CN114223594A - 一种深海养殖网箱利用海流能自动潜浮的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种深海养殖网箱利用海流能自动潜浮的系统，该系统包括：海流能发电装置、储能装置、压缩空气装置、储存空气装置、管道、控制平台、浮体、液位传感器、顶部进气阀、顶部出气阀、底部控制阀、气象感应单元、手动操作单元，该系统通过安装在养殖网箱上的海流能发电装置进行发电自用，解决了养殖网箱上浮和下潜的技术难题以及在上潜和下浮过程中的能源消耗问题。此外，该系统将海流能发电装置与深海养殖网箱巧妙结合，在使用时无需铺设电缆，大大节省了网箱养殖的成本。另外，本发明系统组成简单，所需投资成本比较低，易于实现，具有非常高的推广价值。

Description

一种深海养殖网箱利用海流能自动潜浮的系统
技术领域
本发明属于海洋养殖工程装备领域，具体涉及一种深海养殖网箱利用海流能自动潜浮的系统。
背景技术
“海洋牧场”指的是在一定海域内，采用规模化和系统化的管理体制，利用深海养殖网箱和自然的海洋生态环境，将需要在深海进行养殖的海洋鱼类聚集起来，进行有计划有目的的海上放养。深海养殖网箱的体积比较庞大，通常放在离海岸几十公里甚至更远的海域内。当海上风平浪静时，深海网箱在海上不受风浪的冲击，可以平稳的漂浮在海平面处。当有较大风浪甚至台风等恶劣天气时，养殖网箱会受到海浪的冲击，由于海底锚链对养殖网箱的牵制作用，加之养殖网箱本身的结构比较大，所以养殖网箱很容易受到海浪的冲击而发生摇晃，从而使得整个网箱结构系统受到损害，甚至在网箱里养殖的海洋鱼类也会因为受到海浪的冲击而造成损伤，导致整个海洋牧场受到损失。
当海上天气恶劣时，海平面处的海浪比较大，海平面以下的海流速度小，随着海水深度的增加，在海水阻尼的影响下，海浪的冲击愈发减弱。所以在恶劣天气海面风浪较大时通常需要将网箱下潜到海平面以下合适的位置，以减轻海浪的冲击。另外，深海养殖网箱内养殖的海洋鱼类所需水温一般在4℃～18℃，通常，海水深度越深水温越低，所以在夏季海面水温较高时，就需要将养殖网箱下潜到水面以下温度比较低的位置来迎合海洋鱼类的生活温度。在冬天温度比较低时，海平面处的温度比海平面以下的温度高，这就需要将处在海平面以下的养殖网箱上浮到温度比较高的海平面处以保证海洋鱼类正常生活。因此养殖网箱的上浮和下潜尤为重要，解决养殖网箱上浮和下潜的技术问题以及在上潜和下浮过程中的能源消耗问题是运行整个海洋牧场的关键技术。
深海网箱在使用时往往需要被放置在距离海岸比较远的海域，所以解决网箱上浮和下潜的能源消耗问题非常重要。养殖网箱潜浮的所用的能源负荷并不大，故在能源消耗方面无需投入过高的成本。如果采用岸电提供电能就需要在网箱与岸电之间铺设海底传输电缆，但是海底的地形复杂多变，电缆价格和铺设成本高，加之电缆传输距离过长，所以这样会造成海洋养殖业的成本过高。考虑到海水中存在很多可再生能源，在海平面以下的海域附近存在丰富的海流能，海流能的利用方式主要是发电，其原理和风力发电相似，如果在养殖网箱上安装海流能发电装置，就可以解决养殖网箱上浮和下潜能源消耗的问题，并且无需铺设电缆，实现就地发电自给自足，节约深海养殖业的成本。
如专利号为CN112997940A的中国专利公开了一种利用潮汐发电深海网箱自用的方法，该方法通过建造双向潮汐电站发电供给深海网箱的控制平台使用。但是，养殖网箱在使用时通常需要被放置在距离海岸边几十公里甚至更远的地方，该专利的电力来源是通过建造潮汐发电站发电，而潮汐电站只能在岸边地理条件合适的地方建造，因此，潮汐电站距离网箱的距离长达几十公里甚至更远，如果依照该专利所述的方法为网箱供电，则需要在海底铺设长距离的传输电缆，受海底地形复杂多变的影响，海底铺设电缆难度非常大，加之电缆价格和铺设成本比较昂贵，就会造成海洋养殖业的成本过高。所以，该专利具有明显的问题和不足。
