一种导轨式防台深水养殖智能网箱的制作方法

本发明涉及一种深水养殖网箱，尤其涉及一种导轨式防台深水养殖智能网箱，适用于抵抗14级以上的风浪，属于海水养殖技术领域。

背景技术：

目前，世界各国近海和港湾养殖多采用网箱，由于近海特别是港湾内水体交换量小，鱼类疾病日益增加，且环境污染日益加重，养殖已不可持续发展，于是各国开始离岸向深海发展养殖。深海养殖网箱是指可以在相对较深海域(通常海区深度大于20m)使用的养殖网箱，是近十年来迅速发展的养殖设备。它运用计算机、新材料、气动、防腐蚀、防污损(附着物)、抗紫外线(防老化)等高新技术，即使在非常恶劣的海况条件下，也能保持网箱结构系统及其所养殖的鱼类安然无恙。如何使网箱抗风浪是深海养殖领域的关键技术之一，根据波高随水深的等差增加而呈等比衰减的波浪理论，将网箱沉降到水下一定深度水层，是深海养殖网箱抗风浪的重要技术措施。

但是，至今为止，尚无真正意义上能成功抵抗14级以上风浪的大型深水网箱的实例，主要原因有四点：①网箱的强度和刚度有限。目前的网箱在近岸和港湾中使用pvc等有机材料，使得网箱的框架结构无法承受14级以上的台风和波浪的冲击力；②网衣的强度不足。目前的网衣使用尼龙(pa)聚乙烯(pe)或聚丙烯(pp)材质，往往会在大风浪中撕破，造成鱼群的逃逸；③网中鱼群因风浪互相撞击大量死亡。台风季节深海浪大鱼在网箱中互相撞击，造成鱼群的死亡率极高。④锚泊系统无足够抗力。台风来时风浪对网箱本身，特别是挂了网衣的大型网箱的冲击力很大，能达到上百吨，因此采用锚泊固定网位防止走锚是十分重要的。只有解决了以上四个主要问题才能做出真正抗14级至17级台风袭击的智能网箱，促进国家深海海上牧场建设蓝色粮仓的战略目标加速实现。

众所周知，深海的浪高与风级、风时和水深正相关，波峰和波谷的垂直高度为波高，波谷以下水分子的扰动迅速衰减，再大的风浪也只有12m左右，即平均海平面-12m以下是没有浪涌的。风力达到12级时网箱需要降到10m以下，当风力超过15级时网箱需要降到15m以下，才能确保网中的鱼不受冲击，鱼就不会发生撞击和死亡，网箱框架和网衣也不会受到风浪的冲击力，自然也不会受损坏，待台风自然过后再将网箱升起，即可恢复正常。本申请将沿此思路展开真正抗14级至17级台风袭击智能网箱的研究。

技术实现要素：

针对上述现存的技术问题，本发明提供一种导轨式防台深水养殖智能网箱，通过“台风来时网箱能自动下降，台风自然过后再将网箱升起”，抵抗住14级至17级台风的袭击，利于深海养殖的发展。

为实现上述目的，本发明提供一种导轨式防台深水养殖智能网箱，主要由三个部分组成：网箱框架、能够带动网箱框架升降的自动升降控制系统，以及限定网箱框架升降轨迹的导柱式系泊装置。

一、网箱框架：包括网箱主体和网衣。该网箱主体为正多边形柱状，包括相互平行的上、下正多边形框，以及连接两者的立柱；该网衣包括分别挂在网箱主体顶、底、侧面的防跳网、底网和侧网。

进一步的，所述的网箱框架还包括两个辐条组件，分别布置在上、下正多边形框内，每个辐条组件包括与对应框同轴的固定环和千斤索，千斤索呈辐条状连接固定环和对应框的各个顶角。更进一步的，所述的辐条组件还包括串接在千斤索的紧绳器，使千斤索上的预紧力可控。

上述辐条组件的作用效果：一是加强网箱主体的稳定性。千斤索和自行车辐条的作用一致，自行车的钢圈是不足以承受人体的重力而不变形的，但在辐条的张力下钢圈能够保持圆形并承受人体的重力和行进中的冲击力，本辐条组件正是根据此原理，通过在上、下正多边形框各顶角加设千斤索，在辐条状千斤索的张力作用下，网箱主体的尺寸和应力大大降低、结构强度增大。二是便于在网箱主体上挂网。网衣包括分别挂在网箱主体顶、底、侧面的防跳网、底网和侧网，其中，防跳网位于上框千斤索的下方，底网位于下框千斤索的下方，由于各千斤索伸展到网箱主体中心，方便工作人员在依靠千斤索进行悬挂和维修更换网衣。三是便于日常作业。千斤索上可铺设走台和护栏，人员即可在上作业，观察鱼群的生长情况和投喂饲料。

