соприкосновении с балкой 13, или непрямо в соприкосновении с балкой 13 через проушину 30, с осью 31, перемещенной к линии P, содержащей оси 18 и 28 (Фиг. 1), и за нее. В это же время момент растягивающей силы вокруг оси 14 действует для блокирования балки 17 прямо или непрямо о балку 13 для удерживания первой точки 43 приложения нагрузки в неподвижном положении 43A относительно лапы 4 так, чтобы наклон лапы 4 к поверхности 3 швартового основания, эффективно ограниченный 180° минус β, не становился достаточно высоким, чтобы вызвать локализованный срыв почвы 2 швартового основания вблизи от передних точек 4A и 4B лапы 4, и так, чтобы избежать нежелательного результата, при котором лапа 4 выходит обратно из почвы 2 и волочится без последующего зацепления с поверхностью 3 швартового основания. Таким образом, якорь 1 надежно зацепляется с поверхностью 3 швартового основания и начинает проникновение через нее.
Блокированный режим шарнирного четырехзвенника 32 продолжается по мере развития проникновения до тех пор, пока точка пересечения на лапе 4 линии действия растягивающей силы в якорном канате 38, действующей в первой точке 43 приложения нагрузки, не переместится в направлении назад, по существу, от передних точек 4A и 4B лапы 4. По мере того, как линия действия приближается к оси 14 балки 13, причем около двух третьих лапы 4 проникло под поверхность 3 швартового основания, моменты растягивающей силы в якорном канате 38 вокруг осей 14 и 28 становятся измененными достаточно, чтобы прекратить блокирование балки 17 о балку 13 (Фиг. 3). Это позволяет балке 17 поворачиваться немного от балки 13 и таким образом поворачивает соединительную пластину 27. Тем не менее, как было упомянуто ранее, поворот соединительной пластины 27 заставляет первую точку 43 приложения нагрузки поворачиваться вокруг оси 28 так, чтобы первая точка 43 приложения нагрузки удерживалась, по существу, в неподвижном положении относительно лапы 4 в положении 43A и таким образом сохраняла угол γ лапы на минимальной величине, подходящей для продвижения проникновения в состоящие из крепкой или твердой глины почвы под поверхностью 3 швартового основания.
При нагрузке, приложенной горизонтально к якорю 1 в первой точке 43 приложения нагрузки в состоящих из твердой глины почвах, натяжение в якорном канате 38 быстро увеличивается, и окончательная удерживающая способность, превышающая нагрузку на разрыв якорного каната 38, может быть достигнута перед тем, как лапа 4 полностью проникнет под поверхность 3 швартового основания.
В состоящей из крепкой глины (или песка) почве, с нагрузкой, приложенной горизонтально к якорю 1 в первой точке 43 приложения нагрузки, натягивание якорного каната 38 вызывает в нем быстрый рост натяжения по мере того, как якорь 1 проникает полностью под поверхность 3 швартового основания по неглубокой изогнутой траектории, вычерчиваемой центроидом C лапы 4, которая наконец становится горизонтальной, когда устанавливается окончательная удерживающая способность якоря 1. Это происходит, когда центроид C лапы 4 проник на глубину под поверхность 3 швартового основания между 1 и 1,5 раз длины L, после того, как якорь 1 был проволочен горизонтально примерно на 4–7 раз длины L.
В состоящих из мягкой глины почвах, с нагрузкой, приложенной в первой точке 43 приложения нагрузки, центроидом C вычерчивается подобная неглубокая изогнутая траектория, с лапой 4, становящейся, по существу, горизонтальной на глубине проникновения центроида C примерно 1,5-3 раз длины L, после того, как якорь 1 был проволочен горизонтально примерно на 10-20 раз длины L. В этом случае натяжение в якорном канате 38 увеличивается медленно, и окончательная удерживающая способность сильно уменьшена из-за более слабой природы состоящей из мягкой глины почвы.