针对上述问题，提出一种养殖网箱利用海流能自动潜浮的系统，本发明通过在深海网箱上安装海流能发电装置，将产生的电能用于深海网箱的上浮或下潜。本发明实现了深海网箱发电自用的目的，更具有实际应用价值。
发明内容
本发明的目的是针对上述提出的问题，提出一种深海养殖网箱利用海流能自动潜浮的系统。本发明通过在养殖网箱上安装海流能发电装置发电，海流能发电装置产生的电能最终用于实现深海养殖网箱上浮和下潜，解决了养殖网箱上浮和下潜的能源消耗问题。
本发明包括：海流能发电装置、储能装置、压缩空气装置、储存空气装置、管道、控制平台、浮体、液位传感器、顶部进气阀、顶部出气阀、底部控制阀、气象感应单元、手动操作单元。其中海流能发电装置包括：框架、尾翼板、发电机、齿轮、固定座、固定支架、作用体、齿条、弹簧。
所述海流能发电装置通过输电线与储能装置相连，海流能发电装置产生的电能传输到储能装置储存起来；所述储能装置通过输电线与压缩空气装置相连，储能装置将储存起来的电能传输给压缩空气装置使用；所述压缩空气装置通过管道与储存空气装置相连；所述储存空气装置通过管道与顶部进气阀相连；所述顶部进气阀通过管道与浮体相连；所述浮体安装在深海养殖网箱底部，浮体通过管道与顶部出气阀和底部控制阀相连。
所述液位传感器安装在浮体内，用于测量浮体内海水的深度并将所测得的数据信息生成液位数值；所述气象感应单元通过线路与控制平台相连，气象感应单元可以自动感知天气信息，并将所感知的天气信息传输给控制平台；所述手动操作单元通过线路与控制平台相连，手动操作单元可以根据人为需要，手动选择养殖网箱的上浮或下潜，并将养殖网箱要进行上浮或下潜生成设定信息传递给控制平台；所述控制平台设有输入接口，用来接收液位传感器传输的液位数值、气象感应单元发出的天气信息和手动操作单元发出的设定信息。控制平台还设有输出接口，输出接口与顶部出气阀、顶部进气阀和底部控制阀相连，通过输出控制信号来控制顶部出气阀、顶部进气阀和底部控制阀的启停。
在海流能发电装置中：所述框架是由四根连接架首尾连接构成矩形结构，在框架上方和下方分别预设一个转轴，在框架内侧预设线性轨道；所述固定座设有两个，分别位于框架上方和下方，两个固定座与框架上方和下方的转轴转动配合，框架可以围绕固定座做全回转运动；所述固定支架一端连接在固定座上，另一端通过圆环结构与养殖网箱的支柱刚性连接。
所述发电机固定在框架上，在发电机输出轴上安装齿轮；所述尾翼板通过连接架与框架相连，当海水的流向与尾翼板不平行时，尾翼板在水流的作用下带动框架绕固定座转动，转动到尾翼板与水流方向平行的位置，从而实现海流能发电装置对海流能的最大利用率。
所述作用体采用密度与海水相同的轻质材料制成圆柱体，在作用体上、下底面设置滑块，作用体可以通过滑块沿框架内侧的线性轨道滑动，在作用体上底面安装齿条；所述齿条与发电机输出轴上的齿轮啮合；所述弹簧共有四组，四组弹簧均一端连接作用体，另一端连接框架。
当海流流过海流能发电装置的作用体时，会在作用体后方两侧产生交替脱落的漩涡，两侧的脱涡会相互作用从而产生交变的横向力，这个横向力会使作用体沿框架内侧的线性轨道来回滑动，进而带动齿条移动，从而使得齿条与发电机输出轴上的齿轮啮合传动，最终带动发电机发电。