进一步的，所述的网箱主体还包括与上、下正多边形框平行的的中间正多边形框，每个侧面内连接立柱的斜支撑柱。

进一步的，所述的网箱主体为正八角形柱状，且上、下框为正八边形。采用正八边形柱状，因正八变形柱状体在结构上是一种稳定体，容易保证网箱主体的刚度，且依材料力学和结构力学的原则进行质量分布，以正八边形围成近圆形的网箱时结构最好，可以以最少的材料围成最大的水体，方便制作最为方便，材料利用率较高。

进一步的，所述的网箱主体采用无缝钢管焊接后独立气密而成。所有的钢管因内部无空气交流而不能形成锈蚀，使得防腐工作大为简化，同时每节钢管均为独立小舱，从船舶原理来讲，这样大大提高了破舱不沉性。

二、自动升降控制系统：包括均布在下正多边形框上的调载浮箱，该调载浮箱底部开设有海水进、出孔，顶部安装有进、出气管；通过控制调载浮箱的进气排水、进水排气来实现网箱框架的升、降。

进一步的，所述的自动升降控制系统还包括空气压缩机，降压阀，单向进气阀，气动压力变送器和调压溢气阀；空气压缩机连接一输气软管，该输气软管经降压阀和单向进气阀连接进气管；出气管连接另一输气软管，该输气软管经气动压力变送器连接调压溢气阀；且气动压力变送器检测调载浮箱中水平面的压力，当该压力超过调压溢气阀的设定压力时，气动压力变送器控制调压溢气阀动作，从而控制网箱框架的升降高度。

上述调载浮箱内的气压即为平均海平面至调载浮箱水平面海水柱的重力差，控制该气压的变化即可控制调载浮箱水平面的高度，达到控制升降网箱框架的高度，实现网箱自动升降的目的。气动压力变送器测量的是平均海平面与浮箱水平面垂直水柱压力差减去浮箱水平面至气动压力变送器之间气柱压力差，因气柱质量很小可以忽略不计，故气动压力变送器测量的就是调载浮箱中水平面的压力。气动压力变送器输入的是调载浮箱内海水的压力，输出的是与压力呈正比的电流，电流的大小可控制调节溢流阀的动作。只要调压溢气阀设定一个压力，本系统就可形成一个闭路循环，即当调载浮箱内的海水压力超过设定压力时，调载浮箱内的气体即可从调压溢气阀排出，如此便能达到自动控制的效果，以控制网箱的升降高度，使网箱自动升降并稳定在指定的位置。

更进一步的，所述的空气压缩机、降压阀、单向进气阀、气动压力变送器和调压溢气阀均放置在海平面以上的控制室内。与调载浮箱相连的所有进排气阀都在控制室上，有无故障一目了然，修理十分方便，大大降低了维护成本。

三、导柱式系泊装置：包括固定在海床中的导柱，导套机构，一级可变加载机构和二级可变加载机构。

进一步的，所述的导柱主体为中空型，底端设有十字板型柱脚。中空部份可以加压载水，增加柱脚对海床的正压力，以提高导柱的水平摩擦力，柱脚可以插入沙泥中，提高了站桩的稳定性，增加了水平漂移的摩擦力。

上述导套机构与立柱连接，并套装在导柱上，可带动网箱框架沿导柱轴向升降；进一步的，所述的导套机构还包括导套，安装在导套上的碟形弹簧组，以及每个碟形弹簧组上安装的导轮，导轮与导柱外侧面上的轴向导轨面接触，并能沿导轨升降运动，使导柱和导套之间无自由间隙，以保持网箱框架无自由振动。导套是一个受力构件，每个导套可以承受任意方向50t弹性力，全网箱可以承受400t任意方向的水平推力。

