錨鏈的制作方法
【專利摘要】本發明涉及錨鏈的領域，以及更具體地涉及一種包括多個第一環(3)和多個第二環(4)的錨鏈(1)，多個第二環在鏈的端部處且包括至少三個連續環(4)，在每個環中，至少棒材直徑或材料的彈性極限基本上大于多個第一環(3)的每個環，以此改進鏈對于由多個第二環中(4)的彎曲而產生的疲勞的抗力。
【專利說明】
錨鏈
技術領域
[0001]本發明涉及錨鏈的領域，更具體地涉及海上應用的錨鏈。
【背景技術】
[0002]在目前情況下，術語“錨鏈”用來指用于傳輸機械張力并具體用于將浮動體連接到錨點以限制所述浮動體的移動的彼此連接的一連串環(link)。這種錨鏈的環可具體地由金屬制成。這些環可以是有檔環(stud link)，從而避免它們變平，或者可以是無檔環。
[0003]雖然錨鏈被設計成主要傳輸的機械力為張力，但在實踐中，錨固浮動體且受到高等級張力的鏈也可以在它們的端部、特別地在它們與浮動體連接的附近承受大彎曲應力。這個彎曲的原因是浮動體的樞轉運動以及相鄰環之間接觸區域的幾何缺陷的結合。
[0004]特別地，與高等級張力結合的缺陷防止相鄰環之間的鉸接。浮動體的運動因此導致錨鏈上的側向力以及在相鄰環之間傳輸的彎曲力矩。在由P.Jean，K.Goosens和2.L ’Hostis在美國德克薩斯州休斯頓舉辦的2005年近海技術會議中發表的文章“Failure ofchains by bending in deepwater mooring systems(深水系泊系統中由彎曲產生的鏈失效)”中具體描述的，從長期來看，這種重復彎曲可以特別地提高由疲勞而產生的斷裂。
[0005]在現有技術中，為了避免這種疲勞及因此延長錨鏈的使用壽命，已經進行了多種嘗試來通過改善鏈的各端部的鉸接或者局部更改環，以限制鏈的環受到的彎曲運動。
[0006]因此，舉例來說，在國際專利申請W02010/112603和W098/40306中，提出了在錨鏈的端部與浮動體之間插置萬向節連接件和長杠桿臂。然而，這些連接件具有笨重且體積大的缺點，這會使它們難以成為一體。此外，萬向節，特別是能夠承受如海水等不利環境的萬向節的費用非常高。
[0007]在國際專利申請W02008/0951106中還具體提出在錨鏈的端部與浮動體之間插置多個纜線段(而不是鉸接頭)。然而，這通常具有以下缺點:需要在錨固浮動體之前準確確定纜線段的長度，以及還需要準確確定錨點的位置。
[0008]還提出在鏈的多個段達到疲勞閾值之前替換工作中的多個段的裝置和方法。舉例來說，這可以通過使這些段穿過導向輪或特定導纜器并借助扳手改變承受連接的環來實現，例如法國專利申請FR2601322中所示。然而，這通常需要在浮動體上安裝重且貴的設備，以及還需要儲備用于替換的多個鏈段。此外，那些替換的鏈段的環還可能由于穿過這些設備而損壞。

【發明內容】

[0009]本發明試圖克服那些缺陷。更具體地說，本說明書試圖提出一種錨鏈，該錨鏈能夠避免在鏈的端部處的環的彎曲疲勞。
[0010]在至少一個實施例中，通過以下情況來實現這個目的:錨鏈包括多個第一環以及多個第二環，多個第二環在鏈的端部處且包括至少三個連續鏈環，在每個環中，從棒材直徑和材料的彈性極限選擇出的至少一個屬性基本上大于多個第一環的每個環。環的“棒材直徑”在這里是指形成環的棒料的橫截面的最小直徑。
[0011]如上所述，相鄰環之間的接觸區域的幾何缺陷對于在鏈的前端處的環之間傳輸彎曲力矩非常重要。已經發現，在安裝鏈之前在鏈上執行的強度測試構成這種幾何缺陷的重要來源。通常執行這些測試以確定形成環的棒料的焊接質量，以及鏈在其預期使用壽命期間將不會受到明顯的塑性延長。典型地，在這些測試期間，以高達它們斷裂負載的70%來測試鏈，然而這能導致環的材料的彈性極限超過某些點，從而使環之間的接觸區域永久性地變形并在相鄰環之間的界面處生成平面。隨后，這些平面可幫助在環之間傳輸彎曲力矩，從而每當浮動體進行樞轉運動，在環中會生成額外的且變化的應力，特別地在鏈的前端處。
[0012]由于在纜線的端部處的至少三個連續環的棒材直徑增加和/或材料的彈性極限增大，可以限制形成平面，因此限制這至少三個環(受到側向力最多)之間傳輸的彎曲力矩。