当海上风浪较大或者夏季海平面处的温度过高时，此时养殖网箱需要下潜。气象感应单元能自动感应到天气信息，并将自动感应到的天气信息传递给控制平台，控制平台将收到的天气信息转换为目标数值，进而将目标数值转化为控制信号，通过输出接口将控制信号传递给顶部出气阀和底部控制阀，从而顶部出气阀和底部控制阀打开，浮体内的空气通过顶部出气阀排出，外部海水通过底部控制阀进入浮体，进而养殖网箱开始下潜。此时浮体内海水的液位通过液位传感器测得，液位传感器将测得的液位数值传递给控制平台，控制平台通过分析液位数值和目标数值的差值，从而判断顶部出气阀和底部控制阀是否停止。当液位数值和目标数值相等时，控制平台控制顶部出气阀和底部控制阀停止，最终使养殖网箱下潜到目标深度。当需要人为控制养殖网箱下潜时，通过控制手动操作单元生成设定信息，将设定信息通过输入接口传给控制平台，控制平台将收到设定信息转换为设定数值，进而将设定数值转化为控制信号，接下来原理与操作和上述相同。
当冬天海水温度低不适合海洋鱼类生活时，养殖网箱需要上浮。气象感应单元能自动感应到天气信息，并将感应到的天气信息通过输入接口传给控制平台，控制平台将收到天气信息转换为目标数值，进而将目标数值转化为控制信号，通过输出接口将控制信号传递给顶部进气阀和底部控制阀，从而顶部进气阀和底部控制阀打开，储存空气装置中储存的空气通过管道和顶部进气阀进入浮体，浮体内的海水通过底部控制阀排出，进而养殖网箱开始上浮。此时浮体内海水的液位通过液位传感器测得，液位传感器将测得的液位数值传递给控制平台，控制平台通过分析液位数值和目标数值的差值，从而判断顶部进气阀和底部控制阀是否停止。当液位数值和目标数值相等时，控制平台控制顶部进气阀和底部控制阀停止，最终使养殖网箱上浮到目标深度。当需要人为控制养殖网箱上浮时，通过控制手动操作单元生成设定信息，将设定信息通过输入接口传给控制平台，控制平台将收到设定信息转换为设定数值，进而将设定数值转化为控制信号，接下来原理与操作和上述相同。
本发明有益效果：
1.本发明提出一种能够实现养殖网箱自动上潜和下浮的系统，该系统通过安装在养殖网箱上的海流能发电装置进行发电自用，解决了养殖网箱上浮和下潜的技术难题以及在上潜和下浮过程中的能源消耗问题。
2.本发明将海流能发电装置与深海养殖网箱巧妙结合，实现了海流能发电装置产生的电能供给养殖网箱自用的目的，在使用时无需铺设电缆，大大节省了海洋养殖成本。
3.本发明系统组成简单，所需投资成本比较低，易于实现，具有非常高的推广应用价值。
附图说明
图1本发明系统图；
图2本发明海流能发电装置安装在养殖网箱位置示意图；
图3本发明海流能发电装置框架示意图；
图4本发明海流能发电装置示意图；
图5本发明海流能发电装置作用体示意图；
图6本发明海流能发电装置作用体在海流能作用下的移动示意图；
附图中：1.海流能发电装置；101.框架；102.尾翼板；103.发电机；104.齿轮；105.固定座；106.固定支架；107.作用体；108.齿条；109.弹簧；2.储能装置；3.压缩空气装置；4.储存空气装置；5.控制平台；6.管道；7.底部控制阀；8.浮体；9.液位传感器；10.顶部出气阀；11.顶部进气阀；12.气象感应单元；13.手动操作单元。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。
一种深海养殖网箱利用海流能自动潜浮的系统，如图1所示，该系统包括：海流能发电装置1、储能装置2、压缩空气装置3、储存空气装置4、控制平台5、管道6、底部控制阀7、浮体8、液位传感器9、顶部出气阀10、顶部进气阀11、气象感应单元12、手动操作单元13。
所述海流能发电装置1通过输电线与储能装置2相连，海流能发电装置1产生的电能传输到储能装置2储存起来；所述储能装置2通过输电线与压缩空气装置3相连，储能装置2将储存起来的电能传输给压缩空气装置3使用；所述压缩空气装置3通过管道6与储存空气装置4相连；所述储存空气装置4中储存所需的空气，储存空气装置4通过管道6与顶部进气阀11相连；所述顶部进气阀11通过管道6与浮体8相连；所述浮体8通过管道6与顶部出气阀10和底部控制阀7相连。
