CN103318382B - 一种水面漂浮物自动收集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水面漂浮物收集设备技术领域，涉及一种水面漂浮物自动收集装置，主体结构包括船体、双边轮可调节喇叭形进口段、漂浮物入口自动门系统、船舶动力设备操作系统和漂浮物出口闸门系统五个功能部分，船体首端为双边轮可调节喇叭形进口段；船体与双边轮可调节喇叭形进口段之间为漂浮物入口自动门系统；船体中间段为船舶动力设备操作系统；船体尾部为漂浮物出口闸门系统；其结构简单，原理可靠，无需机械传动系统聚集垃圾，运行可靠性强，管理维护简便，成本低。
Description
技术领域：
本发明属于水面漂浮物收集设备技术领域，涉及一种供水面漂浮垃圾/浒苔等杂物收集转运的漂浮物自动收集船型设备，特别是一种水面漂浮物自动收集装置。
背景技术：
随着我国经济社会的快速发展和生活水平的不断提高，各类水域出现了越来越多的水面漂浮垃圾，特别是城镇景观和闸坝拦蓄河段的泡沫、饮料杯、塑料瓶、包装袋盒、地表植被和水生植物等；由于全球气候变化、水体富营养化等原因，造成海洋大型海藻浒苔绿潮暴发，大量浒苔漂浮聚集到近海岸边，阻塞航道，同时破坏海洋生态系统，严重威胁沿海渔业、旅游业发展。自2007年以来浒苔连续7年大规模来袭，沿海地区浒苔成灾，这些水面漂浮垃圾/浒苔等杂物不仅污染水体生态环境和影响观瞻，甚至会引起水上事故，影响相关行业的发展。目前，对于水面漂浮垃圾/浒苔等杂物的收集处置多采用人工清捞的方法，也出现了一些水面漂浮垃圾的收集方法和装置等，这些收集装置有人工直接操作控制的、利用遥控控制的、也有自动收集的，有需要动力的、也有采用风力或太阳能的，各有其优缺点以及适用条件和范围。现有的收集装置结构复杂，机械传动部件易出现故障，可靠性差，难以维护，而且垃圾收集效率低，价格和运行费用高，难以推广和广泛应用。中国专利2013101754410公开了一种趸船式河流漂浮垃圾自动收集装置，主要适用于具有一定流速河流岸边漂浮垃圾的自动收集，但是不适用对随意漂浮在各类水面垃圾/浒苔等杂物的收集。因此，针对随意漂浮在各类水面垃圾/浒苔等杂物的自动收集而设计一种水面漂浮物自动收集装置具有广泛的推广与应用前景。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种针对随意漂浮在各类水面的垃圾/浒苔等杂物进行自动收集的装置，实现对水面漂浮物进行清扫并对可利用漂浮物进行自动收集。
为了实现上述目的，本发明的主体结构包括船体、双边轮可调节喇叭形进口段、漂浮物入口自动门系统、船舶动力设备操作系统和漂浮物出口闸门系统五个功能部分；船体包括左侧船梆浮管、右侧船梆浮管、主横梁、前横梁、钢丝网漂浮物舱底板、铰连接、左侧浮体甲板、右侧浮体甲板、漂浮物舱和第二固定筋板；左侧船梆浮管和右侧船梆浮管分别采用六节塑料管焊接制成，左侧船梆浮管和右侧船梆浮管的中间分别固定制有左侧浮体甲板和右侧浮体甲板，左侧船梆浮管和右侧船梆浮管与钢丝围网围成漂浮物舱，用于收集和储存漂浮垃圾；槽钢材料制成的主横梁由管箍和第二固定筋板分别固定在左侧船梆浮管、右侧船梆浮管、左侧浮体甲板和右侧浮体甲板上，槽钢材料制成的前横梁由管箍固定安装在左侧船梆浮管和右侧船梆浮管的首端；船体的横向净宽度为b，纵轴向长度为3b，等分为3段，其中中间段为正方形，中间段为驾驶舱和用具舱，首尾两段分别收缩至漂浮物进口和出口的横向净宽度均为b/3，即