氣囊調(diào)節(jié)浮力可隨水位漲落升沉的柔性結(jié)構(gòu)張力腿式深水網(wǎng)箱的制作方法
【專利摘要】張力腿式網(wǎng)箱是一種安全，可靠，抗臺風(fēng)，適用于開闊海區(qū)的新型網(wǎng)箱，國外張力腿式深水網(wǎng)箱采用剛性骨架的方案，這不利于構(gòu)造大型網(wǎng)箱，也這不利于防止結(jié)構(gòu)的曲癟即失穩(wěn)，本實用新型提出了一種柔性結(jié)構(gòu)方案，辦法是氣囊調(diào)節(jié)浮力的柱體，用纜索串連起來的聚氯乙烯或聚氨酯發(fā)泡體構(gòu)成的板式浮力件連接起來，柱體底吊耳下懸掛一組混凝土壓載塊，構(gòu)造成壓載平衡艙，同時柱體柱身用纜繩約束，纜繩一端固定在基礎(chǔ)上，另一端固定在柱體吊耳上，在臺風(fēng)來襲前通過柱體注水讓其下沉(氣囊放氣)，而定深浮子讓其下潛到設(shè)計深度來規(guī)避臺風(fēng)，臺風(fēng)過后往柱體注氣排水讓其上浮復(fù)原，本方案解決了當(dāng)前深水網(wǎng)箱最急迫要解決的抗風(fēng)浪問題，有巨大的推廣價值。
【專利說明】氣囊調(diào)節(jié)浮力可隨水位漲落升沉的柔性結(jié)構(gòu)張力腿式深水網(wǎng)箱
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]氣囊調(diào)節(jié)浮力可隨水位漲落升沉的柔性結(jié)構(gòu)張力腿式深水網(wǎng)箱，是一種適用于海流較急及無遮檔的開闊海區(qū)的新型網(wǎng)箱，屬海洋工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]網(wǎng)箱養(yǎng)殖是海洋經(jīng)濟的重要部分，目前由挪威引進的重力式HDPE網(wǎng)箱迅速發(fā)展，在黃渤海，東海，南海，都有大量養(yǎng)殖戶使用，這種以HDPE材料制作的重力式網(wǎng)箱，雖然通過HDPE制作的管式框架，通過設(shè)置注/排水管，在臺風(fēng)襲擊前可沉于一定深度，規(guī)避水線的波浪沖擊，但從實踐來看這種網(wǎng)箱仍有下列致命的缺陷:
[0003]1.不適應(yīng)海流的沖擊，據(jù)觀察海流速度僅達0.257m / s時就可能發(fā)生變形，在流速達Im / s時將損失80%網(wǎng)箱養(yǎng)殖容體，這樣就喪失了大量養(yǎng)殖資源。
[0004]2.由于上述的原因這類網(wǎng)箱只能在風(fēng)平浪靜的內(nèi)灣使用，由于養(yǎng)殖戶蜂擁在這個狹小的內(nèi)灣內(nèi)，造成灣內(nèi)水質(zhì)十分惡劣，甚至臭氣沖天，魚品質(zhì)差，魚病多，海濱城市喪失最可貴的一線海景。這就逼使地方政府為了城市開發(fā)，不得不強行去驅(qū)趕內(nèi)灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖戶，但因沒有開闊水域使用的技術(shù)支持，這就使養(yǎng)殖戶處于十分困難的境地。
[0005]3.HDPE網(wǎng)箱沒有相應(yīng)的可靠錨固系泊系統(tǒng)配套，這和張力式網(wǎng)箱以可靠錨固系泊為前提不同，錨固及系泊問題一直沒解決，以至臺風(fēng)襲擊下通過下沉，根本不可能抗風(fēng)，2011年9月底海南臨高在開闊水域的養(yǎng)殖網(wǎng)箱，在臺風(fēng)”尼格”襲擊下全軍覆沒，一半被吹至外海丟失，一半吹到岸邊打爛，快收獲的魚一條都沒收回來，僅三家公司的經(jīng)濟損失就近8億。
