自系泊附加浮块随水位涨落升沉的张力腿式抗风浪网箱的制作方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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:
[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lm/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。
[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。
[0005]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粵西的台风“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。
[0006]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，中国水产科学研宄院黄海水产研宄所关长涛，林德芳，黄滨，黄文強在国家”863”计划项目研宄中撰写的我国“深海抗风浪工程技术的研宄与发展”一文中(见参考文献I)，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:
[0007]a.由聚乙烯管材(简称HDPE)制作改用强度高得多的钢管材，HDPE—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 !
[0008]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。
[0009]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:
[0010]?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。
[0011]籲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。
[0012]籲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。
[0013]?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。
[0014]d.采用附加浮块，增大网箱浮力，以突显张力腿受力特点。
[0015]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
[0016]f.采用4箱組合形式，结构整体性更好，系泊系统及水域利用率更高，有利降低造价。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]1.采用参考文献[7]树状单点系泊系统专利号: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系统，使网箱处于弹性支承中，实现卸力减力。
[0020]张力腿式网箱TLC (Tens1n 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。
[0021]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，靠网箱系统能力抗得住台风，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。
[0022]参考文献
[0023][I] “我国深海抗风浪工程技术的研宄与发展”中国水产科学研宄院黄海水产研宄所关长涛，林德芳，黄滨，黄文強
[0024][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
[0025][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
[0026][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
[0027][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
[0028][6] “自由悬重防荡板沉浮式