两侧船梆的收缩宽度均为b/3，收缩角为36.87°，能根据水体水面特点和漂浮物收集的种类、数量选用不同规格型号的装置，两侧船梆浮管的吃水深度，即吃水位线以下浮管的淹没深度为浮管直径的0.5～0.6倍；双边轮可调节喇叭形进口段包括左侧进口段浮管、右侧进口段浮管、管箍、伸缩式撑拉杆、铰连接、旋转边轮和旋转边轮支架；左侧进口段浮管和右侧进口段浮管分别与船体的左侧船梆浮管和右侧船梆浮管采用铰连接固定连接，左侧进口段浮管和右侧进口段浮管的前端延长线上对称式固定安装制有旋转边轮，与左侧进口段浮管同侧的旋转边轮在船舶行进过程中顺时针旋转，与右侧进口段浮管同侧的旋转边轮在船舶行进过程中逆时针旋转，两个旋转边轮支架分别由管箍固定在左侧进口段浮管和右侧进口段浮管上，用于固定支撑旋转边轮，伸缩式撑拉杆固定和调节喇叭形进口段开口的大小，左侧进口段浮管和右侧进口段浮管的纵轴向投影长度为b/2，横向最大伸展宽度与船体横向宽度相同，喇叭形进口段的扩展角为67.38°，左侧进口段浮管和右侧进口段浮管前端开口与船体宽度齐平，旋转边轮的直径为船体横向宽度的一半，即d=b/2，旋转边轮在水面漂浮物收集装置的行进过程中，依靠船体的行进速度和水流阻力冲击旋杯带动旋转边轮自动旋转，使水面漂浮物自动收集装置在单趟行进时的漂浮物收集宽度达到船体宽度的1.84倍以上；漂浮物入口自动门系统包括轴承支座、自动门轴、平衡锤连杆、自动门板、第一固定筋板、自动门控制桨板和管箍；轴承支座固定在前横梁上，轴承上支撑式制有自动门轴，塑料板制成的自动门板由第一固定筋板紧固在自动门轴上，自动门轴的中间固定制有平衡锤连杆，平衡锤连杆向船头方向倾斜向上延伸，使自动门板向下游倾斜向下打开；自动门轴的两端固定制有塑料板制成的自动门控制桨板，自动门控制桨板控制自动门板的自动打开、回位和逆止关闭，自动门控制桨板在船体行进速度的冲击下，带动自动门轴顺向转动使自动门板开启，使漂浮物平顺入舱；当船体调头、倒船或倒流使舱内漂浮物漂向入口自动门时，自动门控制桨板自动回位或在反向水流阻力的冲击下，带动自动门轴反向转动使自动门板关闭，有效防止漂浮物舱收集和储存的漂浮物向外漂流；船舶动力设备操作系统包括驾驶舱、船舵、座椅、仪表盘、燃油箱、驾驶舱门、用具舱、船用低速柴油机、螺旋桨、传动轴、驾驶舱顶棚、驾驶舱墙体和栏杆；驾驶舱墙体焊接式固定安装在船体主横梁的两侧，两根主横梁和主横梁两侧的驾驶舱墙体围成的空腔分为驾驶舱和用具舱，安装在漂浮物舱上部的用具舱位于靠近船体尾端一侧，用于储藏用具；驾驶舱底部固定安装制有螺旋浆，螺旋桨通过传动轴与驾驶舱内的船用低速柴油机的一端传动连接，船用低速柴油机输出的柴油机动力由传动轴传给螺旋浆驱动螺旋桨转动；船用低速柴油机的另一端上安装制有船舵，用来操纵和控制航向，船舵前面固定制有座椅，座椅的前面固定制有仪表盘，用于安装指引和提示仪表；船用低速柴油机的一侧固定安装有燃油箱作为动力燃料油储备箱，驾驶舱的顶部制有驾驶舱顶棚，用于遮挡风雨；驾驶舱两侧的驾驶舱墙体上开制有驾驶舱门，驾驶舱的外侧固定制有栏杆；漂浮物出口闸门系统由闸门框、钢丝网闸门、管箍、闸门框撑拉杆和钢丝围网；闸门框由管箍固定安装在左侧船梆浮管和右侧船梆浮管的尾端，闸门框的两侧连接制有闸门框撑拉杆，闸门框撑拉杆由管箍固定安装在在左侧船梆浮管和右侧船梆浮管的尾节管段中间，闸门框的两侧下部与钢丝围网和钢丝网漂浮物舱底板固定连接，闸门框上制有钢丝网闸门，钢丝网闸门在闸门框内上、下升降，钢丝网闸门向下关闭时，自动收集装置处于收集和储存漂浮物状态；钢丝网闸门向上开启时，在出口处接好装漂浮物的大网兜或转运装置，便于装运漂浮物外运处置。