Когда во время установки наблюдается низкая скорость увеличения натяжения якорного каната 38, обозначающая наличие состоящей из мягкой глины почвы, установочное судно прекращает натягивание и сдает назад над якорем 1, укорачивая длину якорного каната 38. Затем якорный канат 38 вытягивается вверх, чтобы заставить штифт 34 серьги 35 скользить назад и вверх по поверхности 41 в щели 33 соединительной пластины 27 вдоль наклоненного местоположения 40 (Фиг. 1) для приведения штифта 34 в соприкосновение с концом 44 щели 33, посредством чего ось 39 штифта 34 перемещается ко второй точке 45 приложения нагрузки, после чего балки 13 и 17 и соединительная пластина 27 шарнирного четырехзвенника 32 поворачиваются для перемещения второй точки 45 приложения нагрузки в положение на прямой линии N (Фиг. 4), которая содержит центроид C лапы 4 и наклонена к направлению F под углом δ. Сигнал о завершении этого перемещения сообщается установочному судну как внезапное увеличение натяжения якорного каната 38 из-за сильного наклона лапы 4 к направлению натяжения, приложенного во второй точке 45 приложения нагрузки. Затем якорный канат 38 вытравливается на длину, подходящую для дальнейшего погружения якоря 1 в мягкую глину. Для установки в очень глубокой воде эта длина приведет к возникновению типичного подъемного угла наклона якорного каната 38 к горизонтали у поверхности 3 швартового основания между 15° и 20°.
Дальнейшее натягивание прилагает нагрузку на якорь 1 через серьгу 35 с осью 39 штифта 34 у второй точки 45 приложения нагрузки, теперь расположенной, по существу, в устойчивом положении 45A по отношению к лапе 4 (Фиг. 4), так, чтобы угол γ лапы (Фиг. 1) был увеличен до около 56° и угол δ центроида лапы (Фиг. 4) был увеличен до около 75°. С этими увеличенными углами, якорь 1 обладает возможностью гораздо более глубокого погружения в состоящую из мягкой глины почву. Дополнительное натягивание заставляет лапу 4 поворачиваться для наклона направления F сильно ниже горизонтали, посредством чего якорь 1 перемещается, по существу, в направлении F, и центроид C перемещается вдоль новой круто наклоненной траектории, которая стремится стать горизонтальной, когда якорь 1 был проволочен около 20 раз длины L и центроид C проник на 12 раз длины L, для обеспечения окончательной удерживающей способности, подобной той, которая достижима в состоящей из крепкой глины почве.
Эвакуация якоря 1, посредством судна-эвакуатора якоря, достигается для всех составов почв швартового основания посредством натягивания якорного каната 38 вверх и назад на погруженным положением якоря 1 и за него до тех пор, пока угол подъема между якорным канатом 38 и горизонталью у поверхности 3 швартового основания не будет около 70°.
Если лапа 4 только частично погружена в твердую почву при якорном канате 38, расположенном горизонтально у якоря 1, такая нагрузка вверх и назад заставляет штифт 34 серьги 35 перемещаться в щели 33 соединительной пластины 27 от первой точки 43 приложения нагрузки до зацепления во второй точке 45 приложения нагрузки. Нагрузка во второй точке 45 приложения нагрузки изначально производит момент вокруг штифта 25 в двухлапчатой проушине 20, который поворачивает соединительную пластину 27 и заднюю балку 17 из зацепления с передней балкой 13, таким образом разблокируя шарнирный четырехзвенник 32. Затем дальнейшее нагружение поворачивает шарнирный четырехзвенник 32 для переноса второй точки 45 приложения нагрузки за устойчивое положение 45A до остановки посредством проушины 26 соединительной пластины 27, осуществляя соприкосновение с балкой 13 внутри двухлапчатой проушины 20. Продолжающееся дальнейшее нагружение поворачивает якорь 1 обратно для наклонения лапы 4 вверх под углом 30°-40° к горизонтали и