软刚臂系泊的新型海洋网箱

1.本发明涉及海洋工程技术领域，具体地，涉及一种软刚臂系泊的新型海洋网箱。


背景技术：

2.幅员辽阔的海洋为人类提供了丰富的各类资源，也作为重要的粮仓，哺育了人类数千年。随着世界人口的增加，蛋白质等营养物质的摄取量增多，鱼类在全球粮食和营养安全中的地位日益凸显，占比近半的水产养殖业也随之迅猛发展。由于近沿海地区空间有限而且养殖容易带来污染，目前海水养殖业正逐渐从近海走向深远海，一大批新型养殖装备也随之发展起来，网箱正是其中重要的一类。
3.海洋网箱经过几十年的发展演变，产生了各种各样的形式：如重力式网箱，浮绳式网箱，半潜式网箱等。重力式网箱和浮绳式网箱以小型网箱为主，成本低，制造安装较快，但是抗风浪能力和结构强度有限，难以适应深远海环境的需求。目前各式各样的新型网箱蓬勃发展，船型网箱正是其中的典型。船型网箱与大型船舶类似，采用钢制结构强度更高，容易大型化，也容易改造加装智能化设备等，具有优良的力学性能，是未来网箱发展的重要方向。
4.系泊系统是将网箱固定在目标水域的重要结构。现有的网箱系泊方式主要有：坐底式，桩腿式，锚链系统等，主要的不足如下：
5.1.适应水深有限，坐底式和桩腿式只适用于小型网箱在浅水区域使用，锚链系统在水深很深时并不经济，水深很浅时提供回复力有限，跨距过大不便于布置。
6.2.成本高昂，锚链系统往往需要多根锚链同时使用，而且为了提供足够的回复力，锚链的长度需要达到水深的4-5倍以上。自重极高的锚链为了保证强度，需要增大直径，导致成本增加。
7.3.抗环境载荷能力差，坐底式，桩腿式，锚链系统等系泊方式都会将网衣以固定的姿态限定在目标海域，面对不同方向的环境载荷作用时容易出现某个方向的载荷太大而导致系泊系统受损，受损后不便于修复和更换，在极端天气来临前也不便于做出调整。
8.公开号为cn114916484a的专利文献公开了一种养殖网箱，包括：压载组件，用于设置于海床；第一支撑柱，第一支撑柱的第一端连接于压载组件；多个第二支撑柱，设置于压载组件，多个第二支撑柱围绕第一支撑柱布置；甲板组件，设置于第一支撑柱的第二端，甲板组件至少连接于两个第二支撑柱；多个第一连接杆，设置于相邻的两个第二支撑柱之间，多个第一连接杆靠近于第一端布置；多个第二连接杆，设置于相邻的两个第二支撑柱之间，多个第二连接杆靠近于第二端布置。该养殖网箱的压载组件可以利用压载组件与海床之间的相互作用力，降低作业过程中养殖网箱发生大幅度位移的可能性，提高养殖网箱抵抗台风的能力，为养殖作业的长期稳定进行提供可靠保障。但是该网箱将网箱以固定的姿态限定在目标海域，抗环境载荷能力差，面对不同方向的环境载荷作用时容易出现某个方向的载荷太大而导致系泊系统受损。


