碟形升降式网箱结构研究【毕业论文】.doc

1、本科毕业论文（20 届）碟形升降式网箱结构研究所在学院 专业班级 海洋技术 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I目 录摘要 .IAbstract.II1 概述 .21.1 碟形升降式网箱研究现状 .21.1.1 国内研究动态 .21.1.2 国外研究动态 .31.2 碟形升降式网箱受力分析与结构研究的依据和意义 .31.2.1 研究依据 .41.2.2 研究意义 .42.1 网箱结构设计 .42.2 网箱连接组装 .62.3 网箱工作原理介绍 .83 碟形升降式网箱受力分析 .103.1 模拟设计 .103.2 网箱整体受力分析 .103.3 网箱浮力分析 .123.3.1 重

2、力计算 .123.3.2 浮力计算 .124 碟形升降式网箱网片设计 .134.1 六角形目孔网片介绍 .134.2 六角形目孔网片与菱形网片比较 .135 碟形升降式网箱浮沉研究 .155.1 碟形升降式网箱沉降过程 .155.2 碟形升降式网箱沉浮系统的特点 .156 碟形升降式网箱存在的问题 .16结论 .17参考文献 .18英文原文 .29致 谢 .39I摘要由于过度捕捞及不合理的开发造成海洋生态环境日趋恶化，以致近海水产资源日渐枯竭，人工海洋牧场的建设势在必行，深海网箱养殖正是人工海洋牧场建设的一大重要手段。然而外海水域的海况复杂，深水区浪高、流急，网箱系统必须有抵抗大浪、强流的能力

3、。这也使深海网箱抗风浪和耐流技术的解决成为制约深水网箱养殖的主要技术瓶颈，而深水网箱系统的结构研究是解决这一技术瓶颈所必需的基础性研究。我国的碟形升降式网箱是从国外引进的一种新型网箱，对其结构等各方面的研究都不深，要引用别人的技术，就应该结合自身的需求再次的把引进的东西学习消化，然后改进其结构，使得其更适合我国的海域。本文设计了一个碟形升降式网箱的模型，对它的整体受力进行分析研究；然后对碟形升降式网箱的结构进行介绍，对其组成部分、各部件联接方式以及各个部件的作用进行分析和探讨；对碟形升降式网箱选用的网片进行设计，通过分析对比得出最适合碟形升降式网箱的网片为六角形网目网片；最后介绍碟形升降式网箱

4、的沉降过程。关键词 碟形升降式网箱；六角形网目；网片设计；海洋牧场IIStudy on the of Structure of Flying-saucer Submersible Cage SystemAbstract Due to over-fishing and unreasonable development, marine ecological environment gradually worsen the offshore aquaculture resource with the exhaustion of the construction of the ocean ranch

5、and artificial breeding is imperative. The deep ocean aquaculture is an important method. However, the water environment is complicated,with high waves , turbid and strong flow, All the above-mentioned conditions make the deep sea wind- and wave-proof technologyare needed.The structure of the deep w

6、ater submerged system is the bottleneck to solve the necessary basic problems. Flying-saucer submersible cage system in China was a new production adopted from overseas, with the structure study being not mature. This paper discussed the design of the flying -saucer submersible cage model, analyzed

7、the overall stress; then, did structure study, and discussed their component parts, the way to connect the each component and part. Key words Flying-saucer submersible cage system；Hexagonal mesh；Net Design ；sea farm1引言我国具有 1.8 万千米的海岸线,加之 200 海里专属经济区制度的实施，海洋必将成为中国沿海现代化开发的新领域。从海洋工程的科学技术发展来看，深水网箱是特种海洋工