проводит линию силы, приложенной во второй точке 45 приложения нагрузки, в направление, по существу, перпендикулярное направлению F вперед, в результате чего наблюдается быстрое увеличение натяжения якорного каната 38. Затем натягивание останавливается, и судно-эвакуатор перемещается вперед, в это же время вытравливая якорный канат 38, до тех пор, пока угол подъема между якорным канатом 38 и горизонталью у поверхности 3 швартового основания не будет составлять около 70°. Затем якорный канат 38 стопорится, и тяговое усилие на швартовах прилагается для повторного натяжения якорного каната 38. Это заставляет штифт 34 серьги 35 скользить вперед в щели 33 для перемещения оси 39 у первой точки 43 приложения нагрузки. Шарнирный четырехзвенник 32 теперь закрывается для приведения проушины 23 балки 17 в положение вблизи от балки 13, но не в соприкосновение с ней, посредством чего первая точка 43 приложения нагрузки расположена, по существу, в положении 43A, и угол γ лапы восстанавливается до минимальной величины. Вытягивание якорного каната 38 под углом подъема 70°, по мере того, как судно-эвакуатор перемещается вперед, теперь заставляет якорь 1 с углом γ лапы на минимальной величине перемещаться вперед и вверх с относительно низким натяжением якорного каната 38 к поверхности 3 швартового основания, где якорь 1 вырывается из швартового основания и вытягивается для подъема на палубу судна-эвакуатора.
Если лапа 4 глубоко погружена в мягкую почву, процедура эвакуации происходит так, как описано ранее, за исключением того, что, поскольку вторая точка 45 приложения нагрузки уже расположена в устойчивом положении 45A (Фиг. 4), разблокирование шарнирного четырехзвенника 32 и исходное вращение для приведения второй точки 45 приложения нагрузки в совпадение с устойчивым положением уже произошло.
При желании, якорь 1 может быть перемещен в новое положение на морском дне без вытягивания для подъема на палубу судна-эвакуатора. Тогда якорь 1 переустанавливается из подвешенного положения над поверхностью морского дна 3 и вблизи него с использованием такой же процедуры, как описанная ранее, в результате чего конфигурация блокированного режима якоря 1 повторно устанавливается, когда якорь повторно укладывается на поверхность морского дна 3. Затем происходит повторное блокирование шарнирного четырехзвенника 32, когда якорь 1 наклоняется в зацепление с морским дном 2 посредством натягивания якорного каната 38.
В небольшой модификации якоря 1 повторное блокирование может быть осуществлено перед вырыванием якоря 1 из морского дна 2 посредством удлинения щели 33 в соединительной пластине 27 для расположения первой точки 43 приложения нагрузки немного более впереди и таким образом обеспечения большего отделения плоскости 46 от оси 28 в балке 13 (Фиг. 1) для увеличения момента вокруг оси 28 растягивающей силы в якорном канате 38, достаточного для преодоления упомянутого ранее эффекта разблокирования из-за давления почвы на балку 17.
Таким образом, как описано, манипуляция якорным канатом 38 позволяет удаленно блокировать шарнирный четырехзвенник 32 якоря 1, чтобы обеспечить маленький угол γ лапы для надежного проникновения в поверхность морского дна в твердых типах морского дна и впоследствии удаленно разблокировать его. Манипуляция якорным канатом 38 также позволяет удаленно поворачивать шарнирный четырехзвенник для выборочного обеспечения маленького угла лапы в якоре 1, подходящего для неглубокого проникновения в условиях твердого морского дна или большего угла лапы, подходящего для глубокого проникновения в условиях мягкого морского дна. Вкратце, якорь 1 обладает возможностью удаленного цикличного блокирования и разблокирования шарнирного четырехзвенника 32 и удаленного выбора угла γ лапы.