[0006]4.HDPE網(wǎng)箱由HDPE材料，即高密度聚乙烯制作的大口徑管加工成圓環(huán)作網(wǎng)箱的浮力及支承構(gòu)件，其受力特點仍類似于一條管線，曲癟即失穩(wěn)仍然是它破壞的主要形式之一，2013年8月臺風(fēng)”尤特”吹襲廣東陽江，造成當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)箱全軍覆沒，和2011年9月底海南臨高在開闊水域的養(yǎng)殖網(wǎng)箱，在臺風(fēng)”尼格”襲擊下全軍覆沒不同是，在網(wǎng)箱錨固系泊較好情況下，HDPE網(wǎng)箱骨架在臺風(fēng)造成的旋轉(zhuǎn)海流作用下呈現(xiàn)HDPE管構(gòu)件曲癟即失穩(wěn)破壞。
[0007]從上分析發(fā)展開闊水域網(wǎng)箱養(yǎng)殖，需要突破HDPE網(wǎng)箱的局限，尋求一種安全，可靠，抗臺風(fēng)，適用于海流較急及無遮檔的開闊海區(qū)的新型網(wǎng)箱，把廣大海域的資源利用起來。根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有經(jīng)驗及理論分析，改進途徑有:
[0008]1.固定式系泊柱系統(tǒng)，將網(wǎng)箱系泊并張緊在系泊柱上，無疑海流不會造成網(wǎng)箱的漂移，造成網(wǎng)箱養(yǎng)殖容體損失，但固定式系泊柱必需有可靠的錨固，及實現(xiàn)這種錨固的結(jié)構(gòu)形式及施工方法，但這是個困難問題，因為用常規(guī)的樁基，因引入海上打樁，昂貴的海上作業(yè)費，就使這個方案毫無意義了。
[0009]2.張力腿式網(wǎng)箱，通過張力把網(wǎng)箱繃緊，同樣可使海流不會造成網(wǎng)箱的漂移，造成網(wǎng)箱養(yǎng)殖容體損失，但帶來二個問題:
[0010]A.要有平衡張力的高抗拔力可靠錨固的基礎(chǔ)，如前述這是個困難問題；[0011]B.要有產(chǎn)生足夠大浮力的結(jié)構(gòu)，海洋工程專業(yè)上稱為”浮力艙”，根據(jù)阿基米德古老定律，浮力就是浮體排除水體的重量，若漲潮，落潮都保證其張力，只有一個辦法，讓網(wǎng)箱置于低潮位時的水下，這就帶來操作理的不便，如投食，捕撈，剔除死魚等作業(yè)的不便。
[0012]為了突破HDPE網(wǎng)箱的局限，尋求一種安全，可靠，抗臺風(fēng)，適用于海流較急及無遮檔的開闊海區(qū)的新型網(wǎng)箱，就必須以張力腿式網(wǎng)箱為基礎(chǔ)，取其張力的核心，改其操作面的不便的缺點，同時保留重力式HDPE網(wǎng)箱，通過設(shè)置注/排水管，在臺風(fēng)襲擊前可沉于一定深度，規(guī)避水線的波浪沖擊有效抗臺風(fēng)做法。由本專利發(fā)明人研發(fā)，已獲受權(quán)的專利”可隨水位漲落升沉的張力腿式深水網(wǎng)箱”(專利號201320095246.2)全面闡明了張力腿式深水網(wǎng)箱的原理及特點，提出了一款優(yōu)于國外張力腿式深水網(wǎng)箱的新結(jié)構(gòu)，但和國外張力腿式深水網(wǎng)箱一樣仍采用剛性骨架的方案，這不利于構(gòu)造大型或超大型張力腿式深水網(wǎng)箱，也這不利于防止結(jié)構(gòu)的曲癟即失穩(wěn)，本實用新型提出了以浮繩代替剛性連接件的柔性結(jié)構(gòu)方案，不但徹底解決了結(jié)構(gòu)曲癟即失穩(wěn)問題，也很方便地構(gòu)造大型或超大型張力腿式深水網(wǎng)箱，因此，本專利是對”可隨水位漲落升沉的張力腿式深水網(wǎng)箱”(專利號201320095246.2)有益的補充，使張力腿式深水網(wǎng)箱有更廣泛應(yīng)用的價值。
[0013]參考專利文獻
[0014][I] ”可隨水位漲落升沉的張力腿式深水網(wǎng)箱”專利號201320095246.2發(fā)明人:古國維專利權(quán)人:古國維

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]為了尋求一種安全，可靠，抗臺風(fēng)，適用于海流較急及無遮檔的開闊海區(qū)的新型網(wǎng)箱，以張力腿式網(wǎng)箱為基礎(chǔ)，取其張力的核心，改其操作面的不便的缺點，實現(xiàn)HDPE網(wǎng)箱局限性的突破，本實用新型的技術(shù)方案是:
