CN112273304A - 一种蜂窝结构的大型深海网箱 - Google Patents

一种蜂窝结构的大型深海网箱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蜂窝结构的大型深海网箱，其包括网箱浮架、网衣、浮力装置、锚和锚缆，网衣与网箱浮架连接，网箱浮架将网衣的开口撑开，浮力装置设在网箱浮架上，锚通过锚缆与网箱浮架连接，网箱浮架整体呈圆环状，网箱浮架的侧壁由外至内依次设有至少两层环形壁，环形壁呈网状，通过若干HDPE管材拼接而成，环形壁的网孔呈多边形状，相邻的环形壁之间通过若干连接管材连接，使得网箱浮架的侧壁呈蜂窝状结构。本发明同时具有良好的抗腐蚀性和足够的强度。

Description

一种蜂窝结构的大型深海网箱
技术领域
本发明涉及一种蜂窝结构的大型深海网箱。
背景技术
高密度聚乙烯(HDPE)管材具有抗腐蚀性等优点被用于网箱中，但由于自身刚度不足、柔性较大的特点，使得传统的HDPE网箱无法支撑起规格更大的网箱结构，由于其较大的柔性特点，在海洋环境下很难保持稳定，限制了HDPE网箱的自动化养殖发展，创新网箱结构形式，才能使得HDPE网箱具有更大的发展空间。
钢制桁架网箱在海上作业时也存在很多问题，包括易腐蚀、维护价格昂贵等，亟需发明设计出既有HDPE网箱抗腐蚀又有钢制网箱足够的刚度的网箱结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种蜂窝结构的大型深海网箱，其同时具有良好的抗腐蚀性和足够的强度及刚度。
解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种蜂窝结构的大型深海网箱，其包括网箱浮架、网衣、浮力装置、锚和锚缆，网衣与网箱浮架连接，网箱浮架将网衣的开口撑开，浮力装置设在网箱浮架上，锚通过锚缆与网箱浮架连接，其特征在于：网箱浮架整体呈圆环状，网箱浮架的侧壁由外至内依次设有至少两层环形壁，环形壁呈网状，通过若干HDPE管材拼接而成，环形壁的网孔呈多边形状，相邻的环形壁之间通过若干连接管材连接，使得网箱浮架的侧壁呈蜂窝状结构。
进一步的，网衣与网箱浮架之间在多个水平面上均设有连接点进行连接。
锚缆与网箱浮架的一种连接结构为：网箱对应每条锚缆分别设有连接板，连接板的横截面为U型，连接板倒扣在网箱浮架的上部，并与网箱浮架固定连接，锚缆与连接板固定连接。
锚缆与网箱浮架的另一种连接结构为：网箱对应每条锚缆分别设有连杆件，连杆件固定在网箱浮架的下部，锚缆与连杆件固定连接。
进一步的，连杆件包括交叉设置的两条连杆。
浮力装置的一种实施结构为：浮力装置包括浮筒，在浮筒的上端设有用于往里充气或者充水的端头。
优选的，环形壁的网孔呈4-6边形状。
优选的，连接管材的材质为HDPE材料。
优选的，连接管材的两端分别与环形壁的多边形的网孔的节点连接。
优选的，网箱浮架的HDPE管材之间和HDPE管材与连接管材之间的连接为热熔焊接、装配连接或者注塑建造连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的网箱浮架通过至少两层网状的环形壁组成其蜂窝状结构的侧壁，在深海中使用过程中，当受到波浪流冲击时，能够将外界载荷顺着HDPE管材向周边单元传递，均匀转化到整个网箱浮架表面，将管材的弯曲力转化为管材的压缩力，从而提高网箱整体的抗波浪流性能，这也使得在使用具有抗腐蚀性的HDPE管材时也能具有足够的强度及刚度，从而能制成更大型的网箱。
因本发明的网箱浮架的良好受力，也使得其在强流条件下网衣能够贴合网箱浮架，更能够完全撑开，以避免因强流作用导致网衣空间减小而损伤养殖鱼类，且本发明能够避免网衣运动过大而导致的损伤，有效保护了网衣系统。
2、本发明的网箱浮架由HDPE管材拼接而成，可将各个部位的材料尺寸设置成一样，这样可实现工业化分块安装，用注塑或热熔焊接的形式可生产局部块，使得HDPE网箱实现工业化生产。
