一种海洋工程用全铜链式连接机构及其应用

技术领域

本发明属于有色金属材料产品领域，具体涉及海洋工程中片式、箱式装置与装备用的全铜链式连接机构及其应用。

背景技术

铜合金材料因其耐腐蚀、抑制海生物污损、高传导性能、安全可靠性和实用性等优势，被广泛地应用在海洋工程领域，主要包括海水淡化、海产养殖、舰船、海洋油气开发、沿海发电站、海港建筑和海洋设施等领域。为此，铜合金及其连接结构件的设计与开发对海洋工程设施结构、功能一体化建设具有极大的推动作用。

在海洋工程领域，铜合金网片、网衣将是应用最为广泛的结构之一，如近岸方形和圆形网箱、离岸球型和多面体网箱、大型围网、养殖工船、防污网和进出水口拦截网等。按其制作方法，铜合金网片、网衣可分为斜方编织网、经纬编织网、拉伸网和焊接网。铜合金斜方网应用较为普遍，其多根铜线平行穿挂、类似波浪状结构，所构成箱体在海流条件下具有应变能力较强、不易折损、网与网间连接方便、网片能轴向卷叠、便于运输等优点，其缺点是钩挂所形成网目交接点是活动的，在海水中网目交接点始终处于磨损状态，使其表面耐蚀的氧化膜不断被磨蚀，加快了网目交接点处的磨蚀破坏。铜合金拉伸网具有网目稳定、结构牢固、无接触移动磨损等优点，其缺点是网片之间连接较为复杂，在安装构建成箱体的过程中难度较大，且刚性结构箱体在海流条件下应变能力较差。由于铜合金编织网和焊接网的刚性特征，与拉伸网具有相同缺点，又因为它们网目交接点处是活动或脆弱状态，亦包含了斜方网缺点，所以这两种结构的铜合金网型结构较少在海洋工程中应用。因此，铜合金网型的选择将取决于海洋实地服役环境要求及装备的受力状态，也可形成多网型海洋工程设施。诸如此类结构的选择及设计都离不开连接，连接成为设施组装的重要一环，且是结构稳定及安全服役的重要影响因素。

在现有的铜合金网箱、围网、养殖工船、防污网等实际工程结构中，按照其结构情况在铜网与框架、铜网与铜网之间采用的连接方式主要有：编织网-框架的金属连接、编织网-框架的非金属连接、编织网-编织网间的连接、拉伸网-非金属件的连接、拉伸网和工船舱体的连接等。(1)编织网-框架的金属连接：此类连接多采用双股或类似的金属线捆扎，其优点在于保持结构的强度和刚度，可有效提升使用寿命，但存在捆扎效率低、维护难度大的缺点。(2)编织网-框架的非金属连接：此类连接多采用聚酰胺线缝合或使用高密度聚乙烯绳捆绑连接，其优点在于柔性大、耐磨损、选材范围大，缺点是使用了大量非铜结构，容易附着海生物。(3)编织网-编织网间的连接：通常是先将边部网孔穿纲线，再使用捆扎线将两片网衣直接相连。其优点是材料同质化，有效防止海生物污损且操作方便，缺点是若出现损坏则拆除和更换较为困难。(4)拉伸网-非金属件的连接：如首先预制涤纶帆布标准组装件，再将铜合金拉伸网和涤纶帆布标准模块连接，实现刚柔结合装配铜合金拉伸网箱体的快速拼装；这一方式的优点是铜网、帆布和连接件均可预先制备成标准模块，实现快速安装，但由于帆布和非铜连接件的耐腐蚀性和强度均低于铜网，会因连接处提前破损而导致整个装置破坏。(5)拉伸网和工船舱体的连接：此种连接方式主要针对养殖工船，水位线以下是养殖船仓的船体，在船体上均匀分布矩形的窗口，用固定片将预制好的拉伸网片设置于窗口内。这一方式的优点在于安装方便，在改善网片结构的条件下可有效提高海水通过量、阶梯状连接处具有较高的抗疲劳强度，但直接压紧式结构容易造成缝隙腐蚀，导致结构或部件提前失效。

