升降式海珍品生态养殖装备的研发与设计

    常忠岳+关长涛+李连森+张志新+周颖敏+姜泽明+连岩+刘瑶+刘阳

    

    

    

    我国是海洋大国，拥有300万hm2的海洋国土，可供捕捞的海洋渔场是281万hm2，比陆地的耕地面积要多58%，耕海牧渔潜力巨大。可是近年来，随着捕捞强度增加，以及近岸海洋污染日益严重，我国海洋渔业资源严重衰退。作为海洋捕捞业的补充，我国海水养殖业曾在上世纪60年代兴起后蓬勃发展，但本世纪开始后，由于养殖环境、养殖病害等原因，以及高速发展的海岸工程，使滩涂和浅海养殖业日渐萎缩。但是作为为人类提供食品、蛋白质重要来源的海洋，随着人口的膨胀，以及对海洋食品的需求，海洋渔业的可持续发展，已经成为我国的重大命题。为了突破困境，离岸智能养殖装备、现代化海洋牧场的研究、开发和应用已成为我国海洋渔业的战略选择，也是世界各国渔业发展的主攻方向之一。现代化海洋牧场被视为21世纪海洋经济新的增长点。离岸智能养殖装备是建立现代化海洋牧场必备条件，现代化深水海珍品高效养殖装备—升降式海珍品生态养殖箱的研发，对建设现代化海洋牧场，开展以发展海洋生物等战略性新兴产业具有重要意义。

     现将我们研发设计的山东省海洋经济创新发展区域示范项目-《现代化深水海珍品高效养殖装备研发及产业化示范》升降式海珍品生态养殖箱介绍如下：

    1升降式海珍品生态养殖箱的设计

    1.1升降式海珍品生态养殖箱简介

     升降式海珍品生态养殖箱，使用高强度聚乙烯（HDPE）管材制作的双管圆型升降式网箱框架，无结网、铜合金网衣对流窗、配重底锚以及水阀、气阀组成。（见图1）。

    图1127.41 m2升降式海珍品生态养殖箱总布置图

    1.2升降式海珍品生态养殖箱结构主要参数

     周长：40 m，高：1.5 m;

     网箱框架外径：110 cm ，内径：94 cm;

     立柱直径：120 cm，高：1.0 m;立柱间距：25 m;

     工作平台：外径：250 cm，内径：220 cm;

     配重底锚：75 kg;

     网片：网目：0.4～20 mm，网线 ：24股;

     铜合金网衣对流窗：1.8 m×60 cm;

     网底：海珍品附着基168组，每组3个捆绑一起，直径：12.5 cm，长68 cm;

     容积：127.41 m2。

    1.3升降系统参数

     空气压缩机功率：4.4～8.8 kW（6～12马力）;

     进排气管外径：25 mm，内径：20 mm;

     进排水管外径：40 mm，内径：34 mm;气阀门组漂浮水上。

    2升降式海珍品生态养殖箱专利创新技术

    2.1圆形框架平底结构技术

     整体网箱框架（10）由圆形内管（12）、圆形外管（11）通过立管（13）连接圆形扶手管（14）组成。该种框架结构，在一定材料下，取得了最大的容积;抗风浪效果良好，得到了普及利用。由于其结构合理，本实用新型仍然采用传统的抗风浪养殖网箱框架（10），为了适应海珍品的生长习性，在上述的抗风浪养殖网箱框架（10）上，由无结网（20）围裹，圆形扶手管（14）内设置与其相匹配的圆形盖网（21）、圆形外管（12）内设置匹配的底网（25）、立管（13）四周则设置围网（26），盖网（21）、底网（25）和围网（26），由绳索系结在网箱框架（10）上。详见图2、3、4、5及说明。

    图2框架示意图

    图3上盖网结构示意图

    图4底网结构示意图

    图5围网结构示意图

    图中说明（图2-图12）：10—网箱框架， 11—外管，12—内管， 13—立管， 14—扶手管;20—无结网，21—盖网，22—浮子，23—投料孔，24—观察窗，25—底网，26—围网;30—配重底锚，31—系绳扣，32—支撑柱;40—气阀，41—水阀，42—隔离舱;43—铜合金网衣对流窗

    2.2底部配重底锚技术

     为适应海珍品在海底生长的习性，也为了规避风浪，海珍品养殖期间，升降式海珍品生态养殖箱沉降在海底，因此，本升降式海珍品生态养殖箱设置了“凸”字形的配重底锚（30），该配重底锚（30）上部的凸出部分设置在外管（11）与内管（12）之间，并由配重底锚（30）预设的系绳扣（31）连接外管（11）与内管（12）;该配重底锚（30）下部，预设有支撑柱（32），以防止配重底锚（30）被海底污泥埋没，并起固定作用（见图6、图7）。

