Лев Скрягин - Книга о якорях
Таковы основные и наиболее распространенные конструкции якорей повышенной держащей силы наших дней.
Глава Х. На мертвом якоре
«Адмиралтейские инвалиды»
Плавучие маяки, знаки навигационного ограждения, понтоны, плавучие трубопроводы, рейдовые якорные бочки и многие другие плавучие сооружения тоже не могут обойтись без якорей. Для них, нуждающихся в надежной якорной стоянке в течение длительного периода, разработаны так называемые мертвые якоря. Их разделяют на два типа: направленного действия, когда якорь может держать в пределах заданного в плане угла, и кругового действия, когда якорь держит под любым углом в плане. Обычно такие якоря укладывают или врывают в грунт с помощью киллекторных судов или плавучих кранов.
Издавна в качестве мертвых якорей использовали каменные глыбы, деревянные, а иногда и железные клетки, наполненные каменным или чугунным балластом. Наиболее распространенный мертвый якорь — обычный адмиралтейский якорь со срезанным по веретено одним рогом. Чтобы такому «адмиралтейскому инвалиду» придать побольше силы, его единственный рог удлиняют или увеличивают площадь лапы.
Однорогий якорь применяется не только как мертвый: им пользуются при производстве дноуглубительных работ на рейдах и на реках. Когда несамоходный земснаряд прорывает траншею, он передвигается с помощью своих лебедок и двух завезенных в разные стороны однорогих якорей, которые носят название папильонажных. Это название происходит от французского слова papillon — бабочка. Когда земснаряд, прорывая траншеи, передвигается влево и вправо, то говорят, что он работает папильонажным способом, то есть его движение похоже на полет бабочки. По мере передвижения земснаряда вперед якоря все время приходится перекладывать на новое место. Это делают с помощью самоходных судов — завозней. Иногда приходится папильонажные якоря переносить вручную: мотозавозня из-за мелководья не может их доставить на нужное место или якоря необходимо заложить на сухих песках. Поэтому к папильонажным якорям предъявляют два немаловажных требования: легкость и высокая удельная держащая сила на сыпучих грунтах. Особенно это важно, когда земснаряду приходится работать на тяжелых грунтах или при большом слое срезки. В таких случаях держащую силу однородного «инвалида» пытаются увеличить за счет увеличения площади его лапы (рис. 131).
Рис. 131. Мертвые якоря с усиленными рогами
Но те, кто переделывает якорь, иногда забывают, что величина площади лапы связана строгой зависимостью с углом атаки, углом отгиба рога и его длиной. Нередко случалось: наварят большую пластину, и якорь вообще перестает держать — при увеличении усилия папильонажного троса вырывается из грунта.
Лабораторные сравнительные испытания, проведенные в 1958–1962 годах Горьковским институтом инженеров водного транспорта, позволили отобрать четыре различных однорогих якоря, давших наилучшие результаты по величине держащей силы.
Рис. 132. Якорь Гошева — ГИИВТ
Лучшим из них оказался якорь конструкции командира-наставника Северного бассейнового управления пути МРФ В. Гошева. Горьковский институт внес в конструкцию этого якоря некоторые изменения. В результате родился якорь, названный якорем Гошева — ГИИВТа, держащая сила которого в два раза больше соответствующего адмиралтейского якоря с одним рогом (рис. 132).
Если у обычных якорей, применявшихся на земснарядах, угол отгиба рога составлял 35–45°, а угол атаки — 55° и выше, то у якоря Гошева — ГИИВТа эти величины составили 11° и 37°. К тому же у него площадь лапы на 20–25 % больше соответствующей площади обычного якоря с одной лапой. Максимальное удельное усилие протаскивания нового якоря на песчаном грунте равнялось на испытаниях 12,3 кг на каждый килограмм веса якоря и на глинистом грунте — 10 кг.
Рис. 133. Якорь «АМ-12»
В то время, когда в Горьком проводились эти исследования, в Англии также шли работы по определению наивыгоднейшей формы однорогого адмиралтейского якоря. В результате экспериментов, проведенных Британским Адмиралтейством, появился якорь «АМ-12» (рис. 133). Во время испытаний опытный образец весом 2,13 т показал максимальное удельное усилие, равное 25 т. Этот якорь учрежден в Англии как государственный стандарт.