8、程结构物，不同结构形式的深水网箱在正常养殖状态下(一般是飘浮状态)受水流及波浪的作用不一样。即使相同结构形式的网箱在不的配重条件下,其结构以及受力特性也可能表现出很大的差异。通过重力式网箱、 碟形网箱及拟碟形网箱在不同海况组合条件下的结构特性的研究,可为网箱设计及结构形式的选择提供一定的参考依据。波浪和水流对海洋结构物的作用是一种比较复杂水动力学问题,其与网箱这一附带柔性网衣的特种结构的相互作用更为复杂,仍需深入的基础研究1。深水网箱因其生产效率高、成鱼品质好、经济效益显著和对环境影响小等优点 ,受到越来越多海洋国家的重视。尽管我国深水网箱发展起步晚 ,存在着水平低、规模小等不利因素,但如果能

9、抓住机会,发挥后发优势 ,完全有可能在短期内实现大突破。从发展的趋势来看重力式网箱易在水流中变形而导致容积急剧减少,严重威胁网箱中鱼的生存,其沉重的结构和受到更大的张力,将会逐渐的被汰而刚性网箱尽管有良好的抗变形能力,但其笨重的结构,使得它的应用也受到一定的限制。相对言,碟形网箱 ,不仅具优良的抗变形能力,结构上也较为轻便,无疑是如今深水网箱发展的重点。尤其是碟形升降式网箱还具有移动灵活,浮沉可调等特点,其应用前景十分广阔。碟形升降式网箱是在调查东海区养殖方式、经济条件和海况特点,研究国内外深水网箱技术的基础上开发出的一种新型网箱。它完全不同于通常用于港口、海上油田等海工结构物。这种大变形柔性

10、锚碇浮式网箱，其结构水动力学特性以及受力方面的研究是海洋工程中一个亟待深入研究的新领域2。21 概述1.1 碟形升降式网箱研究现状随着随着现代科技和工业的发展，网箱的设计与研发相比于以前有了很大的进步，网箱养殖对于网箱的结构设计、应用材料要求愈来愈高，传统的养殖网箱已经很难满足。网箱的种类以箱体的装配方式、有无盖网，分为封闭式和敞口式网箱。以网箱形状分，有长方形、正方形、圆形、碟形；按网箱设置方式分，有固定式、浮动式和下沉式三种。深海养殖网箱是指可以在相对较深海域(通常海区水深 20m) 使用的养殖网箱 3,它是近几年发展起来的全新养殖设施,而蝶形升降式网箱是在我国有代表性的一种，对它的结构的

11、研究有助于我们养殖业发展。为了实施我国海洋渔业可持续发展战略的需要,近年来深海网箱养殖业作为一种新的养殖模式,已经越来越被人们所重视。一些结构形式新颖、特点突出、专业性强的网箱被不断研究开发出来, 如碟形网箱(郭建平，2004)、鲆鲽科鱼类专用养殖网箱、金枪鱼养殖网箱、多层立体养殖网箱等,它们在我国网箱生产与应用中占有重要的地位。我国的网箱养殖业也随着这些新型抗风浪网箱的应用与发展,逐步走出近海污染严重、网箱养殖规模小、密度大、易出现赤潮危害的近海养殖模式,向离岸较远的深水区域开拓,网箱形式也向多元化、规模化、建设海洋牧场的方向发展,因此研究设计新型网箱对于我国的网箱养殖业意义重大。1.1.1

12、 国内研究动态近几十年来，我国深海养殖网箱发展速度可谓是突飞猛进，运用了计算机、新材料、紫外线、防污损等高新技术。目前，我国相关管理部门制定了扶持深海养殖政策，对拓展养殖海域、保护养殖品种、减轻环境污染结构等实施政策。随着一些地区养殖网箱的大发展，每年网箱的速度以翻番的发展，呈现密集形状态。自从 1998 年我国从国外引进大型抗风浪网箱以来,我国沿海现有的网箱种类发展为近海网箱和深海网箱两大类。近海主要以方型网箱和浮绳式小型网箱为主,它们多分布在风浪较小的内湾和掩护条件较好的近岸海区,抗风浪能力、抗流能力较差, 单个网箱的养殖容量较小,可集中布置, 养殖管理比较方便,但存在易受近海水质污染和病

