CN115088610B - 一种海藻养殖装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水产养殖技术领域，公开了一种可变吃水浮标及海藻养殖装置，包括壳体和设置于壳体内部的吃水调节装置、驱动装置、信号接收器以及控制单元；所述驱动装置与吃水调节装置连接，所述信号接收器用于接收养殖者的遥控信号，所述控制单元分别与信号接收器、驱动装置电连接，根据接收信号接收器传输过来的信号控制驱动装置的工作，进而调节吃水调节装置的位移；吃水调节装置通过驱动装置的运转实现位移，进而调节所述浮标的浮力，带动整套海藻养殖装置改变吃水。本发明的有益效果为能够机械化的满足海藻在生长不同时期对光照的要求，达到减轻人力消耗的目的，并且可以在极端海况下潜入水中，避免损失。
Description
技术领域
本发明属于水产养殖技术领域，涉及一种可变吃水浮标及海藻养殖装置，具体涉及一种适用于在离岸海域进行海藻养殖的可变吃水浮标及海藻养殖装置。
背景技术
中国作为全世界海带产量最高的国家在培育海带等大型海藻方面有着成熟的经验。但现有养殖区域大都集中在近岸，且养殖技术、设施老旧，完全依赖人力。加之海带养殖产业逐年扩张，近岸适养海区空间有限，养殖密度不断增大，导致养殖海带的产量和质量双降。由于海水中的重金属、有机污染物、农药残留等陆源污染物，其浓度一般从近岸到离岸逐渐降低，因此，相比于近岸，离岸养殖的海带品质更高、更安全。此外，近岸水流较缓，在高密度养殖海带的生长盛期会出现局部营养盐不足的问题，而离岸养殖有以下几个优点：1)由于水流流速较大，水体交换频繁，可以满足海带对营养盐的需求，养殖产量也较高；2)减少与其他近岸海洋活动(如船舶航线、海洋新能源设施等)的冲突；3)建立额外的海草床生态利益系统。故将养殖区域向离岸海域拓展是大势所趋。
然而，离岸养殖综合成本高，且离岸海域风浪大、水流流速快，造成海带严重脱苗，从而进一步提高养殖成本，使得海带养殖不具有经济性。此外，海藻生长的不同时期要求光照量不同，从而导致海藻的淹没水深需要不断调整，耗费大量人力物力。综合上述原因，研发新型抗风浪、机械化养殖设施迫在眉睫。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种可变吃水浮标及海藻养殖装置，能够机械化的满足海藻在生长不同时期对光照的要求，达到减轻人力消耗的目的。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种可变吃水浮标，包括壳体和设置于壳体内部的吃水调节装置、驱动装置、信号接收器以及控制单元；所述驱动装置与吃水调节装置连接，所述信号接收器用于接收养殖者的遥控信号，所述控制单元分别与信号接收器、驱动装置电连接，根据接收信号接收器传输过来的信号控制驱动装置的工作，进而调节吃水调节装置的位移；吃水调节装置通过驱动装置的运转实现位移，进而调节所述浮标的浮力，带动整套海藻养殖装置改变吃水。
结合第一方面，进一步地，所述驱动装置为电机，优选步进电机。
结合第一方面，进一步地，所述吃水调节装置包括设置活塞、螺杆、第一隔板、下部仓以及排水孔，所述排水孔设置于壳体底部；所述第一隔板为将壳体的内腔分割为上部仓和下部仓的隔板，所述驱动装置设置于第一隔板上方，所述活塞设置于第一隔板的下方，所述第一隔板上设置有通孔，所述活塞内设置有螺孔，所述驱动装置的输出端与螺杆连接，所述螺杆与活塞内的螺孔为匹配连接，通过驱动装置驱动螺杆旋转，螺杆通过螺纹连接带动活塞上下运动，使得海水通过排水孔贯入或排出位于活塞头下部的下部仓空间，从而改变吃水深度。
结合第一方面，进一步地，所述活塞包括芯杆和活塞头，所述螺孔设置于芯杆的上部，所述活塞头设置于芯杆的下端。
结合第一方面，进一步地，所述芯杆的上部为圆柱段，下部为若干导向片一体成型的导向杆，所述螺孔设置于圆柱段内，在所述导向杆内对应螺孔的位置设置有螺杆通道，所述螺杆通道直径大于螺孔，用于作为螺杆运行的通道。
