CN105104271B - 一种用于海上风场的深海网箱养殖装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于海上风场的深海网箱养殖装置，包括海上风机基础，所述海上风机基础顶部安装有操作平台，在海上风机基础下端安装有旋转套环固定系统，旋转套环固定系统与旋转臂机构连接，旋转臂机构通过缆索连杆构件与海上网箱模块连接；所述旋转套环固定系统包含加强筒套，加强筒套的上端和下端分别安装有上旋转套环和下旋转套环，上旋转套环和下旋转套环分别通过上连接扣和下连接扣与旋转臂机构连接。本发明的装置可以实现海上风场的多用途应用，实现海上风力发电与海上网箱养殖的有机结合，充分利用海上风场的空间以及海上风力电能，提高整体经济效益。

Description

一种用于海上风场的深海网箱养殖装置

技术领域

本发明涉及一种用于海上风场的深海网箱养殖装置，属于海上养殖领域。

背景技术

随着海上风力发电行业的技术进步，考虑到海岸线的视觉美感、风能资源的分布等相关因素，海上风场的选址已经向远海深海发展。海洋养殖行业受到水质环境、经济效益等方面的影响也已经向远海深海发展，同时也开发出许多不同结构形式的深远海养殖网箱。现如今大多数海上风场选址于离岸十几到二十几公里，水深在20到50米左右的海域，其海上风机基础大多采用单桩式基础和多柱式基础。这样的海域条件对于深远海养殖来说是非常理想的养殖场所，深水重力式网箱非常适宜这样的海域条件。

然而，海上风场所处的海域只是单一用途——用于海上风力发电，这样理想的海域环境还没有进行多用途开发利用，并且海上风力发电机所发的电能并没有充分利用；对于深远海养殖来说，由于离岸远电力供应不上，制约了海上养殖行业的自动化和智能化发展，同时，海域水深的增加会使得系泊成本显著增加，海域流速高于1m/s时，网箱体积损失巨大。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于海上风场的深海网箱养殖装置，具有结构巧妙，稳定性好。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种用于海上风场的深海网箱养殖装置，包括海上风机基础，所述海上风机基础顶部安装有操作平台，在海上风机基础下端安装有旋转套环固定系统，旋转套环固定系统与旋转臂机构连接，旋转臂机构通过缆索连杆构件与海上网箱模块连接；所述旋转套环固定系统包含加强筒套，加强筒套的上端和下端分别安装有上旋转套环和下旋转套环，上旋转套环和下旋转套环分别通过上连接扣和下连接扣与旋转臂机构连接。

作为优选，所述旋转臂机构包含上旋转臂和下旋转臂，所述上旋转臂与上连接扣连接，下旋转臂与下连接扣连接，上旋转臂和下旋转臂的顶端交于一点与连接球连接，在下旋转臂的中部通过连接环与中旋转臂连接，连接环与缆索连杆构件连接，中旋转臂与上连接扣连接。

作为优选，所述上旋转臂、中旋转臂和下旋转臂均为高密度聚乙烯制成的圆柱中空杆，上旋转臂、中旋转臂和下旋转臂中的各个节点处安装有高强度不锈钢套管，该套管通过熔焊与上旋转臂、中旋转臂和下旋转臂连接。

作为优选，所述上旋转臂通过一对上支撑杆与上旋转套环连接，下旋转臂通过一对下支撑杆与下旋转套环连接。

作为优选，所述缆索连杆构件包含第一绳索、第二绳索和第三绳索，所述第一绳索两端分别与连接球与海上网箱模块连接，第二绳索和第三绳索的一端与连接环连接，第二绳索和第三绳索的另一端与海上网箱模块连接。

作为优选，所述海上网箱模块包含网箱框架、网筋和网衣固形圈，所述网箱框架下端通过网筋依次与网衣固形圈、网衣底和网底圈连接，网衣附着于网筋上，相邻两个海上网箱模块分别通过位于与两个网箱框架连接的框架连接揽、与两个网衣固形圈连接的固形圈连接杆和与两个网底圈连接的网底圈连接杆连接。海上网箱模块选用技术成熟的HDPE圆形重力式网箱，网箱的个数由海上风机基础所能承受的横向载荷强度确定，各网箱以串联的方式连接。

