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1、海洋工程锚类型
1.1 拖曳埋置锚
拖曳埋置锚通常以其抓力与自重之比即抓重比（或抓力系数）表征锚的抓持特性，随着锚重的增加，抓重比将会下降。拖曳埋置锚一般只能承受水平力，不考虑承受垂向力。因此，与之相连的锚索应有足够的长度，并尽可能使得锚索在锚处与海底相切。
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海洋工程装置常用拖曳埋置锚
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重量10t的各种拖曳埋置锚抓持特性
根据用途及抓持能力，拖曳埋置锚可分为4类：
船用锚
由于该类锚航行区域变化大，需要适应多种底质（沙、硬泥、软泥、淤泥以及这些底质的混合物），大多为无杆转爪锚，抓力都不是很大。锚爪折角一般在35~45°的范围内，如霍尔锚、斯贝克锚等普通船用无杆锚的折角为42°，其最大抓力仅为其自重的4倍左右，AC-14型大抓力无杆锚的折角为35°，其最大抓力则可达到自重的8倍以上，但是当拉力超过抓力限额时很容易翻转而导致失效。该类锚的优点是抛起锚方便，可收藏在锚链筒内；
一般性能海洋工程用锚
该类锚为有（横）杆的转爪锚，如丹福斯锚、LWT锚、斯达托锚等，主要适用于沙或硬泥底质，有很好的稳定性，抓力比船用锚大得多，常将其归类为“大抓力锚”。其中的LWT锚和斯达托锚设计成折角可改变，以适应软泥底质。一般性能海洋工程用锚在上世纪60~70年代设计的海洋工程装置如钻井（驳）船、半潜式钻井平台、自升式平台上应用十分广泛。
较高性能海洋工程用锚
该类锚的抓力比一般性能海洋工程用锚更高，问世于上世纪70年代，如布鲁斯锚SS锚和布鲁斯TS锚、阔鳍型德尔泰（Flipper Delta）锚（锚爪折角可改变）、史蒂汶（Stevin）系列的史蒂芙狄格（Stevdig）锚、史蒂芙莫特（Stevmud）锚、史蒂芙菲克斯（Stevfix）锚、霍克（Hook）锚等（均为转爪锚）。除史蒂芙莫特锚专用于淤泥底质外，其余的均能适应多种底质。
高性能海洋工程用锚
近年来出现的史蒂芙帕瑞斯（Stevpris）锚、史蒂芙夏克（Stevshark）锚、布鲁斯FFTS锚等，均为钢板焊接的固定爪锚。该类锚的抓力远大于上述各类锚，甚至在软泥中也有很大的抓力，是当前最先进的拖曳埋置锚。
图2为重量7t的史蒂芙帕瑞斯MK6型锚。该类锚的锚爪面积大，锚爪的两个尖齿使锚更容易啮入土中，穿透的深度大，达到最大抓力所需的拖曳距离较短。锚爪与锚柄之间的夹角可调节，在极软的黏土（淤泥）中为50o，中等硬度黏土中为41o，沙和硬泥中为32o。在淤泥中的最大抓力可达311t（自重的44倍），在中等硬度黏土中的最大抓力可达436t（自重的62倍），在沙和硬泥中的最大抓力可达561t（自重的80倍）。史蒂芙帕瑞斯锚可以承受一定的垂向负载。在现今设计的各种海洋工程作业船和半潜式钻井平台上得到广泛应用。
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史蒂芙帕瑞斯MK6锚1.2 桩锚
1.2 桩锚
桩锚（pile anchor）是一根空心桩，其上端带有连接锚索的眼板，不仅能承受水平载荷，而且能抵抗垂向载荷，适用于坚硬的底质。桩锚通常由打桩船先行安装，也有采用冲（水）或钻出一个孔，然后将桩放入孔中，再灌注水泥浆将桩固住。但是在冲（水）或钻孔过程中，底质容易遭到破坏。
桩锚必须根据所安装位置的底质情况专门设计，且安装费用很高，极少使用。特别是在深水条件下，无论是打桩或是钻孔安装都十分困难。
1.3 吸力桩和吸力沉箱
吸力桩（suction pile）又称负压锚，适用于深水系泊系统，主要用于黏土型底质，也可以用于细沙或颗粒层，能承受很高的系泊索的水平和垂向载荷。
吸力桩必须根据底质情况专门设计，其施工复杂，安装费用高，安装和拆卸潜水泵均需潜水员或深潜器协助，通常用于永久性系泊系统。
吸力桩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，首先是把吸力桩下降到海底，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。
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吸力桩和安装示意图吸力沉箱
