本发明公开了一种半潜式浮式风机和柔性网箱一体化结构及其施工方法，包括半潜式漂浮式风机、单点锚泊系统、柔性网箱和自动投料系统，所述半潜式漂浮式风机通过单点锚泊系统与海底连接，所述柔性网箱设于半潜式漂浮式风机的上风向混凝土臂上，通过上风向混凝土臂为柔性网箱提供支撑，并承担柔性网箱传递过来的载荷，所述自动投料系统设于半潜式漂浮式风机上，通过自动投料系统定期定点向柔性网箱内投放饵料。本发明通过将浮式风机和柔性网箱结合形成优势互补，降低资源开发成本，提高整场经济收益，提供优质海水鱼，具有较优的经济、社会效益。
1.一种半潜式浮式风机和柔性网箱一体化结构，其特征在于：包括半潜式漂浮式风机、单点锚泊系统、柔性网箱和自动投料系统，所述半潜式漂浮式风机通过单点锚泊系统与海底连接，所述柔性网箱设于半潜式漂浮式风机的上风向混凝土臂上，通过上风向混凝土臂为柔性网箱提供支撑，并承担柔性网箱传递过来的载荷，所述自动投料系统设于半潜式漂浮式风机上，通过自动投料系统定期定点向柔性网箱内投放饵料，该自动投料系统包括饵料舱、投料管系、多个水下投料器和控制器，所述饵料舱布置于半潜式漂浮式风机的上风向立柱或Y型塔筒的舱室内，所述舱室位于水面以上，所述投料管系布置于上风向混凝土臂内，其包括送料主管、多个送料支管、输送泵、通海阀、进口阀和出口阀，所述多个送料支管均匀预埋在上风向混凝土臂内，所述送料主管设于上风向混凝土臂的内部空间内，其上形成有入料口和多个出料口，多个出料口分别与多个送料支管一一对应连接，其入料口处设有输送泵，所述输送泵具有三个接口，其中第一个接口与饵料舱连接，并设有进口阀，第二个接口与送料主管连接，并设有出口阀，第三个接口与外部海水连接，并设有通海阀，每个送料支管对应连接有一个水下投料器，所述控制器与进口阀、出口阀和通海阀通讯连接，饵料在重力和输送泵的吸力作用下会从饵料舱底部沿着送料主管进入输送泵，同时海水通过通海阀进入输送泵，由输送泵将饵料与海水混合得到饵料水，接着饵料水依次经过送料主管、送料支管进入水下投料器，通过水下投料器将饵料水定期定点投入柔性网箱内。
2.根据权利要求1所述的半潜式浮式风机和柔性网箱一体化结构，其特征在于：所述半潜式漂浮式风机包括浮式风机基础、Y型塔筒和两个机舱，所述浮式风机基础包括上风向混凝土臂、两个下风向混凝土臂、上风向立柱以及两个下风向立柱，所述上风向混凝土臂为空心状结构，其内部形成用于安装自动投料系统的内部空间，所述上风向混凝土臂和两个下风向混凝土臂连接，构成Y状的混凝土臂主体，所述上风向立柱和两个下风向立柱分别竖直设置于上风向混凝土臂和两个下风向混凝土臂的末端上，所述Y型塔筒的底部固定于混凝土臂主体的中心处，两个机舱分别安装于Y型塔筒的两个顶部。
3.根据权利要求2所述的半潜式浮式风机和柔性网箱一体化结构，其特征在于：所述上风向混凝土臂和下风向混凝土臂分别采用分段预制以及钢绞线连接装配的方式进行建造。
4.根据权利要求2所述的半潜式浮式风机和柔性网箱一体化结构，其特征在于：所述单点锚泊系统固定在上风向立柱的底部。
5.根据权利要求1所述的半潜式浮式风机和柔性网箱一体化结构，其特征在于：所述柔性网箱包括浮筒、网衣、网衣工装、钢管和盖网，所述网衣工装包括预埋在上风向混凝土臂内的多个下眼板底座以及与多个下眼板底座一一对应连接的多个上单孔眼板，所述钢管依次穿过多个上单孔眼板形成用于安装网衣的矩形框架，所述网衣的底部与矩形框架绑扎连接，其顶部连接有一圈浮筒，通过浮筒漂浮于水面从而将网衣张开形成养殖区域，并提供预张力，所述盖网覆盖于网衣的顶部，从而将养殖区域封闭，防止跑鱼。
6.根据权利要求1所述的半潜式浮式风机和柔性网箱一体化结构，其特征在于：所述饵料舱有两个，分别布置于半潜式漂浮式风机的上风向立柱或Y型塔筒的舱室内。
7.根据权利要求1所述的半潜式浮式风机和柔性网箱一体化结构，其特征在于：所述送料支管的上端位于柔性网箱的养殖区域内，下端位于上风向混凝土臂的内部空间，且下端通过斜撑支撑。