[0013]特別地，多個第二環的每個環的棒材直徑可基本上大于多個第一環的每個環的棒材直徑，以及特別地是多個第一環的每個環的直徑的至少1.2倍。詞語“基本上大于”在本文用來指差異大于制造公差，例如可以差不多是所述直徑的5%。
[0014]此外，通過在強度測試期間分散力，這個直徑的增加在強度測試期間限制環的局部塑性變形，從而減少形成平面。此外，對于給定的彎曲力矩，彎曲應力與這個直徑的立方成反比。因此，雖然杠桿臂、以及因此彎曲力矩以與環的所述直徑成正比的方式增加，但是對于給定的側向力，應力將會以直徑的平方減少。由于結合這兩種的效果，增大多個第二環中環的直徑，因此每當錨鏈受到由于浮動體的樞轉運動產生的側向力時，能夠大幅度減少鏈的前端處的彎曲應力。
[0015]然而，作為這個較大直徑的替代方案或者除此之外的方案，多個第二多重環的每個環的材料的彈性極限可基本上大于多個第一環的每個環的材料的彈性極限，并基本上是多個第一環的每個環的材料的彈性極限的至少1.2倍。詞語“基本上大于”在本文用來指差異大于制造公差，例如可以差不多是所述彈性極限的5%。
[0016]這個彈性極限的增加減小了強度測試期間受到塑性變形的所述多個第二環的每個環的面積，還用來減少幫助相鄰環之間傳輸彎曲力矩的平面的形成。
[0017]為了得到多個第一環與多個第二環之間的逐步過渡，錨鏈還可以包括在所述多個第一環與多個第二環的所述至少三個連續環之間的至少一個中間環，所述至少一個中間環不同于多個第一環和多個第二環中的每個環。特別地，所述至少一個中間環的保持直徑可基本上大于所述多個第一環的任一環的棒材直徑，但是小于多個第二環的每個環的棒材直徑。更特別地，錨鏈可以包括:至少一個第一中間環，鄰近所述多個第一環；以及至少一個第二中間環，鄰近多個第二環中的所述至少三個連續環并且其棒材直徑基本上大于第一中間環的棒材直徑。
[0018]為了避免在錨鏈的兩端處的彎曲疲勞，所述多個第二環可以包括在錨鏈的第一端處的至少三個連續環，以及在錨鏈的與所述第一端相對的第二端處的另外至少三個連續鏈環。
[0019]本發明還涉及具有至少一個這種錨鏈的浮動體。在上下文中，術語“浮動體”應該被廣泛理解為不僅包含至少部分浮現于液面上方的物體，還包含雖產生正浮力但通過它們的錨固而保持完全浸沒的物體。
[0020]具體地，浮動體可以是浮臺的形式。因為這些浮臺通常用于長時間的靜止錨固，所以特別地適用于解決在這種浮臺的至少一個錨鏈中的彎曲疲勞的問題。然而，例如浮動體還可以是船。
[0021]此外，浮動體可以具體地支撐至少一個用于發電的裝置(比如風力渦輪機等)，雖然還可以設想其它類型的用于發電的裝置(比如船用渦輪機等)；以及甚至可以設想其它應用，具體地在產油和產氣的領域中。
【附圖說明】
[0022]在閱讀以下示出為非限制性示例的兩個實施例的具體描述的基礎上，本發明可以得到更好地理解且其優勢可以更好地呈現。描述參考附圖，在附圖中:
[0023]圖1示出現有技術的錨鏈段；
[0024]圖2A至2B示出圖1的鏈的第一環的兩個不同視圖；
[0025]圖3A至3B示出圖1的鏈的第二環的兩個不同視圖；
[0026]圖4A至4B示出圖1的鏈的第三環的兩個不同視圖；
[0027]圖5示出在圖1的鏈的端部如何生成彎曲力矩；
[0028]圖6不出第一實施例的銷鏈段；
[0029]圖7示出第二實施例的錨鏈段；
[0030]圖8示意性地示出浮臺，浮臺支撐風力渦輪機且通過錨鏈連接到多個錨點；以及
[0031]圖9示意性地示出具有正浮力的船用渦輪機，該船用渦輪機通過將其連接到多個錨點的錨鏈而保持浸沒在水面下方。
【具體實施方式】
[0032]圖1不出一種符合美國石油協會(AmericanPetroleum Institute)的API Spec2F標準的現有技術的錨鏈1I。這種錨鏈1I (其一端連接在錨鉤環102)包括多個連續的公共環103，以及這些公共環103與鉤環102之間的標準加大環104和端部環105。