吸力沉箱（suction caisson）是一种吸力埋置锚，具有较小的高度与直径比，穿透底质的深度比吸力桩小得多。吸力沉箱在水中的重量构成了它的大部分垂向支持能力。图6为一种具有很大的底部尺寸和较浅的裙板穿透深度的多单元混凝土结构的吸力沉箱，其承受垂向负荷的能力主要是其自身重量加上一些表面摩擦力和内部的吸力，承受水平负荷的能力则取决于裙板的穿透深度和和受到剪切的各层底质之间的摩擦力。
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吸力沉箱示意图
1.4 重力锚
重力锚（gravity anchor）即重块锚，由混凝土块或钢块、碎金属或其他高密度材料制成。裙板依靠其自重穿透,设计的提升能力取决于沉没的锚重，其承受水平负荷的能力是锚与底质之间的摩擦力以及锚下底质的剪切强度函数。重力锚适用于小型系泊系统。
1.5 板锚
板锚（plate anchor）最初用于美国海军舰船系泊浮筒的锚泊，置于具有较高底质强度的海床深处。板锚具有较大的垂向支持能力，适用于锚索以大倾斜角与海床相交的绷紧腿系泊系统。板锚主要有2种类型：
拖曳埋置式板锚
拖曳埋置式板锚具有较大的垂向支持能力，通常将其归类为VLA，即法（垂）向承力锚（Vertically Loaded Anchor）。目前，海洋工程常用的2种VLA为丹拉（Denla）锚和斯蒂夫曼脱（Stevmanta）锚，见图7，斯蒂夫曼脱锚抗拔力可达自重的100倍以上。采用拉紧索系统把板锚从安装模式转变到工作位置，而丹拉锚则采用铰链锚柄。
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拖曳式板锚
拖曳埋置式板锚采用类似于拖曳锚的方法埋入深层底质，为充分发挥其支持能力，对安装位置、深度和锚索定位方向等的精确性提出了非常高的要求。
直接埋置式板锚
锚的主体（锚爪）实际上是一块带有可转动翼板的平板，为使其支持能力充分发挥，对位置、深度、锚索定位方向等安装精确性提出了非常高的要求。其埋置方法可采用吸力、冲击或振动锤、火箭推进器或液压锤。
吸力埋置式板锚（Suction Embedded Plate Anchor简称SEPLA）已用于海洋工程装置系泊作业，采用吸力跟踪器（Suction follower）进行安装。吸力跟踪器如同吸力桩，一端封闭，另一端开槽插入板锚。安装时，跟踪器内的板锚端向下，降落至海底。然后，抽去桩（筒）内的水，使跟踪器穿透底质，达到板锚设计规定的深度。然后，通过注水使跟踪器反向作用与板锚脱离并回收。根据SEPLA的原理，板锚的锚爪应垂直埋置于土中，以便在拉动系泊索定位的过程中，使锚爪充分旋转，达到所需要的状态。实际上吸力跟踪器是一种可重复使用的吸力锚也可用于其他板锚的安装。
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吸力埋置式板锚
2、海洋工程装置用锚选择
2.1 移动式系泊系统
移动式系泊系统适用于在海上系泊定位作业时间较短的工程船舶和浮式装置，诸如打捞船、起重船、半潜运输船、地质取芯船、潜水工作船、铺管船、钻井船（或驳船）、半潜式钻井平台、钻井辅助船等。这类船舶或装置多数采用辐射状（多点）锚泊系统定位，其主要特点是作业环境条件并不十分恶劣，一旦预报强风暴来临时，可以撤离。即使是钻井船和半潜式钻井平台，遇到强风暴时，可提前脱开或收回隔水管，使其位移不受限制。
移动式系泊系统一般采用悬链式（锚索）系统，且要求抛/起锚方便，因此通常采用大抓力拖曳埋置锚。在选择锚时，必须通过对各种环境条件下的系泊分析来确定锚的负荷。
2.2 永久性系泊系统
永久性系泊系统用于在海上停留时间较长的浮式装置诸如半潜式生产平台、Spar平台、FSO（浮式储油船）或FPSO（浮式生产储存卸货装置）等。该类装置设计使用寿命在10年以上，而且在遇到强风暴时，一般不可能离开位置，更不可能快速回收水下立管，系泊系统的失效将造成严重后果。因此，应根据该系统设计规定的最恶劣环境条件所作的系泊分析来确定系留点（锚）的负荷以及系泊系统的形式和安装方式，所选择的锚应十分可靠，且需要更加充分地了解预定抛锚地点的底质条件和海床形状。
永久性系泊系统目前主要有2种形式即悬链式和绷紧式。悬链式系泊系统通常采用大抓力拖曳埋置锚，如同移动式系泊系统。绷紧式系泊系统则可采用桩锚、吸力桩和板锚等。
来源：船海人微信号
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发表于 2016-3-16 14:42
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