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