技术实现要素：

9.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种软刚臂系泊的新型海洋网箱。
10.根据本发明提供的软刚臂系泊的新型海洋网箱，包括船型网箱与软刚臂系泊系统，所述船型网箱的一端连接软刚臂系泊系统，所述软刚臂系泊系统包括软刚臂系统、系泊腿以及系泊塔；
11.所述船型网箱可旋转连接系泊腿的一端，所述系泊腿的另一端可旋转连接软刚臂系统的一端，所述软刚臂系统的另一端可旋转连接系泊塔的顶端，所述系泊塔的底部系泊于海床上，所述船型网箱设置于外界水域中。
12.优选地，所述船型网箱为钢质桁架结构，所述钢质桁架结构中设置有养殖区域，所述养殖区域通过网衣系统划分为多个养殖分舱，所述多个养殖分舱均与外界水域相通。
13.优选地，所述软刚臂系统包括软刚臂压载舱与连接铰，所述系泊腿的另一端连接软刚臂压载舱的一端，所述软刚臂压载舱的另一端通过所述连接铰铰接于系泊塔的顶端。
14.优选地，所述软刚臂压载舱为两个，所述系泊腿为框架结构，所述框架结构设置在两个所述软刚臂压载舱之间，所述框架结构一端的两侧分别连接两个所述软刚臂压载舱的一端。
15.优选地，所述系泊塔包括系泊压载舱、系泊转盘以及转塔平台，所述系泊压载舱、系泊转盘以及转塔平台从下至上依次同轴连接；
16.所述系泊转盘与所述系泊压载舱可旋转连接，所述软刚臂系统的端部连接系泊转盘并能够绕所述系泊压载舱的轴线旋转，所述系泊压载舱的底部系泊于海床上。
17.优选地，所述系泊压载舱的底端同轴设置有柱状结构，所述系泊压载舱底端的外侧沿周向安装有沉垫，所述沉垫上沿周向设置有多个桩钉，
18.系泊时，所述柱状结构插入海床上的泥土中，并通过桩钉实现系泊。
19.优选地，所述软刚臂系统为多个，多个所述软刚臂系统中心对称设置在系泊塔的外侧，多个所述软刚臂系统均通过系泊腿连接船型网箱；
20.所述软刚臂系统、系泊腿以及船型网箱一一对应。
21.优选地，所述转塔平台的顶部设置有辅助设施，所述辅助设施包括生活平台与风力发电平台。
22.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
23.1、本发明结构简单，操作方便，船型网箱的系泊采用单点系泊方式，仅通过一端连接系泊腿，充分利用风标效应，提高了系统对环境载荷的承载能力。
24.2、本发明采用舱外水养殖的多分舱船型网箱的技术手段，养殖区域与外界水域相通，既减小风浪流等环境载荷的影响，也能保证与新鲜水体的交换，减少病虫害，提高养殖品质。
25.3、本发明采用可调节的软刚臂系统，通过调节软刚臂系统的压载水，与船型网箱的压载水调整配合，实现船型网箱在不同吃水或浮态下的系泊刚度调整。
26.4、本发明采用系泊转塔与网箱本体分离的技术手段，便于拆卸维护，多个软刚臂同时布置在系泊转塔上，合理的布置能够使拉力彼此平衡，系泊塔上的空间也能进一步用于布置辅助设施。
附图说明
27.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
28.图1为本发明的整体结构示意图；
29.图2为本发明的主视示意图；
30.图3为本发明中船型网箱为多个时的俯视示意图。
31.图中示出：
32.船型网箱1
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系泊压载舱6
33.养殖分舱2
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转塔平台7
34.系泊腿3
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连接铰8
35.软刚臂压载舱4
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沉垫9
36.系泊转盘5
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桩钉10
具体实施方式
37.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
38.本发明针对中浅水深等环境特征，对船型网箱的系泊形式进行改造，实现低成本，抗风浪，可调节的系泊方案,形成一套适合近海海域的海洋网箱整体设计方案，公开了一种软刚臂系泊的新型海洋网箱，该船型网箱采用单点系泊方式，充分利用风标效应，提高了系统对环境载荷的承载能力，且其养殖区域与外界水域相通，既减小风浪流等环境载荷的影响，也能保证与新鲜水体的交换，减少病虫害，提高养殖品质。