Якорь 1 имеет преимущества перед упомянутым ранее якорем предшествующего уровня техники, которые включают в себя по меньшей мере одно из следующего: возможность удаленного увеличения и уменьшения угла лапы, достигаемое на месте посредством манипуляции якорным канатом; удаленное обратимое блокирование для удерживания точки приложения нагрузки на веретене в неподвижном положении относительно лапы для обеспечения угла лапы и угла острия, подходящих для надежного проникновения в крепкие или твердые почвы швартового основания; отсутствие необходимости вытаскивания на палубу для изменения угла лапы для соответствия условиям мягкой или крепкой почвы; свобода от преждевременной работы механизма регулировки угла лапы; и отсутствие необходимости замены срезного штифта в механизме регулировки угла лапы.
Конечно же, в объеме настоящего изобретения возможны модификации якоря, описанного в этом документе. Например, балка 13 может быть заменена гибким передним продолговатым элементом 13, таким как веревка или цепь, несущим только растягивающую силу, причем в этом случае жесткая балка 17 осуществляла бы прямое или непрямое соприкосновение с продолговатым элементом 13 в расположенных на поперечном расстоянии точках 49 соприкосновения, посредством чего небольшое изгибание гибкого переднего продолговатого элемента 13, когда он натянут, обеспечило бы значительную силу поперечной реакции на балке 17, удерживая таким образом якорь 1 в блокированном режиме для надежного зацепления с состоящей из крепкой или твердой глины поверхности 3 швартового основания. К тому же щель 33 в соединительной пластине 27 может быть изогнутой. Также, шарнирный четырехзвенник 32 может содержать два жестких задних продолговатых элемента 17 вместе с одним гибким или жестким передним продолговатым элементом 13 или вместе с парой гибких или жестких передних продолговатых элементов 13. В качестве примера, на Фиг.6 показан косой вид якоря 1, в котором шарнирный четырехзвенник 32 включает в себя два жестких задних продолговатых элемента 17 и два жестких передних продолговатых элемента 13, причем каждый комплект задних и передних продолговатых элементов имеет точки крепления лапы на лапе 4, находящиеся на расстоянии поперек плоскости 6 симметрии и охватывающие соединение 5. Также предусмотрено, что такие модификации могут охватывать непрямое соприкосновение между задними балками 17 и передними продолговатыми элементами 13, осуществляемое через элемент, не являющийся соединительной пластиной 27, и могут охватывать штифт 34 серьги 35, имеющий на нем муфту с плоскими сторонами, выполненную с возможностью уменьшения давления соприкосновения между штифтом 34 и поверхностью 41 соединительной пластины 27.
1. Морской якорь (1), включающий в себя плоскость (6) симметрии и содержащий лапу (4) и веретено (32A), причем упомянутое веретено присоединено с возможностью поворота к упомянутой лапе, причем упомянутая лапа включает в себя задний край (47) и простирается к передней точке (4A, 4B) в направлении (F) вперед упомянутого якоря, причем упомянутое веретено включает в себя точку (43, 45) приложения нагрузки, образующую угол (γ) лапы упомянутого якоря во время работы, причем упомянутая точка приложения нагрузки предусмотрена для прикрепления к ней якорного каната (38), причем упомянутый якорь включает в себя дистанционно приводимое в действие средство (32) блокирования и разблокирования, посредством которого упомянутое веретено может быть поворотно заблокировано или разблокировано относительно упомянутой лапы для обеспечения удаленной регулировки упомянутого угла лапы посредством поворачивания упомянутого веретена, когда упомянутый якорь погружен в грунт (2), причем упомянутое блокирование и разблокирование и поворачивание упомянутого веретена осуществляются посредством манипуляции упомянутым якорным канатом, отличающийся тем, что упомянутое дистанционно приводимое в действие средство блокирования и разблокирования выполнено с возможностью позволения упомянутому веретену быть последовательно и циклично: поворотно блокируемым от увеличения исходного угла лапы упомянутого якоря; поворотно разблокируемым для обеспечения поворачивания для установления большего угла лапы; и поворачиваемым для повторного установления упомянутого исходного угла лапы и повторно блокируемым при нем.
