自减流低形变离岸深水网箱

摘要

自减流低形变离岸深水网箱，涉及海洋养殖网箱，需解决减小网箱的箱体形变及箱体内的海水流速的问题。本发明包括浮力框架、箱体、沉圈、沉块、锚泊缆绳，其特征是在圆柱形箱体深度的1/2处设一只大于浮力框架及沉圈直径的支撑及升降控制圈，支撑及升降控制圈管壁开有进、出水孔，环管内装有调节网箱升降的环带状橡胶内胆，橡胶内胆装有气阀并通过耐压软管与气源连接；在双环形浮力框架外圈、支撑及升降控制圈、圆柱形箱体底纲和底部沉圈之间，以多根柔性绳索按圆环等比例定位连接，并在上述三个圆环的连接绳索之间安装网衣，构成内侧为圆柱形、外侧为双锥台形的柔性连接的自减流低形变离岸深水网箱，网箱锚泊缆绳受力点设在支撑及升降控制圈。

说明书

技术领域

本发明涉及海洋养殖网箱，尤其是离岸深水抗风浪网箱。

背景技术

据中华人民共和国国家知识产权局发明专利申请公开说明书2006年6月14日登载的申请号200410075404.3，发明名称《不对称双锥体沉浮抗风浪流网箱》说明书描述，该网箱“1.能有效地克服海流对抗风浪网箱的影响。2.双重沉浮功能可大幅简化管理难度和劳动强度。”，但是说明书未披露关于该网箱是否成功应用的实际信息。

目前，已应用于养殖生产具有代表性的深水网箱有以下几种：

离岸深水抗风浪网箱的形式，以其水中状态可分为浮式、潜式和升降式，以网箱箱体构建方式可分为重力式、锚泊张力式、自张力或自支撑式网箱。

重力式/浮式或升降式网箱，这种网箱以高密度聚乙烯浮管作为浮力框架、箱体(网袋)底部悬挂沉块构成箱体空间(容积)，框架形状包括圆形、六角形、方形以及子母式等，其中又以圆形网箱在国内外的应用最为广泛，其优点是网箱设备的抗风浪性能好，增加沉浮控制装置后的升降式网箱还能有效抵御台风、赤潮等灾害，而且高密度聚乙烯框架网箱的成本相对较低，养殖操作方便。其缺点是网箱箱体(网袋)的抗流变形能力比较差，在流速较高海域箱体漂移严重、容积损失率很高，并会挤压、损伤网箱内的养殖鱼类。

锚泊张力式/浮式网箱，该网箱形状为方形，网箱的四个角各有一根垂直于海面的大型浮力柱，浮力柱之间由绳索和网衣组成箱体，以海底抛锚的锚泊力以及大型浮力柱保持网箱的箱体空间(容积)。该种浮力柱式网箱可大型化、养殖操作较方便，其缺点是网箱安装要求高、需大型工作船辅助，而且网箱抗灾害性天气与环境的能力较差，目前在国外台风影响较小的海域应用，我国尚无此类网箱的应用。

锚泊张力式/升降式网箱(张力腿网箱)，该网箱由框架、网衣及浮球(筒)组成，以固定在海底的大型沉件的锚泊力以及框架、浮球(筒)的浮力构成/保持箱体容积。该网箱在大风及流速较大时，在水流的作用下，可自行沉入水平面以下，网箱容积变化也相对较小。其缺点是网箱安装大型沉件需大型工作船辅助，在流速较大海域的养殖操作、维护比较困难，在国外有应用，目前我国尚无此类网箱应用。

自张力或自支撑式/升降式网箱(蝶型网箱)，该网箱通过垂直于水面的大直径金属管、小直径金属管组装而成的多边形框架，采用高强度、低伸长的金属或非金属纲绳连接大直径金属管两端与多边形框架组成飞碟状并装配网片，自身构成网箱内空间(容积)。此种网箱可通过中间的大直径支撑管调节网箱升降，能有效抵御台风、赤潮等灾害性海洋环境，其网箱容积基本不受水流的影响。其缺点是网箱安装必须有大型工作船、专业潜水人员辅助，而且在流速较大海域的安装难度高，养殖操作、维护需要专有配套设备，而且网箱成本很高。目前在国外有应用，我国曾引进此类网箱，但无成功的养殖生产应用。

发明内容

本发明需解决在具有较高海水流速的海域环境中，有效减小重力式/升降式离岸深水网箱因流速产生的箱体形变及箱体内的海水流速，提高网箱容积保持率并改善养殖鱼类生长环境的问题。