结合第一方面，进一步地，所述排水孔有若干个；再进一步地，若干排水孔周向阵列布置于壳体的底部。
优选，所述导向片有4片。
当电机的运转带动活塞向壳体底部运动时，下部仓内的水通过排水孔被排出，此时浮标的浮力逐渐变大；当活塞被推动至底部时，活塞会与底部壳体闭合，从而排水孔关闭，此时浮标的浮力最大；当电机的运转带动活塞向上运动时，海水通过排水孔进入下部仓，此时浮标的浮力逐渐减小；当活塞被拉至上限时，此时浮标的浮力最小。
活塞可以在被拉至上限时，浮标完全深入水中；也可以活塞可以在未到达上限，浮标就完全深入水中，继续上拉活塞，浮标深入水中速度越快，这样能够扩大浮标的负载能力。
结合第一方面，进一步地，将壳体的上盖替换为护罩，所述护照为透光护罩，所述浮标还包括太阳能发电板和与太阳能发电板电连接的蓄电池，所述太阳能发电板用于将光能转化为电能，所述蓄电池用于储存来自于太阳能发电板发出的电能，并为所述浮标中电气设备提供电源；所述蓄电池的输出端分别与信号接收器、控制单元电连接。从而太阳能发电板可以在白天进行光伏发电，发出的电能将储存在蓄电池中，并为整套电子系统提供电力来源，故而整个浮标不需要接通外部电源。
结合第一方面，进一步地，还包括第二隔板，所述第二隔板将上部仓分割为上下2个空间，所述蓄电池和信号接收器设置于第二隔板上，所述太阳能发电板设置于蓄电池上方，所述驱动装置和控制单元设置于第一隔板上。
进一步地，所述护罩为透明护罩，优选透明护罩由玻璃或亚克力制成。
结合第一方面，进一步地，还包括示位灯，所述示位灯设置于护罩顶端，所述示位灯与蓄电池电连接，用于在夜间提示养殖者浮标所在位置；再进一步地，示位灯可以在夜间发光，不仅便于夜间定位，还便于夜间作业；再进一步第，示位灯通过频闪来提示养殖者浮标的所在位置。
结合第一方面，进一步地，所述示位灯还与控制单元电连接，这样在不需要示位灯亮的情况下，养殖者远程发送遥控信号至信号接收器，进而通过控制单元关闭示位灯。
结合第一方面，进一步地，还包括配重和连接扣，所述配重设置于壳体底部，配重可根据使用场景的不同自由改变，用于稳定浮标；所述连接扣设置于配重的底部，用于连接系泊绳。
结合第一方面，进一步地，所述活塞头上设置有若干道凹槽，所述凹槽内镶嵌有活塞环，活塞环由高密度橡胶制成，保证活塞的密封性。
结合第一方面，进一步地，所述壳体为耐腐蚀高强度壳体，由结构钢制成，表面涂有防腐涂层，保证浮标不会被水压力破坏，且能够承受海水强腐蚀性。
结合第一方面，进一步地，所述第一隔板为高强不锈钢板，能抵抗活塞压缩空气产生的压力而不发生形变。
第二方面，一种海藻养殖装置，包括锚固基础、苗绳、系泊绳以及上述的浮标，所述苗绳的两端分别与对应的系泊绳的上部连接，所述苗绳上用于承载海藻，所述系泊绳的一端与浮标的连接扣连接，另一端与锚固基础连接，海藻生长在苗绳上，锚固基础为整个海藻养殖装置提供锚泊力。
进一步地，浮标与海平面的相对位置由吃水调节装置控制，具体的：所述浮标通过其上的吃水调节装置来调节吃水深度，进而控制海藻在不同时期的养殖水深，并在台风等引起的极端海况来临时下潜规避风浪。
所述浮标调节海藻养殖装置吃水深度的方法为：
定义所述浮标总体积为V，总质量为M，养殖绳海藻质量总和为m，所述浮标上部细长段截面积为S1，所述浮标下部短粗段截面积为S2；所述活塞以速度v向上运动，经过时间t后活塞向上的位移量为△X∈(0,H2)，且△X＝vt，所述浮标上部细长段长度为H1，下部短粗段长度为H2，苗绳到下部短粗段距离为H3，浮标整体下潜量为△H∈(0,H1)，苗绳的淹没水深为H。
根据浮力定律，若所述活塞在吃水调节前后浮力不变，则需排水体积不变，
故有：
△H·S1＝△X·S2，(△X＜X1)
H＝△H+H2+H3
活塞往复运动即可调节苗绳淹没水深H(H在1～3m不等)，以满足海藻在生长不同时期对光照的需求,X1表示浮标悬停在水面时活塞向上的位移量。
当所述活塞向上位移量为X1时浮标会悬停在水面(浮标完全没入水中)。
