四箱合一沉浮式帶阻尼板伸縮懸重張力腿抗風(fēng)浪鋼管網(wǎng)箱的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]四箱合一沉浮式帶阻尼板伸縮懸重張力腿抗風(fēng)浪鋼管網(wǎng)箱，是一種解決各種深度(淺，中，深)水域的新式經(jīng)濟(jì)型網(wǎng)箱，突出臺(tái)風(fēng)襲擊不撤離或不下沉?xí)r，仍有可靠的抗風(fēng)浪安全性，同時(shí)具有環(huán)保生態(tài)特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)適用，保留了聚乙烯管材(簡(jiǎn)稱HDPE)制作的網(wǎng)箱的操作面好的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明屬海洋工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]網(wǎng)箱養(yǎng)殖是海洋經(jīng)濟(jì)的重要部分，目前由挪威引進(jìn)的聚乙烯管材(簡(jiǎn)稱HDPE)制作的網(wǎng)箱遍地開(kāi)花，在黃渤海，東海，南海，都在大量使用，這種以HDPE材料制作的浮式或沉浮式網(wǎng)箱，雖然沉浮式網(wǎng)箱有沉浮功能，臺(tái)風(fēng)襲擊前可沉于一定深度，規(guī)避水面最大的波浪沖擊，但從實(shí)踐來(lái)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(dá)0.257m/s時(shí)就可能發(fā)生變形，在流速達(dá)lm/s時(shí)將損失80%網(wǎng)箱養(yǎng)殖容體，這樣受制于海流，就喪失了大量水質(zhì)交換條件更好的養(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(gè)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(yú)品質(zhì)差，魚(yú)病多，海濱城市喪失了最可貴的一線海景，這就逼使地方政府為了城市開(kāi)發(fā)，不得不強(qiáng)行去驅(qū)趕內(nèi)灣，近岸網(wǎng)箱養(yǎng)殖戶，如廣東從西向東都在清理、強(qiáng)拆內(nèi)灣養(yǎng)殖網(wǎng)箱，但因沒(méi)有開(kāi)闊水域使用的技術(shù)支持，這就使這些過(guò)去的漁民處于無(wú)魚(yú)可捕，又無(wú)?？筛氖掷щy的境地。
[0005]3.HDPE網(wǎng)箱平面剛度差，失穩(wěn)是它破壞的主要形式之一，2013年8月臺(tái)風(fēng)“尤特”吹襲廣東陽(yáng)江及饒平，造成當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)箱全軍覆沒(méi)，網(wǎng)箱骨架在臺(tái)風(fēng)造成的旋轉(zhuǎn)海流作用下呈現(xiàn)失穩(wěn)破壞，其破壞形態(tài)如同把箱體“扭麻花”。自2011年以來(lái)，臺(tái)風(fēng)所至，養(yǎng)殖網(wǎng)箱均全軍覆沒(méi)，浮式或沉浮式HDPE網(wǎng)箱根本不可能抗臺(tái)風(fēng)，如2011年9月底海南臨高在開(kāi)闊水域的養(yǎng)殖網(wǎng)箱，在臺(tái)風(fēng)“尼格”襲擊下全軍覆沒(méi)，一半被吹至外海丟失，一半吹到岸邊打爛，快收獲的魚(yú)一條都沒(méi)收回來(lái)，僅三家公司的經(jīng)濟(jì)損失就近8億。同樣災(zāi)害也發(fā)生在2013年9月福建漳州，臺(tái)風(fēng)“玉兔”造成損失數(shù)億元，2014年7月發(fā)生在海南及廣東粵西的臺(tái)風(fēng)“亞馬遜”，使無(wú)數(shù)養(yǎng)殖戶血本無(wú)歸，雖然，在此之前海南養(yǎng)殖戶已吸取2011年臺(tái)風(fēng)“尼格”襲擊的教訓(xùn)，按海南省海洋與漁業(yè)廳2011年底發(fā)文《關(guān)于深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖災(zāi)后恢復(fù)生產(chǎn)的指導(dǎo)性意見(jiàn)》作了改進(jìn)。
