升降式海珍品生態養殖裝備的研發與設計

常忠岳，關長濤，李連森，張志新，周穎敏，姜澤明，連巖，劉瑤，劉陽

（威海正明海洋科技開發有限公司，山東　榮成　264300）

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升降式海珍品生態養殖裝備的研發與設計

常忠岳，關長濤，李連森，張志新，周穎敏，姜澤明，連巖，劉瑤，劉陽

（威海正明海洋科技開發有限公司，山東榮成264300）

資助項目：山東省海洋經濟創新發展區域示范項目（2014-2016）；山東省科技發展計劃項目（2014GGF01059）；榮成市科技發展計劃項目

我國是海洋大國，擁有300萬km2的海洋國土，可供捕撈的海洋漁場是281萬km2，比陸地的耕地面積要多58%，耕海牧漁潛力巨大。可是近年來，隨著捕撈強度增加，以及近岸海洋污染日益嚴重，我國海洋漁業資源嚴重衰退。作為海洋捕撈業的補充，我國海水養殖業曾在20世紀60年代興起后蓬勃發展，但21世紀開始后，由于養殖環境、養殖病害等原因，以及高速發展的海岸工程，使灘涂和淺海養殖業日漸萎縮。但是作為為人類提供食品、蛋白質重要來源的海洋，隨著人口的膨脹，以及對海洋食品的需求，海洋漁業的可持續發展已經成為我國經濟發展的重大命題。為了突破困境，離岸智能養殖裝備、現代化海洋牧場的研究、開發和應用已成為我國海洋漁業的戰略選擇，也是世界各國漁業發展的主攻方向之一。現代化海洋牧場被視為21世紀海洋經濟新的增長點。離岸智能養殖裝備是建立現代化海洋牧場必備條件,現代化深水海珍品高效養殖裝備——升降式海珍品生態養殖箱的研發，對建設現代化海洋牧場，開展以發展海洋生物等戰略性新興產業具有重要意義。

現將筆者團隊研發設計的山東省海洋經濟創新發展區域示范項目“現代化深水海珍品高效養殖裝備研發及產業化示范”升降式海珍品生態養殖箱介紹如下。

1　升降式海珍品生態養殖箱的設計

1．1升降式海珍品生態養殖箱簡介

升降式海珍品生態養殖箱，使用高強度聚乙烯（HDPE）管材制作的雙管圓型升降式網箱框架，無結網、銅合金網衣對流窗、配重底錨以及水閥、氣閥組成（見圖1）。

圖1　127.41 m3升降式海珍品生態養殖箱總布置

1.2升降式海珍品生態養殖箱結構主要參數

周長：40 m，高：1.5 m；網箱框架外徑：110cm，內徑：94cm；立柱直徑：120cm；高：1.0 m；立柱間距：2.5 m；工作平臺：外徑：250cm；內徑：220cm。

配重底錨：75 kg；網片：網目：0.4～20 mm；網線：24股；銅合金網衣對流窗：1.8 m×60cm；網底：海珍品附著基168組，每組3個捆綁一起，直徑：12.5cm，長68cm。容積：127.41 m3。

1.3升降系統參數：

空氣壓縮機功率：4.4～8.8 kW（6～12馬力）；進排氣管外徑：25 mm，內徑：20 mm；進排水管外徑：40 mm，內徑：34 mm；氣閥門組漂浮水上。

2　升降式海珍品生態養殖箱專利創新技術：

2.1圓形框架平底結構技術：

整體網箱框架（10）由圓形內管（12）、圓形外管（11）通過立管（13）連接圓形扶手管（14）組成。該種框架結構，在一定材料下，取得了最大的容積，抗風浪效果良好，現在已經得到了普及利用。由于其結構合理，該實用新型網箱仍然采用傳統的抗風浪養殖網箱框架（10），為了適應海珍品的生長習性，在上述的抗風浪養殖網箱框架（10）上，由無結網（20）圍裹，圓形扶手管（14）內設置與其相匹配的圓形蓋網（21）、圓形外管（12）內設置匹配的底網（25）、立管（13）四周則設置圍網（26），蓋網（21）、底網（25）和圍網（26），由繩索系結在網箱框架（10）上。詳見圖2—5及說明。

