一种圆筒浮式模块及自升式网箱的圆筒型浮式渔场

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一种圆筒浮式模块及自升式网箱的圆筒型浮式渔场
申请号	CN201910316994.0	申请日	2019-04-19	公开(公告)号	CN109892264A	公开(公告)日	2019-06-18
申请人	哈尔滨工程大学;			发明人	邵炎林; 王震; 刘军; 段文洋;
摘要	本发明属于海水养殖领域，具体涉及一种圆筒浮式模块。本发明还涉及一种自升式网箱的圆筒型浮式渔场。本发明的圆筒浮式模块在水线附近有开孔，可以提高渔场垂向运动的固有周期，从而降低渔场在运营和极端工况下的运动响应。本发明的自升式网箱结构可以在圆筒浮式模块的上部和下部连接位置被完全锁死。当网箱中的鱼被清空之后，可以对网箱进行晒干或冷冻以便消毒，同时也可以非常容易地对网衣进行检查和保养。本发明的自升式网箱的圆筒型浮式渔场的优点是在各种不同的环境工况下，网箱都将保持恒定容量，从而保证鱼群不受网箱运动和容积变化的影响，在低压力环境中生活。
权利要求	1.一种圆筒浮式模块，其特征在于：所述的圆筒浮式模块包括中部圆柱部分和底部舱底环部分；所述的圆筒浮式模块的中部圆柱部分为中空的圆柱结构，在圆柱表面上设有将圆柱分为上下两部分的横档，在上下两部分圆柱的表面上沿圆周方向分别开有均匀分布的孔洞，其中在上半部分圆柱的孔洞中安装有导流板，在下半部分圆柱的孔洞中安装有网衣；所述的圆筒浮式模块的底部舱底环部分为双层的连续环状结构。 2.根据权利要求1所述的一种圆筒浮式模块，其特征在于：所述的圆筒浮式模块的上部为中空的圆台结构。 3.一种自升式网箱的圆筒型浮式渔场，包括圆筒浮式模块和自升式网箱，其特征在于：所述的圆筒浮式模块环绕在整个自升式网箱的外部；所述的圆筒浮式模块包括中部圆柱部分和底部舱底环部分；所述的圆筒浮式模块的中部圆柱部分为中空的圆柱结构，在圆柱表面上设有将圆柱分为上下两部分的横档，在上下两部分圆柱的表面上沿圆周方向分别开有均匀分布的孔洞，其中在上半部分圆柱的孔洞中安装有导流板，在下半部分圆柱的孔洞中安装有网衣；所述的圆筒浮式模块的底部舱底环部分为双层的连续环状结构。 4.根据权利要求3所述的一种自升式网箱的圆筒型浮式渔场，其特征在于：所述的圆筒浮式模块的上部为中空的圆台结构。 5.根据根据权利要求3或4所述的一种自升式网箱的圆筒型浮式渔场，其特征在于：所述的自升式网箱上部和下部均为八角形环状结构，在自升式网箱中央设有中心立柱；所述的自升式网箱上部八角形环状结构的每个顶点处设有一根连接下部八角形环状结构对应顶点的外围立柱；所述的下部八角形环状结构的每个顶点处设有一根朝下倾斜连接至中心立柱的下部径向斜撑；由所述的上部八角形环状结构、外围立柱和下部八角形环状结构构成的每一个侧面均安装有网衣；由所述的下部八角形环状结构、中心立柱和下部径向斜撑构成的每一个底面均安装有网衣。 6.根据权利要求5所述的一种自升式网箱，其特征在于：在所述的自升式网箱的中部，在每两个外围立柱之间设有连接两根立柱的水平横撑。 7.根据权利要求5所述的一种自升式网箱，其特征在于：所述的自升式网箱上部八角形环状结构有四个顶点处设有一根连接至中心立柱的上部径向斜撑，且这四个顶点彼此不相邻。 8.根据权利要求6所述的一种自升式网箱，其特征在于：所述的自升式网箱上部八角形环状结构有四个顶点处设有一根连接至中心立柱的上部径向斜撑，且这四个顶点彼此不相邻。 9.根据权利要求7或8所述的一种自升式网箱，其特征在于：所述的连接有上部径向斜撑的八角形环状结构的四个顶点处还设有两根分别连接下部八角形环状结构两个顶点的角支撑，且这两个顶点与其上部八角形环状结构顶点连接的外围立柱所对应的下部八角形环状结构的顶点相邻。 10.根据权利要求9所述的一种自升式网箱的圆筒型浮式渔场，其特征在于：所述的自升式网箱上部八角形环状结构设有两座桁架桥；所述的桁架桥两端的顶点均为连接有上部径向斜撑和角支撑的上部八角形环状结构的顶点；所述的两座桁架桥的交点为中心立柱的上端点；所述的圆筒浮式模块的上端设有主上层建筑和饲料储存间；所述的主上层建筑内布置有机舱、车间、死鱼处理系统、控制系统、通信系统以及住舱。
