CN101637137A - 一种方形结构升降式网箱的下沉自平衡调控装置与控制方法 - Google Patents

一种方形结构升降式网箱的下沉自平衡调控装置与控制方法 Download PDF

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Abstract

一种方形结构升降式网箱的下沉自平衡调控装置与控制方法，它涉及海水网箱养殖技术领域，具体说是一种方形升降式网箱的自平衡调控装置与控制方法。在现有方形升降式网箱的基础上增加一套自平衡调控装置，它由一组十字交叉平衡力纲(4)和网底支撑钢管(6)组成；将十字交叉平衡力纲(4)分别加设在长方体网衣的两个或四个侧面上，网底支撑钢管(6)安装于网底两个或四个边的下部。本发明自平衡调控装置，设计原理合理，结构简明易行，可对现有方形结构升降式网箱稍加改造即可；它能改变现有方形升降式网箱在沉降过程中，在非手动控制下，容易出现侧翻和不能完全沉入水下的难题，可实现方形结构升降式网箱的远程可遥控操作。

Description

一种方形结构升降式网箱的下沉自平衡调控装置与控制方法
技术领域：
本发明涉及海水网箱养殖技术领域，具体说是一种方形升降式网箱的自平衡调控装置与控制方法。
背景技术：
升降式深水网箱是为了抵御强风暴袭击和躲避赤潮灾害而研制的抗风浪网箱，它主要利用波高随水深等比衰减的特性，在台风来临前，下潜到一定深度的水下，从而减少波浪力对网箱和养殖鱼类的损害和影响，提高网箱的抗风浪能力。
国产升降式深水网箱的关键技术之一，就是网箱下沉控制系统的技术研究。目前，我国约有几百只大型升降式深水抗风浪网箱，但真正在强台风来临前沉入水下躲避台风危害的成功实例还不多见，甚至未有成功的报道，因此其沉降后抗风浪的效果如何，还未得到实践考证，多数国产升降式网箱基本当作全浮式养殖网箱使用；究其原因，主要还是国产升降式网箱在下沉技术环节方面尚不成熟，存在着网箱在自然放气下沉过程中，受自然海洋环境中风、浪、流等因素的影响，网箱整体受力不均匀，造成网箱最终不能完全沉入水下、大角度倾斜偏转乃至侧翻等技术难点问题，现在解决这些问题的基本手段是采取手动控制排气的方式；另外，随着养殖技术的提高和养殖品种的增多，越来越需要一些养殖底栖鱼类和中层鱼类的专用潜式网箱；因此，进一步研究与完善升降式网箱的下沉控制技术，是推动我国升降式网箱快速发展的关键。
升降式网箱，作为一种能有效规避台风袭击和赤潮影响的网箱结构形式，有着广阔的市场发展前景。综合国内外升降式网箱的最新发展技术状况来看，升降式网箱的主要沉浮方式有三种：
(1)第一种是方形或多边形钢结构升降式网箱(钢框架配可调控浮力的浮筒)和HDPE圆形升降式网箱(主框架HDPE浮管作为进水舱)，它们主要是通过其浮筒或浮管舱进水减小网箱的浮力，最终使网箱的总沉力大于总浮力，从而实现网箱下沉的；这种方式的特点是在网箱下沉过程中，对浮管分隔舱或浮筒的平衡放气进水要求很高；从海上实物网箱升降试验发现，在自然放气状态下，对处于海洋环境中的网箱，因受风、浪、流等因素的影响，网箱浮筒和浮管进水速度有差异，导致网箱下沉过程中框架倾斜角度越来越大，甚至使网箱整体倾覆，造成损失，而网箱自身对此无调节倾斜平衡的能力。现有解决下沉的办法主要是采用手动控制操纵。