本发明的技术方案包括采用由内外圈构成的双环形浮力框架、由网衣及网纲组成的圆柱形箱体、加挂在网箱箱体底部的沉圈、沉块，以及锚泊缆绳，其特征是在圆柱形箱体深度的1/2处增设一只平行于并大于浮力框架直径及沉圈直径的支撑及升降控制圈，支撑及升降控制圈为圆环形环管，该圆环形环管管壁开有若干进、出水孔，环管内装有用于调节网箱升降所需浮力的环带状可充、放气橡胶内胆，橡胶内胆上装有气阀并通过耐压软管与气源连接；在双环形浮力框架外圈、支撑及升降控制圈、圆柱形箱体底纲和底部沉圈之间，以多根柔性绳索按圆环等比例定位连接，并在上述三个圆环的连接绳索之间安装网衣，构成内侧为圆柱形、外侧为双锥台形的柔性连接抗流形变和减流式深水网箱，网箱锚泊缆绳受力点设定在支撑及升降控制圈。

本发明的有益效果：1、网箱锚泊受力点在锥形外缘中部的支撑及升降控制圈，通过斜向绳索连接上部的浮力圈、底部沉圈以及连接中部支撑及升降控制圈和内侧圆柱形箱体的网衣，与现有高密度聚乙烯框架重力式/升降式深水网箱相比较，本发明有效减小内箱体在高流速海域环境中的形变与容积损失。2、在高流速海域环境中，通过外侧双锥形箱体和内侧圆柱形箱体双层网衣的整流，进入圆柱形箱体内的水流能量消减，可有效降低内侧圆柱形箱体内的海水流速，减小养殖鱼类在网箱内长时间顶流游泳的强度，为养殖鱼类提供良好的生存、生长环境，同时外侧网衣可为内侧箱体防敌害生物侵害以及海上漂浮物的意外撞击破损提供了第一道保护屏障。3、采用独立的中部环管浮力调节，调控网箱升降及浮、沉状态，还可以同时附加于网箱内圆柱形箱体与中部支撑及升降控制圈的环形网衣水平翼，可调节网箱水平状态，减缓网箱升降速度并保持网箱的平衡升降，减少网箱升降对养殖鱼类的损伤。4、支撑及升降控制圈采用外部环管管壁开有若干进、出水孔，环管内装有可充、放气橡胶内胆的设计，克服了直接向聚烯烃环管充气、排水调节浮力时，为保证管内水体排空所需的空腔分割，以及特定结构的进排气、水阀，只需通过耐压软管连接在水面上的普通进排气阀调节，即可方便实施网箱升降操作。5、本发明可以采用目前国内较普遍应用的高密度聚乙烯框架网箱为基础进行技术升级，便于推广应用。

附图说明

图1、网箱结构示意图；图2、网箱外侧网衣装配示意图。

具体实施方式

参见图1、图2。

实施例1：本发朋包括采用由聚烯烃管材构成的双环形浮力框架外环1和内环2，网衣3及垂直力纲4组成的圆柱形箱体，箱体底部沉块5和锚泊缆绳6，在网箱箱体底纲7以柔性绳索8加挂一只直径与水面浮力框架内环规格相同的沉圈9，在圆柱形箱体深度的1/2处增设一只平行于并大于浮、沉圈直径的支撑及升降控制圈10，在上部双环形浮力框架外圈1、中部支撑及升降控制圈10、网箱箱体底纲7和底部沉圈9之间，以多根柔性绳索11按圆环等比例划分定位连接，在上述三个圆环的连接绳索11之间安装网衣12，构成内侧为圆柱形、外侧为双锥台形的柔性连接抗流形变和减流式离岸深水网箱，网箱锚泊受力点设定在锥形外缘的中部支撑及升降控制圈10；中部支撑及升降控制圈10为聚烯烃管材焊接成的环形管，环管管壁开有若干进、出水孔，环管内装有用于调节网箱升降所需浮力的环带状可充、放气橡胶内胆，橡胶内胆上装有气阀并通过耐压软管与水面上气源连接；网箱外侧网衣采用梯形对称剪裁，并对应连接三个圆环的绳索11装配网纲21，所用网纲制有若干个绳环22，便于外侧网衣的快速安装；网箱底部沉圈为聚烯烃管材焊接成的圆环，环管的上侧管壁开有若干填充孔，环管内填充大比重的沙砾，沉圈以柔性绳索8分别对应绳索11挂设于底纲7，沉圈下按配重需求等比例均衡加挂沉块。

网箱内圆柱形箱体1/2处加装一根水平纲13，并以环形网衣14与中部支撑及升降控制圈10连接，构成保持箱体形状、调节网箱水平状态以及减缓网箱升降速度的水平翼。

实施例2：以实施例1为基础，移除箱体底部沉圈9，在上部双环形浮力框架外圈1、中部支撑及升降控制圈10、网箱箱体底纲7以多根柔性绳索11按圆环等比例划分定位连接，并通过绳索8直接与箱体底部沉块5连接。所产生的工作原理及有益效果的不同在于：底部沉块5的配重相应增加，箱体底部呈现为与连接绳索11相应的多边形；通过模型试验验证，采用16根绳索时，箱体底部呈现为16边形，在高流速条件下的箱体整体形状基本与实施例1相同，有良好的容积保持率。与实施1比较的有益效果为，网箱在海上实际安装、换网等应用中，操作更为方便；可节省底圈所需的材料成本。