说明书全文	一种圆筒浮式模块及自升式网箱的圆筒型浮式渔场技术领域 [0001] 本发明属于海水养殖领域，具体涉及一种圆筒浮式模块。本发明还涉及一种自升式网箱的圆筒型浮式渔场。背景技术 [0002] 海水养殖是满足全球日益增长的海产品需求的重要途径。海水养殖业主日益重视扩大养殖规模和拓展养殖领域。由于近浅海环境的破坏和过度开发，适宜海水养殖的近浅海地区已经越来越有限。因此，许多国家将海水养殖业逐步推向具有良好养殖环境的深远海区域。深远海区域环境条件恶劣，对养殖设施和操作人员有更高的要求。通过深远海养殖设施的研发，海水养殖最终将走向海洋无遮蔽区。 [0003] 目前传统重力式网箱广泛应用于海水养殖。重力式网箱一般由浮子，网衣，沉子和锚锭系统四部分组成。重力式网箱依靠浮力和重力的作用张紧网衣，并保持一定的形状和容积。在流和波浪的共同作用下，网衣极易变形。网衣在强流作用下，水平漂移严重，网箱容积损失率高，容易对鱼造成伤害。网箱在较大的波浪作用下，会产生随波浪的起伏运动及倾斜，极易导致鱼的逃逸，并且对日常操作和维护造成巨大的挑战。因此重力式网箱并不适用于无遮蔽海域的恶劣环境。为了克服传统网箱在深远海养殖应用的缺点，迫切需要开发一种新型的抗风浪浮式渔场。 [0004] 另外，传统的渔场面临诸如废物和粪便在海床上堆积，疾病和鱼类逃逸等问题。将渔场从近海地区转移到开放海域可以获取更多的空间，更深水域和更强水流。这些将有助于缓解或解决以上的风险。强水流可以有效的稀释和分散鱼类产生的废弃物并减少在渔场底部的堆积。强水流还可以降低海虱在鱼皮肤上的附着和寄生的成功率，进而减少感染海虱的风险。离岸更远的距离也可以减少与野生鱼类的相互作用，从而产生负面影响，例如生殖健康受损。 [0005] WO 2015/099540(Ocean Farming AS)涉及到一个圆柱型的刚性半潜式渔场，包括两个可闭合的固定舱壁和一个从中间立柱沿径向延伸到圆周上的可绕中间立柱旋转的移动舱壁。在两个固定舱壁之间安装有可以升降的底部。根据挪威渔业局开发许可证批准文件,这种网箱设计只能承受5.0米的百年一遇有义波高。由于结构的大尺度和框架结构的动态响应敏感等局限性，这种渔场很难安装在更恶劣的深远海区域。此外，移动舱壁将对日常维护和操作带来巨大挑战。 [0006] WO 2017153417(Aker Solutions AS)描述一个用于无遮蔽海域的半潜式渔场。通过调节压载水的重量，该渔场至少可以漂浮在两个不同的吃水高度。该渔场包括环形或多边形的上下浮筒，连接浮筒的多个立柱，悬挂在下浮筒的网箱和封闭网箱顶部的网状屋顶。在第一位置，渔场漂浮在下浮筒位置，立柱和上浮筒位于水面之上。在第二位置，下浮筒和立柱的部分或完全没于水面之下。根据挪威渔业局开发许可证批准文件，该渔场概念设计可以承受15米的有义波高，但试点渔场将安装在有义波高仅6.5米的海域。另外，该渔场的网箱设计和传统的重力网箱相似，在恶劣的海况下会产生巨大的漂移，网箱容积损失率高。这可能会使鱼处于压力之下，降低鱼的健康进而造成鱼的伤害。 [0007] WO2016153356(Hydra Pioneer AS)涉及一个密闭的圆柱型渔场，包括一个完全浸没水中的密闭圆柱，密闭圆柱向上的浮体模块和密闭屋顶，密闭圆柱向下延伸的底部模块。底部模块由两个刚性的扁平环组成，上下扁平环之间用肋板连接。肋板同时还可以用作叶片以引导水流进出渔场。