多功能深水网箱系统的制作方法

技术领域：

本发明涉及海水养殖网箱，更具体地，涉及一种多功能深水网箱系统。

背景技术：
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我国20m等深线以内的海域面积约1600万公顷，40m等深线以内的海域面积约5000万公顷，海水养殖的发展空间巨大。大力发展20m水深以上的深水网箱养殖，向海洋索取资源、拓宽生存空间，发展“海洋牧场”、建立“海上粮仓”，是解决我国食品供给保障的新途径之一。

深水网箱产业是我国渔业向现代化渔业迈进的重要创新型产业之一。养殖网箱一般由网箱框架系统、网衣系统、锚泊系统和配套设施系统四大部分组成。关于海水网箱系统的技术发展，下列几方面的问题值得关注：

一、网箱的锚泊方式：

传统的网箱采用多点直系锚法，以应对来自不确定的风向对网箱的影响，如单箱采用的6锚点法，每60度设置一个锚，无论哪个方向来风，均有至少2锚碇作用。中国专利授权公告号cn1176578c、cn204949099u、cn204949120u等公布的网箱均为典型的多点锚泊方式。这类多点锚泊系统存在施工难度大、施工质量难以保证、效率低、成本高、维护难的局限性，在较大的风浪荷载作用下损毁现象较严重。

为了顺应深水网箱的发展，已逐步发展出单点锚泊系统。与多点锚泊系统相比，单点锚泊系统具有抗台风能力强、施工简捷、节约成本、节约海域资源的特点，是深水网箱发展的主要技术方向。如中国专利授权公告号cn104186383b、cn104604768b、cn104186381b等公布的实施例均为典型的单点锚泊方式。

但常见的单点锚泊系统与网箱框架通常只有一个连接点、系泊点，导致该连接处受荷大、应力集中现象严重，虽然在网箱框架的系泊点处进行了加固处理，但在恶劣工况下仍容易造成网箱框架的塌陷、折断与损毁。

二、网衣的容积损失率：

网衣系统主要是围出一个养殖水体供养殖鱼类活动。如果海水流速较快，网衣常常会漂浮不定且向内聚拢，导致网箱的养殖空间变小，水产活动范围变小，水中含氧量下降，水质下降，进而诱发各类疾病的发生。

国内通过试验研究发现，海水流速对网箱的最大影响还是造成网箱网衣容积的变小，流速0.5m/s时，网箱的容积损失率为30%左右；当流速1.0m/s时，网箱的容积损失率为50%左右；当流速1.5m/s时，网箱的容积损失率为70%左右。可见，如何减小网箱的容积损失，是提高网箱养殖单产量的关键技术之一。

目前，为了避免网衣因为水流作用聚集一起而挤压养殖对象，通常在网衣底部按一定间距系缚系列沉子，或在网箱内放入环形的支撑环，支撑环沉入网箱底部，可以防止网衣向内聚拢。但在更换网衣、清洗网衣或拉网收鱼时，需要潜水员潜水去水底将沉子在收网前先拉出水面，或将支撑环取出，增加了用工用时，进而增加了养殖成本，且工作效率较低。

可见，亟待改进深水网箱网衣的固定装置，以降低深水网箱养殖成本，提高工作效率。

三、锚链的缓冲功能：

常用的锚链由许多个钢制链环衔接而成，按制造方法分成铸钢锚链、闪光焊接锚链、锻造锚链，按链环结构分成有档链和无档链。锚链可由若干“节”组成，节与节之间用链环或卸扣相连。锚链的强度较大，在外力作用下其发生的变形与水流位移相比可以忽略不计，无主动能量消耗，类似于刚性连接。

当海上风浪较大时，网箱受到较大的冲击荷载，伴有高频振荡现象。由于锚链绷紧后长度不再发生变化，冲击荷载无缓冲消能，使得较大风浪作用下网箱框架及锚泊基础容易发生破坏。

若锚链在受力过程中若能发生一定幅度的弹性变形，主动适应高频振荡与冲击荷载，通过弹性变形吸收、消耗部分风浪冲击能量，在风浪较小时又能恢复原有尺寸，具有动力缓冲功能，类似于柔性连接，这必然对提高网箱或锚泊基础的安全性有利。