与此同时，也在典型工程连接方法的基础上进行了优化设计，如下：

专利CN108293932A提出了一种铜合金编织网连接方法，将两根尼龙棒分别连接于两片预连接的铜合金编织网的竖向边缘，将铜合金编织网的纬向铜丝绕过尼龙棒一圈后与自身缠绕拧结3～5圈；再将两片铜合金编织网竖向边缘的两根尼龙棒并拢后捆扎，即将两根尼龙棒并拢使左右两片铜合金编织网的网目对齐，然后使用线绳将两根尼龙棒捆扎，捆扎采用压线法。该发明将铜合金编织网边缘铜丝的连接变为尼龙棒的连接，同时使用线绳通过压线法进行捆扎。

专利CN 108184722 A提出了一种铜合金编织网快速连接机构及方法，该发明包括两片铜合金编织网、两根边缘连接棒、一根中间连接棒和若干双孔连接件，两根边缘连接棒分别连接于两片铜合金编织网的竖向边缘，中间连接棒通过若干双孔连接件连接在两根边缘连接棒之间；该连接机构通过穿插中间连接棒进行连接便于海上安装操作。

文献“刚柔结合铜合金拉伸网网衣网箱性能与应用研究”中提出了一种铜合金拉伸网刚柔结合的连接结构及方法，该方法设计制作的网箱由周长40m、直径250mm的高密度聚乙烯双管及扶手管组成，网衣由水上防逃逸尼龙网、尼龙底网与侧面组合式铜合金网组成。组合式网衣由两层铜合金拉伸网衣与软连接拼接而成，其中每层有44片铜合金拉伸网片；每2个网片之间、2层铜合金拉伸网片之间、上层铜合金拉伸网片与防逃逸网之间以及下层铜合金拉伸网片与底网之间都由高强涤纶帆布连接。该结构网箱各组件经过标准化、模块化生产和预拼接，有利于海上快速装配和维护，该网箱还能够避免铜合金拉伸网片变形和边角折损问题，但是由于铜网和帆布的物性差异大，容易导致连接处磨损、帆布承受重力大而断裂和非铜连接件的海生物污损等问题。

综上所述，现有专利和文献所述的连接结构虽然可以保证结构和装备的整体强度、稳固性与耐久性，避免网片和网箱受力时造成的铜线变形以及磨损，但以上方法由于尼龙、帆布等连接材料和结构的引入会产生海生物污损、局部提前损坏、使用寿命降低等问题，难以满足海洋工程装备需求。现有关于海洋工程装备连接结构的研发和应用过程中，大部分工作集中在如何实现连接上，缺乏对于整个连接结构材质选择、整体结构耐腐蚀性分析等结构设计的研究。

发明内容

针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种海洋工程用全铜链式连接机构及其应用，能够实现网片、网衣和网箱快速连接，达到抗污耐腐蚀、耐磨损、较高强度、安全可靠和易于操作等效果。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种海洋工程用全铜链式连接机构，其特征在于，所述连接机构包括：铜合金拉链(1)、第一增强铜网带(2)、第二增强铜网带(3)；所述铜合金拉链(1)的一侧与第一增强铜网带(2)的一侧连接、另一侧与第二增强铜网带(3)的一侧连接，形成平面。

进一步地，所述连接机构还包括一个或多个平行设置的铜合金力纲(4)，所述铜合金力纲(4)的一端与第一增强铜网带(2)连接、另一端与第二增强铜网带(3)连接。

进一步地，所述铜合金力纲(4)为与铜合金拉链(1)垂直的水平力纲。

进一步地，所述铜合金拉链(1)包括：两片链带(5)、拉头(6)、上止(7)、下止(8)，每片链带(5)上各自有一列链牙(9)，两列链牙相互交错排列，所述拉头(6)夹持两侧链牙，所述上止(7)设置在两片链带(5)的上端，所述下止(8)设置在链带(5)的下端。

