CN204560631U - 自系泊附加浮块随水位涨落升沉的张力腿式抗风浪网箱 - Google Patents
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Abstract
一种自系泊附加浮块随水位涨落升沉的张力腿式抗风浪网箱，其包括钢管制作的田字形框架，四角端部装设吊耳，一侧焊有钢栏杆及扶手，周圈钢管及中央一根钢管填充塑料发泡体，中央另一根钢管装设二套进/排水管阀及进/排气管阀，毎个交汇点底面悬重杆总成套装浮力块，四角的悬重杆总成悬挂重块，并系扎下主缆绳，张拉阻尼板的缆绳，及张拉上阻尼板，养殖用网衣挂接在扶手上，下部系扎在下主缆绳上，自系泊缆一端与置于泥面重块相连，另一端与转換柱底部重块相连，附加的外系泊，系泊缆一头系结在四角吊耳上，另一头系泊在浮筒式系泊***上，辅助系泊缆则系结在系泊缆上。抗风浪、自系泊、生态环保、可随水位涨落升沉，是该张力腿式网箱最大特点。
Description
技术领域
自系泊附加浮块随水位涨落升沉的张力腿式抗风浪网箱，是一种解决各种深度(浅，中，深)水域的新式经济型网箱，突出台风袭击不撤离或不下沉时，仍有可靠的抗风浪安全性，同时提出自系泊的新方式，本发明属海洋工程领域。
背景技术
网箱养殖是海洋经济的重要部分，目前由挪威引进的聚乙烯管材(简称HDPE)制作的网箱遍地开花，在黄渤海，东海，南海，都在大量使用，这种以HDPE材料制作的浮式或沉浮式网箱，虽然沉浮式网箱有沉浮功能，台风袭击前可沉于一定深度，规避水面最大的波浪冲击，但从实践来看这种网箱仍有下列致命的缺陷：
1.不适应海流的冲击，据观察海流速度仅达0.257m/s时就可能发生变形，在流速达1m/s时将损失80％网箱养殖容体，这样受制于海流，就丧失了大量水质交换条件更好的养殖资源。
2.由于上述的原因这类网箱只能在风平浪静的内湾使用，由于养殖户蜂拥在这个狭小的内湾内，造成湾内水质十分恶劣，甚至臭气冲天，鱼品质差，鱼病多，海滨城市丧失了最可贵的一线海景，这就逼使地方政府为了城市开发，不得不强行去驱赶内湾，近岸网箱养殖户，如广东从西向东都在清理、强拆内湾养殖网箱，但因没有开阔水域使用的技术支持，这就使这些过去的渔民处于无魚可捕，又无海可耕的十分困难的境地。
3.HDPE网箱强度低，平面刚度差，易失稳，2013年8月台风“尤特”吹袭广东阳江及饶平，造成当地网箱全军覆没，网箱骨架在台风造成的旋转海流作用下呈现失稳破坏，其破坏形态如同把箱体“扭麻花”。自2011年以来，台风所至，养殖网箱均全军覆没，浮式或沉浮式HDPE网箱根本不可能抗台风，如2011年9月底海南临高在开阔水域的养殖网箱，在台风“尼格”袭击下全军覆没，一半被吹至外海丢失，一半吹到岸边打烂，快收获的鱼一条都没收回来，仅三家公司的经济损失就近8亿。同样灾害也发生在2013年9月福建漳州，台风“玉兔”造成损失数亿元。2014年7月发生在海南及广东粤西的台风“亚马逊”，使无数养殖户血本无归，虽然，在此之前海南养殖户已吸取2011年台风“尼格”袭击的教训，按海南省海洋与渔业厅2011年底发文《关于深水网箱养殖灾后恢复生产的指导性意见》作了改进。