2. Морской якорь (1), включающий в себя плоскость (6) симметрии и содержащий лапу (4) и веретено (32A), причем упомянутое веретено присоединено с возможностью поворота к упомянутой лапе, причем упомянутая лапа включает в себя задний край (47) и простирается к передней точке (4A, 4B) в направлении (F) вперед упомянутого якоря, причем упомянутое веретено включает в себя точку (43, 45) приложения нагрузки, образующую угол (γ) лапы упомянутого якоря во время работы, причем упомянутая точка приложения нагрузки предусмотрена для прикрепления к ней якорного каната (38), причем упомянутый якорь включает в себя дистанционно приводимое в действие средство (32) блокирования и разблокирования, посредством которого упомянутое веретено может быть поворотно заблокировано или разблокировано относительно упомянутой лапы для обеспечения удаленной регулировки упомянутого угла лапы посредством поворачивания упомянутого веретена, когда упомянутый якорь погружен в грунт (2), отличающийся тем, что упомянутое дистанционно приводимое в действие средство блокирования и разблокирования содержит поворотный шарнирный четырехзвенник (32), образованный четырьмя брусками (4, 13, 17, 27), включающими в себя по меньшей мере три жестких бруска (4, 17, 27).
3. Морской якорь по п.2, причем упомянутый шарнирный четырехзвенник включает в себя по меньшей мере один передний продолговатый элемент (13) и по меньшей мере один задний продолговатый элемент (17), соединенные друг с другом посредством соединительного элемента (27) для образования упомянутого веретена, причем упомянутый соединительный элемент включает в себя первую точку (43) приложения нагрузки и вторую точку (45) приложения нагрузки и передаточное средство (33) для вмещения элемента (35) присоединения якорного каната подвижно между ними, причем каждый продолговатый элемент (13, 17) имеет верхнюю точку (28, 31) крепления у верхнего конца (19, 22) и нижнее место (12, 16) крепления у нижнего конца (12, 16), и по меньшей мере, часть упомянутой лапы имеет соответствующие переднее и заднее места (9, 10) крепления, находящиеся на расстоянии друг от друга для вмещения упомянутых нижних мест крепления упомянутых продолговатых элементов, причем упомянутый соединительный элемент имеет соответствующие переднее и заднее места (26, 30) крепления, находящиеся на расстоянии друг от друга для вмещения упомянутых верхних точек крепления упомянутых продолговатых элементов, причем упомянутый задний продолговатый элемент и упомянутый соединительный элемент являются жесткими для того, чтобы позволить упомянутому шарнирному четырехзвеннику быть поворотно блокированным, когда сила, действующая в направлении от упомянутой лапы вдоль линии действия, содержащейся в плоскости, пересекающей упомянутую лапу вблизи от упомянутой передней точки упомянутой лапы, прилагается посредством упомянутого элемента присоединения якорного каната в упомянутой первой точке приложения нагрузки, и быть поворотно разблокированным, когда сила, действующая в направлении от упомянутой лапы, прилагается впоследствии в упомянутой второй точке приложения нагрузки.
4. Морской якорь по п.3, причем упомянутые точки крепления и упомянутые места крепления упомянутых переднего и заднего продолговатых элементов вместе с упомянутыми соответствующими местами крепления упомянутой лапы и упомянутого соединительного элемента соответственно содержат верхнее переднее, нижнее переднее, верхнее заднее и нижнее заднее поворотные соединения, каждое из которых включает в себя ось (14, 18, 28, 31) поворота.
5. Морской якорь по п.3 или 4, в котором упомянутое передаточное средство содержит проход (33), выполненный с возможностью принятия упомянутого соединительного элемента так, чтобы упомянутый соединительный элемент мог быть смещен от одной точки (43, 45) приложения нагрузки к другой посредством перемещения в упомянутом проходе.
6. Морской якорь по п.5, в котором упомянутый проход содержит щель (33), имеющую передний конец (42) и задний конец (44) и содержащую местоположение (40), расположенное параллельно плоской или изогнутой поверхности (41) в ней, с первой точкой (43) приложения нагрузки, расположенной на упомянутом местоположении вблизи от упомянутого переднего конца, и второй точкой (45) приложения нагрузки, расположенной на упомянутом местоположении вблизи от упомянутого заднего конца.