进一步地，所述拉头(6)为两个。

进一步地，所述第一增强铜网带(2)、第二增强铜网带(3)结构相同，均为由经线与纬线交织形成具有网孔的网格铜丝布。

进一步地，所述铜合金拉链(1)的一侧与第一增强铜网带(2)的一侧、另一侧与第二增强铜网带(3)的一侧之间均采用铜线(9)穿孔捆扎的连接方式。

一种如上所述的海洋工程用全铜链式连接机构的应用，其特征在于，所述全铜链式连接机构应用于网箱、围网、工船或者拦截网。

本发明的有益技术效果如下：

(1)本发明提供了一种全铜链式连接结构及其应用，避免了异种材料连接带来的海生物污损和腐蚀问题。

(2)本发明采用链牙、增强铜网带、拉头、上下止均为同种成分、微观组织和性能的铜合金材料，实现电化学平衡，防止出现电化学腐蚀。

(3)本发明针对链牙、增强铜网带、拉头、上下止、连接部位等之间的结构设计，可有效防止缝隙腐蚀和摩擦磨损的出现。

(4)本发明可根据铜合金网片、网衣、网箱、围网、工船等所需的强度和刚度等调整全铜链式连接结构的尺寸、厚度等。

(5)本发明根据使用部位的结构形式要求，可将全铜链式连接结构与铜网连接；还可根据使用要求将链式连接结构两侧拉链分别通过增强铜网带连接到不同位置，以实现整体结构扩展和维修更换，如球形骨架大型海水养殖网箱各外表面和骨架的连接等。

(6)本发明根据使用部位刚度和强度的要求，当全铜链式连接结构强度不足时，在两侧连接部位上增加由铜合金管、棒、绞线、异形件等构成的力纲；亦可根据具体工况，临时性使用目前海洋工程中经常使用的高性能纤维绳和尼龙绳等作为力纲来应急救援。

(7)全铜链式连接结构可应用于渔业工程和海洋工程领域，如近岸方形和圆形网箱、离岸球型和多面体网箱、大型围网、养殖工船、电站防污网和海水进出口拦截网等。本发明提供的技术方案适用于规模工业化生产和海上作业，具有很好的操作性；本发明中的各部件和连接材料均为高强度耐腐蚀铜合金，与现有的连接结构相比，结构强度、抗污耐腐蚀、耐磨损和抗疲劳等性能提升效果明显。

(8)本发明以保证海工设施安全服役为原则，开发全铜连接结构以发挥防海生物淤损的功能，同时克服全铜结构带来的实海组装、运维操作困难及成本高的问题，可有效推进海洋工程设施结构和功能一体化建设。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的铜合金连接结构打开时的结构示意图。

图3为本发明的铜合金连接结构合上时的结构示意图。

图4为本发明的增强铜网带的结构示意图。

图5为采用本发明结构连接的直径6m规格斜方网箱示意图。

图6为采用本发明结构连接的4m×4m×6m规格拉伸网箱示意图。

图7为采用本发明结构连接的直径5m规格近球形网箱示意图。

图8为采用本发明结构连接的直径120m规格编织围网示意图。

图9为采用本发明结构连接的工船上直径2m规格的海水进出口拦截网示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1-4所示，一种海洋工程用全铜链式连接机构10，包括：铜合金拉链1、第一增强铜网带2、第二增强铜网带3。