此时有：F浮＝ρ海水g(V-S2·X1)＝M+m
当活塞继续向上位移时即△X＞X1时，所述浮标继续下潜。
进一步地，所述浮标下部短粗段截面积远大于上部细长段截面积，因此活塞只需位移一小段距离即可明显的调节整个浮标的吃水深度。
所述浮标下部短粗段也起到了垂荡板的作用，能降低浮标的垂荡运动，提升浮标的水动力稳定性。
与现有技术相比，本发明提供了一种可变吃水浮标及海藻养殖装置，具备以下有益效果：
(1)本发明的浮标可以在海藻养殖的过程中通过遥控改变浮标的吃水深度，带动海藻养殖苗绳的上浮与下潜，进而改变海藻被淹没的水深，从而机械化的满足海藻在生长不同阶段对光照的要求，达到大量减轻人力消耗的目的。
(2)本发明的浮标可以在极端天气造成的恶劣海况(如风暴潮)下，带动整套海藻养殖设施下潜入水中，规避风浪，避免海藻与养殖设施被风浪打坏。
(3)本发明的浮标，结构简单，稳定性强，适用于各类浮式海上养殖，有助于降低成本。
(4)本发明的海藻养殖装置为一种浮式海藻养殖的装置，通过浮的吃水深度的改变，其上苗绳被带动的上浮与下潜，从而使得本发明的海藻养殖装置可以在极端海况下潜入水中规避风浪，避免脱苗等损失。
附图说明
图1为本发明浮标20的主视结构示意图；
图2为本发明浮标20的俯视结构示意图；
图3为图1中A-A剖面结构示意图；
图4为图3中B-B剖面结构示意图；
图5为图3中C-C剖面结构示意图；
图6为图3中D-D剖面结构示意图；
图7为本发明中活塞12的主视结构示意图；
图8为图7的俯视结构示意图；
图9为本发明海藻养殖装置的结构示意图；
图10为图9中E处的局部放大图。
图中附图标记的含义为：1、护罩；2、壳体；3、配重；4、连接扣；5、排水孔；6、太阳能发电板；7、信号接收器；8、第一隔板；9、蓄电池；10、驱动装置；11、控制单元；12、活塞；121、芯杆；122、活塞头；123、活塞环；1211、螺孔；1212、螺杆通道；13、螺杆；14、第二隔板；15、上部仓；16、下部仓；17、示位灯；20、浮标；21、锚固基础；22、苗绳；23、系泊绳；24、海藻。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图3所示，本发明的浮标20，包括壳体2和设置于壳体2内部的吃水调节装置、驱动装置10、信号接收器7以及控制单元11；驱动装置10与吃水调节装置连接，信号接收器7用于接收养殖者的遥控信号，控制单元11分别与信号接收器7、驱动装置10电连接，根据接收信号接收器7传输过来的信号控制驱动装置10的工作，进而调节吃水调节装置的位移；吃水调节装置通过驱动装置10的运转实现位移，进而调节浮标20的浮力，带动整套海藻24养殖装置改变吃水。
在本实施例的一种具体实施方式中，驱动装置10为电机，优选步进电机。
如图5至图8所示，在本实施例的一种具体实施方式中，吃水调节装置包括设置活塞12、螺杆13、第一隔板8、下部仓16以及排水孔5，排水孔5设置于壳体2底部；第一隔板8为将壳体2的内腔分割为上部仓15和下部仓16的隔板，驱动装置10设置于第一隔板8上方，活塞12设置于第一隔板8的下方，第一隔板8上设置有通孔，活塞12内设置有螺孔1211，驱动装置10的输出端与螺杆13连接，螺杆13与活塞12内的螺孔1211为匹配连接，通过驱动装置10驱动螺杆13旋转，螺杆13通过螺纹连接带动活塞12上下运动，使得海水通过排水孔5贯入或排出位于活塞头122下部的下部仓16空间，从而改变吃水深度。
在本实施例的一种具体实施方式中，活塞12包括芯杆121和活塞头122，螺孔1211设置于芯杆121的上部，活塞头122设置于芯杆121的下端。
在本实施例的一种具体实施方式中，芯杆121的上部为圆柱段，下部为若干导向片一体成型的导向杆，螺孔1211设置于圆柱段内，在导向杆内对应螺孔1211的位置设置有螺杆通道1212，螺杆通道1212直径大于螺孔1211，用于作为螺杆13运行的通道。