4.沉浮式HDPE网箱的沉浮功能，使网箱在台风袭击前可沉于一定深度，规避水面最大的波浪冲击，但由于应用水域不当，下潜抗风浪效果不大，因为，直至2014年，我国并无置于外海深水区的网箱，由于有一系列技术及管理困难，也需要大的资金投入建设远海基地及穿梭船舶，所以，置于外海深水区不是件容易的事。现所讲的所谓深水网箱，其实是置于水深20m以内，离岸不到20km，相比近岸、内湾网箱水稍深，路稍远些的网箱。在这种浅，中水深水域，波浪影响随深度衰减并不明显，因为只有当水深与波长之比d/λ＞0.5时，即为深水水域时，波浪影响随深度衰减才明显，在半水深处的水质点速度才可能降至水面的1/5，这几年从南到北台风惊过的地方，网箱均全军覆灭就是明证。对此，中国水产科学研究院黄海水产研究所关长涛，林德芳，黄滨，黄文強在国家”863”计划项目研究中撰写的我国“深海抗风浪工程技术的研究与发展”一文中(见参考文献1)，在论述关于升降式网箱的降水层受力方面，对设置水深为20m为原型，文章认为“对原来普遍认为的网箱下潜的防浪，减流作用，还需要通过大量的实验重新认识。”因此，解决这个问题还必须从加强网箱强度及刚度着手，配合结构型式及系泊方式改进，我们认为正确措施是：
a.由聚乙烯管材(简称HDPE)制作改用强度高得多的钢管材，HDPE一些省的技术标准规定拉伸屈服强度＞＝19mpa，HDPE拉伸屈服强度最高才为26mpa，因此，即使采用最好的HDPE也不到钢材的1/10！
b.目前HDPE网箱主浮管多为直径250mm，壁厚15mm，管材的刚度为材料的弹性模量乘截面惯性矩，钢的弹性模量通常是高密度聚乙烯弹性模量的200倍左右，再比较一下截面惯性矩，截面惯性矩公知公式为I＝0.0491(D4--D14)，对于管径250mm，壁厚15mm的管，截面惯性矩为7678cm4，二管为15356cm4，若改用外径478mm(450管)，壁厚6mm，依上式可算得该管截面惯性矩为24786cm4，大管与二根并列小管截面惯性矩两者为1.6∶1，即一根外径478mm大管，顶二根外径250mm小管还多60％，弹性模量钢与HDPE为：200∶1，根据管材的刚度为材料的弹性模量乘截面惯性矩公式，即二者刚度差达320∶1，这说明了采用较大口径钢管对増强网箱刚性意义重大。
c.选取水动力学性能好，抗风浪能力强的结构形式。如近二十年前开发出来的自由悬重新型张力腿式就是理想的结构形式，该类型结构具有如下特点：
●结构浮心在上，重心在下，具有恒稳性及无条件平衡，不会倾复。
●结构浮力远大于自重平衡的浮力，足够大浮力的浮力舱与位于立柱底部足够大压重的压载舱连接起来，二者处于平衡状态后，二者之间就产生了张力，假定风，浪，流共同作用下产生的水平力，它使浮体产生偏离，设水平力产生顺时針的倾复力矩，浮力则产生逆时針恢复力矩，二者正好反向，即浮力会反向作用使它回到平衡点，从而实现动态平衡，这就是顺应式锚固的原理。
●动态的平衡增加了系泊的可靠性，系泊力为外部提供的系泊力加自身的恢复力。
●处于平衡状态时，结构就有了直立自浮能力，如果是网箱，坐底后就能自稳定，保持箱形不变。
d.采用附加浮块，增大网箱浮力，以突显张力腿受力特点。
e.在张力腿悬重块再悬挂坐底重块，该重块与张力腿悬重块间长度，按平、低潮位两混凝土压载体间缆索是松弛的来确定，这样网箱就能随水位涨落升沉，而又有自系泊特性
f.采用4箱組合形式，结构整体性更好，系泊***及水域利用率更高，有利降低造价。
g.采用参考文献[2]“可随水位涨落升沉的张力腿式深水网箱”专利，用阻尼板减少网箱巅波，降低网箱破损风险。同时，养殖鱼的糞便及残饵落在阻尼板上，不会落入泥面积累成污染源，而是转化为其他鱼类及物种养份，使网箱成为生态环保型网箱。
