带网衣固定与动力缓冲功能的单点锚泊式网箱的制作方法

技术领域：

本发明涉及海水养殖网箱，更具体地，涉及一种带网衣固定与动力缓冲功能的单点锚泊式网箱。

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带网衣固定与动力缓冲功能的单点锚泊式网箱，其结构简单，采用单点锚泊方式，能大大降低网箱系泊点处的应力集中，能有效维护网衣的养殖容积，且锚链能发生较大弹性变形，具有动力缓冲作用。

本发明的技术方案如下：

带网衣固定与动力缓冲功能的单点锚泊式网箱，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；

还包括弹性分力架，弹性分力架由多个弹性扇片在根部按轴对称分布焊接而成，弹性扇片上端部设置系泊孔，弹性分力架对称中心的凸面设置系泊环；

所述锚链包括一级锚链与二级锚链，一级锚链一端系泊在锚泊基础上，另一端系泊在弹性分力架的系泊环上；二级锚链数量与套管列数量对应，各二级锚链穿过各列套管后一端系泊在浮管框架上，另一端系泊在弹性分力架的系泊孔上。

所述的带网衣固定与动力缓冲功能的单点锚泊式网箱，其特征在于，所述的弹性扇片由高强度、高弹性的材料制成，整体呈圆弧状，弹性扇片宽度由根部到端部逐渐减小，弹性扇片端部设置系泊孔。

所述的带网衣固定与动力缓冲功能的单点锚泊式网箱，其特征在于，所述的弹性分力架由多个弹性扇片在根部按轴对称分布焊接而成，各弹性扇片上的系泊孔在同一圆周上，该圆周直径大于网衣的直径。

所述的带网衣固定与动力缓冲功能的单点锚泊式网箱，其特征在于，所述的弹性分力架上弹性扇片的数量不少于四个。

所述的带网衣固定与动力缓冲功能的单点锚泊式网箱，其特征在于，所述的套管为pvc直管，套管的内径大于二级锚链的外径两倍，套管的长度取10cm~50cm。

所述的带网衣固定与动力缓冲功能的单点锚泊式网箱，其特征在于，所述的网衣上同轴套管的列数与弹性分力架上弹性扇片的数量相等。

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、本发明弹性分力架能发生较大的弹性变形，主动适应高频振荡与冲击荷载，具有消能作用，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二级锚链上，基于二级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二级锚链的外径，在更换网衣、清洗网衣或拉网收鱼时，各列套管与二级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、本发明包括一级锚链与二级锚链，锚链与网箱框架的系泊点数量等于二级锚链的数量。二级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为本发明的弹性分力架结构示意图。

图3为本发明的弹性分力架俯视图。

图4为本发明的弹性分力架受力后变形结构示意图。

图5为本发明的弹性分力架受力前后变形对比图。

图6为本发明的弹性分力架连接网箱结构示意图。

图7为本发明的网箱三维结构示意图。

图8为本发明的网箱主视图。

图9为本发明的网箱在风浪荷载作用下的变形示意图。

附图标记说明：1、浮管框架；2、网衣；3、套管；4、弹性分力架；5、系泊环；6、系泊孔；7、一级锚链；8、二级锚链；9、弹性变形后的位置；10、沉子；11、锚泊基础；a、海平面；b、海床面。

具体实施方式：

参见附图:

网箱一般由锚链、锚泊基础11、浮管框架1、网衣2与沉子10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11。“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11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。

带网衣固定与动力缓冲功能的单点锚泊式网箱，包括锚泊基础11、锚链、浮管框架1、网衣2、沉子10等，其特征在于：所述网衣2四周均匀、对称的设置多列与同一铅垂线同轴的中空套管3；所述网箱系统还包括弹性分力架4，弹性分力架4由多个弹性扇片在根部按轴对称分布焊接而成，弹性扇片的端部设置系泊孔6，弹性分力架4对称中心的凸面设置系泊环5；所述锚链包括一级锚链7与二级锚链8，一级锚链7的一端系泊在锚泊基础11上，一级锚链7另一端系泊在弹性分力架4的系泊环5上，二级锚链8穿过各列套管3后一端系泊在浮管框架1上，二级锚链8另一端系泊在弹性分力架4的系泊孔6上。