导柱和导套如无间隙则不可能实现网箱框架的升降，但间隙过大则导套来回晃动无法定位。本导柱和导套间是通过一个带碟形弹簧组的导轮来固定，碟形弹簧组可以提供数十吨的弹力，使导轮紧贴在导柱上，保证导柱和导套之间不会晃动，导轮和导柱间为滚动摩擦，即使在最大压力时也只有数百公斤力的摩擦力，而网箱框架在升降时的重力和浮力都是以百吨计，数百公斤的摩擦力是不足以阻碍网箱升降运动的。

一级可变加载机构包括安装在导柱顶面上的定滑轮组，安装在导柱侧面的定滑轮三，位于定滑轮三下方的动滑轮，连接动滑轮的挂钩，及安装在导柱侧面的突柱；绕线自动滑轮始，依次经定滑轮三、动滑轮、定滑轮组连接悬重；当网箱框架下降至海平面10米以下时，突柱勾住挂钩后带动动滑轮下降，加大导柱对海床的正压力。此机构虽对导柱的加载正压力有限，但可加载较长的距离。

二级可变加载机构包括安装在导柱上的承力台，及安装在立柱上的强力弹簧组；当网箱框架下降至海平面15米以下时，强力弹簧组压在承力台上，把整个网箱框架的部分重力转移到导柱上，加大了导柱对海床的正压力，也就提高了其水平摩擦力，避免了风浪冲击下的水平漂移。

相比于现有技术，本发明能够真正意义上抵抗住14级至17级台风的袭击，利于深海养殖的发展。具有如下优点：

1、网箱主体采用正多边形柱状设计，使得网箱主体的刚度得到加强，并能够以最少的材料围成最大的水体，提高了深海网箱的容积；在网箱主体内增加辐条状千斤索，使得网箱主体的结构更加稳固，大大降低了网箱主体的尺寸和应力，并提高了网箱在波浪中的稳定性。

2、自动升降控制功能采用平均海平面与调载浮箱水平面之垂直海水柱的压力差来控制，用气动压力变送器可以控制网箱的升降高度，做到自动升降并稳定在指定的位置，结构简单，操作安全可靠。且系统除了调载浮箱，无任何水下电气元件和机械零件，使得系统元器件的防水、防污问题大大简化，修理十分方便，成本也大大降低。

3、导柱式系泊装置的导柱设计提高了站桩的稳定性，增加了水平漂移的摩擦力。导套机构的碟形弹簧组上的导轮始终与导柱无间隙接触，保证了导套的稳定性；且碟形弹簧组有抗冲击的缓冲作用，即避免了导柱和导套间刚性冲击，大大缓解了冲击力。一、二级可变加载机构，巧妙地将网箱框架的重力部份转移到导柱上，增加了导柱对海床的正压力，提高了整个深海智能网箱的稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构主视图；

图2为本发明的结构俯视图；

图3为本发明中辐条组件的结构示意图；

图4为本发明中自动升降控制系统的结构示意图；

图5为本发明中导柱主体的结构示意图；

图6为本发明中一级可变加载机构的结构示意图；

图7为本发明中二级可变加载机构的结构示意图；

图8为本发明中导套机构的结构剖视图；

图中：1-1、上正多边形框，1-2、下正多边形框，1-3、立柱，1-4、斜支撑柱，1-5、固定环，1-6、千斤索，1-7、紧绳器，1-8、中间正多边形框，2-1、调载浮箱，3-1、导柱，3-11、柱脚，3-2、导套，3-21、导轮，3-22、蝶形弹簧组，3-31、定滑轮一，3-32、定滑轮二，3-33、定滑轮三，3-34、动滑轮，3-25、挂钩，3-36、悬重，3-37、突柱，3-41、强力弹簧组，3-42、承力台，4、走台和护栏，5、水密小房，6、靠船平台。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的具体实施方式如下，如图1和图2所示，本发明主要由网箱框架、能够带动网箱框架升降的自动升降控制系统，以及限定网箱框架升降轨迹的导柱式系泊装置三大部分组成。

如图1和图2所示，网箱框架包括网箱主体和网衣；该网箱主体为正多边形柱状，包括相互平行的上、下正多边形框1-1、1-2，以及连接两者的立柱1-3；还包括上、下正多边形框1-1、1-2平行的的中间正多边形框1-8，每个侧面内连接立柱1-3的斜支撑柱1-4。网衣包括分别挂在网箱主体顶、底、侧面的防跳网、底网和侧网。