3、本发明的网箱浮架的侧壁为蜂窝状结构，也就意味着其有若干个孔，这样就为网衣的连接提供了若干的可供连接的位置，网衣与网箱浮架之间可在多个水平面上均设有连接点进行连接，连接可为系绳连接，不再如现有的网箱那样，由于网箱浮架上的能供连接的位置比较少，网衣与网箱浮架之间的连接点也就变的很少，可见本发明的网衣与网箱浮架之间可以更稳固的连接。
4、由于本发明的网箱浮架的侧壁为蜂窝状结构，使得配套养殖的自动化设备，比如投饵机等，可以放置于蜂窝状结构的孔内，提供了安全的环境，对解决网箱自动化问题起到极大促进作用。
5、本发明的蜂窝状结构的网箱浮架能更好的节约材料，降低成本。
附图说明
图1是本发明实施例一的蜂窝结构的大型深海网箱的立体示意图；
图2是图1中A处的放大示意图；
图3是图1中B处的放大示意图；
图4是本发明实施例一的蜂窝结构的大型深海网箱的锚缆与网箱浮架的连接结构示意图；
图5是本发明实施例一的蜂窝结构的大型深海网箱的网箱浮架的侧壁的结构示意图；
图6是本发明实施例一的蜂窝结构的大型深海网箱的主视示意图；
图7是在本发明的蜂窝状结构的网箱浮架的上下平行杆的两端固定约束、中间区域均布竖向弯曲载荷时的受力情况示意图；
图8是在本发明的蜂窝状结构的网箱浮架的上下平行杆的两端固定约束、中间区域均布竖向载荷的受力时，网箱浮架变形的响应分布云图；
图9是在本发明的蜂窝状结构的网箱浮架的上下平行的两端固定约束、中间区域均布竖向载荷的受力时，网箱浮架应变的响应分布云图；
图10是在本发明的蜂窝状结构的网箱浮架的上下平行的两端固定约束、中间区域均布竖向载荷的受力时，网箱浮架应力的响应分布云图；
图11是本发明的蜂窝状结构的网箱浮架的底部受到地面支撑，重力条件下的载荷约束情况示意图；
图12是本发明的蜂窝状结构的网箱浮架的底部受到地面支撑，重力条件下的载荷约束情况下，网箱浮架变形的响应分布云图
图13是本发明的蜂窝状结构的网箱浮架的底部受到地面支撑，重力条件下的载荷约束情况下，网箱浮架应变的响应分布云图；
图14是本发明的蜂窝状结构的网箱浮架的底部受到地面支撑，重力条件下的载荷约束情况下，网箱浮架应力的响应分布云图；
图15是本发明实施例二的蜂窝结构的大型深海网箱的锚缆与网箱浮架的连接结构示意图。
图中附图标记含义：
1-网箱浮架；11-环形壁；12-连接管材；13-网孔；14-HDPE管材；2-网衣；3-浮力装置；31-端头；32-浮筒；4-锚缆；5-锚；6-连杆件；7-连接板。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步描述。
实施例一：
如图1至图6所示的一种蜂窝结构的大型深海网箱，其包括网箱浮架1、网衣2、浮力装置3、锚5和锚缆4，其中，锚缆4可以是锚绳或者锚链。
本实施例的网箱浮架1整体呈圆环状，如图5所示，网箱浮架1的侧壁由外至内依次设有两层环形壁11，环形壁11的层数也可以是三层、甚至更多。环形壁11呈网状，通过若干HDPE管材14拼接而成，本实施例的环形壁11的网孔13呈六边形状，相邻的环形壁11之间预留有间距，通过若干连接管材12连接。相邻的环形壁11的网孔13的位置相对应，连接管材12的两端分别与环形壁11的六边形的网孔13的节点连接。上述结构使得网箱浮架1的侧壁呈蜂窝状结构。其中，连接管材12的材质也为HDPE材料。
环形壁11的网孔13的形状也可以是其它多边形，优选的方案为设置成4-6边形状。
其中，网衣2呈盆状，开口向上，网衣2的上部与网箱浮架1连接，网箱浮架1将网衣2的开口撑开，网箱浮架1提供浮力。由于网箱浮架1的侧壁呈蜂窝状结构，使得可供网衣2与网箱浮架1之间连接的位置会有很多，网衣2可以与网箱浮架1的任何一条HDPE管材14相互捆绑固定，捆绑固定点即为连接点，这样可在多个水平面上均设置连接点进行连接。优选的，网衣2的上部从网箱浮架1的下边贯穿至网箱浮架1的上边，即覆盖了网箱浮架1的整个侧面，本实施例的网衣2的上部覆盖在网箱浮架1的内侧面，设置连接点时，可在网箱浮架1的上部、中部和下部均设置，即在三个水平面上均有连接点，这样网衣2与网箱浮架1的连接将更稳固，当然设置的连接点也可以更多。