h.采用参考文献[4]“气囊调节浮力可随水位涨落升沉的柔性结构张力腿式深水网箱”专利，提出了气囊充气排气使柱体注水或排水，气囊万一失效，仍可按常规通过该箱体装设的注/排水管阀及注/排气管阀来实现可变浮力功能，实际上是确保浮力安全的双保险措施，解决了浮沉式网箱注/排水一直以来的困惑。
i.采用参考文献[7]树状单点系泊***专利号：ZL201420521171.4，网箱系泊采用系泊大型海上生产贮油轮的浮筒式系泊***，使网箱处于弹性支承中，实现卸力减力。
张力腿式网箱TLC(Tension Leg Cages，简称为TLC型网箱)海南大学海洋学院张本2002年第6期<<渔业现代化>>撰文<介绍一种近海养鱼张力腿网箱>随后2003.2再次在《中国渔业经济》撰文<考察挪威近海张力腿网箱养鱼的启发>，指出作者通过对挪威海水网箱的考察，提出张力腿网箱养鱼很适宜在我国东南沿海地区推广，对于张力腿网箱的优点作者评价是：1.抗风浪能力较强。据介绍，TLC型网箱已经受过11.7m浪高风浪的考验，安然无恙。2结构较简单造价较低。张力腿网箱与柔性圆柱形和刚性双锥形(碟型如下图)网箱比较，结构更简单，从而降低了造价。
但国内至今未引入TLC网箱，原因是未能用经济办法，解决平衡张力的高抗拔力可靠錨固问题。本专利发明人基于海洋石油平台建设的知识及经验，提出了解决平衡张力的高抗拔力可靠錨固的难题，并研创出系列的经济适用、操作性强的张力腿式网箱，在本专利中将合理组合上述技术，寻求一种更安全、更可靠，抗台风，适用于海流较急及无遮档开阔海区的新型网箱，特别是不依赖于注水下沉这一技术措施，靠网箱***能力抗得住台风，是真正意义上的抗风浪深水网箱，同时在本专利中将首次在国际上，提出自系泊与外加系泊结合的创新方案，这对于性能优异的张力腿式网箱推广应用是意义重大的。
参考文献
[1]“我国深海抗风浪工程技术的研究与发展”中国水产科学研究院黄海水产研究所关长涛，林德芳，黄滨，黄文強
[2]“可随水位涨落升沉的张力腿式深水网箱”专利号201320095246.2发明人：古国维专利权人：古国维
[3]“带水面操作平台的张力腿式深水网箱”专利号：ZL201320111630.7发明人：古国维专利权人：古国维
[4]“气囊调节浮力可随水位涨落升沉的柔性结构张力腿式深水网箱”专利号ZL201320623481.2发明人：古国维专利权人：古国维
[5]“带防荡板的沉浮式张力腿结构HDPE网箱”专利号：ZL201420225823.X发明人：古国维专利权人：古国维
[6]“自由悬重防荡板沉浮式带张力腿结构准柔性环保型HDPE网箱”专利号：ZL 201420268075.3发明人：古国维专利权人：古国维
[7]“树状单点系泊***”专利号：ZL201420521171.4发明人：古国维专利权人：古国维
发明内容
为了突破HDPE网箱的局限，寻求一种安全、可靠、抗台风、适用于海流较急及无遮档开阔海区的新型网箱，特别是不依赖于注水下沉这一技术措施，靠网箱***能力，不下沉也能象石油平台一样抗得住台风，应采用前述的方法，从多方面对HDPE网箱加以改造。为此，本实用新型的技术方案是：