本发明与现有技术相比，其结构简单，原理可靠，无需机械传动系统聚集垃圾，实现漂浮物的自动收集，运行可靠性强，管理维护简便，成本低，适用于各类水面漂浮垃圾/浒苔等杂物的自动收集，具有广泛的推广与应用前景。
附图说明：
图1为本发明的主体结构原理示意图。
图2为本发明的纵向剖面结构原理示意图。
图3为本发明涉及的船体首端的横向剖面结构原理示意图。
图4为本发明涉及的驾驶舱横向剖面结构原理示意图。
图5为本发明涉及的船体尾端的横向剖面结构原理示意图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图作进一步说明。
本实施例的主体结构包括船体、双边轮可调节喇叭形进口段、漂浮物入口自动门系统、船舶动力设备操作系统和漂浮物出口闸门系统五个功能部分；船体包括左侧船梆浮管1、右侧船梆浮管2、主横梁5、前横梁11、钢丝网漂浮物舱底板19、铰连接20、左侧浮体甲板21、右侧浮体甲板22、漂浮物舱23和第二固定筋板39；左侧船梆浮管1和右侧船梆浮管2分别采用六节塑料管焊接制成，左侧船梆浮管1和右侧船梆浮管2的中间分别固定制有左侧浮体甲板21和右侧浮体甲板22，左侧船梆浮管1和右侧船梆浮管2与钢丝围网10围成漂浮物舱23，用于收集和储存漂浮垃圾；槽钢材料制成的主横梁5由管箍8和第二固定筋板39分别固定在左侧船梆浮管1、右侧船梆浮管2、左侧浮体甲板21和右侧浮体甲板22上，槽钢材料制成的前横梁11由管箍8固定安装在左侧船梆浮管1和右侧船梆浮管2的首端；船体的横向净宽度为b，纵轴向长度为3b，等分为3段，其中中间段为正方形，中间段为驾驶舱26和用具舱32，首尾两段分别收缩至漂浮物进口和出口的横向净宽度均为b/3，即两侧船梆的收缩宽度均为b/3，收缩角为36.87°，能根据水体水面特点和漂浮物收集的种类、数量选用不同规格型号的装置，两侧船梆浮管的吃水深度，即吃水位线40以下浮管的淹没深度为浮管直径的0.5～0.6倍；双边轮可调节喇叭形进口段包括左侧进口段浮管3、右侧进口段浮管4、管箍8、伸缩式撑拉杆18、铰连接20、旋转边轮24和旋转边轮支架25；左侧进口段浮管3和右侧进口段浮管4分别与船体的左侧船梆浮管1和右侧船梆浮管2采用铰连接20固定连接，左侧进口段浮管3和右侧进口段浮管4的前端延长线上对称式固定安装制有旋转边轮24，与左侧进口段浮管3同侧的旋转边轮24在船舶行进过程中顺时针旋转，与右侧进口段浮管4同侧的旋转边轮24在船舶行进过程中逆时针旋转，两个旋转边轮支架25分别由管箍固定在左侧进口段浮管3和右侧进口段浮管4上，用于固定支撑旋转边轮24，伸缩式撑拉杆18固定和调节喇叭形进口段开口的大小，左侧进口段浮管3和右侧进口段浮管4的纵轴向投影长度为b/2，横向最大伸展宽度与船体横向宽度相同，喇叭形进口段的扩展角为67.38°，左侧进口段浮管3和右侧进口段浮管4前端开口与船体宽度齐平，旋转边轮24的直径为船体横向宽度的一半，即d=b/2，旋转边轮24在水面漂浮物收集装置的行进过程中，依靠船体的行进速度和水流阻力冲击旋杯带动旋转边轮24自动旋转，使水面漂浮物自动收集装置在单趟行进时的漂浮物收集宽度达到船体宽度的1.84倍以上；漂浮物入口自动门系统包括轴承支座12、自动门轴13、平衡锤连杆14、自动门板15、第一固定筋板16、自动门控制桨板17和管箍8；轴承支座12固定在前横梁11