[0033]如圖2A和2B所示，每個公共環103的棒材直徑為d，其寬度等于3.35倍的d，其長度等于6倍的d。標準加大環104的棒材直徑為dl，其等于公共環103的棒材直徑d的1.1倍，環104的寬度等于3.35倍的dl，長度等于6倍的dl，其中標準加大環104在鏈101中鄰近所述多個連續的公共環103并在圖3A和3B中詳細示出。最后，插置在標準加大環104與錨鉤環102之間的端部環105的棒材直徑等于1.2倍的d，其寬度等于4倍的d，其長度等于6.75倍的d，如圖4A和413所示。
[0034]雖然標準加大環104和端部環105的直徑大于公共環103的直徑，但是一些公共環足夠靠近鏈101的端部，從而受到彎曲力矩影響，彎曲力矩響應固定到錨鉤環102的浮動體的側向移動。
[0035 ]圖5示出當由環102傳輸到端部環105的力F沒有與鏈1I的主方向X對齊時，且當環105、104的表面缺陷以及它們之間的拉伸防止它們相對彼此自由轉動時，這一彎曲力矩Mf產生。力F因此分解為與鏈101的主方向X對齊的張力Fx和與其垂直的側向力Fy，并在端部環105產生朝向加大標準環104增大的彎曲力矩Mf。在端部環104中，這個彎曲力矩Mf導致附加應力σχχ，附加應力Oxx垂直于端部環104的橫截面。如本發明的
【發明內容】
中解釋的，從長期來看，這些變化的附加應力可以導致疲勞引起的裂縫。
[0036]為了避免這種情況，在圖6所示的第一實施例中，在錨鏈I連接到錨鉤環2的端部之間包括多個第一連續公共環3和多個第二加大端部環4，多個第二加大端部環4包括在鏈I的每端處的至少三個連續的端部環4。更具體地說，在所示實施例中，這種多個第二端部環4包括在鏈I的每端處的四個端部環4。為了確保公共環3與端部環4之間的逐步過渡，鏈I的每端還包括:第一中間環5，鄰近公共環3;以及第二中間環6，鄰近端部環4。
[0037]在這個鏈I中，每個公共環3具有棒材直徑D，第一中間環5的棒材直徑基本上大于公共環3的棒材直徑D(例如1.1倍D)，第二中間環6的棒材直徑基本上大于第一中間壞5的棒材直徑(例如1.2倍D)，而每個端部環4的棒材直徑De3nd基本上大于第二中間環6的棒材直徑(例如1.3倍D)。在所示實施例中，所有的環3、4、5和6還可具有相同的直徑/寬度/長度比1:3.35:6o
[0038]此外，端部環4不僅具有基本上大于其它環3、5和6的棒材直徑的棒材直徑，而且由承受張力的彈性極限基本上也大于公共環3(例如大于20%)的材料制成。
[0039]由于直徑更大且張力的彈性極限更高，所以端部環4對于側向力基本上不如公共環3敏感。對于給定的側向力，在兩個這樣的端部環4之間傳輸的彎曲力矩Me3xtre3m可以通過以下公式限定:
[0040]Mextrem — Mcourant.Kmat.Kdiam.Dextrem/D
[0041]其中Μ。?對應將在尺寸和材料與公共環3(代替端部環4)相同的兩個環之間傳輸的彎曲力矩，K_t對應由于彈性極限增大的改進系數，以及Kdiam對應由于棒材的直徑增加的改進系數。比值D/tWta*對應由于棒材的直徑增加和環的其它直徑增加的杠桿臂的增加。
[0042]相對于鏈I承受的測試的測試負載(對應鏈I中最弱環即公共環3的斷裂負載的70%)，端部環4的材料的彈性范圍的20%增加使得受強度測試影響的接觸面積減少，從而導致具有公共環3的彈性極限的環的應力集中因數(SCF)SCFraurant= 1.25減小到端部環4的SCFextreme= 1.06。系數Kmat可以使用以下公式來計算:
[0043 ] Kmat = 1-SCFextrem/SCFcourant
[0044]根據上述數值，結果為Kmat = 0.85。
[0045]此外，端部環4的較大直徑還導致負載測試所破壞的相鄰環之間接觸面積減少，這種減少在系數Kdiam(在所示實施例中Kdiam可以是0.95)中體現。
[0046]首先，對于相鄰環之間傳輸的給定的彎曲力矩，彎曲應力與環的棒材直徑的立方成反比。
[0047]因此，如果Oxx, extrem表示由彎曲力矩Mextrem在這一端部環4中導致的應力，且Oxx, _rant表示將由彎曲力矩Mraurant在公共環3中導致的應力，那么這兩個應力之間的關系可以通過以下公式來表達:
[0048]0XX; extrem—Οχχ, courant.Kmat.Kdiam.(D/Dextrem)
[0049]根據上述數值，其結果為
[0050]Oxx; extrem — 0.48.Οχχ, courant ο
[0051]憑借這些數值，在鏈的前端彎曲所致的應力因此減少超過一半，其表示鏈I的使用壽命乘以比率(1/0.48)3 = 9.04。
[0052]雖然在這個第一實施例中環3、4、5和6不是有檔鏈環，但相同原理同樣適用于有檔鏈環，例如圖7所示第二實施例的鏈中的環。除環中的橫向檔7之外，所有元件等同于圖6所示實施例中的鏈的元件，它們以相同的附圖標記標出。
[0053]而且，雖然在所示兩個實施例中，錨鏈在鏈的每端處設置有端部環和加大中間環，同樣能夠將它們僅設置在鏈的一端。
[0054]由于增加它們的抗疲勞性，所以這些鏈特別適用于長期錨固浮動體，比如支撐發電的風力渦輪機的浮臺8(如圖8所示)，或者水下船用渦輪機(如圖9所示)。
[0055]雖然參考特定實施例來描述本發明，但應清楚，可以對這些實施例作出多種修改和改變卻不會背離由權利要求書所限定的本發明的大體范圍。此外，所述多個實施例的各個特性可以在附加實施例中結合。因此，說明書和附圖在某種意義中應該被考慮為說明性的，而不是限制性的。
【主權項】
1.一種錨鏈，包括:多個第一環(3)和多個第二環(4)，所述多個第二環(4)在所述鏈的端部處且包括至少三個連續環(4)，在每個第二環(4)中，從其棒材直徑和其材料的彈性極限選擇出的至少一個屬性基本上大于所述多個第一環(3)中的每個環。2.根據權利要求1所述的錨鏈(I)，其中所述多個第二環(4)的每個環的棒材直徑基本上大于所述多個第一環(3)中的每個環的棒材直徑。3.根據權利要求2所述的錨鏈(I)，其中所述多個第二環(4)的每個環的棒材直徑是所述多個第一環(3)的每個環的棒材直徑的至少1.2倍。4.根據權利要求1至3中任一項所述的錨鏈(I)，其中所述多個第二環(4)的每個環的材料的彈性極限基本上大于所述多個第一環(3)的每個環的材料的彈性極限。5.根據權利要求4所述的錨鏈(I)，其中所述多個第二環(4)的每個環的材料的彈性極限是所述多個第一環(3)的每個環的材料的彈性極限的至少1.2倍。6.根據前述權利要求中任一項所述的錨鏈(I)，還包括在所述多個第一環(3)與所述多個第二環的至少三個連續環(4)之間的至少一個中間環(5、6)，所述至少一個中間環(5、6)不同于所述多個第一環(3)的每個環，也不同于所述多個第二環(4)的每個環。7.根據權利要求6所述的錨鏈(I)，其中所述至少一個中間環(5、6)的棒材直徑基本上大于所述多個第一環(3)的每個環的棒材直徑，但是小于所述多個第二環(4)的每個環的棒材直徑。8.根據權利要求7所述的錨鏈(I)，包括:至少一個第一中間環(5)，鄰近所述多個第一環(3);以及至少一個第二中間環(6)，鄰近所述多個第二環的至少三個連續環(4)，并且所述至少一個第二中間環的棒材直徑基本上大于所述第一中間環(5)的棒材直徑。9.根據前述權利要求中任一項所述的錨鏈(I)，其中所述多個第二環(4)包括:在所述錨鏈(I)的第一端處的至少三個連續環(4);和在所述錨鏈(I)的與所述第一端相對的第二端處的另外至少三個連續環。10.—種浮動體(8、9)，具有至少一個根據任一前述權利要求所述的錨鏈(I)。11.根據權利要求10所述的浮動體(8、9)，其中所述浮動體(8、9)呈浮臺的形式。12.根據權利要求10或11所述的浮動體(8、9)，其中所述浮動體(8、9)支撐至少一個用于發電的裝置。13.根據權利要求12所述的浮動體(8)，其中所述用于發電的裝置是風力渦輪機。
【文檔編號】B63B21/20GK105992729SQ201480058673
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2014年10月21日
【發明人】托馬斯·舒瓦內, S·馬羅賓
【申請人】伊代奧爾公司