在本实施例的一种具体实施方式中，排水孔5有若干个；再进一步地，若干排水孔5周向阵列布置于壳体2的底部，如图2所示。
优选，导向片有4片，如图6和图8所示。
当电机的运转带动活塞12向壳体2底部运动时，下部仓16内的水通过排水孔5被排出，此时浮标20的浮力逐渐变大；当活塞12被推动至底部时，活塞12会与底部壳体2闭合，从而排水孔5关闭，此时浮标20的浮力最大；当电机的运转带动活塞12向上运动时，海水通过排水孔5进入下部仓16，此时浮标20的浮力逐渐减小；当活塞12被拉至上限时，此时浮标20的浮力最小。
活塞12可以在被拉至上限时，浮标20完全深入水中；也可以活塞12可以在未到达上限，浮标20就完全深入水中，继续上拉活塞12，浮标20深入水中速度越快，这样能够扩大浮标20的负载能力。
如图4所示，在本实施例的一种具体实施方式中，将壳体2的上盖替换为护罩1，护照为透光护罩1，浮标20还包括太阳能发电板6和与太阳能发电板6电连接的蓄电池9，太阳能发电板6用于将光能转化为电能，蓄电池9用于储存来自于太阳能发电板6发出的电能，并为浮标20中电气设备提供电源；蓄电池9的输出端分别与信号接收器7、控制单元11电连接。从而太阳能发电板6可以在白天进行光伏发电，发出的电能将储存在蓄电池9中，并为整套电子系统提供电力来源，故而整个浮标20不需要接通外部电源。
在本实施例的一种具体实施方式中，还包括第二隔板14，第二隔板14将上部仓15分割为上下2个空间，蓄电池9和信号接收器7设置于第二隔板14上，太阳能发电板6设置于蓄电池9上方，驱动装置10和控制单元11设置于第一隔板8上。
进一步地，护罩1为透明护罩1，优选透明护罩1由玻璃或亚克力制成。
在本实施例的一种具体实施方式中，还包括示位灯17，示位灯17设置于护罩1顶端，示位灯17与蓄电池9电连接，用于在夜间提示养殖者浮标20所在位置；再进一步地，示位灯17可以在夜间发光，不仅便于夜间定位，还便于夜间作业；再进一步第，示位灯17通过频闪来提示养殖者浮标20的所在位置。
在本实施例的一种具体实施方式中，示位灯17还与控制单元11电连接，这样在不需要示位灯17亮的情况下，养殖者远程发送遥控信号至信号接收器7，进而通过控制单元11关闭示位灯17。
在本实施例的一种具体实施方式中，还包括配重3和连接扣4，配重3设置于壳体2底部，配重3可根据使用场景的不同自由改变，用于稳定浮标20；连接扣4设置于配重3的底部，用于连接系泊绳23。
在本实施例的一种具体实施方式中，活塞头122上设置有若干道凹槽，凹槽内镶嵌有活塞环123，活塞环123由高密度橡胶制成，保证活塞12的密封性。
在本实施例的一种具体实施方式中，壳体2为耐腐蚀高强度壳体2，由结构钢制成，表面涂有防腐涂层，保证浮标20不会被水压力破坏，且能够承受海水强腐蚀性。
在本实施例的一种具体实施方式中，第一隔板8为高强不锈钢板，能抵抗活塞12压缩空气产生的压力而不发生形变。
如图9所示，本发明的海藻养殖装置，包括锚固基础21、苗绳22、系泊绳23以及浮标20，苗绳22的两端分别与对应的系泊绳23的上部连接，苗绳22上用于承载海藻24，系泊绳23的一端与浮标20的连接扣4连接，另一端与锚固基础21连接，海藻24生长在苗绳22上，锚固基础21为整个海藻养殖装置提供锚泊力。
浮标20与海平面的相对位置由吃水调节装置控制，具体的：
浮标20通过其上的吃水调节装置来调节吃水深度，进而控制海藻24在不同时期的养殖水深，并在台风等引起的极端海况来临时下潜规避风浪。
如图1和图10所示，浮标20调节海藻养殖装置吃水深度的方法为：
定义浮标20总体积为V，总质量为M，养殖绳海藻24质量总和为m，浮标20上部细长段截面积为S1，浮标20下部短粗段截面积为S2；活塞12以速度v向上运动，经过时间t后活塞12向上的位移量为△X∈(0,H2)，且△X＝vt，浮标20上部细长段长度为H1，下部短粗段长度为H2，苗绳22到下部短粗段距离为H3，浮标20整体下潜量为△H∈(0,H1)，苗绳22的淹没水深为H。
