气囊调节浮力可隨水位涨落升沉的柔性结构张力腿式深水网箱的制作方法
【专利摘要】张力腿式网箱是一种安全，可靠，抗台风，适用于开阔海区的新型网箱，国外张力腿式深水网箱采用刚性骨架的方案，这不利于构造大型网箱，也这不利于防止结构的曲瘪即失稳，本实用新型提出了一种柔性结构方案，办法是气囊调节浮力的柱体，用缆索串连起来的聚氯乙烯或聚氨酯发泡体构成的板式浮力件连接起来，柱体底吊耳下悬挂一组混凝土压载块，构造成压载平衡舱，同时柱体柱身用缆绳约束，缆绳一端固定在基础上，另一端固定在柱体吊耳上，在台风来袭前通过柱体注水让其下沉(气囊放气)，而定深浮子让其下潜到设计深度来规避台风，台风过后往柱体注气排水让其上浮复原，本方案解决了当前深水网箱最急迫要解决的抗风浪问题，有巨大的推广价值。
【专利说明】气囊调节浮力可隨水位涨落升沉的柔性结构张力腿式深水网箱
【技术领域】
[0001]气囊调节浮力可隨水位涨落升沉的柔性结构张力腿式深水网箱，是一种适用于海流较急及无遮档的开阔海区的新型网箱，属海洋工程领域。
【背景技术】
[0002]网箱养殖是海洋经济的重要部分，目前由挪威引进的重力式HDPE网箱迅速发展，在黄渤海，东海，南海，都有大量养殖户使用，这种以HDPE材料制作的重力式网箱，虽然通过HDPE制作的管式框架，通过设置注/排水管，在台风袭击前可沉于一定深度，规避水线的波浪冲击，但从实践来看这种网箱仍有下列致命的缺陷:
[0003]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Im / s时将损失80%网箱养殖容体，这样就丧失了大量养殖资源。
[0004]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网箱养殖户，但因没有开阔水域使用的技术支持，这就使养殖户处于十分困难的境地。
[0005]3.HDPE网箱没有相应的可靠锚固系泊系统配套，这和张力式网箱以可靠锚固系泊为前提不同，锚固及系泊问题一直没解决，以至台风袭击下通过下沉，根本不可能抗风，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。
[0006]4.HDPE网箱由HDPE材料，即高密度聚乙烯制作的大口径管加工成圆环作网箱的浮力及支承构件，其受力特点仍类似于一条管线，曲瘪即失稳仍然是它破坏的主要形式之一，2013年8月台风”尤特”吹袭广东阳江，造成当地网箱全军覆没，和2011年9月底海南临高在开阔水域的养殖网箱，在台风”尼格”袭击下全军覆没不同是，在网箱锚固系泊较好情况下，HDPE网箱骨架在台风造成的旋转海流作用下呈现HDPE管构件曲瘪即失稳破坏。
[0007]从上分析发展开阔水域网箱养殖，需要突破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的开阔海区的新型网箱，把广大海域的资源利用起来。根据国内外现有经验及理论分析，改进途径有:
[0008]1.固定式系泊柱系统，将网箱系泊并張紧在系泊柱上，无疑海流不会造成网箱的漂移，造成网箱养殖容体损失，但固定式系泊柱必需有可靠的锚固，及实现这种锚固的结构形式及施工方法，但这是个困难问题，因为用常规的桩基，因引入海上打桩，昂贵的海上作业费，就使这个方案毫无意义了。
[0009]2.张力腿式网箱，通过张力把网箱绷紧，同样可使海流不会造成网箱的漂移，造成网箱养殖容体损失，但带来二个问题:
[0010]A.要有平衡张力的高抗拔力可靠锚固的基础，如前述这是个困难问题；[0011]B.要有产生足够大浮力的结构，海洋工程专业上称为”浮力舱”，根据阿基米德古老定律，浮力就是浮体排除水体的重量，若涨潮，落潮都保证其张力，只有一个办法，让网箱置于低潮位时的水下，这就带来操作理的不便，如投食，捕捞，剔除死魚等作业的不便。
[0012]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的开阔海区的新型网箱，就必须以张力腿式网箱为基础，取其张力的核心，改其操作面的不便的缺点，同时保留重力式HDPE网箱，通过设置注/排水管，在台风袭击前可沉于一定深度，规避水线的波浪冲击有效抗台风做法。由本专利发明人研发，已获受权的专利”可隨水位涨落升沉的张力腿式深水网箱”(专利号201320095246.2)全面阐明了张力腿式深水网箱的原理及特点，提出了一款优于国外张力腿式深水网箱的新结构，但和国外张力腿式深水网箱一样仍采用刚性骨架的方案，这不利于构造大型或超大型张力腿式深水网箱，也这不利于防止结构的曲瘪即失稳，本实用新型提出了以浮绳代替刚性连接件的柔性结构方案，不但彻底解决了结构曲瘪即失稳问题，也很方便地构造大型或超大型张力腿式深水网箱，因此，本专利是对”可隨水位涨落升沉的张力腿式深水网箱”(专利号201320095246.2)有益的补充，使张力腿式深水网箱有更广泛应用的价值。