上，轴承12上支撑式制有自动门轴13，塑料板制成的自动门板15由第一固定筋板16紧固在自动门轴13上，自动门轴13的中间固定制有平衡锤连杆14，平衡锤连杆14向船头方向倾斜向上延伸，使自动门板15向下游倾斜向下打开；自动门轴13的两端固定制有塑料板制成的自动门控制桨板17，自动门控制桨板17控制自动门板15的自动打开、回位和逆止关闭，自动门控制桨板17在船体行进速度的冲击下，带动自动门轴13顺向转动使自动门板15开启，使漂浮物平顺入舱；当船体调头、倒船或倒流使舱内漂浮物漂向入口自动门时，自动门控制桨板17自动回位或在反向水流阻力的冲击下，带动自动门轴13反向转动使自动门板15关闭，有效防止漂浮物舱23收集和储存的漂浮物向外漂流；船舶动力设备操作系统包括驾驶舱26、船舵27、座椅28、仪表盘29、燃油箱30、驾驶舱门31、用具舱32、船用低速柴油机33、螺旋桨34、传动轴35、驾驶舱顶棚36、驾驶舱墙体37和栏杆38；驾驶舱墙体37焊接式固定安装在船体主横梁5的两侧，两根主横梁5和主横梁5两侧的驾驶舱墙体37围成的空腔分为驾驶舱26和用具舱27，安装在漂浮物舱23上部的用具舱27位于靠近船体尾端一侧，用于储藏用具；驾驶舱26底部固定安装制有螺旋浆34，螺旋桨34通过传动轴35与驾驶舱27内的船用低速柴油机33的一端传动连接，船用低速柴油机33输出的柴油机动力由传动轴35传给螺旋浆34驱动螺旋桨34转动；船用低速柴油机33的另一端上安装制有船舵27，用来操纵和控制航向，船舵27前面固定制有座椅28，座椅28的前面固定制有仪表盘29，用于安装指引和提示仪表；船用低速柴油机33的一侧固定安装有燃油箱30作为动力燃料油储备箱，驾驶舱26的顶部制有驾驶舱顶棚36，用于遮挡风雨；驾驶舱26两侧的驾驶舱墙体37上开制有驾驶舱门31，驾驶舱26的外侧固定制有栏杆38；漂浮物出口闸门系统由闸门框6、钢丝网闸门7、管箍8、闸门框撑拉杆9和钢丝围网10；闸门框6由管箍8固定安装在左侧船梆浮管1和右侧船梆浮管2的尾端，闸门框6的两侧连接制有闸门框撑拉杆9，闸门框撑拉杆9由管箍8固定安装在在左侧船梆浮管1和右侧船梆浮管2的尾节管段中间，闸门框6的两侧下部与钢丝围网10和钢丝网漂浮物舱底板19固定连接，闸门框6上制有钢丝网闸门7，钢丝网闸门7在闸门框6内上、下升降，钢丝网闸门7向下关闭时，自动收集装置处于收集和储存漂浮物状态；钢丝网闸门7向上开启时，在出口处接好装漂浮物的大网兜或转运装置，便于装运漂浮物外运处置。
实施例1：
本实施例涉及一个具体的制造实例，选择规格型号SLZ-1500的水面漂浮物自动收集装置，即取船体内部横向净宽度为1500mm，则相应的船体长度为4500mm，等分为3段，中间段为正方形，首尾两段分别收缩至漂浮物进口和出口的横向净宽度均为500mm，即两侧船梆的收缩宽度均为500mm，首尾四节管段长度均为1581.1mm，收缩角为36.87°。左侧进口段浮管3和右侧进口段浮管4的纵轴向投影长度均为750mm，横向最大伸展宽度与船体横向宽度相同，即可调节喇叭形进口段的开口宽度设计为1500mm，管段长度为901.4mm，扩展角为67.38°；旋转边轮24的直径d=750mm，两个对称的旋转边轮24上各安装六只反向旋杯，即旋转边轮24前端的纵轴向投影长度均为750mm，该型号水面漂浮物自动收集装置的船体总长度为6000mm，即船体总宽度与总长度之比等于1:4，计算得到组成船体结构的六节塑料浮管的总长为2×1500+4×1