(2)第二种是钢框架网箱和HDPE圆形网箱不采用浮筒和浮管进水，而是采用在网箱的底部加设大浮筒和较大的配重，通过控制和调节网底大浮筒的进水与充气，来改变网箱的总沉力与总浮力的关系，以达到网箱的沉浮的；这种方式的特点是可采用自然放气实现网箱的平稳下沉和上浮，但由于网箱底部配重较大，底浮筒带流大，对网箱框架结构强度要求较高，尤其是网衣底部的支撑圈的安装难度大，使用寿命短，换网工作也比较繁琐困难，在实际生产中难以推广应用。
(3)第三种是以上两种形式的相互结合，既利用网箱上部框架的浮管或浮筒等进水，也在网箱底部加设沉子和浮筒均衡调节系统使网箱沉浮，但下沉过程操作环节较多，也较烦琐。从以上升降式网箱采用的的三种沉浮形式来看，各有利弊，需主要解决的仍是下沉过程易倾覆和不能完全沉如水下的问题。
发明内容：
本发明的目的是提供一种方形结构升降式网箱的下沉自平衡调控装置与控制方法，它能自动调节水下配重部分对网箱主框架产生的下沉拉力，利用下沉力和其作用点的逐渐转移，将网箱倾斜下沉速度较快一侧的下沉拉力转移到相对下沉较慢的一侧，增加下沉较慢一侧的下沉拉力，使网箱在一定倾斜角度内能自身调控平衡，从而解决了升降式网箱在自然放气条件下的下沉问题。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：在现有方形升降式网箱(带可调浮筒)的基础上增加一套自平衡调控装置，它由一组十字交叉平衡力纲4(绳索)和网底支撑钢管6(或其他刚性材料)组成；将十字交叉平衡力纲4分别加设在长方体网衣的两个或四个侧面上，网底支撑钢管6安装于网底两个或四个边的下部。网底支撑钢管6既可与网衣上的十字交叉平衡力纲组成自平衡调控系统，又可在日常养殖生产中起到支撑保持网衣形状的作用，提高网箱的有效养殖容量，减少网衣受海流冲击产生的漂移与变形。
应用时本发明能使升降式网箱在下沉过程中，通过自平衡调控装置，对受风浪流影响网箱产生的倾斜，自动调节水下配重部分对网箱主框架产生的下沉拉力，利用下沉力和其作用点的逐渐转移，将网箱倾斜下沉速度较快一侧的下沉拉力转移到相对下沉较慢的一侧，增加下沉较慢一侧的下沉拉力，使网箱在一定倾斜角度内能自身调控平衡，最终完成网箱的下沉过程，从而解决了升降式网箱在自然放气条件下的下沉问题。另外，解决了下沉的关键问题(手动控制下沉方式)，就可实现方形结构升降式网箱的远程可遥控操作，在台风到来或赤潮发生之前，通过远程遥控向漂浮在海面的升降控制箱发出沉降指令，网箱升降控制程序启动，控制箱内电磁控制阀门动作，打开可调控浮筒的排气管路，使网箱在可控制的倾斜度范围内成功完成下沉过程。反之，向控制箱发出上浮指令，通过控制箱中的电磁阀门组自动切换，启动直流微型充气泵通过软管向网箱各可调控浮筒充气，使网箱平稳升至水面。
本发明与现有技术相比具有以下优点和积极效果：该方法和装置的特征是：1.自平衡调控装置，设计原理合理，结构简明易行，可对现有方形结构升降式网箱稍加改造即可；2.升降网箱在自然放气状态下，快速平稳自如升降；3.网箱下沉自平衡调控装置，自动调控，控制力强，可靠性高；4.可实现方形结构升降式网箱的远程可遥控操作。
附图说明：
图1是本发明的俯视图，图2是本发明的侧面视图，图3是本发明中网箱正常浮在水面和网箱沉降过程中倾斜力学分析示意图。
图中：1.方形网箱主框架，2.浮力可调控浮子，3.固定浮子，4.十字交叉平衡力纲，5.网衣，6.网底支撑钢管，7.网底沉石配重。
具体实施方式：