采用密闭圆柱的主要原因是防止海虱和带有疾病微生物进入养鱼区域。该渔场的所用材料与传统开放式的网箱具有完全不同的强度，可以有效防止鱼的逃逸。开放式的底部结构能将鱼排泄物随海水流动自然排出。该渔场的密闭圆柱部分可达到水下20米，比现有的海虱屏蔽裙更深，能更有效屏蔽海虱。开放式的底部模块和固定的肋板可保证水的流动性，从而使鱼不会因缺氧而出现健康问题。根据挪威渔业局开发许可证批准文件，该渔场仅可以使用在50年一遇的有义波高2.3米，或者百年一遇的有义波高2.5米的海域。 [0008] WO 2010132628(live-fuels,INC.)描述了一个养鱼系统，包括两个紧密间隔的网箱，一组调节网箱之间水流的旋转板和产生定向水流的方法。两个棱柱形的，圆柱形的或漏斗形的网箱相互独立，并且同轴对齐。固定间隔的旋转板可绕垂直轴旋转，以增大或减小相邻板之间的间隙，从而调节流过旋转板的水流量。发明内容 [0009] 本发明的目的在于提供一种圆筒浮式模块： [0010] 一种圆筒浮式模块，所述的圆筒浮式模块包括中部圆柱部分和底部舱底环部分；所述的圆筒浮式模块的中部圆柱部分为中空的圆柱结构，在圆柱表面上设有将圆柱分为上下两部分的横档，在上下两部分圆柱的表面上沿圆周方向分别开有均匀分布的孔洞，其中在上半部分圆柱的孔洞中安装有导流板，在下半部分圆柱的孔洞中安装有网衣；所述的圆筒浮式模块的底部舱底环部分为双层的连续环状结构。 [0011] 本发明还可以包括： [0012] 所述的圆筒浮式模块的上部为中空的圆台结构。 [0013] 本发明的目的还在于提供一种自升式网箱的圆筒型浮式渔场： [0014] 一种自升式网箱的圆筒型浮式渔场，包括圆筒浮式模块和自升式网箱，所述的圆筒浮式模块环绕在整个自升式网箱的外部；所述的圆筒浮式模块包括中部圆柱部分和底部舱底环部分；所述的圆筒浮式模块的中部圆柱部分为中空的圆柱结构，在圆柱表面上设有将圆柱分为上下两部分的横档，在上下两部分圆柱的表面上沿圆周方向分别开有均匀分布的孔洞，其中在上半部分圆柱的孔洞中安装有导流板，在下半部分圆柱的孔洞中安装有网衣；所述的圆筒浮式模块的底部舱底环部分为双层的连续环状结构。 [0015] 本发明还可以包括： [0016] 所述的圆筒浮式模块的上部为中空的圆台结构。 [0017] 所述的自升式网箱上部和下部均为八角形环状结构，在自升式网箱中央设有中心立柱；所述的自升式网箱上部八角形环状结构的每个顶点处设有一根连接下部八角形环状结构对应顶点的外围立柱；所述的下部八角形环状结构的每个顶点处设有一根朝下倾斜连接至中心立柱的下部径向斜撑；由所述的上部八角形环状结构、外围立柱和下部八角形环状结构构成的每一个侧面均安装有网衣；由所述的下部八角形环状结构、中心立柱和下部径向斜撑构成的每一个底面均安装有网衣。 [0018] 在所述的自升式网箱的中部，在每两个外围立柱之间设有连接两根立柱的水平横撑。 [0019] 所述的自升式网箱上部八角形环状结构有四个顶点处设有一根连接至中心立柱的上部径向斜撑，且这四个顶点彼此不相邻。 [0020] 所述的连接有上部径向斜撑的八角形环状结构的四个顶点处还设有两根分别连接下部八角形环状结构两个顶点的角支撑，且这两个顶点与其上部八角形环状结构顶点连接的外围立柱所对应的下部八角形环状结构的顶点相邻。 [0021] 所述的自升式网箱上部八角形环状结构设有两座桁架桥；所述的桁架桥两端的顶点均为连接有上部径向斜撑和角支撑的上部八角形环状结构的顶点；所述的两座桁架桥的交点为中心立柱的上端点；所述的圆筒浮式模块的上端设有主上层建筑和饲料储存间；所述的主上层建筑内布置有机舱、车间、死鱼处理系统、控制系统、通信系统以及住舱。 [0022] 本发明的有益效果在于： [0023] 本发明的圆筒浮式模块在水线附近有开孔。开孔可以提高渔场垂向运动的固有周期，从而降低渔场在运营和极端工况下的运动响应。