实施例3：以实施例1为基础，将网箱锚泊缆绳6的锚泊受力点固定于水面浮力框架的外圈1。所产生的工作原理及有益效果的不同在于：由于锚泊受力点的变化，网箱在流速较高时，与现有圆形高密度聚乙烯框架重力式/升降式深水网箱相比较虽有较好的箱体容积保持效果，但网箱迎流侧的上浮力圈、中部支撑及升降控制圈、底部沉圈均发生明显下沉，网箱发生整体倾斜；与实施例1比较的有益效果为，网箱锚泊缆绳固定于水面浮力框架，网箱在海上实际安装时相对方便。

本发明具体实施方式的原理及有益效果为：

1、本发明离岸深水网箱在现有圆形高密度聚乙烯框架重力式/升降式深水网箱的基础上增设了中部支撑及升降控制圈、底部沉圈、柔性绳索和网衣连接构成的双锥台形外网以及连接中部升降控制圈和内侧圆柱形箱体的环形网衣，改变了网箱的锚泊受力点和网箱受力方式；增设的连接中部升降控制圈和内侧圆柱形箱体的环形网衣和底部沉圈，为网箱内侧圆柱形箱体的中、底部提供了抗形变支撑，能有效减小内侧圆柱形箱体因海流产生的漂移和变形；同时，通过外侧双锥形箱体网衣的消减流速，降低了内侧圆柱形箱体的受流速度；附加于网箱内圆柱形箱体与中部支撑及升降控制圈的环形网衣水平翼，在海流的作用下驱使中部支撑及升降控制圈平行于水流方向，从而减少现有圆形重力式网箱在水流作用下背流侧网衣及网底向上漂移；由于采用上述技术实现的有益效果，有效减小内侧箱体在高流速海域环境中的形变与容积损失。

2、在高流速海域环境中，通过外侧双锥形箱体网衣和内侧圆柱形箱体双层网衣的减流，可有效降低内侧圆柱形箱体内的海水流速，减小养殖鱼类在网箱内长时间顶流游泳的强度，为养殖鱼类提供良好的生存、生长环境，同时外侧网衣可为内侧箱体防敌害生物侵害以及防海上漂浮物的意外撞击破损提供保护屏障；在网箱为规避台风、赤潮等灾害性环境前后实施的网箱下沉、上浮操作过程中，附加于网箱内圆柱形箱体与中部升降控制圈的环形网衣水平翼所产生的水动阻力，可减缓网箱升降速度，从而减少因网箱升降对箱体内养殖鱼类的挤压损伤。

3、采用独立的中部支撑及升降控制圈环管的浮力调节，调控网箱升降及浮、沉状态。中部支撑及升降控制圈采用外部刚性聚烯烃环管，管壁开有若干进、出水孔，起支撑作用；刚性聚烯烃环管内装有柔性可充、放气橡胶内胆，起浮力调节作用。在橡胶内胆中充足气体时，橡胶内胆紧贴聚烯烃环管内壁，网箱处于常浮状态，此时应同时满足式1、式2(其中：F为浮力，W为沉力或水中的重力，下同)；

F_{中部支撑及升降控制圈}+F_浮力框架＞W_底部沉圈+W_底部沉块 (式1)

F_{中部支撑及升降控制圈}＜W_底部沉圈+W_底部沉块           (式2)

需要执行网箱下沉操作时，打开连接于水面上的气阀释放橡胶内胆中的气体，在水压条件下橡胶胆被压扁，海水由外部聚烯烃环管管壁的若干进、出水孔灌入聚烯烃环管内，中部支撑及升降控制圈的浮力逐步减小；当浮力框架沉入水下后，关闭气阀，网箱沉块沉至海底，网箱沉圈悬于水中，以避免网箱底部网衣受损，此时应同时满足式3、式4；

F_{中部支撑及升降控制圈}+F_浮力框架＜W_底部沉圈+W_底部沉块  (式3)

F_{中部支撑及升降控制圈}+F_浮力框架＞W_底部沉圈            (式4)

需要执行网箱上浮操作时，将水面上的气阀连接于空气压缩机或高压气体钢瓶，向橡胶内胆充气体，随着压力的增大，橡胶内胆扩涨并将聚烯烃环管内的海水通过外部聚烯烃环管管壁的若干进、出水孔排出，中部支撑及升降控制圈的浮力逐步增大；网箱上浮后关闭气阀，此时恢复式1、式2之状态。

本发明的外部刚性聚烯烃支撑管和内部橡胶内胆式升降调控设计，克服了直接向聚烯烃环管充气、排水调节浮力时，为保证管内水体排空所需的空腔分割，以及特定结构的进排气、水阀，只需通过耐压软管连接在水面上的普通进排气阀调节，即可方便实施网箱升降操作，便于推广应用。