7. Морской якорь по п.4, в котором ось (28) поворота упомянутого верхнего переднего поворотного соединения и ось (31) поворота упомянутого верхнего заднего поворотного соединения пересекают упомянутую плоскость симметрии в точках, разделенных расстоянием (E) между ними так, чтобы позволить упомянутым продолговатым элементам и упомянутому жесткому соединительному элементу быть поворачиваемыми относительно друг друга для перемещения оси поворота упомянутого верхнего заднего поворотного соединения в пересечение с прямой линией (P), содержащей точки пересечения с упомянутой плоскостью симметрии оси (28) поворота упомянутого верхнего переднего поворотного соединения и оси (18) поворота упомянутого нижнего заднего поворотного соединения, посредством чего упомянутый шарнирный четырехзвенник становится заблокированным посредством сжимающих сил, вызываемых в упомянутом жестком заднем продолговатом элементе, и вызываемых в упомянутом жестком соединительном элементе, когда сила, действующая в направлении от упомянутой лапы вдоль линии действия, содержащейся в плоскости, которая пересекает упомянутую лапу вблизи от упомянутой передней точки упомянутой лапы, прилагается посредством упомянутого соединительного элемента в упомянутой первой точке приложения нагрузки.
8. Морской якорь по п.7, причем упомянутые поворотные соединения имеют в себе зазоры, которые позволяют оси (31) поворота упомянутого верхнего заднего поворотного соединения перемещаться через и немного за упомянутые прямые линии (P), содержащие точки пересечения с упомянутой плоскостью симметрии оси (28) поворота упомянутых верхних передних поворотных соединений и оси (18) поворота упомянутых нижних задних поворотных соединений, для обеспечения устойчивого блокирования упомянутого шарнирного четырехзвенника.
9. Морской якорь по п.3, причем упомянутый шарнирный четырехзвенник расположен так, что поворот задерживается упомянутым жестким задним продолговатым элементом, осуществляющим прямое или непрямое соприкосновение с упомянутым передним продолговатым элементом.
10. Морской якорь по п.6, причем касательная к упомянутому местоположению (40) упомянутой щели у упомянутой первой точки (43) приложения нагрузки наклонена к прямой линии (46), содержащей упомянутую переднюю точку упомянутой лапы и упомянутую первую точку приложения нагрузки, для образования угла (α) заднего раскрытия в диапазоне 60-95°, когда упомянутый шарнирный четырехзвенник заблокирован.
11. Морской якорь по п.4, причем упомянутая первая точка приложения нагрузки лежит на или под плоскостью, содержащей оси (14, 28) как упомянутых верхних, так и нижних передних поворотных соединений.
12. Морской якорь по п.4, причем плоскость, перпендикулярная упомянутой плоскости симметрии, содержащая упомянутую переднюю точку упомянутой лапы и упомянутую первую точку приложения нагрузки, проходит вперед оси (28) упомянутого верхнего переднего поворотного соединения.
13. Морской якорь по п.4, причем упомянутый шарнирный четырехзвенник имеет такие расстояния (E, G, K, M) разделения между осями (14, 18, 28, 31) упомянутых поворотных соединений, чтобы упомянутые первая и вторая точки приложения нагрузки соответственно имели первое и второе устойчивые положения (43A, 45A) относительно упомянутой лапы, когда сила, действующая в направлении от упомянутой лапы, прилагается соответственно у упомянутых первой и второй точек приложения нагрузки посредством упомянутого соединительного элемента.
14. Морской якорь по п.3, причем упомянутый передний продолговатый элемент содержит гибкий элемент (13), такой как веревка или цепь.
15. Морской якорь по п.1, в котором упомянутое веретено выполнено с возможностью поворотного блокирования и последующего разблокирования на месте, причем точка (43) приложения нагрузки в упомянутом веретене образует минимальный угол лапы упомянутого якоря в диапазоне 26-32°.