本发明所提的“一级锚链”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“一级锚链”与锚泊基础直接相连；“二级锚链”是指把网箱荷载直接传递给“一级锚链”的锚链。在本发明中，“二级锚链”的一端通过弹性分力架4与“一级锚链”相连，“二级锚链”的另一端直接与网箱的浮管框架1相连，如图6与图7所示。

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6中的四根二级锚链8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3，二级锚链8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6所示。套管3一般由pvc管制成的直管。优选地，套管3的内径大于二级锚链8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套住二级锚链8，使二级锚链8成为维护网衣2容积的骨架，鉴于多个二级锚链8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二级锚链8产生较大倾斜，但此时所有二级锚链8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也与二级锚链8产生同样的倾斜，二级锚链8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，如图9所示。

由于各列套管3与同一铅直线同轴且内径大于二级锚链8，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二级锚链8产生较大的摩擦。即各列套管3与二级锚链8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10，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10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(依靠二级锚链8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套入二级锚链8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10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。

弹性分力架4由多个弹性扇片在根部按轴对称分布焊接而成，弹性分力架4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，整体呈圆弧状，弹性扇片的宽度由根部到端部逐渐减小，弹性扇片的端部设置系泊孔6，如图3所示。

弹性分力架4呈轴对称状态，各个弹性扇片上的系泊孔6在同一圆周上，该圆周的直径略大于网衣2的直径，使其能更好的扩展网衣2的容积。优选地，弹性分力架4上弹性扇片的数量不少于四个。

弹性分力架4受荷后能发生较大的弹性变形，弹性分力架4的初始构型如图2所示，受力变形后的构型如图4所示。弹性分力架4弹性变形后的位置9仍以系泊环5呈对称状态，如图5所示。弹性分力架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，弹性分力架4能恢复一定的弹性变形；在风平浪静时，弹性分力架4基本保持原始形状。具体的，弹性分力架4应具有足够大的强度，在恶劣工况下不发生塑性变形、折断与损毁；同时，弹性分力架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，弹性分力架4能发生较大弹性变形；当风浪荷载变小或处于波谷时，弹性分力架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，故弹性分力架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。

连接时，一级锚链7的一端系泊在锚泊基础11上，另一端系泊在弹性分力架4的系泊环5上；二级锚链8穿过各列套管3后，二级锚链8的一端系泊在浮管框架1上，另一端系泊在弹性分力架4的系泊孔6上。网箱受到的风浪荷载通过各二级锚链8传递弹性分力架4，再通过弹性分力架4把荷载传递给一级锚链7，进而传递给锚泊基础11。故弹性分力架4起到“承上启下”的作用，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。

风平浪静时，在弹性分力架4与各二级锚链8的重量作用下，各二级锚链8处于铅垂状态，故网衣2也处于体积最大的舒展状态，如图6所示。风浪荷载作用时，网衣发生倾斜，由于弹性分力架4对各二级锚链8的固定、牵制作用使各二级锚链8仍处于基本平行的倾斜状态，套在各二级锚链8上的套管3使网衣2与各二级锚链8发生基本一致的倾斜状态，各二级锚链8的牵制作用使网衣2的四壁无法相互聚拢、压缩养殖空间，如图9所示。

锚链与网箱框架的系泊点数量等于二级锚链的数量。二级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，把网箱承受的风浪荷载通过多个系泊点传递给多条二级锚链，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二级锚链8，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。相应地，弹性分力架4由四个弹性扇片轴对称的焊接而成，如图2所示。把四条二级锚链8穿过相应的四列套管3，二级锚链8的一端系泊在浮管框架1上，另一端系泊在弹性分力架4的系泊孔6上。一级锚链7的一端系泊在锚泊基础11上，另一端系泊在弹性分力架4的系泊环5上。二级锚链8的长度应大于网箱的深度。如此构成一种带网衣固定与动力缓冲功能的单点锚泊式网箱，如图7所示。

本实施例中，四条二级锚链8的合力与一级锚链7的拉力相等，故二级锚链8的材料强度、截面积尺寸可小于一级锚链7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，相应地采用五个弹性扇片轴对称焊接而成的弹性分力架4进行连接，连接方法同实施例1。

实施例3：沿网衣2的四周均匀、对称的设置六列与六条铅垂线同轴的套管3，相应地采用六个弹性扇片轴对称焊接而成的弹性分力架4进行连接，连接方法同实施例1。

按照上述思路，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。