圖2　框架示意

圖3　上蓋網結構示意

圖4　下底網結構示意

圖5　圍網機構示意

2.2底部配重底錨技術

為適應海珍品在海底生長的習性，也為了規避風浪，海珍品養殖期間，升降式海珍品生態養殖箱沉降在海底。因此，本升降式海珍品生態養殖箱設置了“凸”字形的配重底錨（30），該配重底錨（30）上部的凸出部分設置在外管（11）與內管（12）之間，并由配重底錨（30）預設的系繩扣（31）連接外管（11）與內管（12）；該配重底錨（30）下部，預設有支撐柱（32），以防止配重底錨（30）被海底污泥埋沒，并起固定作用，見圖6—7。

圖6　配重底錨示意

圖7　支撐柱平面排列示意

2.3氣控保險水面上技術

為實現升降式海珍品生態養殖箱的沉降和上浮功能，升降式海珍品生態養殖箱的外管（11）和內管（12）上設置了進排氣水系統，該進排氣水系統包括：至少由2個與上述的外管（11）和至少由2個與上述的內管（12）形成一體的共4個氣閥（40）；至少由2個與上述的外管（11）和至少由2個與上述的內管（12）形成一體的4個水閥（41）形成。氣閥（40）與水閥（41）在上述的外管（11）和內管（12）形成的圓形的直徑方向上對稱設置，直徑的一端設置氣閥（40）、另一端設置水閥（41）。與上述的外管（11）形成一體的氣閥（40）之間和與上述的內管（12）形成一體的氣閥（40）之間，被隔離艙（42）隔離，設置在上述的外管（11）和內管（12）上端。與上述的外管（11）形成一體的水閥（41）之間和與上述的內管（12）形成一體的水閥之間，被隔離艙隔離，設置在上述的外管（11）和內管（12）下端，具體見圖8—11。

圖8　進排氣水系統設置示意

圖10　氣閥設置示意

圖9　水閥設置示意

圖11　隔離艙設置

2.4銅合金網衣對流窗8～10年無附著、抑菌技術

升降式海珍品生態養殖箱網圍中設立對稱銅合金網衣對流窗（43），銅合金網衣對流窗（43）具有抗附著、抗污損抑菌功效，提高箱內水交換能力，減少換網次數，見圖12。

圖12　網圍中銅合金網衣對流窗

2.5水面操作技術

升降式海珍品生態養殖箱結構簡單，升降平穩，抗風浪，可上浮在海面上，操作人員站立在網箱浮管工作平臺上換網、曬網、放苗、投餌、觀察海珍品生長情況、捕撈。最佳的模擬海珍品的生長習性。見圖13。

圖13　工作人員在水面上操作

2.6網底防摩擦氣動技術

為了保護網底不被異物磨損，網底部特別加設了HDPE管材作防磨底，HDPE管內填充配重料使之穩定性好，抗風浪，見圖14。

圖14　網底部加設HDPE管材作防磨底

2.7海珍品別墅立體養殖及浮箱工作平臺上單設養殖區技術

升降式海珍品生態養殖箱內設別墅立體養殖附著基，進行立體式養殖模式見圖15。浮箱工作平臺上可吊掛養殖籠進行單養或混養，形成獨立的養殖區域。

圖15　網箱內設別墅立體養殖附著基

3　網箱的性能特點

3.1網箱性能參數如下

①使用壽命≥15年；②抗風能力≥12級以上；③抗浪能力≥4 m（波高）；④抗流能力≥2 m/s（約4節海流）；⑤網衣防附著能力≥10個月；⑥銅合金網衣對流窗抗污損、耐磨能力≥8年；⑦單箱養殖容量＞1 500 kg成品參；⑧養殖捕獲率≥80%。

3.2網箱性能參數如下特點

升降式海珍品生態養殖箱研發項目使用高強度聚乙烯（HDPE）管材制作的雙管圓型升降式網箱框架，其管材的抗屈服能力達到20～30 MPa，斷裂伸長率為60%～65%，在流速100cm/s的情況下網箱容積損失率≤20%，具備耐腐蝕，抗老化，強度高，柔性好性能。網底部特別加設了HDPE管材作防磨底，能保護網底不被異物磨損，使用壽命長達20年以上。平底結構底部養殖面積更大，自帶配重底錨，保證了網箱沉到海底后不會因風浪、海流而移動，養殖環境更接近自然，各項技術指標接近或達到國際先進水平。

升降式海珍品生態養殖箱具有操作簡單、方便、快捷、升降過程平衡可靠、浮力大等特點，采用升降自動平衡技術；利用向網箱框架浮管充氣、排水和進水、排氣來實現網箱的升降。

養殖成活率提高到80%以上，單箱年產量達到1 500 kg以上，具有良好的經濟實用性。

收稿日期：（2015-09-11）

doi：10.3969/j.issn.1004-2091.2016.02.006