1.钢质管材制作的田字形框架，框架四角钢管端部装设吊耳，靠网池一侧焊有钢栏杆及钢扶手，周圈钢管及中央十字交叉二钢管中的一根，为填充塑料发泡体的永久浮力舱，中央十字交叉钢管二钢管中的另一根，为装设有二套进/排水管阀及进/排气管阀的可变浮力舱，一套进/排水管阀及进/排气管阀配合内置气囊，另一套进/排水管阀及进/排气管阀为备份，以实现可变浮力舱的可靠注水排水功能。
2为了加大结构的张力腿特性，每个交汇点底面悬重杆总成的转換柱上套装浮力块，四角的悬重杆总成悬挂重块，并系扎下主缆绳，下主缆绳下方系扎供张拉阻尼板的另一缆绳，在此时缆绳上张拉上阻尼板，阻尼板用复合材料蒙皮或幕布做成，阻尼板中间设开孔的塑料发泡体的浮力块，养殖用网衣上部纵，挂接在框架的扶手上，下部系扎在下主缆绳上。
3自系泊缆一端与转換柱底部悬挂的重块相连，另一端与置于泥面的重块相连，两重块间缆索长度以高潮位为张紧状态为准，即平、低潮位重块间缆索是松弛的，这样网箱就能随水位涨落升沉，而又有自系泊特性，即没有外系泊也能在大风浪中生存，为了在极端条件下生存，附加上外系泊，即另一系泊缆，一头系结在钢管端部吊耳上，另一头系结在浮筒式系泊***上，对应的辅助系泊缆，一头系结在悬重杆总成上，另一头系结在系泊缆上
4.田字形框架交汇点设调重块插杆，由调重块对网箱浮态进行微调。
5.衣上框绳系结在田字形框架交汇点调重块插杆上，实现对网衣的双重保护。
本专利应用海洋工程成熟，可靠，广泛成功应用的技术，为养殖户提供了一款结构合理，可操作性强，经济实用，更强更刚，经济性更好的生态环保型网箱，.自系泊的创新设计，使网箱没有外系泊也能在大风浪中生存，加上外系泊后，系泊安全性就更高，这些突出的优点，将使其成为进军深海，造福渔民，保护环境的可靠装备。
附图说明
图1是本实用新型结构竖向示意图；
图2是本实用新型结构舱室功能划分平面示意图；
图3是A放大轴测立体图，表示交汇点处焊接的管内塑料发泡体、封板、主吊耳、悬重杆总成、调重块插杆、栏杆及扶手以及各部件连接示意图，特别是套装有浮力块；
图4是重骨料混凝土压载体轴测立体图；
图5是2--2剖视图，表示中央可变浮力舱钢管内置气囊、进/排气管阀、注/排水管阀、和栏杆立柱布置示意图；
图6是阻尼板平面布置示意图；
图7是阻尼板连接轴测立体图，特别表述了阻尼板拉结缆与悬重杆总成连接方法；
图8是阻尼板中央浮块轴测立体图；
图9是调重块插杆及调重块安装示意图；
图10调重块轴测立体图；
图11是自系泊***布置立面图；
图12是外系泊布置立面图，所系泊的为浮筒式系泊***
图13是外系泊布置平面图，所系泊的为浮筒式系泊***。
其中：1.永久浮力舱钢管，101.塑料发泡体，102.封板，2.可变浮力舱钢管，201.与气囊联接的进/排气管阀，202.备用进/排气阀管阀进/排气管阀，203.进/排水管阀，204.气囊，3.调重块插杆总成，301.立管，302.立管加强板，303调重块，304调重块通孔，4.悬重杆总成，401.悬重杆体，402.挂环，403.浮力块，404.连接短缆绳，405.卸扣，406.连接缆绳，407.重块用重骨料混凝土制作，408.重块顶面吊钩，409.重块底面吊钩，410.自系泊缆，5.主吊耳总成，501.吊耳板，502.吊眼，503.加強环，6.栏杆立柱，601.栏杆立柱加强板，7.扶手管，8.下主缆绳，9.调重块插杆挂环，10.网衣，1001.网衣拉结绳，11.系泊缆，12.阻尼板拉结缆，13.阻尼板总成，1301.复合材料蒙皮或幕布做成的阻尼板，1302.阻尼板连接锁眼，1303.拉结绳，1304.开孔的阻尼板浮块，1305阻尼板拉结缆连接卸扣，14.浮筒式系泊***。