技术实现要素：
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为了弥补现有技术问题的不足，本发明的目的是提供一种多功能深水网箱系统，其采用单点锚泊方式，能大大降低网箱系泊点处的应力集中；对网衣具有固定功能，能有效维护网衣的养殖容积；且锚链具有动力缓冲功能。

本发明的技术方案如下：

多功能深水网箱系统，包括锚泊基础、锚链、浮管框架、网衣、沉子，浮管框架为环状，浮管框架下端面安装有筒状网衣，网衣下端间隔悬挂有沉子，其特征在于：所述网衣四周设有多列纵向分布的套管；

还包括笼状弹性节，笼状弹性节由多个椭面弹性扇片在两端按轴对称分布焊接而成，笼状弹性节两端对称中心的凸面设置系泊环；

所述锚链包括主锚链与多条次锚链，主锚链上间隔的连接多个笼状弹性节，主锚链一端系泊在锚泊基础上，另一端系泊在连接环上；各条次锚链穿过各列套管后，次锚链一端系泊在浮管框架上，另一端系泊在连接环上，并在各条次锚链相应位置处绑定有位于网衣下方的固定架。

所述的多功能深水网箱系统，其特征在于，所述的各条次锚链上也可连接多个数量相同的笼状弹性节，且用多个固定架在各条次锚链相应位置进行绑定，使各笼状弹性节呈间隔分布。

所述的多功能深水网箱系统，其特征在于，所述的椭面弹性扇片由高强度、高弹性的材料制成，整体呈扇状椭面，每个弹性扇片的宽度由中部到两端逐渐减小，中部向外隆起。

所述的多功能深水网箱系统，其特征在于，所述的笼状弹性节由多个弹性扇片在两端按轴对称分布焊接而成，整体呈扁平镂空笼状，笼状弹性节上弹性扇片的数量不少于四个。

所述的多功能深水网箱系统，其特征在于，所述的套管为pvc直管，套管内径大于次锚链外径两倍上，套管的长度取10cm~50cm。

所述的多功能深水网箱系统，其特征在于，所述的网衣四周上的套管不少于四列，每列套管由多个套管沿着铅垂线方向间隔设置。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明属于单点锚泊方式，与多点锚泊方式对比而言，使用单点锚泊方式的网箱具有抗台风能力强、施工简捷、节约成本、节约海域资源的特点，代表了网箱锚泊方式的先进发展方向。

2、本发明笼状弹性节能发生较大的弹性变形，锚链系统中共使用多个笼状弹性节的进行串联或并联后，能累计发生可观的弹性变形，主动适应高频振荡与冲击荷载，具有较强的消能作用，能有效保护网箱与锚泊基础，能提高网箱与锚泊基础的抗风浪能力；

3、本发明网衣上设置多列套管且套在次锚链上，基于次锚链的固定与牵制作用，在风浪荷载作用下网衣能维持较大容积，网衣的四壁并不会相互聚拢，从而大大降低了网衣的容积损失率，有效维护了养殖空间；

4、本发明由于套管的内径大于次锚链的外径，在更换网衣、清洗网衣或拉网收鱼时，各列套管与次锚链之间的摩擦力非常小，套管对网衣的向上拉起作业基本无影响；

5、传统网箱依靠沉子的重力作用向下拉直网衣，使网衣在海流作用下即可能维持较大的容积，故所需沉子的数量较多、累计重量较大；而本发明中的网衣不依靠沉子来维持容积率，沉子仅起到向下拉直网衣的作用，故所需沉子的数量较少、累计重量较小，更有助于网衣的拉起作业；

6、本发明包括主锚链与次锚链，锚链与网箱框架的系泊点数量等于次锚链的数量；次锚链的数量不少于四条，且沿网箱框架四周均匀分布，即系泊点的数量不少于四个，且沿网箱框架四周均匀分布，该设计能大大减小网箱浮管框架系泊点处的应力集中，有效提高了网箱浮管框架的安全性。

附图说明

图1为本发明的网衣系统的结构示意图。

图2为本发明的笼状弹性节结构示意图。

图3为本发明的笼状弹性节俯视图。

图4为本发明的笼状弹性节主视图。

图5为本发明的笼状弹性节发生较大弹性变形后结构示意图。

图6为本发明的笼状弹性节发生弹性变形对比示意图。

图7为本发明的固定架结构示意图。

图8为在主锚链上设置笼状弹性节的网箱系统示意图。

图9为次锚链上设置笼状弹性节的主视图。

图10为在主、次锚链上均设置笼状弹性节的网箱系统示意图。

附图标记说明：1、浮管框架；2、网衣；3、套管；4、笼状弹性节；5、系泊环；6、弹性变形后的位置；7、固定架；8、沉子；9、连接环；10、锚泊基础；11、主锚链；12、次锚链；a、海平面；b、海床面；f、锚链拉力。