铜合金拉链1包括：两片链带5、拉头6、上止7、下止8，每片链带5上各自有一列链牙9，两列链牙相互交错排列，拉头6夹持两侧链牙，借助拉头上的拉拽件28(如拉环)滑行，即可使两侧的链牙相互啮合或脱开，上止7设置在两片链带5的上端，下止8设置在链带5的下端，通过上下止实现锁紧功能。铜合金拉链1的一侧与第一增强铜网带2的一侧连接、另一侧与第二增强铜网带3的一侧连接，均采用铜线9穿孔捆扎的连接方式，形成平面；优选采用双开拉链结构，即设有两个拉头，可从任意一端打开或闭合，更适用于渔业工程和海洋工程中大型结构的连接。

第一增强铜网带2、第二增强铜网带3结构相同，均为由经线与纬线交织形成具有网孔的网格铜丝布。

进一步地，连接机构还包括一个或多个平行设置的铜合金力纲4，铜合金力纲4的一端与第一增强铜网带2连接、另一端与第二增强铜网带3连接，进一步地，铜合金力纲4为与铜合金拉链1垂直的水平力纲。

一种全铜链式连接结构可根据所用场合的结构强度、刚度、耐蚀性和寿命等要求个性化地进行铜合金材料的选型和全铜链式结构设计。通常情况下可按照海洋工程部件结构形式设计专用的铜合金拉链结构并完成制作，但其链式结构的各个部分必须保证使用同种铜合金，其成分、组织、力学性能和电化学性能相同，仅是形状尺寸有差异，即该结构中链牙、增强铜网带、拉头、上下止等均采用同种铜合金材料制造，且拉链上增强铜网带也以同种铜合金线材或丝材编织而成；两根含铜合金齿的链带分别和需要连接的部分(如：框架、钢筋混凝土柱桩或增强铜网带等)相接，而这部分的连接方式可采用铜线穿孔捆扎等方法；当全铜链式结构受限于制造能力而导致强度不足时，可以在两侧连接部位上增加辅助力纲，且力纲材料也首选铜合金。若连接结构尺寸大、强度要求高，可将拉链的增强铜网带部分的铜网丝布再次增强，增强铜网带的编织厚度、强度和尺寸根据使用要求而等比例增厚增大，并等比例修改拉头结构。

更进一步地，当网片、网衣或网箱结构因自身重力、环境冲击力等因素影响需进一步增加安全性和稳定性时，可通过在框架之间、连接件之间增加同种铜合金材质的力纲来实现。

一种如上所述的海洋工程用全铜链式连接机构的应用，应用于网箱、围网、工船或者拦截网。

实施例1采用本发明结构连接的直径6m规格斜方网箱

以近岸直径6m的圆形海水养殖网箱为例，该网箱由第一上框架11、第一下框架12、侧面斜方编织网衣13、两个全铜链式连接机构10组成，如图5所示。

以铜管、铜棒或者等效铜合金结构件制作直径为6m的上下框架。以斜方编织网无缝连接成圆柱体侧立面，周长为18.84m，高度6m。先以斜方编织网制作6.2m×6.2m的长方形网片，随后裁切出直径为6.2m的圆形底网，再接下来将底网裹边成6m。第一上框架11与侧面斜方编织网衣13之间、侧面斜方编织网衣13与第一下框架12之间均以全铜链式连接结构10直接连接成形。该全铜链式连接结构相对于传统结构，具有较高的强度，不会出现结构危险点。

实施例2采用本发明结构连接的4m×4m×6m规格拉伸网箱

以近岸4m×4m×6m刚性方形铜合金拉伸网箱为例，该网箱由第二上框架14、中Ⅰ框架15和中Ⅱ框架16、第二下框架17、增强铜网带、全铜链式连接结构10、第一刚性拉伸铜网片18等组成，其结构如图6所示。