8.根据权利要求1至7任一项所述的半潜式浮式风机和柔性网箱一体化结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在岸上采用分段预制以及钢绞线连接装配的方式制作上风向混凝土臂；其中，将多个下眼板底座和和多个投料支管分别预埋于上风向混凝土臂内相应的位置，并在上风向混凝土臂内预留出用于安装自动投料系统的内部空间；
2)采用钢管依次穿过多个上单孔眼板的眼孔，然后将各上单孔眼板通过螺栓与下眼板底座一一对应连接，使钢管形成矩形框架，最后将矩形框架的四角焊接在上风向混凝土臂的顶面，完成网衣工装的施工；
3)利用网线将网衣底部绑扎固定在网衣工装上，将网衣的顶部绑扎在浮筒的底部，将盖网覆盖在整个网衣的顶部，并将其侧边缘绑扎在浮筒的内侧部，完成柔性网箱的安装；
4)按照传统施工方法进行半潜式漂浮式风机的安装，在半潜式漂浮式风机下水前，对柔性网箱进行折叠，即利用绳索将浮筒与网衣工装绑扎固定，以避免柔性网箱对半潜式漂浮式风机的拖航和安装造成影响；
5)将自动投料系统根据需求安装在半潜式漂浮式风机的预定位置；
6)通过拖船将半潜式漂浮式风机和柔性网箱一体化结构湿拖至预定海域；
7)通过单点锚泊系统将半潜式漂浮式风机安装至预定海域，然后解开绑扎浮筒与网衣工装的绳索，浮筒在浮力作用下上浮至水面，并将网衣张开形成封闭的养殖区域，此时完成半潜式浮式风机和柔性网箱一体化结构的施工。
一种半潜式浮式风机和柔性网箱一体化结构及其施工方法
技术领域
[0001] 本发明涉及海洋工程和海洋牧场开发的技术领域，尤其是指一种半潜式浮式风机和柔性网箱一体化结构及其施工方法。
背景技术
[0002] 随着现代海洋产业逐渐走向深海，浮式风机和深海养殖装备已分别成了海上风电行业和海洋渔业的主要关注点。其中，半潜式浮式风机的基础结构主要包括横梁、斜撑、立柱和塔筒，中间存有大量空间没有利用。以一种Y型半潜式浮式风机为例，其基础臂长度约80m，立柱高度约30m。深海养殖网箱相比于近海养殖网箱，受到的浪流载荷更大，需要安装有自动投料系统和锚泊定位系统，成本高昂。传统海水养殖装备受限于两方面因素，无法应用于外海风电场内。1)为抵抗外海恶劣海况，网箱锚泊定位系统需要做加强设计，导致锚泊成本过高，使养殖经济性变差甚至造成亏损；2)传统养殖网箱在与浮式风机结合时，往往需要在浮式风机上加装额外的框架结构，大大增加了浮式风机受到的载荷，对浮式风机整体结构和锚泊系统影响较大，并且传统筏架和HDPE框架结构无法抵抗外海恶劣海况，容易发生框架破损，进而造成鱼群逃逸。因此，将有着良好的抗风浪性能的柔性网箱，同已有的半潜式浮式风机结合成一体化装备，具有重要的工程应用价值。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种半潜式浮式风机和柔性网箱一体化结构及其施工方法，通过将浮式风机和柔性网箱结合形成优势互补，降低资源开发成本，提高整场经济收益，提供优质海水鱼，具有较优的经济、社会效益。
[0004] 为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种半潜式浮式风机和柔性网箱一体化结构，包括半潜式漂浮式风机、单点锚泊系统、柔性网箱和自动投料系统，所述半潜式漂浮式风机通过单点锚泊系统与海底连接，所述柔性网箱设于半潜式漂浮式风机的上风向混凝土臂上，通过上风向混凝土臂为柔性网箱提供支撑，并承担柔性网箱传递过来的载荷，所述自动投料系统设于半潜式漂浮式风机上，通过自动投料系统定期定点向柔性网箱内投放饵料。
[0005] 进一步，所述半潜式漂浮式风机包括浮式风机基础、Y型塔筒和两个机舱，所述浮式风机基础包括上风向混凝土臂、两个下风向混凝土臂、上风向立柱以及两个下风向立柱，所述上风向混凝土臂为空心状结构，其内部形成用于安装自动投料系统的内部空间，所述上风向混凝土臂和两个下风向混凝土臂连接，构成Y状的混凝土臂主体，所述上风向立柱和两个下风向立柱分别竖直设置于上风向混凝土臂和两个下风向混凝土臂的末端上，所述Y型塔筒的底部固定于混凝土臂主体的中心处，两个机舱分别安装于Y型塔筒的两个顶部。