如图3所示，网箱框架还包括两个辐条组件，分别布置在上、下正多边形框1-1、1-2内，包括与对应框同轴的固定环1-5，千斤索1-6，及串接在千斤索1-6的紧绳器1-7，千斤索1-6呈辐条状连接固定环1-5和对应框的各个顶角，并通过一组倒正螺旋的花篮螺栓使千斤索1-6上的预紧力可控。此外，千斤索1-6采用柔性的超高分子量聚乙烯绳制得，其绳牵的比张力大于钢索，保证了网箱结构的强度。

为加强网箱的刚度，网箱框架全部采用无缝钢管焊接而成，上、下正多边形框1-1、1-2采用管壁较厚的钢管，中间正多边形框1-8采用管壁较薄的钢管。所有的钢管焊接后独立气密，因内部无空气交流而不能形成锈蚀，使得防腐工作大为简化，同时每节钢管均为独立小舱，从船舶原理来讲，这样大大提高了破舱不沉性。

如图2所示，为保证网箱结构的刚度，依材料力学和结构力学的原则进行质量分布，即以最少的材料围成最大的水体。网箱框架优选采用正八角柱状体，则主要由两道相互平行的上、下正八边形框，设在上、下正八边形框之间并与之平行的两道中间正八边形框，以及设在每个柱面内的连接两上、下正八边形框的立柱和连接立柱的斜支撑柱组成。上、下正八边形框内各设有一个辐条组件，如图3所示，每个辐条组件包括与对应正八边形框同心的固定环1-5和八条张力千斤索1-6，八条张力千斤索1-6呈辐条状连接固定环1-5和对应的正八边形框顶点。

具体实施时，正八边形框对边钢管的中心线距为82m，上、下正八边形框的中心距为18.6m，这样就围成一个容积超过100000m³的水体，形成一个超大型网箱。并且，由于上、下正八边形框的管壁较厚，中心距又大，可以形成较大的惯性矩，用来抵抗大风浪中形成的巨大弯矩，这也符合材料力学和结构力学，以较少的材料形成最大惯性矩的抗弯矩原则。

如图1和图4所示，自动升降控制系统中的调载浮箱2-1均布在下正多边形框上，网箱框架采用正八角柱状体时，下正八边形框每条边的外侧均匀安装两个调载浮箱2-1，共计16个，采用多个调载浮箱2-1的好处，即使有2～3个损坏并不影响功能。调载浮箱2-1底部开设有海水进、出孔，孔外罩两层防污网，防止海生物进入浮箱内部，顶部焊接有不锈钢的进、出气管，通过控制调载浮箱2-1的进气排水、进水排气能够实现网箱框架的升、降。

如图4所示，自动升降控制系统还包括空气压缩机，降压阀，单向进气阀，气动压力变送器和调压溢气阀。高压空气瓶中的压缩空气能够沿着输气软管，经降压阀和单向进气阀后进入调载浮箱2-1，调载浮箱2-1内的气体能够沿着输气软管，经气动压力变送器和调压溢气阀排出。且气动压力变送器检测调载浮箱中水平面的压力，当该压力超过调压溢气阀的设定压力时，气动压力变送器控制调压溢气阀动作，从而控制网箱框架的升降高度，使网箱自动升降并稳定在指定的位置，既可以做成遥控，也可做成有线控制。

如图5-图8所示，导柱式系泊装置均布在网箱结构外周，包括导柱3-1，导套机构，一级可变加载机构，二级可变加载机构。如图5所示，导柱3-1的主体为中空型钢筒，可以注水压载，增加对海床的正压力，导柱3-1下端设有十字板型柱脚3-11，柱脚3-11嵌入沙泥中，能够增加水平漂移的摩擦力。导柱主体结构类似于自升式平台的桩腿，但作用与桩腿不同：平台的桩腿桩靴需承受平台数千吨乃至数万吨的重力，而本导柱3-1主体不承受网箱框架的重量，网箱结构在常态下漂浮于海面，随潮水涨落。导柱3-1主体靠自身重量和压力立于海床，对网箱结构的升降起导轨作用，设计上要求其无压载应浮起，有压载可下降。

如图8所示，导套3-2分为与上正多边形框1-1和对应立柱1-3连接的上导套3-2，及与下正多边形框1-2和对应立柱1-3连接的下导套3-2，导套3-2作为受力件可以承受任意方向50t弹性力，全网箱可以承受400t任意方向的水平推力。导套3-2上均匀安装四个共面的碟形弹簧组3-22，碟形弹簧组3-22上各安装一导轮3-21，导轮3-21抵住导柱3-1上的轴向轨道，使导柱和导套之间无自由间隙，保持了网箱框架无自由振动，避免了导柱3-1和导套3-2间的刚性冲击。