具体实施方式：

参见附图：

网箱一般由锚链、锚泊基础10、浮管框架1、网衣2与沉子8等构成，其中锚链系统一端连接浮管框架1，另一端连接锚泊基础10。“单点锚泊系统”未见有规范、统一的定义，本发明所提的“单点锚泊式网箱”，其含义是指锚链系统连接锚泊基础的一端仅有一个系泊点，锚泊基础（或基础群）通过一个系泊点与锚链相连接，基础(或基础群)内部之间可以有复杂的相互连接方式，但基础(或基础群)最终作为一个整体通过一个系泊点与锚链相连。单点锚泊系统中，锚链与网箱连接的另一端可以是一个系泊点，也可以是多个系泊点。本发明所提网箱的锚链系统，其一端通过一个系泊点与锚泊基础相10连，另一端通过多个系泊点与网箱相连，属于单点锚泊方式的范畴。相应地，多点锚泊系统是指锚泊基础(或基础群)通过多个系泊点与多个锚链相连接，多个锚链的另一端通过多个系泊点共同连接网箱。

一种多功能深水网箱系统，包括锚泊基础10、锚链、浮管框架1、网衣2、沉子8等，其特征在于：所述网衣2四周均匀、对称的设置多列与铅垂线同轴的中空套管3；所述网箱系统还包括笼状弹性节4，笼状弹性节4由多个呈对称状态的椭面弹性扇片在两端按轴对称分布焊接而成，笼状弹性节4两端对称中心的凸面设置系泊环5；所述锚链包括主锚链11与次锚链12，主锚链11的一端系泊在锚泊基础10上，另一端系泊在连接环9上，主锚链11上间隔的连接多个笼状弹性节4；各条次锚链12穿过各列套管3后，次锚链12的一端系泊在浮管框架1上，另一端系泊在连接环9上，并在各条次锚链12靠近网衣底部的相同位置处绑定固定架7。

本发明所提的“一种多功能深水网箱系统”中“多功能”是指具备下列功能：网箱采用单点锚泊方式；对网衣具有固定功能；锚链具有动力缓冲功能。

本发明所提的“主锚链”是指与锚泊基础直接相连的锚链，单点锚泊系统中仅有唯一的一根“主锚链”与锚泊基础直接相连；“次锚链”是指若干根“并联”连接的锚链，若干根“次锚链”的合力与“主锚链”的拉力相等。一般地，网箱所用的“次锚链”不少于两根。如在图8中共有四根次锚链12，主锚链11串联多个笼状弹性节4后一端与锚泊基础10相连，另一端与连接环9相连；次锚链12的一端系泊在浮管框架1上，另一端系泊在连接环9上；四根次锚链12的合力与主锚链11的拉力相等，在连接环9处达到受力平衡状态。

同级锚链的长度应相同，使得整个锚链系统在风平浪静时基本呈对称状态。如图8与图10中的四根次锚链12长度相等。

网衣2上对称、均匀的设置多列与同一铅垂线同轴的套管3，次锚链12穿过每列与同一铅垂线同轴的套管3后再与浮管框架1相连，如图8所示。套管3一般由pvc管制成，为中空的直管。优选地，套管3的内径大于次锚链12的外径两倍以上，套管3的长度取10cm~50cm。故根据网衣2的深度与套管3的长度，可确定每列同轴套管3所需的数量。

网衣2上的各列与同一铅垂线同轴的套管3在网衣2的圆周四壁上均匀、对称分布，优选地，网衣2圆周上的同轴套管3不少于四列。如图1所示的网衣均匀、对称的设置了四列同轴套管3。

套管3的作用是：通过网衣2上的系列套管3套住次锚链12，使次锚链12成为维护网衣2容积的骨架，鉴于多个次锚链12相互平行且承受锚泊力后处于拉直状态，其能承受较大的水平力，故可使网衣2的容积损失率大大降低。