[0006] 进一步，所述上风向混凝土臂和下风向混凝土臂分别采用分段预制以及钢绞线连接装配的方式进行建造。
[0007] 进一步，所述单点锚泊系统固定在上风向立柱的底部。
[0008] 进一步，所述柔性网箱包括浮筒、网衣、网衣工装、钢管和盖网，所述网衣工装包括预埋在上风向混凝土臂内的多个下眼板底座以及与多个下眼板底座一一对应连接的多个上单孔眼板，所述钢管依次穿过多个上单孔眼板形成用于安装网衣的矩形框架，所述网衣的底部与矩形框架绑扎连接，其顶部连接有一圈浮筒，通过浮筒漂浮于水面从而将网衣张开形成养殖区域，并提供预张力，所述盖网覆盖于网衣的顶部，从而将养殖区域封闭，防止跑鱼。
[0009] 进一步，所述自动投料系统包括饵料舱、投料管系、多个水下投料器和控制器；所述饵料舱布置于半潜式漂浮式风机的上风向立柱或Y型塔筒的舱室内，所述舱室位于水面以上；所述投料管系布置于上风向混凝土臂内，其包括送料主管、多个送料支管、输送泵、通海阀、进口阀和出口阀，所述多个送料支管均匀预埋在上风向混凝土臂内，所述送料主管设于上风向混凝土臂的内部空间内，其上形成有入料口和多个出料口，多个出料口分别与多个送料支管一一对应连接，其入料口处设有输送泵，所述输送泵具有三个接口，其中第一个接口与饵料舱连接，并设有进口阀，第二个接口与送料主管连接，并设有出口阀，第三个接口与外部海水连接，并设有通海阀；每个送料支管对应连接有一个水下投料器；所述控制器与进口阀、出口阀和通海阀通讯连接，饵料在重力和输送泵的吸力作用下会从饵料舱底部沿着送料主管进入输送泵，同时海水通过通海阀进入输送泵，由输送泵将饵料与海水混合得到饵料水，接着饵料水依次经过送料主管、送料支管进入水下投料器，通过水下投料器将饵料水定期定点投入柔性网箱内。
[0010] 进一步，所述饵料舱有两个，分别布置于半潜式漂浮式风机的上风向立柱或Y型塔筒的舱室内。
[0011] 进一步，所述送料支管的上端位于柔性网箱的养殖区域内，下端位于上风向混凝土臂的内部空间，且下端通过斜撑支撑。
[0012] 上述半潜式浮式风机和柔性网箱一体化结构的施工方法，包括以下步骤：
[0013] 1)在岸上采用分段预制以及钢绞线连接装配的方式制作上风向混凝土臂；其中，将多个下眼板底座和和多个投料支管分别预埋于上风向混凝土臂内相应的位置，并在上风向混凝土臂内预留出用于安装自动投料系统的内部空间；
[0014] 2)采用钢管依次穿过多个上单孔眼板的眼孔，然后将各上单孔眼板通过螺栓与下眼板底座一一对应连接，使钢管形成矩形框架，最后将矩形框架的四角焊接在上风向混凝土臂的顶面，完成网衣工装的施工；
[0015] 3)利用网线将网衣底部绑扎固定在网衣工装上，将网衣的顶部绑扎在浮筒的底部，将盖网覆盖在整个网衣的顶部，并将其侧边缘绑扎在浮筒的内侧部，完成柔性网箱的安装；
[0016] 4)按照传统施工方法进行半潜式漂浮式风机的安装，在半潜式漂浮式风机下水前，对柔性网箱进行折叠，即利用绳索将浮筒与网衣工装绑扎固定，以避免柔性网箱对半潜式漂浮式风机的拖航和安装造成影响；
[0017] 5)将自动投料系统根据需求安装在半潜式漂浮式风机的预定位置；
[0018] 6)通过拖船将半潜式漂浮式风机和柔性网箱一体化结构湿拖至预定海域；
[0019] 7)通过单点锚泊系统将半潜式漂浮式风机安装至预定海域，然后解开绑扎浮筒与网衣工装的绳索，浮筒在浮力作用下上浮至水面，并将网衣张开形成封闭的养殖区域，此时完成半潜式浮式风机和柔性网箱一体化结构的施工。
[0020] 本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0021] 1、本发明的半潜式浮式风机和柔性网箱一体化结构采用单点锚泊系统，整体为一种顺应式结构，可在风浪流作用下，自动对正来流方向，实现风机功率最大化，并且可以通过上风向立柱遮蔽浪流，减小柔性网箱受到的浪流载荷。
