常忠岳，關(guān)長(zhǎng)濤，李連森，張志新，周穎敏，姜澤明，連巖，劉瑤，劉陽(yáng)

（威海正明海洋科技開(kāi)發(fā)有限公司，山東　榮成　264300）

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升降式海珍品生態(tài)養(yǎng)殖裝備的研發(fā)與設(shè)計(jì)

常忠岳，關(guān)長(zhǎng)濤，李連森，張志新，周穎敏，姜澤明，連巖，劉瑤，劉陽(yáng)

（威海正明海洋科技開(kāi)發(fā)有限公司，山東榮成264300）

資助項(xiàng)目：山東省海洋經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展區(qū)域示范項(xiàng)目（2014-2016）；山東省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2014GGF01059）；榮成市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目

我國(guó)是海洋大國(guó)，擁有300萬(wàn)km2的海洋國(guó)土，可供捕撈的海洋漁場(chǎng)是281萬(wàn)km2，比陸地的耕地面積要多58%，耕海牧漁潛力巨大?？墒墙陙?lái)，隨著捕撈強(qiáng)度增加，以及近岸海洋污染日益嚴(yán)重，我國(guó)海洋漁業(yè)資源嚴(yán)重衰退。作為海洋捕撈業(yè)的補(bǔ)充，我國(guó)海水養(yǎng)殖業(yè)曾在20世紀(jì)60年代興起后蓬勃發(fā)展，但21世紀(jì)開(kāi)始后，由于養(yǎng)殖環(huán)境、養(yǎng)殖病害等原因，以及高速發(fā)展的海岸工程，使灘涂和淺海養(yǎng)殖業(yè)日漸萎縮。但是作為為人類(lèi)提供食品、蛋白質(zhì)重要來(lái)源的海洋，隨著人口的膨脹，以及對(duì)海洋食品的需求，海洋漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大命題。為了突破困境，離岸智能養(yǎng)殖裝備、現(xiàn)代化海洋牧場(chǎng)的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用已成為我國(guó)海洋漁業(yè)的戰(zhàn)略選擇，也是世界各國(guó)漁業(yè)發(fā)展的主攻方向之一?，F(xiàn)代化海洋牧場(chǎng)被視為21世紀(jì)海洋經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。離岸智能養(yǎng)殖裝備是建立現(xiàn)代化海洋牧場(chǎng)必備條件,現(xiàn)代化深水海珍品高效養(yǎng)殖裝備——升降式海珍品生態(tài)養(yǎng)殖箱的研發(fā)，對(duì)建設(shè)現(xiàn)代化海洋牧場(chǎng)，開(kāi)展以發(fā)展海洋生物等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)具有重要意義。

現(xiàn)將筆者團(tuán)隊(duì)研發(fā)設(shè)計(jì)的山東省海洋經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展區(qū)域示范項(xiàng)目“現(xiàn)代化深水海珍品高效養(yǎng)殖裝備研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化示范”升降式海珍品生態(tài)養(yǎng)殖箱介紹如下。

1　升降式海珍品生態(tài)養(yǎng)殖箱的設(shè)計(jì)

1．1升降式海珍品生態(tài)養(yǎng)殖箱簡(jiǎn)介

升降式海珍品生態(tài)養(yǎng)殖箱，使用高強(qiáng)度聚乙烯（HDPE）管材制作的雙管圓型升降式網(wǎng)箱框架，無(wú)結(jié)網(wǎng)、銅合金網(wǎng)衣對(duì)流窗、配重底錨以及水閥、氣閥組成（見(jiàn)圖1）。

圖1　127.41 m3升降式海珍品生態(tài)養(yǎng)殖箱總布置

1.2升降式海珍品生態(tài)養(yǎng)殖箱結(jié)構(gòu)主要參數(shù)

周長(zhǎng)：40 m，高：1.5 m；網(wǎng)箱框架外徑：110cm，內(nèi)徑：94cm；立柱直徑：120cm；高：1.0 m；立柱間距：2.5 m；工作平臺(tái)：外徑：250cm；內(nèi)徑：220cm。

配重底錨：75 kg；網(wǎng)片：網(wǎng)目：0.4～20 mm；網(wǎng)線：24股；銅合金網(wǎng)衣對(duì)流窗：1.8 m×60cm；網(wǎng)底：海珍品附著基168組，每組3個(gè)捆綁一起，直徑：12.5cm，長(zhǎng)68cm。容積：127.41 m3。