581.1=9324.4mm，钢丝围网总长度为9324.4mm；可调节喇叭形进口段的两节塑料浮管的总长为2×901.4=1802.8mm，该型号水面漂浮物自动收集装置总共八节塑料浮管的总长为11127.2mm；左侧浮体甲板21和右侧浮体甲板22的规格为长度×宽度×高度=1500mm×400mm×800mm；塑料浮管的管径规格及主要参数（选自“添丰”牌产品规格）为：内径De=315mm，壁厚δ=13.5mm，自重G=15.40kg/m，外径D=342mm，总重171.36kg；左侧船梆浮管1和右侧船梆浮管2下方吊固的钢丝围网总长度为9324.4mm，高度为350mm，面积为3.26m2；钢丝网漂浮物舱底板19的面积为5.25m2，其网孔直径为30mm，线径为1.6mm，自重为5.1kg/m2，总重为43.40kg；两根主横梁和1根前横梁的总长度2×（1500+315）+1500=5130mm，选用25#C槽钢，规格250×82×11，重量为35.26kg/m，总重为180.88kg；自动门系统门轴长度为660mm，选用20#钢筋，自动门塑料板的规格为330mm×280mm，自动门控制桨板（塑料板）的规格为120mm×320mm，自动门系统总重为9.0kg；出口闸门系统闸门框6的规格为长×宽=330mm×1100mm，总长度为2860mm，钢丝网闸门7的面积为330×530=0.175m2，出口闸门系统的总重为11.0kg；五根撑拉杆的总长度为2×490+1200+700+1220=4100mm，螺纹16#钢筋每米重量为1.58kg，总重6.48kg；船舶动力设备操作系统总重为300kg，左侧浮体甲板和右侧浮体甲板的总重为80kg，定员2人；铰连接20和管箍8按全部重量的10%计，水面漂浮物自动收集装置总重量为1212.33kg；当船体和进口段浮管的吃水深度为0.6D时，每米长度所受的浮力为91.86kg/m，相应的浮力为690.86kg；两侧浮体的吃水深度=0.6H时，相应的浮力=1000×2×1.5×0.4×0.48=576kg，因此，自动收集装置船体的总浮力1266.86kg大于总重量1212.33kg是安全的，可以确保水面漂浮物自动收集装置的平稳运行。
Claims (1)
1.一种水面漂浮物自动收集装置，其特征在于主体结构包括船体、双边轮可调节喇叭形进口段、漂浮物入口自动门系统、船舶动力设备操作系统和漂浮物出口闸门系统五个功能部分；船体包括左侧船梆浮管、右侧船梆浮管、主横梁、前横梁、钢丝网漂浮物舱底板、铰连接、左侧浮体甲板、右侧浮体甲板、漂浮物舱和第二固定筋板；左侧船梆浮管和右侧船梆浮管分别采用六节塑料管焊接制成，左侧船梆浮管和右侧船梆浮管的中间分别固定制有左侧浮体甲板和右侧浮体甲板，左侧船梆浮管和右侧船梆浮管与钢丝围网围成漂浮物舱，用于收集和储存漂浮垃圾；槽钢材料制成的主横梁由管箍和第二固定筋板分别固定在左侧船梆浮管、右侧船梆浮管、左侧浮体甲板和右侧浮体甲板上，槽钢材料制成的前横梁由管箍固定安装在左侧船梆浮管和右侧船梆浮管的首端；船体的横向净宽度为b，纵轴向长度为3b，等分为3段，其中中间段为正方形，中间段为驾驶舱和用具舱，首尾两段分别收缩至漂浮物进口和出口的横向净宽度均为b/3，即两侧船梆的收缩宽度均为b/3，收缩角为36.87°，能根据水体水面特点和漂浮物收集的种类、数量选用不同规格型号的装置，两侧船梆浮管的吃水深度，即吃水位线以下浮管的淹没深度为浮管直径的0.5～0.6倍；双边轮可调节喇叭