圆筒浮式模块的舱底环结构可以降低渔场在波浪中的运动响应。整个渔场系统的起伏，侧摇和俯仰的固有频率可以通过舱底环结构的尺寸调节，从而降低波浪力的激励。此外，在风暴工况下舱底环结构将给渔场系统提供显著的粘性阻尼。 [0024] 本发明的自升式网箱结构可以在圆筒浮式模块的上部和下部连接位置被完全锁死。当网箱中的鱼被清空之后，可以对网箱进行晒干或冷冻以便消毒，同时也可以非常容易地对网衣进行检查和保养。另外，网箱提升后的浮式渔场可以借助大型起重船只对整个渔场系统进行干式运输。由于网箱的柔性以及其对波浪和流等动态载荷的敏感性，外部环绕的圆筒浮式模块不仅能够降低波浪和流带来的环境载荷，而且可以增加网箱的刚度。由于网箱的上部被圆筒浮式模块环绕，对网箱直接碰撞的可能性以及鱼群逃逸的风险显著降低。 [0025] 本发明的自升式网箱的圆筒型浮式渔场的优点是在各种不同的环境工况下，网箱都将保持恒定容量，从而保证鱼群不受网箱运动和容积变化的影响，在低压力环境中生活。圆筒浮式模块可以通过转动导流板到锁定位置使圆筒上部密闭，从而阻止表面水流进入网箱以降低鱼虱感染。切断自由水流同时将降低水中氧含量，但是圆筒浮式模块下部的永久开孔将会替代上部开孔通过自然洋流和波浪进行换水。假如网箱水域内氧含量低于可接受阈值，作为弥补措施导流板可以迅速再次打开。在恶劣工况环境下，打开导流板可以降低圆筒浮式模块上的环境载荷。附图说明 [0026] 图1是一种自升式网箱的圆筒型浮式渔场的整体透视图。 [0027] 图2是一种自升式网箱的圆筒型浮式渔场的整体剖面图。 [0028] 图3是一种自升式网箱的圆筒型浮式渔场的整体俯视图。 [0029] 图4是一种自升式网箱的圆筒型浮式渔场的圆筒浮式模块的透视图。 [0030] 图5是一种自升式网箱的圆筒型浮式渔场的自升式网箱的结构示意图。 [0031] 图6是当导流板处于打开位置时，圆筒浮式模块中部开孔处的截面图。 [0032] 图7是当导流板处于关闭/锁定位置时，圆筒浮式模块中部开孔处的截面图。 [0033] 图8是自升式网箱提升后一种自升式网箱的圆筒型浮式渔场的整体透视图。具体实施方式 [0034] 下面结合附图对本发明做进一步描述。 [0035] 图1所示是本发明的整体透视图。本发明包括一个圆筒浮式模块和一个自升式网箱。圆筒浮式模块由传统钢材焊接，具有内外两层壳板，为整个渔场提供浮力和结构刚度用以抵抗环境负荷。圆筒浮式模块环绕在自升式网箱外部，为网箱提供支撑以抵抗波浪和水流引起的载荷。 [0036] 在圆筒浮式模块上方，四个上层建筑均匀地分布在圆筒浮式模块的主甲板上。最大的主上层建筑1用于布置机舱，车间，死鱼处理系统，控制系统，通信系统以及住舱。三个小型上层建筑为饲料储存间2，用于储存鱼饲料。桁架桥9位于网箱的上部径向斜撑14的上部，两个桁架桥9用来连接上层结构。桁架桥9可以与上层建筑脱开并与网箱一起提升，如图8所示。 [0037] 图4是圆筒浮式模块的透视图，圆筒浮式模块从顶部到底部包含三部分：上部的锥形部分5，中部的圆柱部分21以及下部的舱底环13部分。锥形部分5是连续环形结构，锥形横截面可以加强结构并提供更大的甲板面积。圆柱部分21为双层壳结构，但是其上有大方形开孔以保证渔渔场内外水流自由流通。舱底环13部分是双层底，也是连续环形结构并用作压载舱，舱底结构也可以是锥形截面，以便提供更大的压载容积。在渔场运营中，通过调节压载舱内压载水来补偿渔场固定载荷的变化。 [0038] 沿着圆筒浮式模块圆柱部分的圆周方向均匀分布着八个方形开孔。开孔将提高系统垂向运动的固有周期，从而降低渔场的垂向运动响应。如图4所示的开孔为一个典型方形开孔。中部的横档11将开孔分为上下两排。上排孔10的端部由圆柱表面槽型壁封闭，中部安装数个导流板22。导流板22的数量将取决于开孔和导流板22自身的尺寸。