作为优选，所述网底圈为高密度聚乙烯管材，网底圈的直径比网衣固形圈直径大，在网底圈中加入铅块链或者混凝土块链并在网底圈的管壁上设有通孔，以此减小网底圈的排水体积增加比重，使其既能起到网底横向支撑作用又能起到网箱沉石的作用。

根据海上风机基础所处状态的不同分为两种安装过程：当此海上风场中的海上风机基础已经建造安装完毕，称此时的安装过程为“一类安装过程”，即已有风机基础状态下的安装过程；当此海上风场中的海上风机基础还未建造安装。称此时的安装过程为“二类安装过程”，即新建风机基础状态下的安装过程。

一类安装过程说明：此时，该海上风场中的海上风机已投入使用，并未考虑与海上网箱养殖结合实现海上风场的多用途应用，所以该海上风场中的海上风机基础需要改进，其安装过程步骤如下，

步骤一，对海上风机基础的相应位置处的桩柱表面进行前期处理，以备固定安装加强筒套；

步骤二，在前期处理好的相应位置处的桩柱上安装加强筒套，并固定到位；

步骤三，将上旋转套环和下旋转套环分别安装在加强筒套处相应的位置上，并对其固定加强；

步骤四，将各旋转臂组装好，并将连接球和连接环安装到位；

步骤五，组装好的旋转臂安装到上旋转套环和下旋转套环相应位置上并由上连接扣和下连接扣连接扣紧，同时将一对上支撑杆和一对下支撑杆装配到位；

步骤六，将相应数量的海上网箱用框架连接缆、固形圈连接杆和网底圈连接杆连接好，形成一个串联的海上网箱模块；

步骤七，用三根第一绳索将网箱框架连接和连接球连接在一起，同时，从连接环出发引出第二绳索和第三绳索分别与网衣固形圈和网底圈连接，以此实现对海上网箱模块的系泊和网箱变形控制的功能。

二类安装过程说明：此时，该海上风场中的海上风机基础还未建造和安装，所以在该海上风机基础的桩柱在设计建造时就将旋转换套环系统考虑进去，在进行海上风机基础的桩柱安装后，就直接可以将旋转臂机构安装固定到旋转换套环系统上相应的位置处，之后的安装过程步骤，同“一类安装过程”步骤的步骤四、步骤五、步骤六和步骤七。

整个养殖过程会应用一些自动化养殖设备，包括自动喂食设备、养殖环境监测设备、海上网箱控制设备、吸鱼泵收捕设备等，这些设备的电力提供均来至于海上风力发电机所发的电能，以此促进海上网箱养殖的自动化。

在本发明中，加强筒套处是海上风机基础桩柱的直接受力处也是应力较高的区域，加强套筒的存在是对其的局部加强并保障其强度；加强筒套始终处于海水中，减小了氧化腐蚀的影响，对于因特殊情况损坏的还可以进行整体拆卸更换。旋转臂机构与海上风机基础的刚性连接，能够加强本发明旋转方向上的刚度，使其旋转运动自如，更好地实现“风标效应”；旋转臂机构与海上网箱模块通过柔性的绳索连接，相对于刚性链接来说，可以有效地减小来自海上网箱模块的环境载荷对旋转臂机构和海上风机基础的动力冲击，尤其是海上网箱模块垂荡方向上的动力载荷。

在本发明中，上旋转臂、中旋转臂和下旋转臂构成三角形形状，保证机构的稳定性，相对于缆索连接来说有绝对的刚度优势，同时，确保旋转臂机构与海上风机基础有一特定的夹角，使得环境载荷稳定地传递到海上风机基础的水平和竖直方向上。海上风机基础的垂向承载能力相对于横向为大，通过所述呈三角形的旋转臂机构力的传递作用，可以将相应量的环境载荷分配到海上风机的竖直方向上，从而减小海上风机基础横向承载压力。