[0022] 2、本发明的混凝土臂可采用工厂分段预制的方式进行制作，然后在总装场地进行分段组装，相比传统建造方式可大幅降低对总装场地的占用周期，相同场地可大幅提高产能，具有占用场地空间小，制作简单、快速，产能高，改造方便，可复制性强的优点。
[0023] 3、本发明的混凝土臂采用分段制作，各分段及附属网箱构件均为标准件，为批量化制作提供了条件，可降低制作成本、提高制作质量。
[0024] 4、与传统HDPE网箱相比，利用浮式风机基础作为柔性网箱的支撑结构，省去了HDPE网箱框架和锚固系统，降低了网箱的投资成本，提高了养殖收益。
[0025] 5、与传统HDPE网箱相比，浮式风机基础的结构较传统HDPE网箱框架更强，可以抵抗更大的风浪，提高网箱的抗风浪能力。
[0026] 6、与传统HDPE网箱相比，通过在浮式风机基础内部设置自动投料系统，实现饵料存储和自动投喂，降低了养殖人员的出海频次，进而降低了养殖人员工作强度和养殖成本。
[0027] 7、与原有浮式风机相比，通过增加柔性网箱，在载荷增量较小的情况下实现了养殖收益的产出，整体经济效益得以提高。
[0028] 8、本发明中的半潜式浮式风机和柔性网箱可分开制造，独立性好，两者之间相互干扰小，具有现场施工方便快速、稳定性好、社会经济效益好的优点。
[0029] 9、本发明的柔性网箱可与任意一种带有基础臂或横梁的半潜式浮式风机形成一体化结构，适用范围广泛，有着良好的可推广性。
附图说明
[0030] 图1为本发明的一体化结构的整体结构示意图。
[0031] 图2为本发明的柔性网箱的侧面图。
[0032] 图3为本发明的柔性网箱的俯视图。
[0033] 图4为本发明的上风向混凝土臂的分段截面图。
[0034] 图5为本发明的网衣工装的安装示意图。
[0035] 图6为本发明的自动投料系统的安装示意图。
[0036] 图7为本发明的施工方法的流程图。
具体实施方式
[0037] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明,但本发明的使用方式不限于此。
[0038] 如图1至图6所示，本实施例所述的半潜式浮式风机和柔性网箱一体化结构，包括半潜式漂浮式风机、单点锚泊系统、柔性网箱和自动投料系统，所述半潜式漂浮式风机通过单点锚泊系统与海底连接，所述柔性网箱设于半潜式漂浮式风机的上风向混凝土臂上，通过上风向混凝土臂为柔性网箱提供支撑，并承担柔性网箱传递过来的载荷，所述自动投料系统设于半潜式漂浮式风机上，通过自动投料系统定期定点向柔性网箱内投放饵料。
[0039] 具体的，半潜式漂浮式风机包括浮式风机基础、Y型塔筒105和两个机舱106，所述浮式风机基础包括上风向混凝土臂101、两个下风向混凝土臂102、上风向立柱103以及两个下风向立柱104，所述上风向混凝土臂101为空心状结构，其内部形成用于安装自动投料系统的内部空间，所述上风向混凝土臂101和两个下风向混凝土臂102连接，构成Y状的混凝土臂主体，所述上风向立柱103和两个下风向立柱104分别竖直设置于上风向混凝土臂101和两个下风向混凝土臂102的末端上，所述Y型塔筒105的底部固定于混凝土臂主体的中心处，两个机舱106分别安装于Y型塔筒105的两个顶部。
[0040] 单点锚泊系统3是固定在上风向立柱103的底部。
[0041] 为了便于制作并提高制作效率及质量，上风向混凝土臂101和下风向混凝土臂102分别采用分段预制以及钢绞线连接装配的方式进行建造。
[0042] 具体的，柔性网箱包括浮筒201、网衣202、网衣工装、钢管205和盖网206，所述网衣工装包括预埋在上风向混凝土臂101内的多个下眼板底座203以及与多个下眼板底座203一一对应连接的多个上单孔眼板204，所述钢管205依次穿过多个上单孔眼板204形成用于安装网衣202的矩形框架，所述网衣202的底部与矩形框架绑扎连接，其顶部连接有一圈浮筒201，所述盖网206覆盖于网衣202的顶部，从而将养殖区域封闭，防止跑鱼，通过浮筒201漂浮于水面从而将网衣202张开形成养殖区域，并提供预张力，同时通过网衣工装与上风向混凝土臂101连接，将浮筒201和网衣202受到的浪流载荷传递给上风向混凝土臂101。