1.3升降系統(tǒng)參數(shù)：

空氣壓縮機(jī)功率：4.4～8.8 kW（6～12馬力）；進(jìn)排氣管外徑：25 mm，內(nèi)徑：20 mm；進(jìn)排水管外徑：40 mm，內(nèi)徑：34 mm；氣閥門(mén)組漂浮水上。

2　升降式海珍品生態(tài)養(yǎng)殖箱專(zhuān)利創(chuàng)新技術(shù)：

2.1圓形框架平底結(jié)構(gòu)技術(shù)：

整體網(wǎng)箱框架（10）由圓形內(nèi)管（12）、圓形外管（11）通過(guò)立管（13）連接圓形扶手管（14）組成。該種框架結(jié)構(gòu)，在一定材料下，取得了最大的容積，抗風(fēng)浪效果良好，現(xiàn)在已經(jīng)得到了普及利用。由于其結(jié)構(gòu)合理，該實(shí)用新型網(wǎng)箱仍然采用傳統(tǒng)的抗風(fēng)浪養(yǎng)殖網(wǎng)箱框架（10），為了適應(yīng)海珍品的生長(zhǎng)習(xí)性，在上述的抗風(fēng)浪養(yǎng)殖網(wǎng)箱框架（10）上，由無(wú)結(jié)網(wǎng)（20）圍裹，圓形扶手管（14）內(nèi)設(shè)置與其相匹配的圓形蓋網(wǎng)（21）、圓形外管（12）內(nèi)設(shè)置匹配的底網(wǎng)（25）、立管（13）四周則設(shè)置圍網(wǎng)（26），蓋網(wǎng)（21）、底網(wǎng)（25）和圍網(wǎng)（26），由繩索系結(jié)在網(wǎng)箱框架（10）上。詳見(jiàn)圖2—5及說(shuō)明。

圖2　框架示意

圖3　上蓋網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意

圖4　下底網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意

圖5　圍網(wǎng)機(jī)構(gòu)示意

2.2底部配重底錨技術(shù)

為適應(yīng)海珍品在海底生長(zhǎng)的習(xí)性，也為了規(guī)避風(fēng)浪，海珍品養(yǎng)殖期間，升降式海珍品生態(tài)養(yǎng)殖箱沉降在海底。因此，本升降式海珍品生態(tài)養(yǎng)殖箱設(shè)置了“凸”字形的配重底錨（30），該配重底錨（30）上部的凸出部分設(shè)置在外管（11）與內(nèi)管（12）之間，并由配重底錨（30）預(yù)設(shè)的系繩扣（31）連接外管（11）與內(nèi)管（12）；該配重底錨（30）下部，預(yù)設(shè)有支撐柱（32），以防止配重底錨（30）被海底污泥埋沒(méi)，并起固定作用，見(jiàn)圖6—7。

圖6　配重底錨示意

圖7　支撐柱平面排列示意

2.3氣控保險(xiǎn)水面上技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)升降式海珍品生態(tài)養(yǎng)殖箱的沉降和上浮功能，升降式海珍品生態(tài)養(yǎng)殖箱的外管（11）和內(nèi)管（12）上設(shè)置了進(jìn)排氣水系統(tǒng)，該進(jìn)排氣水系統(tǒng)包括：至少由2個(gè)與上述的外管（11）和至少由2個(gè)與上述的內(nèi)管（12）形成一體的共4個(gè)氣閥（40）；至少由2個(gè)與上述的外管（11）和至少由2個(gè)與上述的內(nèi)管（12）形成一體的4個(gè)水閥（41）形成。氣閥（40）與水閥（41）在上述的外管（11）和內(nèi)管（12）形成的圓形的直徑方向上對(duì)稱(chēng)設(shè)置，直徑的一端設(shè)置氣閥（40）、另一端設(shè)置水閥（41）。與上述的外管（11）形成一體的氣閥（40）之間和與上述的內(nèi)管（12）形成一體的氣閥（40）之間，被隔離艙（42）隔離，設(shè)置在上述的外管（11）和內(nèi)管（12）上端。與上述的外管（11）形成一體的水閥（41）之間和與上述的內(nèi)管（12）形成一體的水閥之間，被隔離艙隔離，設(shè)置在上述的外管（11）和內(nèi)管（12）下端，具體見(jiàn)圖8—11。

圖8　進(jìn)排氣水系統(tǒng)設(shè)置示意

圖10　氣閥設(shè)置示意

圖9　水閥設(shè)置示意

圖11　隔離艙設(shè)置

2.4銅合金網(wǎng)衣對(duì)流窗8～10年無(wú)附著、抑菌技術(shù)