[0016]1，采用氣囊調(diào)節(jié)浮力的柱體作為可變浮艙，它由氣囊充氣排氣使柱體充水或排水，氣囊萬一失效，仍可按常規(guī)通過該箱體裝設(shè)的注/排水管閥及注/排氣管閥來實現(xiàn)可變浮力功能，實際上是確保浮力安全的雙保險措施。由纜索串連起來的聚氯乙烯或聚氨酯發(fā)泡體構(gòu)成的板式浮力件作永久浮力艙，這種連接方式，構(gòu)成了有別于剛性構(gòu)件連接的柔性結(jié)構(gòu)；
[0017]2.氣囊調(diào)節(jié)浮力的柱底吊耳下懸掛一組混凝土壓載塊，構(gòu)造成壓載平衡艙；
[0018]3.為了使氣囊調(diào)節(jié)浮力的柱體在大風(fēng)浪中不會有大的偏離，柱身用纜繩約束，纜繩一端固定在基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)可以是樁或錨，纜繩另一端固定在柱體吊耳上，其中一組通過可調(diào)阻尼器固定在柱體吊耳上；
[0019]特別要指出:當(dāng)水深與波長之比d / λ >0.5時為深水波，水體質(zhì)點是循圓形軌跡運動，圓半徑按指數(shù)規(guī)律從水面向下衰減，水質(zhì)點的水平速度分量在水表面最大，隨著水深而急劇減少，網(wǎng)箱的充水下潛效果明顯，但當(dāng)d / λ ^ 0.05時為極淺水波，水質(zhì)點幾乎呈水平軌跡往復(fù)運動，其速度水平分量從水面到水底幾乎不變，當(dāng)0.05〈d / λ <0.5時為淺水波，水質(zhì)點軌跡為一橢圓，水平速度沿水深的衰減率介于深水波和極淺水波兩者之間，因此在淺水波區(qū)(水深<20m)，網(wǎng)箱的充水下潛效果并不特別大，此時，用纜繩對網(wǎng)箱約束就特別有意義了；
[0020]4.氣囊調(diào)節(jié)浮力的柱體可依用途設(shè)置一些吊掛構(gòu)件如吊耳，吊環(huán)供系纜及系網(wǎng)箱等用;
[0021]5.相鄰兩氣囊調(diào)節(jié)浮力的柱體中央設(shè)置多功能轉(zhuǎn)換塊箱體，它既方便纜索串連板式浮力件，又可作為一個系泊點，同時又可為管理者提供一個小的操作平臺。
[0022]該技術(shù)方案原理是，足夠大浮力的浮力艙與足夠大壓重的壓載艙連接起來，二者處于平衡狀態(tài)后，浮力艙與壓載艙之間就產(chǎn)生了張力，如圖1所示，H為風(fēng)，浪，流共同作用下產(chǎn)生的水平力，它使浮體產(chǎn)生偏離,設(shè)水平力H產(chǎn)生的傾復(fù)力矩1，浮力F產(chǎn)生恢復(fù)力矩為M+，二者正好反向，即張力會反向作用使它回到平衡點，從而實現(xiàn)動態(tài)平衡，這就是順應(yīng)式錨固的原理。當(dāng)水位有變化時，浮力產(chǎn)生變化，浮力艙連同壓載艙上下升沉。如圖2所示，在臺風(fēng)來襲前通過可變浮力艙注水讓其下沉(氣囊放氣)，而定深浮子讓其下潛到設(shè)計深度來規(guī)避臺風(fēng)，臺風(fēng)過后往可變浮力艙注氣排水讓其上浮復(fù)原。
[0023]本實用新型的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)合理，安全性好，無結(jié)構(gòu)曲癟即失穩(wěn)問題，可操作性強，完全克服了國外同類型全淹沒張力腿式網(wǎng)箱操作面的不便的缺點，又有規(guī)避臺風(fēng)的可靠機制，同時該網(wǎng)箱可適應(yīng)水域范圍大，利于構(gòu)造大型或超大型張力腿式深水網(wǎng)箱，這就為開發(fā)海流較急及無遮檔的開闊海區(qū)的養(yǎng)殖資源創(chuàng)造了條件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是順應(yīng)式平衡原理圖；