«Пирамиды», «лягушки», «сегменты» и «грибы»
Рис. 134. «Пирамида»
Рис. 135. «Сегмент»
Кроме «адмиралтейских инвалидов», на мягких илистых или мелкопесчаных грунтах хорошо работают железобетонные массивы в виде четырехгранной или многогранной пирамиды (рис. 134), сегмента (рис. 135) или так называемые «лягушки» (рис. 136). Сегменты и «лягушки» держат не только за счет своего большого веса, но и за счет присасывания, которое возникает благодаря полукруглой выемке в их нижней части.
Рис. 136. «Лягушка»
Обычно вес мертвых якорей выбирают в зависимости от размеров плавучего сооружения, которое они предназначены удерживать на водной поверхности. Однако у гидрографов и у путейцев-водников не всегда под рукой есть твердые нормативы на типы и веса мертвых якорей. Поэтому мертвые якоря из чугуна пли железобетона нередко излишне тяжелы. Например, при проектировании судоходной обстановки на Камском водохранилище для установки малых речных буев был рекомендован чугунный сегментный якорь весом 250–300 кг. Опыт эксплуатации Камского водохранилища показал, что для установки указанных буев требовался якорь весом не более 100 кг.
Рис. 137. «Сегмент» Камского водохранилища
Речники на этом водохранилище крепили средние морские буи высотой 3,15 м не чугунными якорями весом в тонну, а сегментными якорями из железобетона, которые весили 300 кг. На их изготовление шел цемент марки «500». Состав цементного раствора — 1:3, инертный материал — речной песок. На рис. 137 показан тип железобетонного якоря самой облегченной конструкции, которую применили на Камском водохранилище. Для армирования бетона использовалось круглое железо диаметром 14 мм. Рамы изготавливали из круглого железа диаметром 16 мм. Камские «сегменты» выдержали проверку времени: оказалось, что по прочности они не уступают чугунным якорям, хотя более чем на треть дешевле последних.
Рис. 138. Якорь Саханского
А вот как усовершенствовал сегментный чугунный якорь еще в 1907 году русский гидротехник Н. Саханский (рис. 138). Приварив к краям сегмента широкий обруч, он намного увеличил присасывающую поверхность якоря и повысил его держащую силу [31]. Если в те времена в России изготовление «лягушки» весом в 150 пудов обходилось в 300 рублей, то стоимость якоря Саханского, такой же держащей силы, составляла 70 рублей. К сожалению, в наше время якорь Саханского позабыт.
Рис. 139. Мертвый якорь направленного действия
В местах, где есть течение и меняется уровень воды, используют железобетонный якорь направленного действия, изображенный на рис. 139. Чтобы он не выламывался из грунта при повышении уровня воды во время прилива, его веретено сделано подвижным.
Рис. 140. Якорь-гриб плавучего маяка
Очень часто в качестве мертвого якоря применяют грибовидные якоря, о которых рассказывалось в шестой главе. Для их установки обычно размывают грунт на несколько метров (рис. 140). Уложенный таким образом якорь-гриб становится якорем кругового действия с хорошей держащей силой.
Рис. 141а. Якорь Воренкампа
Для установки понтонов бурильных снарядов и плавучих нефтяных вышек на неустойчивых илистых грунтах неплохо зарекомендовали себя мертвые якоря, показанные на рис. 141. Первый из них запатентован в 1954 году американским инженером Воренкампом (а), а второй чуть позже американцем Бауманом (б). Оба якоря получили распространение в США при бурении нефтяных скважин на дне Мексиканского залива близ побережья штатов Техас и Луизиана.
Рис. 141б. якорь Баумана
Они просты, прочны и обладают колоссальной держащей силой. Например, якорь Воренкампа весом 250 кг выдерживает тяговое усилие 70 т. При этом он зарывается в ил на пятнадцать метров. Однако без буйрепа его вытащить невозможно. Размывание же грунта для его подъема дороже самого якоря. Поэтому, когда бурильный снаряд ставят на новую скважину, такие якоря оставляют в грунте.
Винт Митчелла
Ни один из изобретенных в мире якорей не принес столь большого материального вознаграждения автору, как якорь-винт, запатентованный английским гидротехником Митчеллом в 1848 году. За несколько недель до истечения срока действия патента управление порта Ньюкасл-на-Тайне заплатило Митчеллу 2500 фунтов стерлингов за право воспользоваться его изобретением. По тому времени эта сумма — целое состояние.
