沉浮式耗能铰连接多重保护的钢框架抗风浪环保生态网箱的制作方法
【技术领域】
[0001]沉浮式耗能铰连接多重保护的钢框架抗风浪环保生态网箱，是一种解决各深度(浅，中，深)水域的新型网箱，突出台风袭击不撤离或不下沉时，突出的抗风浪及环保生态特点，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，近岸养殖网箱，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网箱平面刚度差，失稳是它破坏的主要形式之一，2013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，这是在网箱锚固系泊较好情况下，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”。当然，网箱锚固及系泊问题一直没解决，以至台风袭击下，浮式或沉浮式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，内湾网箱稍深稍远些的网箱。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可降至水面的1/5，但浅，中水水域不满足这个条件，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，黄文推在国家”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，在论述关于升降式网箱的泥降水层受力方面，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。”详参考文献[I]
[0007]由于网箱技术的落后，深水网箱发展由热而冷，国家计划的产业园区，不但未增，反而有减，2014年竟出现大养殖公司退市的现象(如阳江中鼎)，另据说广东空箱率高达60 %，一些早已签约进军深水网箱企业，因无可靠网箱可用，迟迟没有动作。
[0008]从上分析发展开阔水域网箱养殖，需要突破HDPE网箱的局限，寻求一种安全，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，不下沉也能象石油平台一样抗得住台风，这对于浅，中水水域是至关紧迫和重要的。
[0009]根据国内外现有经验及理论分析，网箱改进途径第一要素应是用柔性或准柔性结构代替目前HDPE结构，避免失稳破坏，第二要素应是网箱结构材料应更强，而不是HDPE，第三要素应是选取水动力学性能好，抗风浪能力强的结构形式。海洋石油系列的浮式平台如半潜式，张力腿式，筒柱式(英文SPAR)，活节式(英文ARTI⑶LATED COLUMNS)就是理想的结构形式，该类型结构近半世纪在世界海洋石油开发中发挥巨大作用，特别是深海石石油开发中贡献更大，该类型结构具有如下特点:
[0010]a.结构浮心在上，重心在下，具有恒稳性及无条件平衡。
[0011]b.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，这就是顺应式平衡的原理。
[0012]c.处于平衡状态时，结构就有了直立自浮能力，如果是网箱，水面或下潜后都能自稳定，保持箱形不变。
[0013]由本实用新型发明人依据海洋石油长期工作的经验，研发并己获受权的专利”深水系泊柱”专利号:ZL201320616701.9及”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最早应用了海洋石油浮式平台结构特点，即柱稳性一采用调节浮力的大柱体作支承结构，上下连接缆索而成，是典型的柔性结构。由本实用新型发明人研发，己获受权的另一专利”可随水位涨落升沉的张力腿式深水网箱”专利号201320095246.2在国际上首先提出了阻尼防荡板的方案，这对于养殖水体的生态环保是极有意义的，因为，养殖鱼的粪便及残饵落在阻尼防荡板上，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，同时还可减少网箱巅波，降低网箱破损风险。
[0014]本实用新型特别針对浅，中水深水域养殖而提出的课题，这是基于下面考虑:
[0015]1.注水下沉这一技术措施并不适用浅，中水深水域；
[0016]2.浅，中深水域网箱在台风中生存，要依赖于自身的抗击台风能力，应从多方面提高其抗击台风能力，目标应该是有破损但养殖魚能保住，有破损但易修复，核心是水面，水下都要保持箱形的完整，不让网箱内魚逃出及受挤压。
[0017]参考文献
[0018][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，黄文鱼
[0019][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
[0020][3] ”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
[0021][4] ”深水系泊柱”专利号:ZL201320616701.9发明人:古国维专利权人:古国维
【发明内容】
[0022]为了突破HDPE网箱的局限，寻求一种安全，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，不下沉也能象石油平台一样抗得住台风，根据国内外现有经验及理论分析，网箱改进途径第一要素应该是柔性或准柔性结构，避免失稳破坏，第二要素应该网箱结构材料应更强，而不是HDPE，第三要素应该选取水动力学性能好，抗风浪能力强的结构形式。为此，本实用新型的技术方案是:
[0023]1.钢质管材制作的框架，底面放置硬质聚氨酯发泡体或塑料浮筒，硬质聚氨酯发泡体或塑料浮筒产生的总浮力，应为结构总自重的130%以上，即富余结构总自重的30%以上，水平管端连接铁件与转换柱吊耳用高强螺栓连接，水平管端连接铁件与转换柱吊耳中间夾层放置有耗能垫片，转换柱由钢柱状密闭体做成，底面吊环连接上自由悬重杆，杆底部套上底靴式重骨料混凝土压载体，与钢质管材制作的框架底面浮体一起，构成结构浮心在上，重心在下，具有恒稳性及无条件平衡的结构，网衣框绳系结在转换柱上，同时用网衣拉结绳系结在钢质管材制作的框架上，在自由悬重杆上系扎上张拉防荡板总成，转换柱吊耳及自由悬重杆吊耳系泊上系泊缆，系泊缆另一头系结在浮筒式系泊系统上。
[0024]2.转换柱的钢柱状密闭体，上顶面装设带封盖的注砂管，及带封盖的出水管，出水管口用土工布膜封闭，形成出气出水不出砂，底部装设带封盖的出砂管，用注/排砂办法实现可变浮力功能，注砂时则网箱下潜，排空填充的砂子时网箱上浮，由于下潜不是安全的唯一及常遇的选项，故采用了这种简易可靠的办法。
[0025]3.钢质框架水平管端连接铁件与转换柱吊耳的高强螺栓连接，中间夾层放置的耗能垫片是一种粘弹性阻尼材料，这是现代钢结构抗震而开发的耗能铰技术在网箱中的应用，作用是风浪荷载偶发峰值时，通过摩擦耗能垫片而消耗输入的能量，即使耗能垫片磨耗，但连接仍是个铰，使结构变成半柔性结构。
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