39.根据本发明提供的软刚臂系泊的新型海洋网箱，如图1-3所示，包括船型网箱1与软刚臂系泊系统，所述船型网箱1的一端连接软刚臂系泊系统，所述软刚臂系泊系统包括软刚臂系统、系泊腿3以及系泊塔；所述船型网箱1可旋转连接系泊腿3的一端，所述系泊腿3的另一端可旋转连接软刚臂系统的一端，所述软刚臂系统的另一端可旋转连接系泊塔的顶端，所述系泊塔的底部系泊于海床上，所述船型网箱1设置于外界水域中。本发明采用单点系泊的方式，仅船型网箱1的一侧通过系泊腿3与软刚臂系统相连，通过多个铰的配合，释放船型网箱1水平面内的运动自由度，能够绕着系泊点转动。由于风标效应，船型网箱1能够停留在受到外载荷最小的位置，减小风浪流等环境载荷对船型网箱1及软刚臂系泊系统的影响。
40.所述船型网箱1为钢质桁架结构，所述钢质桁架结构中设置有养殖区域，所述养殖区域通过网衣系统划分为多个养殖分舱2，所述多个养殖分舱2均与外界水域相通。本发明采用开放式的养殖分舱2，取消传统船舶的刚性封闭舱壁与侧舷，仅用一些钢质桁架结构来保证整体的结构强度，养殖区域与外界水域相通，减小风浪流等环境载荷的影响，整船通过网衣系统分隔为几个不同的养殖分舱2，舱内水与外界水体时刻交换，在浪流的冲刷下能够减少舱内养殖废物(例如鱼类排泄物)等对鱼群的影响，减少病虫害，提高海产品质。
41.所述软刚臂系统包括软刚臂压载舱4与连接铰8，所述系泊腿3的另一端连接软刚
臂压载舱4的一端，所述软刚臂压载舱4的另一端通过所述连接铰8铰接于系泊塔的顶端。所述软刚臂压载舱4为两个，所述系泊腿3为框架结构，所述框架结构设置在两个所述软刚臂压载舱4之间，所述框架结构一端的两侧分别连接两个所述软刚臂压载舱4的一端。所述系泊塔包括系泊压载舱6、系泊转盘5以及转塔平台7，所述系泊压载舱6、系泊转盘5以及转塔平台7从下至上依次同轴连接；所述系泊转盘5与所述系泊压载舱6可旋转连接，所述软刚臂系统的端部连接系泊转盘5并能够绕所述系泊压载舱6的轴线旋转，所述系泊压载舱6的底部系泊于海床上。所述系泊压载舱6的底端同轴设置有柱状结构，所述系泊压载舱6底端的外侧沿周向安装有沉垫9，所述沉垫9上沿周向设置有多个桩钉10，系泊时，所述柱状结构插入海床上的泥土中，并通过桩钉10实现系泊。
42.网箱实际使用的过程中有时需要调节吃水，例如在台风等恶劣天气来临时可以增大吃水，减小受风浪的面积从而减小环境载荷的影响，在需要对鱼群进行操作，例如检查或收获时又可以调节压载水，使得船型网箱1上浮。当船型网箱1的吃水改变后，其系泊特性往往也需要进行调整保证其合适的运动状态，传统的锚链系泊方式调节起来非常困难。而利用软刚臂系泊系统时，系统的回复力由软刚臂压载舱4中的压载水重力提供，可以通过调节软刚臂压载水来实现系泊刚度的调整，与网箱压载水的调整配合，可以保证船型网箱1在任何吃水下都拥有合适的系泊刚度。在船型网箱1的使用过程中如果系泊刚度出现问题也能及时调整。
43.另外，软刚臂系泊塔设计成单柱结构，在系泊塔上的压载舱中注满压载后，可以直接插入泥土，配合防沉降的沉垫和桩钉实现在海床上稳固的系泊，整个安装过程较锚链布置大大简化，材料及安装成本也远低于锚链系泊方式。
44.如图3所示，所述软刚臂系统为多个，多个所述软刚臂系统中心对称设置在系泊塔的外侧，多个所述软刚臂系统均通过系泊腿3连接船型网箱1；所述软刚臂系统、系泊腿3以及船型网箱1一一对应。所述转塔平台7的顶部设置有辅助设施，所述辅助设施包括生活平台与风力发电平台。采用软刚臂系泊系统时，系泊塔与船型网箱1本体分离，便于拆卸维护。一根系泊塔上也可以连接多套软刚臂系统，通过合理的布置来平衡系泊塔上的拉力，提高系泊塔的承载能力。系泊塔上的空间也可以利用起来，布置生活平台或风力发电平台等辅助设施，提高网箱系统的集成性，降低成本。
45.本发明的工作原理如下：
46.首先需要在目标海域设置系泊塔，将单柱式系泊塔插入海床，在系泊压载舱6中打入压载水，利用桩钉10将系泊塔固定，保证整个系泊系统的稳固。4塔上可以多布置几个系泊转盘5用于安装软刚臂系统连接船型网箱1，船型网箱1与外界水体相连，利用网衣分隔出几个养殖分舱2，可以根据需要放入不同品种的养殖鱼类，提高经济效益。