形进口段包括左侧进口段浮管、右侧进口段浮管、管箍、伸缩式撑拉杆、铰连接、旋转边轮和旋转边轮支架；左侧进口段浮管和右侧进口段浮管分别与船体的左侧船梆浮管和右侧船梆浮管采用铰连接固定连接，左侧进口段浮管和右侧进口段浮管的前端延长线上对称式固定安装制有旋转边轮，与左侧进口段浮管同侧的旋转边轮在船舶行进过程中顺时针旋转，与右侧进口段浮管同侧的旋转边轮在船舶行进过程中逆时针旋转，两个旋转边轮支架分别由管箍固定在左侧进口段浮管和右侧进口段浮管上，用于固定支撑旋转边轮，伸缩式撑拉杆固定和调节喇叭形进口段开口的大小，左侧进口段浮管和右侧进口段浮管的纵轴向投影长度为b/2，横向最大伸展宽度与船体横向宽度相同，喇叭形进口段的扩展角为67.38°，左侧进口段浮管和右侧进口段浮管前端开口与船体宽度齐平，旋转边轮的直径为船体横向宽度的一半，即d＝b/2，旋转边轮在水面漂浮物收集装置的行进过程中，依靠船体的行进速度和水流阻力冲击旋杯带动旋转边轮自动旋转，使水面漂浮物自动收集装置在单趟行进时的漂浮物收集宽度达到船体宽度的1.84倍以上；漂浮物入口自动门系统包括轴承支座、自动门轴、平衡锤连杆、自动门板、第一固定筋板、自动门控制桨板和管箍；轴承支座固定在前横梁上，轴承上支撑式制有自动门轴，塑料板制成的自动门板由第一固定筋板紧固在自动门轴上，自动门轴的中间固定制有平衡锤连杆，平衡锤连杆向船头方向倾斜向上延伸，使自动门板向下游倾斜向下打开；自动门轴的两端固定制有塑料板制成的自动门控制桨板，自动门控制桨板控制自动门板的自动打开、回位和逆止关闭，自动门控制桨板在船体行进速度的冲击下，带动自动门轴顺向转动使自动门板开启，使漂浮物平顺入舱；当船体调头、倒船或倒流使舱内漂浮物漂向入口自动门时，自动门控制桨板自动回位或在反向水流阻力的冲击下，带动自动门轴反向转动使自动门板关闭，有效防止漂浮物舱收集和储存的漂浮物向外漂流；船舶动力设备操作系统包括驾驶舱、船舵、座椅、仪表盘、燃油箱、驾驶舱门、用具舱、船用低速柴油机、螺旋桨、传动轴、驾驶舱顶棚、驾驶舱墙体和栏杆；驾驶舱墙体焊接式固定安装在船体主横梁的两侧，两根主横梁和主横梁两侧的驾驶舱墙体围成的空腔分为驾驶舱和用具舱，安装在漂浮物舱上部的用具舱位于靠近船体尾端一侧，用于储藏用具；驾驶舱底部固定安装制有螺旋浆，螺旋桨通过传动轴与驾驶舱内的船用低速柴油机的一端传动连接，船用低速柴油机输出的柴油机动力由传动轴传给螺旋浆驱动螺旋桨转动；船用低速柴油机的另一端上安装制有船舵，用来操纵和控制航向，船舵前面固定制有座椅，座椅的前面固定制有仪表盘，用于安装指引和提示仪表；船用低速柴油机的一侧固定安装有燃油箱作为动力燃料油储备箱，驾驶舱的顶部制有驾驶舱顶棚，用于遮挡风雨；驾驶舱两侧的驾驶舱墙体上开制有驾驶舱门，驾驶舱的外侧固定制有栏杆；漂浮物出口闸门系统由闸门框、钢丝网闸门、管箍、闸门框撑拉杆和钢丝围网组成；闸门框由管箍固定安装在左侧船梆浮管和右侧船梆浮管的尾端，闸门框的两侧连接制有闸门框撑拉杆，闸门框撑拉杆由管箍固定安装在在左侧船梆浮管和右侧船梆浮管的尾节管段中间，闸门框的两侧下部与钢丝围网和钢丝网漂浮物舱底板固定连接，闸门框上制有钢丝网闸门，钢丝网闸门在闸门框内上、下升降，钢丝网闸门向下关闭时，自动收集装置处于收集和储存漂浮物状态；钢丝网闸门向上开启时，在出口处接好装漂浮物的大网兜或转运装置，便于装运漂浮物外运处置。
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