13、害侵袭的问题。深海网箱主要有HDPE 圆柱形全浮式网箱和数量不多的沉浮式抗风浪网箱 ,它们主要分布在离岸较远的开阔海域,水深在 2030m 之间,抗风浪能力较强,能抵 1012 级的风浪, 单个网箱的养殖水体较大,例如 1 个周长 50 m 的 HDPE 圆形网箱, 网深 10 12 m, 网箱的养殖水体可达 2000 m3,年产鱼量 1520t。但与美国的碟形网箱相比,它仍存在有网衣受流冲击变形较大, 网箱养殖水体容积损失率高达 50% 80%的缺陷。我国沿海海区,海底坡度较缓,特别是北方沿海地区,离岸几十海里的所谓深海网箱养殖区域,水深也大多在 20 30 m 之间,这比起挪威、日本等国的

14、深水网箱所处的 30 50 m,深则上百米的水深来讲,我国的深海网箱也只能称作离岸网箱。开阔的海域, 较浅的海区水深条件,这对我国的深海网箱抗风浪性能提出了更高的要求。为躲避台风袭击而研究生产的沉浮式网箱,也因海区水深条件的限制,基本满足不了潜入水底躲避较大风浪的安全深度, 这就要求我们从网箱的结构形式入手, 改变以往网3箱在水中的竖立式结构形式, 在同等养殖容量条件下,以横卧的形式,减少网箱的纵向深度,来尽可能满足安全水深的要求。碟形升降式网箱就是这样一种网箱,沿水平和竖直两个方向增加网箱养殖容量的新型网箱。随着网箱养殖的发展，传统网箱养殖的问题逐渐凸显。深海网箱养殖作为一种高投入、高风险和

15、高回报的新形养殖方式，已经在世界范围内得到有力的发展。我国的深海网箱养殖还处于初级阶段，有待于进一步的探讨发展。如何发展深海无公害标准化网箱养殖已经是很重要的问题。1.1.2 国外研究动态目前国际上随着网箱技术发展的日新月异,网箱的形式和用途也多种多样,但通常所指的大型网箱,主要是用于等深线超过20m的深海抗风浪网箱。深海大型抗风浪网箱又分为浮式网箱和升降式网箱两大类。近些年来,美国、挪威、日本等国为了拓展养殖海域, 提高大型网箱的抗风浪能力,纷纷采用升降式网箱,其中比较典型的是美国的钢制升降式大型抗风浪网箱,国内也称之为碟形网箱,该网箱的特点是抗风浪能力强,能在台风来临前,根据指令沉入一定深

16、度的水中,以躲避台风巨浪的袭击,台风过后再升上来,并且它的网衣材料强度大,抗流能力强,网箱容积损失率小,其独特的投饵系统和活鱼起捕设施自动化程度非常高,总之许多方面都是值得我们学习和借鉴。所以，研发一种适合我们海域特色的新型网箱变得非常重要。因为水深和风浪等各种关系的不同，其他国家的网箱只能学习，引用和适当的借鉴，不能照搬，所以研究其他有先进养殖网箱的国家的各类型的网箱变得尤为重要。世界上深海网箱养鱼发展较快的国家有挪威、美国、智利、苏格兰、加拿大、希腊、土耳其、西班牙、澳大利亚等国家。从总体上看挪威是迄今为止这一领域技术较先进的国家 4。深海网箱养殖既可以使深海资源得到充分利用,又可以避免浅

17、海网箱对环境的不良影响。其中比较突出的一种是碟形升降式网箱，其在风平浪静时浮于水面,当台风来临时则沉降到水下,以避免风浪的冲击。目前,有关碟形升降式网箱系统的研究成果是在对其的结构以及水动力研究。但是,对碟形升降式网箱系统的网片设计、组装连接等分析探讨的不多,主要都是沿用一般其他网箱通用的一些组件，若是研究出更适合碟形网箱的各种组件以及连接方式的话，碟形升降式网箱的发展前景将会更广阔。1.2 碟形升降式网箱受力分析与结构研究的依据和意义1.2.1 研究依据由于野生海产品产量逐年萎缩，为了满足水产品市场日益增长的需求，必须走“海洋牧场化”4道路。传统浮式网箱承受的浪高一般不超过3m，当遇强风暴袭