    图6配重底锚示意图

    图7支撑柱平面排列示意图

     ? ? ? ? ? ? ? ? 2.3气控保险水面上技术

     为实现升降式海珍品生态养殖箱的沉降和上浮功能，升降式海珍品生态养殖箱的外管（11）和内管（12）上设置了进排气水系统，该进排气水系统包括：至少由2个与上述的外管（11）和至少由2个与上述的内管（12）形成一体的共4个气阀（40）;至少由2个与上述的外管（11）和至少由2个与上述的内管（12）形成一体的4个水阀（41）形成。气阀（40）与水阀（41）在上述的外管（11）和内管（12）形成的圆形的直径方向上对称设置，直径的一端设置气阀（40）、另一端设置水阀（41）。 ? ? ? ? ? 与上述的外管（11）形成一体的气阀（40）之间和与上述的内管（12）形成一体的气阀（40）之间，被隔离舱（42）隔离，设置在上述的外管（11）和内管（12）上端。与上述的外管（11）形成一体的水阀（41）之间和与上述的内管（12）形成一体的水阀之间，被隔离舱隔离，设置在上述的外管（11）和内管（12）下端（见图8-图11）。

    图8进排气水系统设置示意图

    图9水阀设置示意图

    图10气阀设置示意图

    图11隔离舱设置图

    2.4铜合金网衣对流窗8-10年无附着、抑菌技术

     升降式海珍品生态养殖箱网围中设立对称铜合金网衣对流窗（43），铜合金网衣对流窗（43）具有抗附着、抗污损抑菌功效，提高箱内水交换能力，减少换网次数（见图12）。

    图12网围中铜合金网衣对流窗

     2.5水面操作技术

     升降式海珍品生态养殖箱结构简单，升降平稳，抗风浪，可上浮在海面上，操作人员站立在网箱浮管工作平台上换网、晒网、放苗、投饵、观察海珍品生长情况、捕捞。最佳地模拟海珍品的生长习性。见图13。

    图13工作人员在水面上操作

     2.6网底防摩擦气动技术

    图14网底部加设HDPE管材作防磨底

     为了保护网底不被异物磨损，网底部特别加设了HDPE管材作防磨底，HDPE管内填充配重料使之稳定性好，抗风浪。见图14。

     2.7海珍品别墅立体养殖及浮箱工作平台上单设养殖区技术

     升降式海珍品生态养殖箱内设别墅立体养殖附着基，进行立体式养殖模式见图15。浮箱工作平台上可吊挂养殖笼进行单养或混养，形成独立的养殖区域。

    图15网箱内设别墅立体养殖附着基

     3网箱的性能特点

    3.1网箱性能参数

     ①使用寿命≥15年;

     ②抗风能力≥12级以上;

     ③抗浪能力≥4 m（波高）;

     ④抗流能力≥2 m/s（约4节海流）;

     ⑤网衣防附着能力≥10个月;

     ⑥铜合金网衣对流窗抗污损、耐磨能力≥8年;

     ⑦单箱养殖容量>1 500 kg成品参;

     ⑧养殖捕获率≥80%。

    3.2网箱功能强大，技术指标先进

     升降式海珍品生态养殖箱研发项目使用高强度聚乙烯（HDPE）管材制作的双管圆型升降式网箱框架，其管材的抗屈服能力达到20～30 Mpa ，断裂伸长率为60%～65%，在流速100 cm/sim 的情况下网箱容积损失率≤20%，具备耐腐蚀，抗老化，强度高，柔性好性能。网底部特别加设了HDPE管材作防磨底，能保护网底不被异物磨损;使用寿命长达20年以上。平底结构底部养殖面积更大，自带配重底锚，保证了网箱沉到海底后不会因风浪、流而移动，养殖环境更接近自然，各项技术指标接近或达到国际先进水平。

    3.3网箱操作和管理方便

     升降式海珍品生态养殖箱设计合理，管理方便;换网、晒网、捕捞等水上操作也极为方便;容量大、效率高、综合成本低、投资见效快;抗风浪、流能力强，风险低，污染小，环境优，海珍品存活率高，效益好，回报高，海珍品品质优。

     升降式海珍品生态养殖箱具有操作简单、方便、快捷、升降过程平衡可靠、浮力大等特点，采用升降自动平衡技术;利用向网箱框架浮管充气、排水和进水、排气来实现网箱的升降。

    3.4养殖效益高

     专利产品现代化深水海珍品高效养殖装备—升降式海珍品生态养殖箱，养殖海珍品技术成熟可靠，养殖成活率提高到80%以上，单箱年产量达到1 500 kg以上，具有良好的经济实用性。

    （收稿日期：2015-09-11）《河北渔业》2016年第1期（总第265期）○国外渔业

    基金项目：“现代贝类产业技术体系建设”子项“贝类产业动态监测和前瞻调控机制研究（CARS-48-09B）”资助。

    作者简介：刘邦海（1991-），中国海洋大学水产学院硕士研究生，研究方向：渔业经济， Email：[email protected];

    *通讯作者：慕永通（1962-），博士，中国海洋大学水产学院教授，博士生导师。DOI：10.3969/j.issn.1004-6755.2016.01.017