有益效果：本发明的用于海上风场的深海网箱养殖装置，具有以下优点：

1、本发明所提供的装置通过旋转臂机构将海上风机基础与海上养殖网箱有机地结合在一起，可以实现海上风场的多用途应用，充分利用海上风场的空间以及海上风力电能，提高海上养殖的效率和产品的品质，增加整体经济效益；

2、本发明所提供的装置，在网衣的中部设计布置了网衣固形圈，同时串联的海上网箱之间通过固形圈连接杆和网底圈连接杆将网衣连接成一个整体，并且在终端通过绳索与中部旋转臂连接，增强了网衣抵抗变形的能力，大大减小了网衣体积损失，增加了有效海上养殖空间；

3、本发明所提供的装置除了旋转套环固定系统优选高强度碳钢材料，其它组成部分的材料优选高密度聚乙烯，在保证相应强度要求的同时尽量降低整个结构的重量和成本，尤其在旋转臂机构中其自身的浮力可以抵消自重；

4、本发明所提供的装置通过适量的改装，利用海上风机基础作为海上养殖网箱的锚泊系统，节省了大量的海底锚泊成本；

5、本发明所提供的装置没有过于复杂的组成结构，装配安装方便，运营维护容易；

6、本发明所提供的装置电能供应充足，可大量配置与海上养殖相关的自动化设备，促进海上网箱养殖的智能化和自动化；

7、本发明所提供的装置应用在深远海域中的海上风场，其环境水质优越，所养鱼类品质好价值高，市场效益好；

8、本发明可以为与“海上风电对海洋生物的影响”等相关的研究课题提供优良的研究场所和试验场所，科学研究价值大。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为海上网箱养殖装置风标效应图；

图3为海上网箱养殖装置的海上风场布置图。

图1～3中：101为旋转套环固定系统，102为旋转臂机构，103为海上网箱模块，104为缆索连杆构件，105为海上风场，1为操作平台，2为海上风机基础，3为上旋转套环，4为下旋转套环，5为上支撑杆，6为下支撑杆，7为上连接扣，8为下连接扣，9为上旋转臂，10为连接球，11为第一绳索，12为第二绳索，13为第三绳索，14为网箱框架，15为网衣固形圈，16为网衣，17为网衣底，18为网底圈，19为框架连接缆，20为固形圈连接杆，21为网底圈连接杆，22为局部加强筒套。23为海平面，24为海底面，25为连接环，26为网筋，27为下旋转臂，28为中旋转臂。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明的一种用于海上风场的深海网箱养殖装置，包括旋转套环固定系统101、旋转臂机构102、海上网箱模块103和缆索连杆构件104。旋转套环固定系统101固定在海上风机基础上2，旋转臂机构102处在中间一端固定连接于旋转套环固定系统101上，另一端通过缆索连杆构件104与海上网箱模块103连接，海上网箱模块103在外围，通过缆索连杆构件104与旋转臂机构102连接。整个装置可以绕着海上风机基础2做360度自由旋转，具有“风标效应”的特点。

本发明中，所述旋转套环固定系统101包括局部强筒套22、上旋转套环3、下旋转套环4、上连接扣7、和下连接扣8。加强筒套22嵌套于海上风机基础2上，在距离海面相应的高度上海上风机基础2设有操作平台1，该操作平台1除了起到海上风力发电正常安装和运营维护的作用外，还是本发明海上养殖自动化控制的平台，在加强筒套22两端安装有上旋转套环3和下旋转套环4，旋转套环类似于轴承结构可以自由转动，上旋转套环3和下旋转套环4上分别安装有上连接扣7和下连接扣8，上连接扣7和下连接扣8直接与旋转臂机构102连接。整个旋转套环固定系统101主要起到固定和旋转点的作用相当于传统海上养殖网箱的锚定系统。