[0043] 具体的，自动投料系统包括饵料舱301、投料管系、多个水下投料器308和控制器309；所述饵料舱301布置于半潜式漂浮式风机的上风向立柱103或Y型塔筒105的舱室内，所述舱室位于水面以上；所述投料管系布置于上风向混凝土臂101内，其包括送料主管302、多个送料支管303、输送泵304、通海阀305、进口阀306和出口阀307，所述多个送料支管303均匀预埋在上风向混凝土臂101内，所述送料主管302设于上风向混凝土臂101的内部空间内，其上形成有入料口和多个出料口，多个出料口分别与多个送料支管303一一对应连接，其入料口处设有输送泵304，所述输送泵304具有三个接口，其中第一个接口与饵料舱301连接，并设有进口阀306，第二个接口与送料主管302连接，并设有出口阀307，第三个接口与外部海水连接，并设有通海阀305；每个送料支管303对应连接有一个水下投料器308；所述控制器309与进口阀306、出口阀307和通海阀305通讯连接，饵料在重力和输送泵304的吸力作用下会从饵料舱301底部沿着送料主管302进入输送泵304，同时海水通过通海阀305进入输送泵304，由输送泵304将饵料与海水混合得到饵料水，接着饵料水依次经过送料主管302、送料支管303进入水下投料器308，通过水下投料器308将饵料水定期定点投入柔性网箱内。
[0044] 本实施例中，饵料舱301有两个，分别布置于半潜式漂浮式风机的上风向立柱103或Y型塔筒105的舱室内。
[0045] 送料支管303的上端位于柔性网箱的养殖区域内，下端位于上风向混凝土臂101的内部空间，且下端通过斜撑310支撑。
[0046] 如图7所示，半潜式浮式风机和柔性网箱一体化结构的施工方法，包括以下步骤：
[0047] 1)在岸上采用分段预制以及钢绞线连接装配的方式制作上风向混凝土臂；其中，将多个下眼板底座和和多个投料支管分别预埋于上风向混凝土臂内相应的位置，并在上风向混凝土臂内预留出用于安装自动投料系统的内部空间，以快速安装网衣工装和自动投料系统相关设备，并承担相关设备传递的载荷。
[0048] 2)采用钢管依次穿过多个上单孔眼板的眼孔，然后将各上单孔眼板通过螺栓与下眼板底座一一对应连接，使钢管形成矩形框架，最后将矩形框架的四角焊接在上风向混凝土臂的顶面，完成网衣工装的施工。
[0049] 3)利用网线将网衣底部绑扎固定在网衣工装上，将网衣的竖纲上端伸出段绑扎在浮筒的底部的底孔处，将盖网覆盖在整个网衣的顶部，并将其侧边缘绑扎在浮筒的内侧部，完成柔性网箱的安装。
[0050] 4)按照传统施工方法进行半潜式漂浮式风机的安装，在半潜式漂浮式风机下水前，对柔性网箱进行折叠，即利用绳索将浮筒与网衣工装绑扎固定，以避免柔性网箱对半潜式漂浮式风机的拖航和安装造成影响，提高运输稳定性和效率。
[0051] 5)将自动投料系统根据需求安装在半潜式漂浮式风机的预定位置。
[0052] 6)通过拖船将半潜式漂浮式风机和柔性网箱一体化结构湿拖至预定海域。
[0053] 7)通过单点锚泊系统将半潜式漂浮式风机安装至预定海域，然后解开绑扎浮筒与网衣工装的绳索，浮筒在浮力作用下上浮至水面，并将网衣张开形成封闭的养殖区域，此时完成半潜式浮式风机和柔性网箱一体化结构的施工。
[0054] 上述半潜式浮式风机和柔性网箱一体化结构在日常供料和养殖投喂时，具体方法如下：
[0055] 通过养殖船定期为自动投料系统供料。在供料时，利用养殖船的鼓风机将饵料风送至饵料舱。在日常养殖投料作业时，通过自动投料系统的控制器定期定点打开饵料舱底部的进口阀、出口阀和通海阀，然后利用输送泵将饵料与海水混合，并输送至水下投料器，由水下投料器将饵料定期定点投入进柔性网箱内。
[0056] 本发明的柔性网箱可与任意一种带有基础臂或横梁的半潜式浮式风机形成一体化结构，适用范围广泛，有着良好的可推广性。
[0057] 以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
