一种内含膨胀气囊的鱼雷锚

1.本发明涉及海底锚固技术领域，尤其涉及一种内含膨胀气囊的鱼雷锚。


背景技术：

2.随着远海油气资源和海洋矿产的不断开发，远海资源的战略地位越发重要。我国是一个油气需求大国，2021年向外国进口石油约35亿桶。而在我国南海却有着早已探明的至少230亿吨石油，堪称第二个波斯湾，天然气和矿产储量也极其丰富。近年来海洋油气资源的开发逐渐从浅海转向深海。固定式平台由于成本随深度上升一般只适用于浅海，而在深海区域多数采用适用性相对更强的浮式平台。浮式平台依靠自身的浮力来支撑其上部的重量，并通过系泊系统对平台进行锚固定位；系泊系统作为深海浮式结构的组成部分对其作业安全起到至关重要的作用。鱼雷锚是近年来出现的一种动力安装锚，与其他锚型相比具有不需要各种辅助装置，安装简单周期短，经济成本低，且安装费用随水深增加影响较小的优势，被广泛认为是一种最具有应用前景的深海锚固基础之一。
3.叠氮化钠加热后会在达到熔点前就剧烈的分解为金属钠和氮，生成气体量极大，根据相关研究，仅75g主要成分为叠氮化钠的气体发生剂便可以在35ms的燃烧后在60l容积的压力舱中生成0.21mpa的压强。因其产生巨量气体的特性常用于航天和交通领域的安全气囊设计。鱼雷锚安装后的承载力较多来源于土体于锚身的侧摩阻力，然而在海底的软土环境中，侧摩阻力往往因土体的较低强度而不甚理想，在水深较浅，鱼雷锚下落动能不足使得贯入深度较小的情况下，鱼雷锚往往会发生承载力不足导致的过度侧移，逐渐失去承载能力至滑锚。


技术实现要素：

4.发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明公开了一种内含膨胀气囊的鱼雷锚
5.