本发明中，所述旋转臂机构102包括上旋转臂9、下旋转臂27、中旋转臂28、连接球10、连接环25、上支撑杆5和下支撑杆6。旋转臂由三根管材杆件构成，即上旋转臂9、中旋转臂28和下旋转臂27，成两个三角形状，上旋转臂9与下旋转臂27的顶端交点处和中旋转臂28与下旋转臂27的交点处，分别安装有连接球10和连接环25，上旋转臂9和下旋转臂27的底端分别装配有一对上支撑杆5和一对下支撑杆6，旋转臂通过上连接扣7、下连接扣8、上支撑杆5和下支撑杆6固定在上旋转套环3和下旋转套环4上。旋转臂机构102可以随上旋转套环3和下旋转套环4自由转动。

本发明中，所述海上网箱模块103包括漂浮于海面23上的网箱框架14、网筋26、网衣16、网衣固形圈15、网衣底17和网底圈18，网筋26由上到下依次与网箱框架14、网衣固形圈15、网衣底17和网底圈18连接，网衣16附着于网筋26上。网筋26是网箱水下部分的骨架，起到承载和传递载荷的作用；网衣固形圈15安装在网箱水下部分的中部与网筋26和网衣16连接，起到固定网衣16横向形状的作用；网底圈18安装在网箱的最底部与网筋26的最下端连接，起到沉石的作用保持网衣16竖向和横向的形状。海上网箱模块103为海上养殖提供特定的养殖场所，同时也是其他海上养殖自动化设备的主要载体。

本发明中，所述缆索连杆构件104包括三根第一绳索11、第二绳索12、第三绳索13、框架连接缆19、固形圈连接杆20和网底圈连接杆21。第一绳索11一端与旋转臂机构102的连接球10相连，另一端与网箱框架14相连，起到对海上网箱模块103整体系泊的作用；第二绳索12和第三绳索13一端共同与旋转臂机构102的连接环25相连，另一端分别与网衣固形圈15和网底圈18相连，起到限制网衣16横向运动的作用；框架连接缆19、固形圈连接杆20和网底圈连接杆21分别与另一个海上网箱的网箱框架14、网衣固形圈15和网底圈18相连。

如图2所示，当海洋环境载荷以一定的方向作用到本发明的装置上时，104所受到的作用力(力矩)就会通过海上网箱模块103和旋转臂机构102作用到旋转套环固定系统101上，最终传递给海上风机基础2。风、浪、流等海洋环境载荷作用力和方向并不稳定，在本发明的装置受到其载荷作用时，会整体绕着海上风机基础2旋转，以此达到最小的受力(力矩)状态即“风标效应”，本发明装置的风标效应方向时时与海洋环境载荷的整体作用方向一致。

如图3所示，选取了海上风场105的一部分，海上网箱模块103通过旋转臂机构102系泊在海上风机基础2上，此图中显示海上网箱模块103由五个圆形重力式网箱串联而成，海上网箱模块103中的网箱数量要根据海上风机基础2的横向载荷的承受能力来确定，这样就实现了海上风力发电和海上网箱养殖共用同一处海上风场105的海域，海上风场105中的每一个海上风基础2都可安装上本发明装置，所以可以实现大规模规范化养殖，充分利用海上风场105剩余的电能。

一种用于海上风场的海上网箱养殖装置的应用方法，包括安装过程和养殖过程。本实施例中以“一类安装过程”为主体，呈现本发明的具体应用方法。

本发明的“一类安装过程”是：此时，该海上风场中的海上风机已投入使用，并未考虑与海上网箱养殖结合实现海上风场的多用途应用，所以该海上风场105中的海上风机基础2需要改进，其安装过程步骤如下，