即使网箱受到风浪荷载作用后使次锚链12产生较大倾斜，但此时所有次锚链12仍大致相互平行，共同向一个方向倾斜，套管3的连接使网衣2也与次锚链12产生同样的倾斜，次锚链12的固定、牵制作用使网衣2的四壁并不会相互聚拢，故网衣2的容积损失率较小。

由于各列套管3与同一铅直线同轴且内径大于次锚链12，故更换网衣、清洗网衣或拉网收鱼时，网衣2的向上拉起并不会与次锚链12产生较大的摩擦。即各列套管3与次锚链12之间的摩擦力非常小，其对网衣2的向上拉起作业基本无影响。可见，套管3的设置一方面能有效维护网衣2的容积，另一方面对网衣向上拉起作业无影响。

另外，网衣2的底部仍需设置多个沉子8，其作用是把网衣2向下拉直，维护网衣2的有效容积。但本发明中所用的沉子8与传统网箱沉子的作用存在明显区别：传统网箱完全依靠沉子的重力作用向下拉直网衣，使网衣在海流作用下即可能维持较大的容积，故所需沉子的数量较多、累计重量较大；而本发明中的网衣并不依靠沉子来维持容积率(依靠次锚链12来维持容积率)，沉子仅起到向下拉直网衣的作用，故所需沉子的数量较少、累计重量较小，有助于网衣的拉起作业。

可见，本发明所提网衣2上设置套管3套入次锚链12的设计思路，一方面能有效维持网衣2的容积率，另一方面还大大减少沉子8的数量与重量，减轻了网衣向上拉起作业的难度，显然更符合深水网箱的发展需求。

笼状弹性节4由高强度、高弹性的材料制成，整体呈扁平状、内部镂空笼状、花瓣状、轴对称状态，如图2~图4所示。笼状弹性节4由多个呈对称状态的椭面弹性扇片在两端按轴对称分布焊接而成，笼状弹性节4两端对称中心的凸面设置系泊环5，如图2所示。弹性扇片由高强度、高弹性的材料制成，整体呈扇状椭面，弹性扇片的宽度由中部到两端逐渐减小。优选地，笼状弹性节4上弹性扇片的数量不少于四个。

笼状弹性节4受荷后能发生较大的弹性变形，笼状弹性节4的初始构型如图2所示，受力变形后的构型如图5所示。笼状弹性节4弹性变形后的位置6仍呈轴对称状态，如图6所示。笼状弹性节4具有较大的强度与弹性，在受荷较大时能发生较大的弹性变形；在荷载减小时，笼状弹性节4能恢复一定的弹性变形；在风平浪静时，笼状弹性节4基本恢复至原始形状。具体的，笼状弹性节4应具有足够大的强度，在恶劣工况下不发生塑性变形、屈曲与损毁；同时，笼状弹性节4应具有足够大的弹性，在较大风浪荷载作用下能发生显著的弹性变形，实现动力缓冲功能。

当风浪荷载较大时，笼状弹性节4能发生较大弹性变形；当风浪荷载变小或处于波谷时，笼状弹性节4能利用间隙时间恢复一定的变形。由于风浪作用往往具有间歇性、波峰波谷特性，故笼状弹性节4在周期性风浪作用下能发生弹性伸长与缩短周期性变形，能吸收、消耗部分风浪冲击能量，对风浪荷载具有削峰、减峰作用，从而降低风浪荷载对网箱及锚泊基础的危害。而传统的钢质锚链，其不能发生变形，把较大的风浪荷载直接等额的传递给网箱及锚泊基础，对网箱及锚泊基础的安全性威胁较大。

固定架7由圆环管与沿相互垂直直径方向的直管焊接而成，整体呈对称状态，如图7所示。固定架7上圆环管的直径与网衣2的直径相同。固定架7的作用是：约束与固定次锚链12，使各条次锚链12在风浪荷载作用下基本处于相互平行的状态，共同维护网衣2的最大容积。