[0025]圖2是本實用新型規(guī)避臺風(fēng)控制下潛深度原理示意圖；
[0026]圖3是本實用新型構(gòu)造豎向示意圖；
[0027]圖4是本實用新型構(gòu)造平面示意圖；
[0028]圖5是柱體頂部結(jié)構(gòu)布置A放大示意圖，清楚表述了柱體與網(wǎng)箱纜索，柱體與欄桿結(jié)構(gòu)及注/排水管閥，注/排氣管閥構(gòu)造關(guān)系；
[0029]圖6是網(wǎng)箱轉(zhuǎn)換塊箱體構(gòu)造B放大示意圖，清楚表述了轉(zhuǎn)換塊箱體與網(wǎng)箱纜索及欄桿結(jié)構(gòu)關(guān)系，轉(zhuǎn)換塊箱體作為網(wǎng)箱系泊點的構(gòu)造示意，同時也表述了板式浮力件的連接構(gòu)造不意圖；
[0030]圖7是板式浮力件構(gòu)造示意圖；
[0031]圖8是柱體吊耳構(gòu)造C放大示意圖，清楚表述了作為重要構(gòu)件的吊耳抗剪切，防撕裂的加強措施；
[0032]圖9是柱體吊耳與系泊纜I連接構(gòu)造D放大示意圖；
[0033]圖10是柱體掛環(huán)連接構(gòu)造E放大示意圖；
[0034]圖11是懸掛式壓載平衡艙結(jié)構(gòu)F放大示意圖，它由壓載體托架支承一塊塊混凝土預(yù)制壓重塊構(gòu)成；
[0035]圖12是混凝土預(yù)制壓重塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]其中:其中:I柱體，2氣囊，3頂面封閉板，4底面封閉板，5柱身吊耳，6柱身吊耳加強板，7柱身吊耳底座，8可調(diào)式阻尼器，9系泊纜1，10系泊纜2，11系泊纜3，12網(wǎng)箱纜索，13板式浮力件，1301硬質(zhì)聚氯乙烯或聚氨酯發(fā)泡體，1302環(huán)氧樹酯膠泥，1303鋼絲網(wǎng)1304玻璃纖維布，1305芳綸布帶，1306不銹鋼鎖扣環(huán)，14板式浮力件的連接繩，15欄桿柱，1501欄桿柱掛索環(huán)，1502欄桿柱底盤，16欄桿繩，17轉(zhuǎn)換塊箱體，1701聚氯乙烯或聚氨酯發(fā)泡體，18注/排氣管閥，19注/排水管閥，20柱體底面吊耳，21柱體底面吊耳加強板，22柱體掛索環(huán)23網(wǎng)箱連接繩，24壓載體托架，25壓載體托架連桿，26壓載體托架連桿上端卸扣，27混凝土預(yù)制壓重塊，28網(wǎng)衣，29網(wǎng)箱底支承框架，30基礎(chǔ)吊耳，31基礎(chǔ)，32定深浮子。
【具體實施方式】
[0037]在陸上完成氣囊調(diào)節(jié)浮力可隨水位漲落升沉的柔性結(jié)構(gòu)張力腿式深水網(wǎng)箱二大部件建造，即網(wǎng)箱柱體I及附件，基礎(chǔ)不限定形式，網(wǎng)衣28，氣囊2，可調(diào)式阻尼器8，亦有商品化產(chǎn)品，所以基礎(chǔ)，氣囊2，可調(diào)式阻尼器8及網(wǎng)衣28制作這里不必闡述。
[0038]網(wǎng)箱柱體I制作是常規(guī)的鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)，所不同的是與陸上房屋鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)相比要求要高一些，柱體I及柱體I上焊接件，如頂面封閉板3，底面封閉板4，柱身吊耳5，柱體底面吊耳20，柱體掛索環(huán)22，注/排氣管閥18，注/排水管閥19等制作應(yīng)嚴格遵守建造程序，材料選擇上應(yīng)選擇可焊性好的鋼材，在焊接環(huán)節(jié)上應(yīng)有完善的焊接程序，焊縫檢測程序，焊接人員應(yīng)持合格的焊工證書，嚴禁無證或等級不夠人員施焊。
[0039]柱體I直徑大，市場沒有成品管時，要自行加工或委托加工，由鋼板卷成管狀再焊縱縫，此時應(yīng)按下程序進行:
[0040]a.放樣切割；
[0041]b.卷板機卷板成型；