该网箱所有框架均由铜管(铜棒或者等效结构件)加上增强铜网带组成；该网箱的侧面由3个4m×2m网片、2层中部框架加上增强铜网带、2组横向布置的全铜链式连接结构10组成；底网由2个4m×2m铜网片、增强铜网带、1个横向布置的全铜链式连接结构连接而成；侧立面与上中下框架之间以增强铜网带和全铜链式连接结构直接连接成形。更进一步地可以通过在棱边处添加三角形或者梯形铜网片及其连接件实现多边形、锥形网箱的设计制造。若以拉伸铜网片为基本单元组成圆形或多边形结构网箱，则其方案可更改为：以铜管、铜棒或者等效铜合金结构件制作上下框架，多个拉伸铜网片通过增强铜网带和全铜链式连接结构连接成侧网；底网采用等腰三角形拉伸铜网片，网片之间通过增强铜网带和全铜链式连接结构连接，所有拉头汇聚在底网圆心处；而其侧网与上下框架之间仍以通过增强铜网带和全铜链式连接结构连接直接成形。

该方法的网箱由刚性的铜合金拉伸网衣、柔性增强铜网带软连接首先制成网片模块组件，以多股铜线依次交错插合穿入拉伸网片和增强铜网带实现连接，每个铜网带外侧均预先加装一条链牙结构；而连接增强铜网带和链牙后的各拉伸网片，可实现网箱箱体在海上的快速便捷安装。

实施例3采用本发明结构连接的直径5m规格近球形网箱

以直径为5m的刚性近球形铜合金拉伸网箱为例，该网箱由棱边框架19、全铜链式连接结构10、第二刚性拉伸铜网片20等组成，其结构如图7所示。

该网箱总共有32面，由12个五边形与20个六边形拼合而成的；共有90条棱边框架和60个顶点，棱边框架长度为1.04m，棱边框架可由铜管、铜棒或者等效结构件制成；32个铜网片每片均通过一个全铜链式连接结构拼接到棱边框架上。

该网箱设计成近球形结构，可在水域环境下便捷移动，通过网箱自身安装螺旋桨类动力系统或船舶拖拽等方式，可以实现近岸和离岸动态海产养殖。该近球形网箱由32片独立铜网片及其对应的全铜链式连接结构组成，安装、拆卸和维护方便，便于养殖操作。

实施例4采用本发明结构连接的直径120m规格编织围网

以直径120m，有效养殖深度12m的铜合金编织围网为例，该围网由钢筋混凝土柱桩21、第一铜网带22、全铜链式连接结构10、刚性经纬编织铜网衣23等组成，其结构如图8所示。

该围网由20根直径为2m的钢筋混凝土柱桩、20片面积为192m

该围网的钢筋混凝土柱桩、增强铜网带、全铜连接结构、刚性经纬编织铜网衣等底部均埋入海底海泥区，起到底部固定和防止养殖产品底部逃逸的目的；增强铜网带、全铜链式连接结构、刚性经纬编织铜网衣等铜合金部件的上部距离海平面0.5m～1m，其上部以非金属防护网围成，起到防止养殖产品上方逃逸的目的。该结构的围网水下养殖区域全部由铜合金组成，可有效防止海生物污染、净化养殖水体、免清洁维护，达到养殖效率提升和养殖成本降低的效果。

实施例5采用本发明结构连接的直径2m规格海水进出口拦截网

以直径为2m海水进出口拦截网为例，该拦截网由主体结构24、铜合金紧固压条25、中空正方形增强铜网带26、全铜链式连接结构10、铜网片27等组成，其结构如图9所示。

该进出口拦截网由1个直径为2m的铜合金网片、1条长度为6.3m的全铜链式连接结构、边长3.2m的中空正方形增强铜网带、4根边长为3m的铜合金紧固压条等拼接组成。

这一方式的优点在于安装方便，在改变铜合金网片的成形方式(斜方、拉伸或经纬编织等)、网孔参数、网孔布置方式等条件下可有效提高海水通过量和流体状态；全铜的紧固压紧连接和链式连接具有较高的结构刚度和抗疲劳强度等，通过结构设计可防止造成电化学腐蚀和缝隙腐等；该结构可有效防止海生物污染、免清洁维护，使用效率提升明显。

以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。