基于活节式平台原理的水下水面二用抗风浪环保生态网箱的制作方法
【技术领域】
[0001]基于活节式平台原理的水下水面二用抗风浪环保生态网箱，是一种解决深水水域水下养殖的新型网箱，突出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，曲瘪即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，根本不可能抗风，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]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。
[0007]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，把深水网箱事业振兴起来。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结构代替目前HDPE结构，避免失稳破坏，第二网箱结构应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ARTICULATEDCOLUMNS)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:
[0008]a.结构浮心在上，重心在下，具有恒稳性及无条件平衡。
[0009]b.结构浮力远大于自重平衡的浮力，如图23所示，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，这就是顺应式锚固的原理。其中活节式平台如图22所示:由座立于基础面23的万向铰21连接于立柱18，立柱上方有一浮力舱19提供浮力，下有一压载舱20提供压载，使其处于平衡状态，因此立柱就有了直立自浮能力，在水位恒定时基础无须承载抗拔或抗拉，而水位变化引起的抗拔力则有限(浮力舱设计为处于最低天文潮+最大风暴潮时最低水位时最大浪谷下，故只有浮力增量)。
[0010]应用海洋工程成熟，可靠，广泛成功应用的技术，设想将四个活节式平台用杆件或缆索上下联结成箱形，然后挂上网衣，不就是一款安全，可靠，抗台风，抗海流新型网箱吗？本实用新型发明就依据这样思路开发出来的。
[0011]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:ZL2013 2 0616701.9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。
[0012]本实用新型特别針对深水水域水下养殖而提出的课题，这是基于下面考虑:
[0013]1.一般来说生活在底层的鱼类，大多为质好价高的品种，经济价值大，如石斑鱼，因此，需要有水下养殖适用的网箱。
[0014]2.当水深与波长之比d/ λ > 0.5时，即为深水水域时，水体质点是循圆形轨迹运动，圆半径按指数规律从水面向下衰减，在半水深处水质点的水平速度分量约为水面的1/5，理论上网箱在此深度下仅受底流影响，所以，将网箱置于海床是最安全的措施，沉浮式HDPE网箱走出了下沉的一步，但因构造原因不能做到置于海床面这一步。
[0015]因此，本实用新型是对”可随水位涨落升沉的张力腿式深水网箱”专利号201320095246.2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201320623481.2有益的补充，为养殖户提供了一款水下水面二用新型网箱，其突出的抗风浪及生态环保优点，使其成为进军深海，造福渔民，保护环境的可靠装备。
[0016]参考专利文献
[0017][I] ”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
[0018][2] ”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
[0019][3] ”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】
[0020]本实用新型采用前述的，如图22所示的活节式平台原理:由座立于基础面23的万向铰21连接于立柱18，立柱上方有一浮力舱19提供浮力，下有一压载舱20提供压载，使其处于平衡状态，因此立柱就有了直立自浮能力，设想将四个活节式平台用杆件或缆索上下联结成箱形，然后挂上网衣，构造为具有可沉浮，抗风浪，抗海流，及生态环保的新特点，系统通过弹性的浮筒式系泊系统锚固，整体平衡状态如图24所示:水平力H使网箱偏移，但浮力F及浮筒式系泊系统提供的恢复力-H会使它回复，特别这种偏移是以平行四边形方式进行的，即网箱自稳定而无容积损失，调载重P注水加载时网箱下潜，注气排水时网箱上浮。依据上述阐明的原理，本实用新型的技术方案是:
[0021]1.钢或复合材料柱状密闭体，内填充聚氯乙烯或聚氨酯发泡体，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，从而构成结构浮心在上，重心在下，具有恒稳性及无条件平衡的活节式平台柱体，在此柱体上部铰接水平及斜向杆件，斜向杆件另一端为带调载功能的转换模块，该转换模块用缆绳及网衣连接水面小网箱，形成一个水下大网箱，连接水面小网箱的全新网箱形式，网衣套装固定在网箱杆件及缆绳围成的框架上，确保在海流较急海区不变形，在自由悬重杆上系扎防荡板拉结缆，拉结缆上张拉上防荡板总成，钢或复合材料柱状密闭体侧吊耳上系泊上系泊缆，系泊缆另一头系结在浮筒式系泊系统上。
[0022]2.带调载功能的转换模块，由对称的浮箱及对称的浮管组成的走道板围成，浮箱装设有注/排水管阀及注/排气管阀来实现可变浮力功能，作为水下网箱转换模块应用时可不装护栏，作水面网箱应用时则装设护栏，网箱转换模块用可开闭网衣封盖。浮箱装设有注/排水管阀及注/排气管阀来实现可变浮力功能，浮箱注满水时让网箱座底，注气排空水时让网箱上浮。
[0023]3.水面管理用小网箱采用耗能铰连接的钢框架网箱，是一种半柔性结构，考虑到一是配套有可靠系泊，二是其本身半柔性，耗能铰连接，有相当的承受台风能力，三是箱中无魚，即使损坏也损失不大，因此，不作沉浮处理以节省投资。
[0024]本实用新型应用海洋工程成熟，可靠，广泛成功应用的技术，为养殖户提供了一款结构合理，可操作性强，经济实用的水下，水面二用新型网箱，本款水下网箱完全克服了现有全淹没式网箱操作面的不便的缺点，升沉自如，规避台风好，网衣套装固定在网箱框架，确保在海流较急海区不变形，还可局部换网，这就为开发海流较急及无遮档的开阔海区，养殖资源的利用及优质鱼养殖创造了条件，其突出的抗风浪，抗海流及生态环保优点，将使其成为进军深海，造福渔民，保护环境的可靠装备。
【附图说明】
[0025]图1是本实用新型用于水下网箱时结构竖向示意图；
[0026]图2是本实用新型用于水面网箱时结构竖向示意图；
[0027]图3是1-1剖视图，表示带调载功能的转换模块结构平面布置示意图；
[0028]图4是E放大轴测立体图，表示浮管组成的走道板构造，特别是吊耳构造示意图；
[0029]图5是耗能铰连接示意图，特别表示了二吊耳间耗能垫片；
[0030]图6是浮箱一端吊耳，特别表示了可滑动的长槽；
[0031]图7是走道板一端吊耳，特别表示了可滑动的弧形长槽；
[0032]图8是钢或复合材料柱状密闭体，特别表示了内填充聚氯乙烯或聚氨酯发泡体及吊耳，吊环的构造；
[0033]图9是自