技术实现要素：
本发明所公开的内含膨胀气囊的鱼雷锚，包括锚身、锚翼及锚头，所述锚身和锚头之间设有膨胀控制气囊。
6.鱼雷锚插入软土后，控制膨胀控制气囊撑开，挤入周边的土体，有效增强鱼雷锚的抗拔承载力。
7.进一步的，所述膨胀控制气囊包括气体生成仓和折叠气囊，所述气体生成仓开孔与折叠气囊连通，所述气体生成仓内设有氮化钠粉末和电热控制装置，氮化钠粉末受到加热后，释放出巨量氮气，在气囊内侧形成超高气压。
8.进一步的，所述电热控制装置包括遥控接收装置、电池及加热电阻丝，并通过隔层隔绝氮化钠粉末。可根据需要随时控制折叠气囊打开的时间。
9.进一步的，所述折叠气囊和气体生成仓中部穿插连接杆，所述连接杆两端分别插入锚身和锚头内并固定，实现锚身、折叠气囊、气体生成仓及锚头依次连接固定，所述折叠气囊的端部连接处密封。
10.进一步的，所述连接杆与折叠气囊之间设置伸缩支架组件，所述伸缩支架组件包
括多根由连接杆向外周径向延伸的伸缩杆及设于每个伸缩杆延伸端部的四边形铰接支架，所述四边形铰接支架的延展端部与折叠气囊的内壁连接。
11.进一步的，所述伸缩支架组件在连接杆的外周均匀间隔设置，相邻的四边形铰接支架互相铰接，形成整体的伸缩支架结构。
12.进一步的，所述伸缩杆为单向伸缩杆，包括与连接杆连接的套杆及与四边形铰接支架连接的内杆，所述套杆沿延伸方向间隔开设滑孔，所述内杆置于套杆内，且内端侧边通过弹簧连接有单向斜面卡块，其斜面朝延伸方向设置，所述内杆在套杆内伸出，单向斜面卡块在滑孔内挨个滑动并卡合。
13.进一步的，所述连接杆外周间隔开槽，所述伸缩杆的端部置于槽内，实现固定。
14.进一步的，所述锚身为中空钢制圆筒结构，内部填充配重料，所述锚翼为多片等角距固定在锚身周边的钢片结构，所述锚头为钢制圆锥体结构，其最大直径与锚身相同。
15.有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：
16.1.本发明通过利用传统鱼雷锚的中空空间，不仅像传统鱼雷锚在中空空间内填充增加质量的物体，还在鱼雷锚内设置膨胀气囊，直接增大鱼雷锚的端承载面积，极为有效的增大了鱼雷锚的竖向抗拔承载力，同时也提升了鱼雷锚的侧向摩阻力，大大增强了鱼雷锚的性能；
17.2.本发明通过使用叠氮化钠粉末来产出巨量气体以获得气囊膨胀所需气压，所需叠氮化钠体积小，同时其他相关组件所占空间也较小，不会过多的削弱鱼雷锚的总质量从而导致贯入深度明显下降，承载力削弱。且所生成气体为氮气，性质较为稳定；
18.3.本发明的结构中所使用的材料和遥控加热装置等设备均为易得，易制备的廉价材料，性价比高，且易于对传统鱼雷锚进行改造；
19.4.本发明在气囊内侧设置了伸缩支架，并且内置的单向伸缩杆使其只能单向伸缩。可以在气囊膨胀后成为其内部的支撑骨架，增强气囊结构强度，进一步提升鱼雷锚抗拔承载力和稳定性。同时即使因为较长时间后气体逸散导致气囊内侧气压下降，鱼雷锚仍可保持绝大部分的承载力；
20.5.本发明以气囊膨胀的方式增大端承载面积，十分适合海洋的软土环境，气囊在软土膨胀的难度较低，发明的工程安装难度较低。
附图说明
21.图1为本发明整体结构图；
22.图2为本发明剖视图；
23.图3为本发明电热控制装置结构图；
24.图4为本发明伸缩支架组件收缩状态俯视图；
25.图5为本发明伸缩支架组件伸展状态俯视图；
26.图6为本发明伸缩杆和四边形铰接支架结构图；
27.图7为本发明伸缩杆剖视图。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
29.如图1所示的内含膨胀气囊的鱼雷锚，包括锚身1、锚翼2及锚头3，所述锚身1和锚头3之间设有膨胀控制气囊4。通过气囊膨胀可以获得端承载面积的极大增大，直接有效的增强鱼雷锚抗拔承载力。
30.如图2所示，所述膨胀控制气囊4包括气体生成仓401和折叠气囊402，气体生成仓401采用圆环形金属容器，折叠气囊402为高强度橡胶胎膜，所述气体生成仓401开孔与折叠气囊402连通，所述气体生成仓401内设有氮化钠粉末和电热控制装置404。
31.如图3所示，所述电热控制装置404为包括遥控接收装置404-1、电池404-2及加热电阻丝404-3，并通过隔层404-4隔绝氮化钠粉末。遥控接收装置404-1可以接受外界发来的红外线信号使得加热电阻丝404-3通电开始缓缓加热，隔层404-4可以使得叠氮化钠粉末不直接触碰电阻丝导致加热过快。
32.所述折叠气囊402和气体生成仓401中部穿插连接杆403，所述连接杆403两端分别插入锚身1和锚头3内并固定，本实施例采用螺纹连接固定，实现锚身1、折叠气囊402、气体生成仓401及锚头3依次连接固定，所述折叠气囊402的端部连接处密封。
33.如图4-6所示，所述连接杆403与折叠气囊402之间设置伸缩支架组件5，所述伸缩支架组件5包括多根由连接杆403向外周径向延伸的伸缩杆501及设于每个伸缩杆501延伸端部的四边形铰接支架502，所述四边形铰接支架502的延展端部与折叠气囊402的内壁连接。所述伸缩支架组件5在连接杆403的外周均匀间隔设置，相邻的四边形铰接支架502互相铰接，形成整体的伸缩支架结构。
34.如图6和7所示，所述伸缩杆501为单向伸缩杆，包括与连接杆403连接的套杆501-1及与四边形铰接支架502连接的内杆501-2，所述套杆501-1沿延伸方向间隔开设滑孔501-3，所述内杆501-2置于套杆501-1内，且内端侧边通过弹簧连接有单向斜面卡块501-4，其斜面朝延伸方向设置，所述内杆501-2在套杆501-1内伸出，单向斜面卡块501-4在滑孔501-3内挨个滑动并卡合。
35.所述连接杆403外周间隔开槽，所述伸缩杆501的端部置于槽内，实现固定。
36.所述锚身1为中空钢制圆筒结构，内部填充配重料，提高鱼雷锚下落动能，增加贯入深度。所述锚翼2为多片等角距固定在锚身1周边的钢片结构，所述锚头3为钢制圆锥体结构，其最大直径与锚身1相同，尖端角度30
°
。
37.安装步骤如下：
38.一：将鱼雷锚组件运输至预定海面位置。
39.二：组装鱼雷锚组件，首先在气体生成仓中注入足量叠氮化钠粉末，再将气体生成仓套装在连接杆上，并把连接杆底部与锚尖上端连接，然后将套杆末端连接在连接杆中段的卡槽上。将折叠气囊折叠，底部与锚尖上端外侧粘连。将四边形铰接支架与折叠气囊内侧黏连。最后将连接杆上部与锚身底部连接，并将折叠气囊上端与锚身下端外侧粘连。
40.三：起动气体生成仓中的遥控电热装置，通过吊机等设备将鱼雷锚投放。
41.四：鱼雷锚在水中自由下落后以巨大的动能贯穿入海底土床。
42.五：电热控制装置缓缓加热叠氮化钠粉末，使其分解释放出巨量氮气，撑开折叠气囊挤入周边土体中，同时折叠气囊带动内部伸缩支架伸长，起到骨架支撑作用。