具体实施方式
由于本实用新型沿袭了传统钢质框架的基本构造，易于制作，加上图纸又作了清晰交代，只要认真按图施工即可，但应十分注意下列几点：
1.管段连接：管段长通常为6m，要通过接长来达到设计长度，要考虑接长的焊接方法，特别强调要适应现场焊接。
2.吊耳类的制作：吊耳总成5，这类构件受力大，损坏影响大，在海洋工程构件分类中属特类及一类，焊后要作超声波探伤检查，网箱制作受成本所限，不可能套用海洋工程要求，但下述要求是合理，可行的，制作中应严格遵守：
严格遵守建造程序，材料选择上应选择可焊性好的钢材，在焊接环节上应有完善的焊接程序，焊缝检测程序，焊接人员应持合格的焊工证书，严禁无证或等级不够人员施焊。
3.结构的防腐蚀有多种方案可供选择，可由使用年限及业主要求来确定。
在陆上完成各构件制作后，即可转入海上安装阶段，其程序是：
1.下水前在悬重杆体401上套装好浮力块403，浮力块403是市场商品化产品，市场购进即可。
2.在指定位置先安装好浮筒式系泊***14，系好系泊缆11，缆端系上标志浮球；
3.本实用新型充分考虑了海上安装的可操作性，网箱框架可如HDPE一样拖浮出海，重块407底部吊钩，再挂接一个或一组重块，到投放点后再挂在吊环402上，然后吊或推下水，在潜水员协助下系上各缆绳，系好网衣，至此完成海上安装工作，所要注意是重块407底部吊钩，再挂接一个或一组重块，缆长控制在除高潮位是张紧状态外，在平、低潮位两混凝土压载体间缆索是松弛的。
从上看出海上安装和HDPE网箱相似，但本实用新型可沉浮，随水位涨落升沉，自稳定，多重保护，更强更刚，系泊更可靠，生态环保，经济实用，是一款理想的深水网箱。
Claims (4)
1.自系泊附加浮块随水位涨落升沉的张力腿式抗风浪网箱，其特征是钢质管材制作的田字形框架，框架四角钢管端部装设吊耳，靠网池一侧焊有钢栏杆及钢扶手，周圈钢管及中央十字交叉二钢管中的一根，为填充塑料发泡体的永久浮力舱，中央十字交叉钢管二钢管中的另一根，为装设有二套进/排水管阀及进/排气管阀的可变浮力舱，毎个交汇点底面悬重杆总成的转換柱上套装浮力块，四角的悬重杆总成悬挂重块，并系扎下主缆绳，下主缆绳下方系扎供张拉阻尼板的另一缆绳，在此时缆绳上张拉上阻尼板，阻尼板用复合材料蒙皮或幕布做成，阻尼板中间设开孔的塑料发泡体的浮力块，养殖用网衣上部纵，挂接在框架的扶手上，下部系扎在下主缆绳上。
2.根据权利要求1所述的自系泊附加浮块随水位涨落升沉的张力腿式抗风浪网箱，其特征是自系泊缆一端与转換柱底部悬挂的重块相连，另一端与置于泥面的重块相连，两重块间缆索长度以高潮位为张紧状态为准，即平、低潮位重块间缆索是松弛的，附加的外系泊，系泊缆一头系结在钢管端部吊耳上，另一头系结在浮筒式系泊***上，对应的辅助系泊缆，一头系结在悬重杆总成上，另一头系结在系泊缆上。
3.根据权利要求1所述的自系泊附加浮块随水位涨落升沉的张力腿式抗风浪网箱，其特征是田字形框架交汇点设调重块插杆。
4.根据权利要求1所述的自系泊附加浮块随水位涨落升沉的张力腿式抗风浪网箱，其特征是网衣上框绳系结在田字形框架交汇点调重块插杆上。
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