[0006]4.沉浮式HDPE網(wǎng)箱的沉浮功能，使網(wǎng)箱在臺(tái)風(fēng)襲擊前可沉于一定深度，規(guī)避水面最大的波浪沖擊，但由于應(yīng)用水域不當(dāng)，下潛抗風(fēng)浪效果不大，因?yàn)椋敝?014年，我國(guó)并無(wú)置于外海深水區(qū)的網(wǎng)箱，由于有一系列技術(shù)及管理困難，也需要大的資金投入建設(shè)遠(yuǎn)海基地及穿梭船舶，所以，置于外海深水區(qū)不是件容易的事。現(xiàn)所講的所謂深水網(wǎng)箱，其實(shí)是置于水深20m以內(nèi)，離岸不到20km，相比近岸、內(nèi)灣網(wǎng)箱水稍深，路稍遠(yuǎn)些的網(wǎng)箱。在這種淺，中水深水域，波浪影響隨深度衰減并不明顯，因?yàn)橹挥挟?dāng)水深與波長(zhǎng)之比d/λ >0.5時(shí)，即為深水水域時(shí)，波浪影響隨深度衰減才明顯，在半水深處的水質(zhì)點(diǎn)速度才可降至水面的1/5，這幾年從南到北臺(tái)風(fēng)驚過(guò)的地方，網(wǎng)箱均全軍覆滅就是明證。對(duì)此，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研宄院黃海水產(chǎn)研宄所關(guān)長(zhǎng)濤，林德芳，黃濱，黃文強(qiáng)在國(guó)家”863”計(jì)劃項(xiàng)目研宄中撰寫(xiě)的我國(guó)“深海抗風(fēng)浪工程技術(shù)的研宄與發(fā)展” 一文中(見(jiàn)參考文獻(xiàn)I)，在論述關(guān)于升降式網(wǎng)箱的降水層受力方面，對(duì)設(shè)置水深20m為原型，文章認(rèn)為“對(duì)原來(lái)普遍認(rèn)為的網(wǎng)箱下潛的防浪，減流作用，還需要通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)重新認(rèn)識(shí)?！币虼?，解決這個(gè)問(wèn)題還必須從加強(qiáng)網(wǎng)箱強(qiáng)度及剛度著手，配合結(jié)構(gòu)型式及系泊方式改進(jìn)，我們認(rèn)為正確措施是:
[0007]a.由聚乙烯管材(簡(jiǎn)稱HDPE)制作改用強(qiáng)度高得多的鋼管材，HDPE—些省的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定拉伸屈服強(qiáng)度>=19mpa，HDPE拉伸屈服強(qiáng)度最高才為26mpa，因此，即使采用最好的HDPE也不到鋼材的1/10 !
[0008]b.目前HDPE網(wǎng)箱主浮管多為直徑250mm，壁厚15mm，管材的剛度為材料的彈性模量乘截面慣性矩，鋼的彈性模量通常是高密度聚乙烯彈性模量的200倍左右，再比較一下截面慣性矩，截面慣性矩公知公式為I = 0.0491 (D4--D14)，對(duì)于管徑250mm，壁厚15mm的管，截面慣性矩為7678cm4，若改用外徑377_，壁厚8_的管，依上式可算得該管截面慣性矩為15796cm4，大管與小管截面慣性矩兩者為2: I，彈性模量鋼與HDPE為:200: 1，合計(jì)為400: 1，這說(shuō)明了采用較大口徑鋼管對(duì)増強(qiáng)網(wǎng)箱剛性意義重大。
[0009]c.選取水動(dòng)力學(xué)性能好，抗風(fēng)浪能力強(qiáng)的結(jié)構(gòu)形式。如近二十年前開(kāi)發(fā)出來(lái)的自由懸重張力腿式就是理想的結(jié)構(gòu)形式，該類型結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn):
[0010]?結(jié)構(gòu)浮心在上，重心在下，具有恒穩(wěn)性及無(wú)條件平衡，不會(huì)傾復(fù)。
[0011]籲結(jié)構(gòu)浮力遠(yuǎn)大于自重平衡的浮力，足夠大浮力的浮力艙與位于立柱底部足夠大壓重的壓載艙連接起來(lái)，二者處于平衡狀態(tài)后，二者之間就產(chǎn)生了張力，假定風(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)水平力產(chǎn)生順時(shí)針的傾復(fù)力矩，浮力則產(chǎn)生逆時(shí)針恢復(fù)力矩，二者正好反向，即浮力會(huì)反向作用使它回到平衡點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡，這就是順應(yīng)式錨固的原理。
[0012]籲動(dòng)態(tài)的平衡增加了系泊的可靠性，系泊力為外部提供的系泊力加自身的恢復(fù)力。
[0013]?處于平衡狀態(tài)時(shí)，結(jié)構(gòu)就有了直立自浮能力，坐底后網(wǎng)箱就能自穩(wěn)定，保持箱形不變。
[0014]d.采用4箱組合形式，結(jié)構(gòu)整體性更好，系泊系統(tǒng)及水域利用率更高，有利于降低造價(jià)。
[0015]e.采用參考文獻(xiàn)[2] “可隨水位漲落升沉的張力腿式深水網(wǎng)箱”專利，用阻尼板減少網(wǎng)箱巔波，降低網(wǎng)箱破損風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，養(yǎng)殖魚(yú)的糞便及殘餌落在阻尼板上，不會(huì)落入泥面積累成污染源，而是轉(zhuǎn)化為其他魚(yú)類及物種養(yǎng)份，使網(wǎng)箱成為生態(tài)環(huán)保型網(wǎng)箱。
[0016]f.采用參考文獻(xiàn)[3] “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”專利，提出了氣囊充氣排氣使柱體充水或排水，氣囊萬(wàn)一失效，仍可按常規(guī)通過(guò)該箱體裝設(shè)的注/排水管閥及注/排氣管閥來(lái)實(shí)現(xiàn)可變浮力功能，實(shí)際上是確保浮力安全的雙保險(xiǎn)措施，解決了浮沉式網(wǎng)箱注/排水一直以來(lái)的困惑。