技术特征：
1.一种内含膨胀气囊的鱼雷锚，其特征在于：包括锚身(1)、锚翼(2)及锚头(3)，所述锚身(1)和锚头(3)之间设有膨胀控制气囊(4)。2.根据权利要求1所述的内含膨胀气囊的鱼雷锚，其特征在于：所述膨胀控制气囊(4)包括气体生成仓(401)和折叠气囊(402)，所述气体生成仓(401)开孔与折叠气囊(402)连通，所述气体生成仓(401)内设有氮化钠粉末和电热控制装置(404)。3.根据权利要求2所述的内含膨胀气囊的鱼雷锚，其特征在于：所述电热控制装置(404)包括遥控接收装置(404-1)、电池(404-2)及加热电阻丝(404-3)，并通过隔层(404-4)隔绝氮化钠粉末。4.根据权利要求2所述的内含膨胀气囊的鱼雷锚，其特征在于：所述折叠气囊(402)和气体生成仓(401)中部穿插连接杆(403)，所述连接杆(403)两端分别插入锚身(1)和锚头(3)内并固定，实现锚身(1)、折叠气囊(402)、气体生成仓(401)及锚头(3)依次连接固定，所述折叠气囊(402)的端部连接处密封。5.根据权利要求3所述的内含膨胀气囊的鱼雷锚，其特征在于：所述连接杆(403)与折叠气囊(402)之间设置伸缩支架组件(5)，所述伸缩支架组件(5)包括多根由连接杆(403)向外周径向延伸的伸缩杆(501)及设于每个伸缩杆(501)延伸端部的四边形铰接支架(502)，所述四边形铰接支架(502)的延展端部与折叠气囊(402)的内壁连接。6.根据权利要求5所述的内含膨胀气囊的鱼雷锚，其特征在于：所述伸缩支架组件(5)在连接杆(403)的外周均匀间隔设置，相邻的四边形铰接支架(502)互相铰接，形成整体的伸缩支架结构。7.根据权利要求5所述的内含膨胀气囊的鱼雷锚，其特征在于：所述伸缩杆(501)为单向伸缩杆，包括与连接杆(403)连接的套杆(501-1)及与四边形铰接支架(502)连接的内杆(501-2)，所述套杆(501-1)沿延伸方向间隔开设滑孔(501-3)，所述内杆(501-2)置于套杆(501-1)内，且内端侧边通过弹簧连接有单向斜面卡块(501-4)，其斜面朝延伸方向设置，所述内杆(501-2)在套杆(501-1)内伸出，单向斜面卡块(501-4)在滑孔(501-3)内挨个滑动并卡合。8.根据权利要求5所述的内含膨胀气囊的鱼雷锚，其特征在于：所述连接杆(403)外周间隔开槽，所述伸缩杆(501)的端部置于槽内，实现固定。9.根据权利要求1所述的内含膨胀气囊的鱼雷锚，其特征在于：所述锚身(1)为中空钢制圆筒结构，内部填充配重料，所述锚翼(2)为多片等角距固定在锚身(1)周边的钢片结构，所述锚头(3)为钢制圆锥体结构，其最大直径与锚身(1)相同。

技术总结
本发明公开了一种内含膨胀气囊的鱼雷锚，包括锚身、锚翼及锚头，所述锚身和锚头之间设有膨胀控制气囊。所述膨胀控制气囊包括气体生成仓和折叠气囊，所述气体生成仓开孔与折叠气囊连通，所述气体生成仓内设有氮化钠粉末和电热控制装置。本发明在电热控制装置开启后会将仓内空气缓缓加热至叠氮化钠分解温度，此时叠氮化钠会迅速分解并释放出巨量氮气，将折叠气囊撑开，增大鱼雷锚水平截面积，大大提升鱼雷锚抗拔承载力。锚抗拔承载力。锚抗拔承载力。


技术研发人员：尹崇山 王丽艳 林启航 竺明星 李小娟 潘志宏 杨志超 吴晗 蒋飞
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2023.01.05
技术公布日：2023/5/9