[0042]c.打磨剖口 ；
[0043]d.縱縫自動焊或手工焊制成焊接管；
[0044]e.組對焊接柱體其它附件；
[0045]f.焊縫檢驗，可用磁粉探傷抽檢，如有條件可作超聲波探傷抽檢。
[0046]特別要指出柱身吊耳5焊接的重要性，在圖8，圖9的C及D放大示意圖中，清楚表述了作為重要構(gòu)件的吊耳抗剪切，防撕裂的加強措施，制作中一點都不能大意，如普遍所犯的吊耳5不通過吊耳底座7直接與柱體焊接的錯誤，其惡果是在巨大拉力作用下，由于柱體壁厚較薄或鋼材抗層狀撕裂性能不良而產(chǎn)生撕脫。
[0047]陸上另一個準備工作是按圖11制作壓載體托架24，壓載體托架再焊上壓載體托架連桿25，上端口焊上卸扣26，另一項是按圖12澆筑中間開孔的鋼筋混凝土塊體，方形或園形或多邊形均可，為增加重量減小體積，應(yīng)優(yōu)先選用重質(zhì)骨料，如鐵礦石，廢鐵塊等，也可用鋼做的箱體內(nèi)填充石子或鐵礦沙。
[0048]板式浮力件制作按圖7，它以硬質(zhì)聚氯乙烯或聚氨酯發(fā)泡體1301為芯體，上鋪一層環(huán)氧樹酯膠泥1302，然后壓入鋼絲網(wǎng)1303，再上包裹玻璃纖維布1304，最后用浸潤已調(diào)配好固化劑的環(huán)氧樹酯的芳綸布帶1305加固，固化后芳綸布帶1305 二端打上不銹鋼鎖扣環(huán)1306，用板式浮力件的連接繩14與網(wǎng)箱纜索連接，板式浮力件間用連接繩14平行及交叉連接，詳見圖6。板式浮力件優(yōu)點是可作為網(wǎng)箱管理人員走道使用，若用商品浮力件代替也是可以的。
[0049]轉(zhuǎn)換塊箱體17是填充聚氯乙烯或聚氨酯發(fā)泡體1701的封閉鋼箱，其上的吊耳5焊接與柱身吊耳5做法類似，只是不必加吊耳底座，這是其受力強度較低緣故。
[0050]進入海上安裝【具體實施方式】是:
[0051]首先在預(yù)定海區(qū)先完成基礎(chǔ)安裝，基礎(chǔ)頂?shù)醵?0上系結(jié)標(biāo)志紅色浮球至水面。由于是柔性結(jié)構(gòu)，可以整體捆梆起來浮運到現(xiàn)場，到現(xiàn)場后將壓載體托架連桿上端卸扣26與柱體底面吊耳20連接，計算好重量的壓載體下水后使網(wǎng)箱柱體I直立，將四柱移動到設(shè)定點，由潛水員系上系泊纜9，10，11即可。在海洋石油開發(fā)中與此類似的單錨腿式平臺(SLAM)結(jié)構(gòu)，有報道稱浮運至現(xiàn)場后48小時完成安裝并投產(chǎn)，可見此型式結(jié)構(gòu)海上安裝的優(yōu)勢。
【權(quán)利要求】
1.氣囊調(diào)節(jié)浮力可隨水位漲落升沉的柔性結(jié)構(gòu)張力腿式深水網(wǎng)箱，其特征是采用氣囊調(diào)節(jié)浮力的柱體作為可變浮力艙，由纜索串連起來的聚氯乙烯或聚氨酯發(fā)泡體構(gòu)成的板式浮力件作永久浮力艙，.氣囊調(diào)節(jié)浮力的柱底吊耳下懸掛一組混凝土壓載塊，構(gòu)造成壓載平衡艙；同時氣囊調(diào)節(jié)浮力的柱體柱身用纜繩約束，纜繩一端固定在基礎(chǔ)上，另一端固定在柱體吊耳上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣囊調(diào)節(jié)浮力可隨水位漲落升沉的柔性結(jié)構(gòu)張力腿式深水網(wǎng)箱，柱體頂面裝設(shè)注/排水管閥及注/排氣管閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣囊調(diào)節(jié)浮力可隨水位漲落升沉的柔性結(jié)構(gòu)張力腿式深水網(wǎng)箱，其特征是二相鄰柱體中央設(shè)置有多功能轉(zhuǎn)換塊箱體。
【文檔編號】A01K61/00GK203505317SQ201320623481
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】古國維 申請人:古國維