根据浮力定律，若活塞12在吃水调节前后浮力不变，则需排水体积不变，
故有：
△H·S1＝△X·S2，(△X＜X1)
H＝△H+H2+H3
活塞12往复运动即可调节苗绳22淹没水深H(H在1～3m不等)，以满足海藻24在生长不同时期对光照的需求,X1表示浮标20悬停在水面时活塞12向上的位移量。
当活塞12向上位移量为X1时浮标20会悬停在水面(浮标20完全没入水中)。
此时有：F浮＝ρ海水g(V-S2·X1)＝M+m
当活塞12继续向上位移时即△X＞X1时，浮标20继续下潜。
在本实施例的一种具体实施方式中，浮标20下部短粗段截面积远大于上部细长段截面积，因此活塞12只需位移一小段距离即可明显的调节整个浮标20的吃水深度。
此外，浮标20下部短粗段也起到了垂荡板的作用，能降低浮标20的垂荡运动，提升浮标20的水动力稳定性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种海藻养殖装置，其特征在于：包括锚固基础、苗绳、系泊绳以及浮标；所述苗绳的两端分别与对应的系泊绳的上部连接，所述苗绳上用于承载海藻，所述系泊绳的一端与浮标的连接扣连接，另一端与锚固基础连接；所述浮标包括壳体和设置于壳体内部的吃水调节装置、驱动装置、信号接收器以及控制单元；所述驱动装置与吃水调节装置连接，所述信号接收器用于接收养殖者的遥控信号，所述控制单元分别与信号接收器、驱动装置电连接，根据接收信号接收器传输过来的信号控制驱动装置的工作，进而调节吃水调节装置的位移；吃水调节装置通过驱动装置的运转实现位移，进而调节所述浮标的浮力；所述浮标下部短粗段截面积远大于上部细长段截面积；所述浮标用于离岸海藻养殖；所述吃水调节装置包括设置活塞、螺杆、第一隔板、下部仓以及排水孔，所述排水孔设置于壳体底部；所述第一隔板为将壳体的内腔分割为上部仓和下部仓的隔板，所述驱动装置设置于第一隔板上方，所述活塞设置于第一隔板的下方，所述第一隔板上设置有通孔，所述活塞内设置有螺孔，所述驱动装置的输出端与螺杆连接，所述螺杆与活塞内的螺孔为匹配连接；所述浮标通过其上的吃水调节装置来调节吃水深度，进而控制海藻在不同时期的养殖水深。
2.根据权利要求1所述的一种海藻养殖装置，其特征在于：所述活塞包括芯杆和活塞头，所述螺孔设置于芯杆的上部，所述活塞头设置于芯杆的下端。
3.根据权利要求2所述的一种海藻养殖装置，其特征在于：所述芯杆的上部为圆柱段，下部为若干导向片一体成型的导向杆，所述螺孔设置于圆柱段内，在所述导向杆内对应螺孔的位置设置有螺杆通道，所述螺杆通道直径大于螺孔，用于作为螺杆运行的通道。
4.根据权利要求1所述的一种海藻养殖装置，其特征在于：将壳体的上盖替换为护罩，所述护罩为透光护罩，所述浮标还包括太阳能发电板和与太阳能发电板电连接的蓄电池，所述太阳能发电板用于将光能转化为电能，所述蓄电池用于储存来自于太阳能发电板发出的电能，并为所述浮标中电气设备提供电源；所述蓄电池的输出端分别与信号接收器、控制单元电连接。
5.根据权利要求4所述的一种海藻养殖装置，其特征在于：还包括第二隔板，所述第二隔板将上部仓分割为上下2个空间，所述蓄电池和信号接收器设置于第二隔板上，所述太阳能发电板设置于蓄电池上方，所述驱动装置和控制单元设置于第一隔板上。
6.根据权利要求4所述的一种海藻养殖装置，其特征在于：还包括示位灯，所述示位灯设置于护罩顶端，所述示位灯与蓄电池电连接。
7.根据权利要求6所述的一种海藻养殖装置，其特征在于：所述示位灯还与控制单元电连接，这样在不需要示位灯亮的情况下，养殖者远程发送遥控信号至信号接收器，进而通过控制单元关闭示位灯。
8.根据权利要求1所述的一种海藻养殖装置，其特征在于：还包括配重，所述配重设置于壳体底部，所述连接扣设置于配重的底部。
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