升降式海珍品生態(tài)養(yǎng)殖箱網(wǎng)圍中設(shè)立對(duì)稱(chēng)銅合金網(wǎng)衣對(duì)流窗（43），銅合金網(wǎng)衣對(duì)流窗（43）具有抗附著、抗污損抑菌功效，提高箱內(nèi)水交換能力，減少換網(wǎng)次數(shù)，見(jiàn)圖12。

圖12　網(wǎng)圍中銅合金網(wǎng)衣對(duì)流窗

2.5水面操作技術(shù)

升降式海珍品生態(tài)養(yǎng)殖箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，升降平穩(wěn)，抗風(fēng)浪，可上浮在海面上，操作人員站立在網(wǎng)箱浮管工作平臺(tái)上換網(wǎng)、曬網(wǎng)、放苗、投餌、觀察海珍品生長(zhǎng)情況、捕撈。最佳的模擬海珍品的生長(zhǎng)習(xí)性。見(jiàn)圖13。

圖13　工作人員在水面上操作

2.6網(wǎng)底防摩擦氣動(dòng)技術(shù)

為了保護(hù)網(wǎng)底不被異物磨損，網(wǎng)底部特別加設(shè)了HDPE管材作防磨底，HDPE管內(nèi)填充配重料使之穩(wěn)定性好，抗風(fēng)浪，見(jiàn)圖14。

圖14　網(wǎng)底部加設(shè)HDPE管材作防磨底

2.7海珍品別墅立體養(yǎng)殖及浮箱工作平臺(tái)上單設(shè)養(yǎng)殖區(qū)技術(shù)

升降式海珍品生態(tài)養(yǎng)殖箱內(nèi)設(shè)別墅立體養(yǎng)殖附著基，進(jìn)行立體式養(yǎng)殖模式見(jiàn)圖15。浮箱工作平臺(tái)上可吊掛養(yǎng)殖籠進(jìn)行單養(yǎng)或混養(yǎng)，形成獨(dú)立的養(yǎng)殖區(qū)域。

圖15　網(wǎng)箱內(nèi)設(shè)別墅立體養(yǎng)殖附著基

3　網(wǎng)箱的性能特點(diǎn)

3.1網(wǎng)箱性能參數(shù)如下

①使用壽命≥15年；②抗風(fēng)能力≥12級(jí)以上；③抗浪能力≥4 m（波高）；④抗流能力≥2 m/s（約4節(jié)海流）；⑤網(wǎng)衣防附著能力≥10個(gè)月；⑥銅合金網(wǎng)衣對(duì)流窗抗污損、耐磨能力≥8年；⑦單箱養(yǎng)殖容量＞1 500 kg成品參；⑧養(yǎng)殖捕獲率≥80%。

3.2網(wǎng)箱性能參數(shù)如下特點(diǎn)

升降式海珍品生態(tài)養(yǎng)殖箱研發(fā)項(xiàng)目使用高強(qiáng)度聚乙烯（HDPE）管材制作的雙管圓型升降式網(wǎng)箱框架，其管材的抗屈服能力達(dá)到20～30 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為60%～65%，在流速100cm/s的情況下網(wǎng)箱容積損失率≤20%，具備耐腐蝕，抗老化，強(qiáng)度高，柔性好性能。網(wǎng)底部特別加設(shè)了HDPE管材作防磨底，能保護(hù)網(wǎng)底不被異物磨損，使用壽命長(zhǎng)達(dá)20年以上。平底結(jié)構(gòu)底部養(yǎng)殖面積更大，自帶配重底錨，保證了網(wǎng)箱沉到海底后不會(huì)因風(fēng)浪、海流而移動(dòng)，養(yǎng)殖環(huán)境更接近自然，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

升降式海珍品生態(tài)養(yǎng)殖箱具有操作簡(jiǎn)單、方便、快捷、升降過(guò)程平衡可靠、浮力大等特點(diǎn)，采用升降自動(dòng)平衡技術(shù)；利用向網(wǎng)箱框架浮管充氣、排水和進(jìn)水、排氣來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)箱的升降。

養(yǎng)殖成活率提高到80%以上，單箱年產(chǎn)量達(dá)到1 500 kg以上，具有良好的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。

收稿日期：（2015-09-11）

doi：10.3969/j.issn.1004-2091.2016.02.006