步骤一，对海上风机基础2的相应位置处的桩柱表面进行前期处理，以备固定安装加强筒套22；

步骤二，在前期处理好的相应位置处的桩柱上安装加强筒套22，并固定到位；

步骤三，将上旋转套环3和下旋转套环4分别安装在加强筒套22处相应的位置上，并对其固定加强；

步骤四，将各旋转臂组装好，并将连接球10和连接环25安装到位；

步骤五，组装好的旋转臂机构安装到上旋转套环3和下旋转套环4相应位置上并由上连接扣7和下连接扣8连接扣紧，同时将一对上支撑杆5和一对下支撑杆6装配到位；

步骤六，将相应数量的海上网箱用框架连接缆19、固形圈连接杆20和网底圈连接杆21连接好，形成一个串联的海上网箱模块103；

步骤七，用三根第一绳索11将网箱框架14和连接球10连接在一起，同时，从连接环25出发引出第二绳索12和第三绳索13分别与网衣固形圈15和网底圈17连接，以此实现对海上网箱模块103的系泊和网箱变形控制的功能。

整个养殖过程会应用一些自动化养殖设备，包括自动喂食设备、养殖环境监测设备、海上网箱控制设备、吸鱼泵收捕设备等，这些设备的电力提供均来至于海上风力发电机所发的电能，以此促进海上网箱养殖的自动化。

综上所述，本发明的提出，为海上风力发电结合海上网箱养殖实现海上风场的多用途利用提供了概念装置和应用方法，整体提高了海上风场的经济效益价值和科学研究价值，同时依据本发明的原理概念，还可以将其推广到海上浮式风机基础上，拓宽海上网箱养殖的范围。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于海上风场的深海网箱养殖装置，其特征在于：包括海上风机基础，所述海上风机基础顶部安装有操作平台，在海上风机基础下端安装有旋转套环固定系统，旋转套环固定系统与旋转臂机构连接，旋转臂机构通过缆索连杆构件与海上网箱模块连接；所述旋转套环固定系统包含加强筒套，加强筒套的上端和下端分别安装有上旋转套环和下旋转套环，上旋转套环和下旋转套环分别通过上连接扣和下连接扣与旋转臂机构连接;所述旋转臂机构包含上旋转臂、中旋转臂和下旋转臂，所述上旋转臂与上连接扣连接，下旋转臂与下连接扣连接，上旋转臂和下旋转臂的顶端交于一点与连接球连接，在下旋转臂的中部通过连接环与中旋转臂连接，连接环与缆索连杆构件连接，中旋转臂与上连接扣连接；上旋转臂、中旋转臂和下旋转臂构成了三角形。

2.根据权利要求1所述的用于海上风场的深海网箱养殖装置，其特征在于：所述上旋转臂、中旋转臂和下旋转臂均为高密度聚乙烯制成的圆柱中空杆，上旋转臂、中旋转臂和下旋转臂中的各个节点处安装有高强度不锈钢套管，该套管通过熔焊与上旋转臂、中旋转臂和下旋转臂连接。

3.根据权利要求2所述的用于海上风场的深海网箱养殖装置，其特征在于：所述上旋转臂通过一对上支撑杆与上旋转套环连接，下旋转臂通过一对下支撑杆与下旋转套环连接。

4.根据权利要求3所述的用于海上风场的深海网箱养殖装置，其特征在于：所述缆索连杆构件包含第一绳索、第二绳索和第三绳索，所述第一绳索两端分别与连接球与海上网箱模块连接，第二绳索和第三绳索的一端与连接环连接，第二绳索和第三绳索的另一端与海上网箱模块连接。

5.根据权利要求4所述的用于海上风场的深海网箱养殖装置，其特征在于：所述海上网箱模块包含网箱框架、网筋和网衣固形圈，所述网箱框架下端通过网筋依次与网衣固形圈、网衣底和网底圈连接，网衣附着于网筋上，相邻两个海上网箱模块分别通过位于与两个网箱框架连接的框架连接揽、与两个网衣固形圈连接的固形圈连接杆和与两个网底圈连接的网底圈连接杆连接。

6.根据权利要求5所述的用于海上风场的深海网箱养殖装置，其特征在于：所述网底圈为高密度聚乙烯管材，网底圈的直径比网衣固形圈直径大，在网底圈中加入铅块链或者混凝土块链并在网底圈的管壁上设有通孔。