[0017]g.采用參考文獻(xiàn)[7]樹(shù)狀單點(diǎn)系泊系統(tǒng)專利號(hào):ZL201420521171.4，網(wǎng)箱系泊采用系泊大型海上生產(chǎn)貯油輪的浮筒式系泊系統(tǒng)，使網(wǎng)箱處于彈性支承中，實(shí)現(xiàn)卸力、減力。
[0018]在本專利中將合理組合上述技術(shù)，突破現(xiàn)流行的HDPE網(wǎng)箱的局限，尋求一種安全、可靠、抗風(fēng)浪、適用于海流較急及無(wú)遮檔開(kāi)闊海區(qū)的新型網(wǎng)箱，特別是不依賴于注水下沉這一技術(shù)措施，靠網(wǎng)箱系統(tǒng)能力抗得住臺(tái)風(fēng)，是真正意義上的抗風(fēng)浪深水網(wǎng)箱，這對(duì)于深水網(wǎng)箱發(fā)展是至關(guān)緊迫的。
[0019]參考文獻(xiàn)
[0020][I] “我國(guó)深?？癸L(fēng)浪工程技術(shù)的研宄與發(fā)展”中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研宄院黃海水產(chǎn)研宄所關(guān)長(zhǎng)濤，林德芳，黃濱，黃文強(qiáng)
[0021][2] “可隨水位漲落升沉的張力腿式深水網(wǎng)箱”專利號(hào)201320095246.2發(fā)明人:古國(guó)維專利權(quán)人:古國(guó)維
[0022][3] “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”專利號(hào)ZL201320623481.2發(fā)明人:古國(guó)維專利權(quán)人:古國(guó)維
[0023][4] “深水系泊柱”專利號(hào):ZL201320616701.9發(fā)明人:古國(guó)維專利權(quán)人:古國(guó)維
[0024][5] “帶防蕩板的沉浮式張力腿結(jié)構(gòu)HDPE網(wǎng)箱”專利號(hào)L201420225623.X發(fā)明人:古國(guó)維專利權(quán)人:古國(guó)維
[0025][6] “帶阻尼防蕩板半潛式平臺(tái)型游釣養(yǎng)殖二用柔性環(huán)保網(wǎng)箱”專利號(hào):ZL201420319567.0發(fā)明人:古國(guó)維專利權(quán)人:古國(guó)維
[0026][7] “樹(shù)狀單點(diǎn)系泊系統(tǒng)”專利號(hào):ZL201420521171.4發(fā)明人:古國(guó)維專利權(quán)人:
古國(guó)維

【發(fā)明內(nèi)容】

[0027]為了突破HDPE網(wǎng)箱的局限，尋求一種安全，可靠，抗臺(tái)風(fēng)，適用于海流較急及無(wú)遮檔開(kāi)闊海區(qū)的新型網(wǎng)箱，特別是不依賴于注水下沉這一技術(shù)措施，靠網(wǎng)箱系統(tǒng)能力，不下沉也能象石油平臺(tái)一樣抗得住臺(tái)風(fēng)，應(yīng)采用前述的方法，從多方面對(duì)HDPE網(wǎng)箱的局限加以改造。為此，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0028]1.鋼質(zhì)管材制作的田字形框架，框架兩側(cè)鋼管端部裝設(shè)吊耳，靠網(wǎng)池一側(cè)焊有鋼欄桿及鋼扶手，周圈鋼管為填充塑料發(fā)泡體的永久浮力艙，中央十字交叉鋼管為裝設(shè)有二套進(jìn)/排水管閥及進(jìn)/排氣管閥的可變浮力艙，一套進(jìn)/排水管閥及進(jìn)/排氣管閥配合內(nèi)置氣囊，另一套進(jìn)/排水管閥及進(jìn)/排氣管閥為備份，以實(shí)現(xiàn)可變浮力艙的可靠注水排水功能，永久浮力艙及可變浮力艙產(chǎn)生的浮力應(yīng)為結(jié)構(gòu)總自重的1.3倍以上，同時(shí)凈浮力應(yīng)大于集中上人時(shí)產(chǎn)生的壓重，方形框架交匯點(diǎn)處均焊接供自由懸重桿滑動(dòng)的套管，自由懸重桿放置滑動(dòng)的套管內(nèi)，自由懸重桿下端套接上2組移動(dòng)式掛環(huán)，及底靴式重骨料混凝土壓載體，目的是下潛后能插入土中，使柱體處于自穩(wěn)定狀態(tài)，自由懸重桿縱橫向系扎下主纜繩，下主纜繩下方則縱橫向系扎供張拉阻尼板的另一纜繩或浮管，在此時(shí)纜繩或浮管上張拉上阻尼板，阻尼板用復(fù)合材料蒙皮或幕布做成，防蕩板中間設(shè)開(kāi)孔的塑料發(fā)泡體的浮力塊，養(yǎng)殖用網(wǎng)衣上部縱，橫向掛接在田字形框架的扶手上，下部系扎在下主纜繩上，系泊纜一頭系結(jié)在鋼管端部吊耳上，另一頭系結(jié)在浮筒式系泊系統(tǒng)上，另一根輔助系泊纜一頭系結(jié)在自由懸重桿上，另