[0013]参考专利文献
[0014][I] ”可隨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
【发明内容】
[0015]为了寻求一种安全，可靠，抗台风，适用于海流较急及无遮档的开阔海区的新型网箱，以张力腿式网箱为基础，取其张力的核心，改其操作面的不便的缺点，实现HDPE网箱局限性的突破，本实用新型的技术方案是:
[0016]1，采用气囊调节浮力的柱体作为可变浮舱，它由气囊充气排气使柱体充水或排水，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。由缆索串连起来的聚氯乙烯或聚氨酯发泡体构成的板式浮力件作永久浮力舱，这种连接方式，构成了有别于刚性构件连接的柔性结构；
[0017]2.气囊调节浮力的柱底吊耳下悬挂一组混凝土压载块，构造成压载平衡舱；
[0018]3.为了使气囊调节浮力的柱体在大风浪中不会有大的偏离，柱身用缆绳约束，缆绳一端固定在基础上，基础可以是桩或锚，缆绳另一端固定在柱体吊耳上，其中一组通过可调阻尼器固定在柱体吊耳上；
[0019]特别要指出:当水深与波长之比d / λ >0.5时为深水波，水体质点是循圆形轨迹运动，圆半径按指数规律从水面向下衰减，水质点的水平速度分量在水表面最大，随着水深而急剧减少，网箱的充水下潜效果明显，但当d / λ ^ 0.05时为极浅水波，水质点几乎呈水平轨迹往复运动，其速度水平分量从水面到水底几乎不变，当0.05〈d / λ <0.5时为浅水波，水质点轨迹为一椭圆，水平速度沿水深的衰减率介于深水波和极浅水波两者之间，因此在浅水波区(水深<20m)，网箱的充水下潜效果并不特别大，此时，用缆绳对网箱约束就特别有意义了；
[0020]4.气囊调节浮力的柱体可依用途设置一些吊挂构件如吊耳，吊环供系缆及系网箱等用;
[0021]5.相鄰两气囊调节浮力的柱体中央设置多功能转换块箱体，它既方便缆索串连板式浮力件，又可作为一个系泊点，同时又可为管理者提供一个小的操作平台。
[0022]该技术方案原理是，足够大浮力的浮力舱与足够大压重的压载舱连接起来，二者处于平衡状态后，浮力舱与压载舱之间就产生了张力，如图1所示，H为风，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H产生的倾复力矩1，浮力F产生恢复力矩为M+，二者正好反向，即张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。当水位有变化时，浮力产生变化，浮力舱连同压载舱上下升沉。如图2所示，在台风来袭前通过可变浮力舱注水让其下沉(气囊放气)，而定深浮子让其下潜到设计深度来规避台风，台风过后往可变浮力舱注气排水让其上浮复原。
[0023]本实用新型的优点是结构合理，安全性好，无结构曲瘪即失稳问题，可操作性强，完全克服了国外同类型全淹没张力腿式网箱操作面的不便的缺点，又有规避台风的可靠机制，同时该网箱可适应水域范围大，利于构造大型或超大型张力腿式深水网箱，这就为开发海流较急及无遮档的开阔海区的养殖资源创造了条件。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是顺应式平衡原理图；
[0025]图2是本实用新型规避台风控制下潜深度原理示意图；
[0026]图3是本实用新型构造竖向示意图；
[0027]图4是本实用新型构造平面示意图；
[0028]图5是柱体顶部结构布置A放大示意图，清楚表述了柱体与网箱缆索，柱体与栏杆结构及注/排水管阀，注/排气管阀构造关系；
[0029]图6是网箱转换块箱体构造B放大示意图，清楚表述了转换块箱体与网箱缆索及栏杆结构关系，转换块箱体作为网箱系泊点的构造示意，同时也表述了板式浮力件的连接构造不意图；
[0030]图7是板式浮力件构造示意图；
[0031]图8是柱体吊耳构造C放大示意图，清楚表述了作为重要构件的吊耳抗剪切，防撕裂的加强措施；
[0032]图9是柱体吊耳与系泊缆I连接构造D放大示意图；
[0033]图10是柱体挂环连接构造E放大示意图；
[0034]图11是悬掛式压载平衡舱结构F放大示意图，它由压载体托架支承一块块混凝土预制压重块构成；
[0035]图12是混凝土预制压重块结构示意图。