导流板22可以如叶片一样旋转以控制水流流动，如图6所示。导流板22也可旋转至关闭位置以形成封闭空间，以防止海虱和细菌微生物进入养鱼区。如图7所示为关闭状态的导流板23。下排孔12可以安装网衣防止鱼的逃逸。 [0039] 图5所示是自升式网箱的结构示意图，包括上部的八角形环状结构15和至少四根上部径向斜撑14、下部八角形环状结构19及八根下部径向斜撑18、中心立柱8和八根外围立柱7。八根下部径向斜撑18均朝下倾斜至中心立柱处8。中心立柱8从下部径向斜撑18结构的中心一直延伸至上部径向斜撑14结构的中心。从上部八角形环状结构15到下部八角形环状结构19形成的侧面和下部八角形环状结构19到下部径向斜撑18中心的底面，将安装永久的网衣。 [0040] 网箱可以自动提升到如图8所示位置，便于聚集鱼并捕获，清洁，检查，消毒和修理网衣。为了降低提升力/重量，提升过程将分两步实现:第一步，通过使用绞车或液压顶升系统，将网箱和连接桥沿着圆筒浮式模块内壁提升。然后，将网箱在上部和下部位置完全锁定在圆筒型模块上。通过优化网箱的下部八角形环状结构19和下部径向斜撑18的尺寸，可以使网箱重量和浮力之间的差值尽可能小。第二步，舱底和立柱中的压载水被逐步排出以将渔场提升到一个较浅吃水位置，其中只有圆筒浮式模块的舱底环13部分浸没在水中。 [0041] 本发明是由一个圆筒浮式模块和一个自升式网箱组成的新型浮式渔场。在对于鱼、养鱼结构和操作人员环境工况恶劣的开放海域，此新型浮式渔场能良好运行。本发明的一个独特优点是自升式网箱的设计，自升式网箱的顶部能逐步提升到高于圆筒浮式模块主甲板的位置，底部八角形环状结构与圆筒浮式模块的舱底环平齐。网箱结构可以在圆筒浮式模块的上部和下部连接位置被完全锁死。当网箱中的鱼被清空之后，可以对网箱进行晒干或冷冻以便消毒，同时也可以非常容易地对网衣进行检查和保养。另外，网箱提升后的浮式渔场可以借助大型起重船只对整个渔场系统进行干式运输。 [0042] 由于网箱的柔性以及其对波浪和流等动态载荷的敏感性，外部环绕的圆筒浮式模块不仅能够降低波浪和流带来的环境载荷，而且可以增加网箱的刚度。由于网箱的上部被圆筒浮式模块环绕，对网箱直接碰撞的可能性以及鱼群逃逸的风险显著降低。 [0043] 圆筒浮式模块在水线附近有方形开孔。开孔可以提高渔场垂向运动的固有周期，从而降低渔场在运营和极端工况下的运动响应。圆筒浮式模块的舱底环结构可以降低渔场在波浪中的运动响应。整个渔场系统的起伏，侧摇和俯仰的固有频率可以通过舱底环结构的尺寸调节，从而降低波浪力的激励。此外，在风暴工况下舱底环结构将给渔场系统提供显著的粘性阻尼。 [0044] 本发明的另一个优点是在各种不同的环境工况下，网箱都将保持恒定容量。从而保证鱼群不受网箱运动和容积变化的影响，在低压力环境中生活。圆筒浮式模块可以通过转动导流板到锁定位置使圆筒上部密闭，从而阻止表面水流进入网箱以降低鱼虱感染。切断自由水流同时将降低水中氧含量，但是圆筒浮式模块下部的永久开孔将会替代上部开孔通过自然洋流和波浪进行换水。假如网箱水域内氧含量低于可接受阈值，作为弥补措施导流板可以迅速再次打开。在恶劣工况环境下，打开导流板可以降低圆筒浮式模块上的环境载荷。 [0045] 本发明的另一个优点是在所有运营工况下的系统安全性得到提高。圆筒浮式模块顶部的锥型结构提供了更大的甲板面积和可行走区域。传统重力式网箱的升网操作需要大量的资源和设备，并且对于操作人员非常危险。自升式网箱可以避免传统重力式的升网操作。本新型浮式渔场系统可以通过压载水的调节来提升到一个浅吃水的检查工况位置。在此检查工况位置，只有圆筒浮式模块的舱底环，网箱的底部八角环状结构和径向斜撑浸没水面以下。 [0046] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。