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吸力锚

/suction anchor/
最后更新 2022-01-20
浏览 196
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底部敞开、顶部有封闭盖的大直径薄壁圆柱桶形结构。其顶盖留有抽水孔口以连接抽水泵系统,并通过系泊线与上部结构相连。

英文名称
suction anchor
所属学科
石油与天然气工程

桶侧壁材料通常为钢材,顶盖一般用钢材或钢筋混凝土材料,其长度与直径之比通常为4~12,外径为3~7米,壁厚为25~75毫米,有时桶壁厚沿长度方向是变化的,为了增加在安装过程中的整体刚度,经常在环向和竖向设置加强筋。吸力锚使用范围非常广泛,在砂土、黏土或分层土海床中都具有良好的适用性,常应用在世界各地20~40米的浅水到超过1000米的深水海域的临时性或永久性系泊系统。根据不同的用途和不同的地质条件,吸力锚基础又有不同的具体结构,例如适应浅水,表软下硬土质的双筒式,还有方形或附加翼板等形式。

主要包括:①基础首先沉入水中,在自重作用下贯入海底一定深度(初始入泥深度),形成锚筒内水的封闭状态,然后借助于顶部的泵系统向外抽吸锚筒内的水,使同一时间内抽出的水量大于从底部渗入的水量,使筒内产生低于外部的水压,从而在封闭的筒体内形成负压。②当筒内外负压差足够大,以至于造成的作用在锚盖上的垂直向下的压力超过海底底质对锚筒的阻力时,锚体就不断被压入土中,直到达到预定的深度。③沉放就位后泵停止抽吸,桶内的负压随之逐渐消失,最终恢复到周围环境的压力。锚体依靠其内外侧壁的摩擦阻力和土的吸附力提供使用阶段的抗拔或抗压承载力以及水平承载力。

主要包括:①泵系统反向工作,由从锚筒内抽水改为向筒内注水,使筒内部压力大于外部压力,利用筒顶内、外的正压差将锚体顶出泥面。可以易地再用是吸力锚的一个显著特点,即在一个地方使用结束可以回收,并在地质条件适宜的其他海域继续使用。②要求吸力锚:下得去、站得稳、起得来。即能够平稳地、保持一定垂直度地沉下去;沉下去之后,能够在工作期间不会失稳而导致整个浮式结构倾覆、滑移或拔出等破坏;当在一个油田采油结束后,能够拔起来拖到另外的油田再使用。③由于吸力锚直径较大,所以其水平承载能力要比竖向承载能力大。在进行吸力锚承载能力计算时,系泊线的位置(即荷载施加的位置)对吸力锚的影响很大。吸力锚与系泊线的连接存在一个最优深度,对于正常固结黏土,最优深度主要取决于基础的长径比,通常系泊线与吸力锚的连接点稍低于最优深度,这样连接可使锚筒向后倾斜时能够消除空隙,也可以减少锚被拔出的可能性。吸力锚在破坏(不包括转动破坏)时,可以达到最大承载能力。而且,破坏后所拥有的残余承载力不会比峰值承载力小太多,使得锚基础的破坏不是脆性的。

优点。①不需要打桩设备,海上安装施工简便,特别是在浅海区域。②安装工期短,便于在海上恶劣气候的间隙施工。③竖向抗拔性能卓越。④就位准确,对不同的底质具有广泛的适用性。⑤技术比较成熟,造价低,投资少,应用广泛。⑥可以实现异地重复利用。

缺点。体积庞大、笨重,在装配和收锚时耗时较多,运载不方便。一艘锚装卸船不能在同一次航行中运载完整的一套锚具,这就需要多次航行或多艘锚装卸船运载,以保证这种吸力锚在目的海域进行安装。

  • 王懿,陈建义,段梦兰,等.水下生产系统及工程.青岛:中国石油大学出版社,2017.
  • 罗勇,王宏伟,闫发锁.浮式结构定位系统设计与分析.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2015.

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