浮力装置3的数量为多个，浮力装置3设在网箱浮架1的外侧面上，浮力装置3围绕网箱浮架1均匀分布。本实施例的浮力装置3包括浮筒32，在浮筒32上面设有用于往里充气或者充水的端头31。浮力装置3也为网箱提供浮力，通过调节浮力装置3里面充气或者充水的多少，可改变其所提供的浮力，从而可根据鱼类的习性调节网箱上浮和下潜，使得网箱养殖品种增加。也可在台风期间调节网箱下潜，这样能避免网箱承受波浪冲击。
锚5和锚缆4的数量也为多个，一一对应设置，锚5通过锚缆4与网箱浮架1连接，锚5和锚缆4围绕网箱浮架1均匀分布。
锚缆4与网箱浮架1的连接结构为：如图4所示，网箱对应每条锚缆4分别设有连杆件，连杆件包括交叉设置的两条连杆6，连杆件6固定在网箱浮架1的下部，锚缆4与连杆件捆绑固定。
本实施例的网箱浮架1的HDPE管材14之间和HDPE管材14与连接管材12之间的连接均为热熔焊接，当然也可以通过其它结构进行装配连接，例如：扣接连接件、固定连接件等。
侧壁呈蜂窝状结构的圆环状的网箱浮架1受到波浪流冲击时，能够将外界载荷均匀转化到整个网箱浮架1表面，将管材的弯曲力转化为管材的压缩力，从而提高网箱整体的抗波浪流性能，这也使得在使用HDPE管材时也能具有足够的强度，从而能制成更大型的网箱。
如下为蜂窝状结构的网箱浮架受到弯曲载荷时的模拟分析图：
如图7所示，是在本发明的蜂窝状结构的网箱浮架的上下平行杆的两端固定约束、中间区域均布竖向弯曲载荷时的受力情况示意图，其根据结构对称性特点，抽取一部分蜂窝状结构开展有限元力学分析。此受力方式主要考察在网箱作业过程中，当承受海流弯曲载荷时，是否容易弯曲变形和蠕变，及是否容易产生应力、应变集中。
如图8所示，是在本发明的蜂窝状结构的网箱浮架的上下平行杆的两端固定约束、中间区域均布竖向载荷的受力时，网箱浮架变形的响应分布云图。从图中可得，蜂窝状结构的网箱浮架内部的变形较小，边缘变形最大，主要由于内部各杆的相互支撑作用导致，说明蜂窝状结构的网箱浮架有效避免了HDPE管材的网箱长期作业引起的过大变形及蠕变变形。
如图9所示，是在本发明的蜂窝状结构的网箱浮架的上下平行的两端固定约束、中间区域均布竖向载荷的受力时，网箱浮架应变的响应分布云图。从图中可得，应变最大主要在各连接节点处，由于连接节点均为四条杆连接的加固区域，强度较大，能使得整体结构失效风险大大降低。
图10是在本发明的蜂窝状结构的网箱浮架的上下平行的两端固定约束、中间区域均布竖向载荷的受力时，网箱浮架应力的响应分布云图。从图中可得，应力最大主要在各连接节点处，整体未产生明显的应力集中，且由于此连接节点均为四条杆连接的加固区域，建造方式注塑、焊接、装配皆可以，强度较大，结构失效风险大大降低。网箱浮架的应力分布较均匀，未产生明显过大的应力集中及应力集中系数。
其中，应力的比较可通过公式进行计算：应力集中系数＝最大应力/根据颜色显示的周边名义应力。
如下为蜂窝状结构的网箱浮架重力方向压缩载荷时的模拟分析图：
图11是本发明的蜂窝状结构的网箱浮架的底部受到地面支撑，重力条件下的载荷约束情况示意图；根据结构对称性计算原则，抽取了一部分蜂窝状结构开展了有限元力学分析。此受力主要考察在网箱浮架作业过程中承受重力方向载荷时，是否容易产生纵向压缩变形和蠕变，及是否容易产生应力、应变集中。
图12是本发明的蜂窝状结构的网箱浮架的底部受到地面支撑，重力条件下的载荷约束情况下，网箱浮架变形的响应分布云图。由图可得，网箱浮架整体受到重力方向载荷时，变形大小分布呈现一定的层次，上层部分变形较大，下层部分变形依次减小，主要由于结构杆件的相互合理连接及横向、纵向支撑作用，使得网箱浮架在陆地建造过程，及海上作业增加上层压载水引起的受力增大时，网箱浮架不容易由于重力叠加导致下部分破坏，从而在网箱整体纵向受力时，不容易坍塌。