47.当风浪流袭来时，船型网箱1会绕着转塔转动，根据风标效应转到承受外载荷最小的位置，提高环境载荷承载能力。船型网箱1处于受力平衡位置时，系泊腿3处于竖直状态，不存在水平力。当船型网箱1偏离平衡位置时，系泊腿3会拉起底部的软刚臂压载舱4，由于压载水重力的抵抗，系泊腿3会受到沿轴向的拉力作用，为船型网箱1的偏移运动提供回复力，将船型网箱1拉回，完成系泊定位。由于回复力与压载水重力、系泊腿3长度等有关，可以通过合理设计使船型网箱1拥有足够的系泊刚度。在使用过程中对船型网箱1吃水或浮态进行调整时，系泊腿3的角度会发生改变，此时可以对软刚臂压载舱4的压载水量进行调整，保
证合适的系泊刚度。由于系泊塔与船型网箱1是分离的，可以在一根系泊塔周围布置多个船型网箱1，系泊力彼此平衡后还可以提高系泊塔的承载能力。转塔上的转塔平台7也可以进一步利用起来，设置生活平台或风力发电平台等辅助设施，提高系统的集成性，创造更高价值。
48.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
49.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种软刚臂系泊的新型海洋网箱，其特征在于，包括船型网箱(1)与软刚臂系泊系统，所述船型网箱(1)的一端连接软刚臂系泊系统，所述软刚臂系泊系统包括软刚臂系统、系泊腿(3)以及系泊塔；所述船型网箱(1)可旋转连接系泊腿(3)的一端，所述系泊腿(3)的另一端可旋转连接软刚臂系统的一端，所述软刚臂系统的另一端可旋转连接系泊塔的顶端，所述系泊塔的底部系泊于海床上，所述船型网箱(1)设置于外界水域中。2.根据权利要求1所述的软刚臂系泊的新型海洋网箱，其特征在于，所述船型网箱(1)为钢质桁架结构，所述钢质桁架结构中设置有养殖区域，所述养殖区域通过网衣系统划分为多个养殖分舱(2)，所述多个养殖分舱(2)均与外界水域相通。3.根据权利要求1所述的软刚臂系泊的新型海洋网箱，其特征在于，所述软刚臂系统包括软刚臂压载舱(4)与连接铰(8)，所述系泊腿(3)的另一端连接软刚臂压载舱(4)的一端，所述软刚臂压载舱(4)的另一端通过所述连接铰(8)铰接于系泊塔的顶端。4.根据权利要求3所述的软刚臂系泊的新型海洋网箱，其特征在于，所述软刚臂压载舱(4)为两个，所述系泊腿(3)为框架结构，所述框架结构设置在两个所述软刚臂压载舱(4)之间，所述框架结构一端的两侧分别连接两个所述软刚臂压载舱(4)的一端。5.根据权利要求1所述的软刚臂系泊的新型海洋网箱，其特征在于，所述系泊塔包括系泊压载舱(6)、系泊转盘(5)以及转塔平台(7)，所述系泊压载舱(6)、系泊转盘(5)以及转塔平台(7)从下至上依次同轴连接；所述系泊转盘(5)与所述系泊压载舱(6)可旋转连接，所述软刚臂系统的端部连接系泊转盘(5)并能够绕所述系泊压载舱(6)的轴线旋转，所述系泊压载舱(6)的底部系泊于海床上。6.根据权利要求5所述的软刚臂系泊的新型海洋网箱，其特征在于，所述系泊压载舱(6)的底端同轴设置有柱状结构，所述系泊压载舱(6)底端的外侧沿周向安装有沉垫(9)，所述沉垫(9)上沿周向设置有多个桩钉(10)，系泊时，所述柱状结构插入海床上的泥土中，并通过桩钉(10)实现系泊。7.根据权利要求1所述的软刚臂系泊的新型海洋网箱，其特征在于，所述软刚臂系统为多个，多个所述软刚臂系统中心对称设置在系泊塔的外侧，多个所述软刚臂系统均通过系泊腿(3)连接船型网箱(1)；所述软刚臂系统、系泊腿(3)以及船型网箱(1)一一对应。8.根据权利要求5所述的软刚臂系泊的新型海洋网箱，其特征在于，所述转塔平台(7)的顶部设置有辅助设施，所述辅助设施包括生活平台与风力发电平台。

技术总结
本发明提供了一种软刚臂系泊的新型海洋网箱，包括船型网箱与软刚臂系泊系统，所述船型网箱的一端连接软刚臂系泊系统，所述软刚臂系泊系统包括软刚臂系统、系泊腿以及系泊塔；所述船型网箱可旋转连接系泊腿的一端，所述系泊腿的另一端可旋转连接软刚臂系统的一端，所述软刚臂系统的另一端可旋转连接系泊塔的顶端，所述系泊塔的底部系泊于海床上，所述船型网箱设置于外界水域中。本发明的船型网箱采用单点系泊方式，仅通过一端连接系泊腿，充分利用风标效应，提高了系统对环境载荷的承载能力，且其养殖区域与外界水域相通，既减小风浪流等环境载荷的影响，也能保证与新鲜水体的交换，减少病虫害，提高养殖品质。提高养殖品质。提高养殖品质。


技术研发人员：付世晓 许玉旺 彭云强 宋斌 厉明航 程天琥
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/6/27