连接环9为强度较高的圆环体，是主锚链11与多根次锚链12相互交汇的系泊载体。

连接时，主锚链11的一端系泊在锚泊基础10上，另一端系泊在连接环9上，主锚链11上可间隔的“串联”连接多个笼状弹性节4，如图8所示；次锚链12穿过各列套管3后，次锚链12的一端系泊在浮管框架1上，另一端系泊在固定架7上，如图8所示。网箱受到的风浪荷载通过各条次锚链12传递连接环9，再通过连接环9把荷载传递给主锚链11，进而传递给锚泊基础10。故连接环9起到“承上启下”的作用，与卸扣的作用相同，其强度应满足恶劣工况下荷载的传递需要，不因应力集中发生屈曲与失效。

当然，各条次锚链12上也可连接多个数量相同的笼状弹性节4，且用多个固定架7在各条次锚链12相同的位置进行绑定，使各笼状弹性节4呈间隔分布，如图10所示。当采用多个固定架7时，离网衣2最近的那个固定架7的直径与网衣2的直径相同，后续固定架7的直径可依次减小，逐步过渡至连接环9，实现次锚链12与主锚链11相互转换，如图10所示。

风平浪静时，在固定架7与各条次锚链12的重量作用下，各条次锚链12处于铅垂状态，故网衣2也处于体积最大的舒展状态，如图8所示。风浪荷载作用时，网衣发生倾斜，由于固定架7对各条次锚链12的固定、牵制作用使各条次锚链12仍处于基本平行的倾斜状态，套在各条次锚链12上的套管3使网衣2与各条次锚链12发生基本一致的倾斜状态，各条次锚链12的牵制作用使网衣2的四壁无法相互聚拢、压缩养殖空间，从而大大减小了网衣的容积损失率。

锚链与网箱框架的系泊点数量等于次锚链12的数量。次锚链12的数量不少于四条，且沿网箱框架四周均匀分布。即系泊点的数量不少于四个，且沿网箱框架四周均匀分布，该设计能大大减小网箱浮管框架系泊点处的应力集中，把网箱承受的风浪荷载通过多个系泊点传递给多条次锚链12，有效提高了网箱浮管框架的安全性。可见，所提网箱系统采用单点锚泊系统，但不会在网箱框架的系泊点、连接处产生较大的应力集中。

可根据实际需要使用不同数量的笼状弹性节4、次锚链12与固定架7，下面介绍几种实施例。

实施例1：沿网衣2的四周均匀、对称的设置四列与四条铅垂线同轴的套管3，如图1所示。笼状弹性节4由四个呈对称状态的椭面弹性扇片在两端按轴对称分布焊接而成，笼状弹性节4两端对称中心的凸面设置系泊环5，如图2所示。把四条等长的次锚链12穿过相应的四列套管3，次锚链12的一端系泊在浮管框架1上，另一端系泊在连接环9上，并在四条次锚链12靠近网衣底部的相同位置处绑定固定架7；主锚链11的一端系泊在锚泊基础10上，另一端系泊在连接环9上，主锚链11上间隔的“串联”连接多个笼状弹性节4，如此构成一种多功能深水网箱系统，如图8所示。

本实施例中，四条次锚链12的合力与主锚链11的拉力相等，故次锚链12的材料强度、截面积尺寸可小于主锚链11的材料强度、截面积尺寸。故可根据各级锚链的受力情况，设计与其匹配的材料参数，使各级锚链的安全系数基本相同，达到优化设计的目的。

实施例2：沿网衣2的四周均匀、对称的设置五列与五条铅垂线同轴的套管3，相应地采用五条次锚链12进行连接，其余构造同实施例1。

实施例3：在实施例1的基础上，使次锚链12上也间隔的“串联”连接三个笼状弹性节4，各个笼状弹性节4用固定架7进行间隔分开，如图10所示。离网衣2最近的那个固定架7的直径与网衣2的直径相同，后续固定架7的直径依次减小。在固定架7的约束与固定作用下，各条次锚链12及笼状弹性节4不会发生相互碰撞与缠绕，从而维护整体的有效性。

按照上述思路，如对笼状弹性节4、次锚链12与固定架7的数量进行不同组合，还可以衍生出更多的实施例方式，此处不再穷举。

本发明首先其采用单点锚泊系统，但不会在网箱框架的系泊点处产生较大的应力集中；其次其能有效减小网箱的容积损失率，且对网衣更换、网衣清洗或拉网收鱼作业影响不大；再次其锚链具有动力缓冲功能，在风浪作用下能发生较大的弹性变形，能有效保护网箱与锚泊基础，能提高网箱与锚泊基础的抗风浪能力。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之内。