图13是本发明的蜂窝状结构的网箱浮架的底部受到地面支撑，重力条件下的载荷约束情况下，网箱浮架应变的响应分布云图。从图中可得，蜂窝状结构的网箱浮架的应变分布较均匀，未出现明显的应变过大，主要由于蜂窝状结构各网口的相似性和关联性，使得受力得到分散。图中显示最大应变值出现在两侧边缘，而未出现在中部区域，说明此网箱结构形式能有效抵抗外部载荷。
图14是本发明的蜂窝状结构的网箱浮架的底部受到地面支撑，重力条件下的载荷约束情况下，网箱浮架应力的响应分布云图。从图中可得，蜂窝状结构的网箱浮架的的应力分布较均匀，未出现明显的应力集中，主要由于蜂窝状结构各网口的相似性和关联性，使得受力得到分散。图中显示最大应力值出现在两侧边缘，而未出现在中部区域，说明此网箱结构形式能有效抵抗外部载荷，有效避免应力集中。
上述图7至图14说明了网箱在受力时的最大应力值不在内部，而主要分散至两边，可见，网箱的蜂窝状结构是有相互保护作用的，几乎未出现应力集中，受力均匀。
实施例二：
实施例二的网箱与实施例一的网箱的不同在于锚缆与网箱浮架的连接结构。
实施例二的锚缆与网箱浮架的连接结构为：如图15所示，网箱对应每条锚缆4分别设有连接板7，连接板7的横截面为U型，连接板7倒扣在网箱浮架1的上部，并与网箱浮架1固定连接，固定连接的方式可以是焊接，锚缆4与连接板7的下边固定连接。
本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，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，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种蜂窝结构的大型深海网箱，其包括网箱浮架、网衣、浮力装置、锚和锚缆，所述网衣与所述网箱浮架连接，所述网箱浮架将所述网衣的开口撑开，所述浮力装置设在所述网箱浮架上，所述锚通过所述锚缆与所述网箱浮架连接，其特征在于：所述网箱浮架整体呈圆环状，所述网箱浮架的侧壁由外至内依次设有至少两层环形壁，所述环形壁呈网状，通过若干HDPE管材拼接而成，所述环形壁的网孔呈多边形状，相邻的所述环形壁之间通过若干连接管材连接，使得所述网箱浮架的侧壁呈蜂窝状结构。
2.根据权利要求1所述的蜂窝结构的大型深海网箱，其特征在于：所述网衣与所述网箱浮架之间在多个水平面上均设有连接点进行连接。
3.根据权利要求1所述的蜂窝结构的大型深海网箱，其特征在于：所述网箱对应每条锚缆分别设有连接板，所述连接板的横截面为U型，所述连接板倒扣在所述网箱浮架的上部，并与所述网箱浮架固定连接，所述锚缆与所述连接板固定连接。
4.根据权利要求1所述的蜂窝结构的大型深海网箱，其特征在于：所述网箱对应每条锚缆分别设有连杆件，所述连杆件固定在所述网箱浮架的下部，所述锚缆与所述连杆件固定连接。
5.根据权利要求4所述的蜂窝结构的大型深海网箱，其特征在于：所述连杆件包括交叉设置的两条连杆。
6.根据权利要求1所述的蜂窝结构的大型深海网箱，其特征在于：所述浮力装置包括浮筒，在所述浮筒的上端设有用于往里充气或者充水的端头。
7.根据权利要求1所述的蜂窝结构的大型深海网箱，其特征在于：所述环形壁的网孔呈4-6边形状。
8.根据权利要求1所述的蜂窝结构的大型深海网箱，其特征在于：所述连接管材的材质为HDPE材料。
9.根据权利要求1所述的蜂窝结构的大型深海网箱，其特征在于：所述连接管材的两端分别与所述环形壁的多边形的网孔的节点连接。
10.根据权利要求1所述的蜂窝结构的大型深海网箱，其特征在于：所述网箱浮架的HDPE管材之间和HDPE管材与连接管材之间的连接为热熔焊接、装配连接或者注塑建造连接。
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