所述液位传感器9安装在浮体8内，用来检测浮体8中海水的深度，将检测到的液位数值传递给控制平台5；所述气象感应单元12通过线路与控制平台5相连，气象感应单元12可以自动感受到天气信息，并将感应到的天气信息传输给控制平台5；所述手动操作单元13通过线路与控制平台5相连，手动操作单元13可以通过人为设置生成设定信息并传递给控制平台5；所述控制平台5设有输入接口用来接收液位传感器9的液位数值、气象感应单元12传输的天气信息和手动操作单元13传输的设定信息。控制平台5还设有输出接口，输出接口与顶部出气阀10、顶部进气阀11和底部控制阀7相连，通过输出控制信号来控制顶部出气阀10、顶部进气阀11和底部控制阀7的启停。
如图2所示，所述海流能发电装置1安装在深海养殖网箱的支柱上，浮体8位于深海养殖网箱的底部，海流能发电装置1产生的电能最终用于控制浮体8来实现养殖网箱潜浮。
所述海流能发电装置1如图3、图4和图5所示，所述框架101是由四根连接架首尾连接构成矩形结构，在框架101上方和下方分别预设一个转轴，在框架101内侧预设线性轨道。所述固定座105设有两个，分别位于框架101上方和下方，固定座105分别与框架101上方和下方的预设的转轴转动配合，框架101可以围绕固定座105做全回转运动。所述固定支架106设有两个，分别位于固定座105上方和下方各一个，固定支架106一端连接在固定座105上，另一端通过圆环结构与养殖网箱的支柱刚性连接。
所述发电机103固定在框架101上，在发电机103上预设输出轴，在发电机103输出轴上安装齿轮104。所述尾翼板102通过连接架与框架101相连，尾翼板102用于捕获海流方向，当海流方向与尾翼板102有夹角时，尾翼板102在水流的作用下带动框架101绕固定座105转动，转动到尾翼板102与水流方向平行的位置，从而实现海流能发电装置1对海流能的最大利用率。
所述作用体107采用密度与海水相同的轻质材料制成圆柱体，在作用体107上、下底面设置滑块，作用体107可以通过滑块沿框架101内侧的线性轨道滑动，在作用体107上底面安装齿条108。如图4所示，所述齿条108与发电机103输出轴上的齿轮104啮合。所述弹簧109共有四组，四组弹簧均一端连接作用体107，另一端连接框架101。
如图6所示，当海流流过海流能发电装置1的作用体107时，会在作用体107后方两侧产生脱落的漩涡，两侧的脱涡会相互作用从而形成卡门涡街周期性交变的横向力，这个横向力会使作用体107通过预设的滑块沿框架101内侧预设的线性轨道滑动，进而带动上方的齿条108移动，齿条108通过啮合带动齿轮104转动，齿轮104通过输出轴把转矩传递给发电机103，从而带动发电机103发电。
当海上风浪较大或者夏季海平面处的温度过高时，此时养殖网箱需要下潜。气象感应单元12能自动感应到天气信息，并将感应到的天气信息通过输入接口传给控制平台5，控制平台5将收到天气信息转换为目标数值，进而将目标数值转化为控制信号，通过输出接口将控制信号传递给顶部出气阀10和底部控制阀7，从而顶部出气阀10和底部控制阀7打开，浮体8内的空气通过顶部出气阀10排出，外部海水通过底部控制阀7进入浮体8，进而养殖网箱开始下潜。此时浮体8内海水的液位通过液位传感器9测得，液位传感器9将测得的液位数值传递给控制平台5，控制平台5通过分析液位数值和目标数值的差值，从而判断顶部出气阀10和底部控制阀7是否停止。当液位数值和目标数值相等时，控制平台5控制顶部出气阀10和底部控制阀7停止，最终使养殖网箱下潜到目标深度。当需要人为控制养殖网箱下潜时，通过控制手动操作单元13生成设定信息，并将设定信息通过输入接口传给控制平台5，控制平台5将收到的设定信息转换为设定数值，进而将设定数值转换为控制信号，接下来原理与操作和上述相同。