[0036]其中:其中:I柱体，2气囊，3顶面封闭板，4底面封闭板，5柱身吊耳，6柱身吊耳加強板，7柱身吊耳底座，8可调式阻尼器，9系泊缆1，10系泊缆2，11系泊缆3，12网箱缆索，13板式浮力件，1301硬质聚氯乙烯或聚氨酯发泡体，1302环氧树酯胶泥，1303钢丝网1304玻璃纤维布，1305芳纶布带，1306不锈钢锁扣环，14板式浮力件的连接绳，15栏杆柱，1501栏杆柱挂索环，1502栏杆柱底盘，16栏杆绳，17转换块箱体，1701聚氯乙烯或聚氨酯发泡体，18注/排气管阀，19注/排水管阀，20柱体底面吊耳，21柱体底面吊耳加强板，22柱体挂索环23网箱连接绳，24压载体托架，25压载体托架连桿，26压载体托架连桿上端卸扣，27混凝土预制压重块，28网衣，29网箱底支承框架，30基础吊耳，31基础，32定深浮子。
【具体实施方式】
[0037]在陆上完成气囊调节浮力可隨水位涨落升沉的柔性结构张力腿式深水网箱二大部件建造，即网箱柱体I及附件，基础不限定形式，网衣28，气囊2，可调式阻尼器8，亦有商品化产品，所以基础，气囊2，可调式阻尼器8及网衣28制作这里不必阐述。
[0038]网箱柱体I制作是常规的钢结构作业，所不同的是与陆上房屋钢结构作业相比要求要高一些，柱体I及柱体I上焊接件，如顶面封闭板3，底面封闭板4，柱身吊耳5，柱体底面吊耳20，柱体挂索环22，注/排气管阀18，注/排水管阀19等制作应严格遵守建造程序，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。
[0039]柱体I直径大，市场没有成品管时，要自行加工或委托加工，由钢板卷成管状再焊纵缝，此时应按下程序进行:
[0040]a.放样切割；
[0041]b.卷板机卷板成型；
[0042]c.打磨剖口 ；
[0043]d.纵缝自动焊或手工焊制成焊接管；
[0044]e.组对焊接柱体其它附件；
[0045]f.焊缝检验，可用磁粉探伤抽检，如有条件可作超声波探伤抽检。
[0046]特别要指出柱身吊耳5焊接的重要性，在图8，图9的C及D放大示意图中，清楚表述了作为重要构件的吊耳抗剪切，防撕裂的加强措施，制作中一点都不能大意，如普遍所犯的吊耳5不通过吊耳底座7直接与柱体焊接的錯误，其恶果是在巨大拉力作用下，由于柱体壁厚较薄或钢材抗层状撕裂性能不良而产生撕脱。
[0047]陆上另一个准备工作是按图11制作压载体托架24，压载体托架再焊上压载体托架连桿25，上端口焊上卸扣26，另一项是按图12浇筑中间开孔的钢筋混凝土块体，方形或园形或多边形均可，为增加重量减小体积，应优先选用重质骨料，如铁矿石，废铁块等，也可用钢做的箱体内填充石子或铁矿沙。
[0048]板式浮力件制作按图7，它以硬质聚氯乙烯或聚氨酯发泡体1301为芯体，上铺一层环氧树酯胶泥1302，然后压入钢丝网1303，再上包裹玻璃纤维布1304，最后用浸润已调配好固化剂的环氧树酯的芳纶布带1305加固，固化后芳纶布带1305 二端打上不锈钢锁扣环1306，用板式浮力件的连接绳14与网箱缆索连接，板式浮力件间用连接绳14平行及交叉连接，详见图6。板式浮力件优点是可作为网箱管理人员走道使用，若用商品浮力件代替也是可以的。
[0049]转换块箱体17是填充聚氯乙烯或聚氨酯发泡体1701的封闭钢箱，其上的吊耳5焊接与柱身吊耳5做法类似，只是不必加吊耳底座，这是其受力强度较低缘故。
[0050]进入海上安装【具体实施方式】是:
[0051]首先在预定海区先完成基础安装，基础顶吊耳30上系结标志红色浮球至水面。由于是柔性结构，可以整体捆梆起来浮运到现场，到现场后将压载体托架连桿上端卸扣26与柱体底面吊耳20连接，计算好重量的压载体下水后使网箱柱体I直立，将四柱移动到设定点，由潜水员系上系泊缆9，10，11即可。在海洋石油开发中与此类似的单锚腿式平台(SLAM)结构，有报道称浮运至现场后48小时完成安装并投产，可见此型式结构海上安装的优势。
【权利要求】
1.气囊调节浮力可隨水位涨落升沉的柔性结构张力腿式深水网箱，其特征是采用气囊调节浮力的柱体作为可变浮力舱，由缆索串连起来的聚氯乙烯或聚氨酯发泡体构成的板式浮力件作永久浮力舱，.气囊调节浮力的柱底吊耳下悬挂一组混凝土压载块，构造成压载平衡舱；同时气囊调节浮力的柱体柱身用缆绳约束，缆绳一端固定在基础上，另一端固定在柱体吊耳上。
2.根据权利要求1所述的气囊调节浮力可隨水位涨落升沉的柔性结构张力腿式深水网箱，柱体顶面装设注/排水管阀及注/排气管阀。
3.根据权利要求1所述的气囊调节浮力可隨水位涨落升沉的柔性结构张力腿式深水网箱，其特征是二相鄰柱体中央设置有多功能转换块箱体。
【文档编号】A01K61/00GK203505317SQ201320623481
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月9日 优先权日:2013年10月9日
【发明者】古国维 申请人:古国维