参看图1-3，本具体实施方式采用以下技术方案：在现有方形升降式网箱(带可浮力可调控浮子2和固定浮子3)的基础上增加一套自平衡调控装置，它主要由一组十字交叉平衡力纲(绳索)4和网底支撑钢管(或其他刚性材料)6组成，在网底配有沉石配重7；将十字交叉平衡力纲分别加设在长方体网衣的两个或四个侧面上，网底支撑钢管安装于网底两个或四个边的下部。网底支撑钢管既可与网衣上的十字交叉平衡力纲组成自平衡调控系统，又可在日常养殖生产中起到支撑保持网衣形状的作用，提高网箱的有效养殖容量，减少网衣受海流冲击产生的漂移与变形。
本具体实施方式是在网箱下沉过程中产生一定的倾斜角度时，利用十字交叉平衡力纲4和网底支撑钢管6形成的自调控装置，通过下沉力和作用点的转移，改变网箱主框架1下沉重力产生的倾斜转动力矩与浮筒浮力产生的平衡转动力矩之间的关系，使之逐渐接近平衡，来保持在网箱整体倾斜到一定角度时不再继续发生转动倾斜甚至倾覆，具有自平衡调节的作用，是一种自动的机械的重力平衡方法。
自平衡调控装置是由网衣上的十字交叉平衡力纲4和安装于网底的支撑钢管6重组成；根据改变网衣的深度可计算出网箱在下沉过程中的限定倾斜角度，对于网衣5为正方体形状式时，其下沉的倾斜角度最大不超过31度，网衣5深度越大下沉倾斜角度越小。在网箱沉降过程中，随着网箱框架出现的倾斜，其下沉快一侧的下拉力随着倾斜角度加大自动向下沉速度较慢一侧调节转移，促使下沉较慢一侧的下拉力逐渐加大，当下沉到限定角度时，水下配重对下沉较快一侧网箱主框架1的下拉力基本减少为零，最终达到转动力矩与平衡力矩的平衡，使网箱整体不再继续倾斜甚至侧翻。
该具体实施方式对于只有相对两侧安装有可调控浮筒的方形升降式网箱来说，因下沉倾斜只能在安装可调控浮筒侧发生倾斜，因此只是在另外安装有固定浮子3的两侧加设十字交叉平衡力纲4和网底支撑钢管6即可自调控平衡，对于四面都安装有可调控浮筒的方形升降式网箱，其斯面和网底都要安装十字交叉平衡力纲4和安装于网底的支撑钢管6。
网箱稳定的力学条件：倾斜转动力矩与平衡力矩平衡：
∑M转动＝∑M平衡
网箱下沉偏转到限制角度时，网箱不再继续偏转倾斜，水下配重7产生的下拉力转移到下沉慢的框架一侧，使该侧可调控浮筒加速下沉，调控网箱完成整个下沉过程。

Claims (4)

1、一种方形结构升降式网箱的沉降自平衡调控装置与控制方法，其特征在于在现有方形升降式网箱的基础上增加一套自平衡调控装置，它由一组十字交叉平衡力纲(4)和网底支撑钢管(6)组成；将十字交叉平衡力纲(4)分别加设在长方体网衣的两个或四个侧面上，网底支撑钢管(6)安装于网底两个或四个边的下部。
2、根据权利要求1所述的一种方形结构升降式网箱的沉降自平衡调控装置与控制方法，其特征在于利用升降式网箱的自平衡调控装置，在网箱沉降过程中来逐渐转移倾斜网箱的下沉力和其作用点的方法，调控网箱达到相对平稳、安全、快速、自如沉浮的目的。
3、根据权利要求1所述的一种方形结构升降式网箱的沉降自平衡调控装置与控制方法，其特征在于方形结构升降式网箱的自平衡调控装置安装在方形升降式网箱的网衣和网底下部的方式。
4、根据权利要求1所述的一种方形结构升降式网箱的下沉自平衡调控装置与控制方法，其特征在于只有相对立两侧安装有可调控浮筒的方形网箱与要在另外两侧网衣及网底安装自平衡调控装置的相对应性。
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