如图6所示，一级可变加载机构包括安装在导柱3-1上的滑轮组和安装在与之对应的立柱1-3上的突柱3-37。滑轮组包括安装在导柱3-1顶部的定滑轮一3-31和定滑轮二3-32、安装在导柱侧面的定滑轮三3-33和动滑轮3-34，且动滑轮3-34下方吊装一挂钩3-35，绕线自动滑轮3-34始，依次经定滑轮三3-33、动滑轮3-34、定滑轮二3-32、定滑轮一3-31连接悬重3-36。压缩空气进入调载浮箱2-1使之排水后，网箱框架整体平稳下降，一般降至海平面10米以下，突柱3-37勾住挂钩3-35后带动动滑轮3-34下降，由于定滑轮都是固定在导柱3-1上的，继而加大了导柱3-1对海床的正压力。

如图7所示，二级可变加载机构包括安装在导柱3-1上的承力台3-42和安装在立柱1-3上强力弹簧组3-41。当网箱框架继续下降，强力弹簧组3-41就压在承力台3-42上，把整个网箱框架的部分重力转移到导柱上，加大了导柱对海床的正压力，也就提高了其水平摩擦力，避免了风浪冲击下的水平漂移。

此外，为满足作业需求，在四个导柱3-1顶部各设计一个平台，每个平台各布置一个水密小房5作控制室和饲料库。由于平台高于海平面上16m，波浪达不到平台，其中两个小房为控制室兼机房，其内各有2台空压机、柴油发电机、备用蓄电池组、操纵台及桌椅等，另两个小房为饲料及备品库。并且，沿着网箱结构的上正多边形框1-1上，及其框内的千斤索1-6上和相邻千斤索1-6之间上布置有走台和护栏4，走台的宽度为1500mm，栏杆高度1400mm，踏面高度离海平面3m，并在走台上各布置系缆柱四个，间距15m。网箱框架外周对称布置两个靠船平台6，平台高离海平面2m。

本发明投入使用时，当海面风力在6级以下，波高h(波谷与波峰之间的垂直距离)在2米以下，波幅a(波高的一半，a＝h/2)即平均海平面以下1米是没有波浪的，网箱不用下降，维持在正常状态。当海面风时较长，如7级风长时间作用于海面时，引起波高3m以上的大浪时，首先打开调压溢气阀放气，使调载浮箱2-1内的气压下降，海水注入调载浮箱2-1，减少网箱框架的浮力，当网箱框架的浮力小于重力时，网箱框架下降。且气动压力变送器检测调载浮箱中水平面的压力，当该压力超过调压溢气阀的设定压力时，气动压力变送器控制调压溢气阀动作，因调压溢气阀的设定压力可变，通过设置不同的压力值，即可控制网箱的下降高度。

接着，网箱框架下降至海平面下后不受风浪力，但导柱3-1上部仍露出水面，为保持导柱3-1不受大风浪力的作用，须加大导柱3-1对海床的正压力而不致漂移，这时通过一、二级可变加载机构来提高整个深海智能网箱的稳定性。即网箱框架下降到海平面10米以下时，突柱3-37带动挂钩3-25和动滑轮3-34下降，增加了导柱3-1对海床的正压力，网箱框架下降到海平面15米以下时，强力弹簧组3-41压住承力台3-42，巧妙地将网箱框架的重力部份转移到导柱3-1上。

再者，待风浪平静后，调载浮箱2-1通过注入压缩空气排水，自空气压缩机出来的压缩空气沿着输气软管，依次经降压阀、单向进气阀、进气管进入调载浮箱2-1，使得网箱整体重量减少，浮力增加，当网箱总浮力大于总重量时，网箱结构上升。

采用上述技术方案，网箱在台风来时下潜到一定深度，这样网箱框架和网衣就不会受到风浪的冲击力，鱼群也不会互相碰撞而受伤，网箱和鱼便能躲过大风浪。当网箱需要迁徒时，只要把导柱3-1内的压载水抽掉，导柱3-1即可自动升起，整体网箱随即漂浮起来，即可拖走至别处站桩。

当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。