当冬天海水温度低不适合海洋鱼类生活时，养殖网箱需要进行上浮操作。气象感应单元12能自动感应到天气信息，并将自动感应到的天气信息传递给控制平台5，控制平台5将收到天气信息转换为目标数值，从而把目标数值转换为控制信号，通过输出接口将控制信号传递给顶部进气阀11和底部控制阀7，从而顶部进气阀11和底部控制阀7打开，储存空气装置4中的空气通过管道6和顶部进气阀11进入浮体8，浮体8内的海水通过底部控制阀7排出，进而养殖网箱开始上浮。此时浮体8内海水的液位通过液位传感器9测得，液位传感器9将测得的液位数值传递给控制平台5，控制平台5通过分析液位数值和目标数值的差值，进而判断顶部进气阀11和底部控制阀7的是否停止。当液位数值和目标数值相等时，控制平台5控制顶部进气阀11和底部控制阀7停止，最终使养殖网箱上浮到目标深度。当需要人为控制养殖网箱上浮时，通过控制手动操作单元13生成设定信息，将设定信息通过输入接口传给控制平台5，控制平台5将收到设定信息转换为设定数值，进而将设定数值转化为控制信号，接下来原理与操作和上述相同。
以上所述仅是本发明的优先实施方式，但实现时不受上述实施例限制，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 (4)

1.一种深海养殖网箱利用海流能自动潜浮的系统，其特征在于：该系统包括海流能发电装置(1)、储能装置(2)、压缩空气装置(3)、储存空气装置(4)、控制平台(5)、管道(6)、底部控制阀(7)、浮体(8)、液位传感器(9)、顶部出气阀(10)、顶部进气阀(11)、气象感应单元(12)、手动操作单元(13)，
所述海流能发电装置(1)通过输电线与储能装置(2)相连；所述储能装置(2)通过输电线与压缩空气装置(3)相连；所述压缩空气装置(3)通过管道(6)与储存空气装置(4)相连；所述储存空气装置(4)通过管道(6)与顶部进气阀(11)相连；所述顶部进气阀(11)通过管道(6)与浮体(8)相连；所述浮体(8)安装在养殖网箱底部，浮体(8)通过管道(6)与顶部出气阀(10)和底部控制阀(7)相连，所述液位传感器(9)安装在浮体(8)内。
2.根据权利要求1所述的一种深海养殖网箱利用海流能自动潜浮的系统，其特征在于：所述气象感应单元(12)通过线路与控制平台(5)相连，所述手动操作单元(13)通过线路与控制平台(5)相连。
3.根据权利要求1所述的一种深海养殖网箱利用海流能自动潜浮的系统，其特征在于：所述海流能发电装置(1)包括框架(101)、尾翼板(102)、发电机(103)、齿轮(104)、固定座(105)、固定支架(106)、作用体(107)、齿条(108)和弹簧(109)。
4.根据权利要求3所述的一种深海养殖网箱利用海流能自动潜浮的系统，其特征在于：所述框架(101)由四根连接架首尾连接构成矩形结构，在框架(101)上方和下方分别预设一个转轴，在框架(101)内侧预设线性轨道；所述固定座(105)设有两个，分别位于框架(101)上方和下方，两个固定座与框架(101)上方和下方的转轴转动配合；所述固定支架(106)一端连接在固定座(105)上，另一端通过圆环结构与养殖网箱的支柱刚性连接；所述发电机(103)固定在框架(101)上，在发电机(103)的输出轴上安装齿轮(104)；所述尾翼板(102)通过连接架与框架(101)相连；所述作用体(107)的上、下底面设置滑块，作用体(107)通过滑块与框架(101)内侧的线性轨道滑动配合，在作用体(107)上底面安装齿条(108)；所述齿条(108)与发电机(103)输出轴上的齿轮(104)啮合；所述弹簧(109)共有四组，四组弹簧均一端连接作用体(107)，另一端连接框架(101)。
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