18、击时会造成严重损失 5；而深海抗风浪网箱承受的浪高可达510m 6，在遇到强风暴袭击时，一般能够保持网箱系统安全，但养殖对象无法适应如此恶劣条件，会造成大量死亡，同样造成严重损失；另外在赤潮等灾害性海况下则造成大量养殖鱼类窒息死亡，通常也会带来巨大经济损失，深水区域浪高、流急，网箱系统必须有抵抗大浪、强流的能力。深水区浪高流急的复杂海况使得深水网箱养殖在获取高收益的同时也带来了很高的风险, 尤其在恶劣的海洋气候条件下 , 深水网箱所受到的波浪和海流作用更大 , 有可能导致网箱锚泊系统的移位和养殖容积的大幅度减少, 从而影响到整个深水网箱养殖的正常生产。目前解决这些问题的一个有效措施是当强台风或

19、赤潮等灾害性天气(海况)来临前,将网箱沉降到水下一定深度7，这就需要一种能够升降的网箱，网箱的升降多利用阿基米德原理，通过调整网箱的浮沉力来实现，但实现的方式多种多样。碟形升降式网箱作为人工海洋牧场建设必不可少的工具之一，是当前解决近海水产资源枯竭的有效手段之一。研究适合我国养殖业发展的碟形升降式网箱的结构形式及受力机理，为国产化深水网箱提供理论依据，是中国海水养殖迫切需要解决的问题。 1.2.2 研究意义国家“十一五”计划对海洋渔业的可持续发展战略提出了更高的要求，近年来深海养殖业作为一种新型的养殖模式，已经越来越被人们重视。我国的网箱养殖业也随着这些新型抗风浪网箱的应用与发展,逐步走出近海

20、污染严重、网箱养殖规模小、密度大、易出现赤潮危害的近海养殖模式,向离岸较远的深水区域开拓,网箱形式也向多元化、 规模化、建设海洋牧场的方向发展,因此研究设计新型网箱以及对网箱的结构的研究对于我国的网箱养殖业意义重大 5。碟形升降式网箱作为我国东海在调查东海区养殖方式、经济条件和海况特点,研究国内外深水网箱技术的基础上开发出的一种新型网箱，比起国外的碟形升降式网箱，其更适合我国东海的海域，目前已在多处发挥作用，为我国东海的养殖业增添了新的活力，也为我国今后的网箱养殖业提供了更多的参考依据，为了更好的应用其这一新型的网箱养殖模式，我们应该再更进一步的研究碟形升降式网箱的网箱结构以及其基本附件和连接

21、方式，对其的研究探讨对我国碟形升降式网箱的发展有重大的意义。2 碟形升降式网箱结构2.1 网箱结构设计碟形升降式网箱主要是由网箱浮架系统、锚锭系统和网衣系统三大部分组成8。网箱浮架系统由工作平台、立柱、下浮体、中环（中环多为八角形和十二边形） 、坠子、钢索、充气系统组成(见图 1)。它有五个作用：（1）网箱浮架系统的碟形设计有更好的抵御风、浪、流的能力，网箱的阻力能能减少很多。（2）通过中间立柱的支撑，使浮架系统成为一个相对的刚性体，网袋不容易变形。5（3）立柱和下浮体被设计成浮力可调式，通过充放气实现网箱的上升和下降，遭遇台风时，可以使网箱主动下沉，这样可以将海水养殖放在开放性水域，拓展了养

22、殖空间。（4）工作平台可以沿着立柱滑动，网箱从工作浮态到中环浮态可以任意调节。（5）中环可以浮出水面，便于网衣的清洗和网袋的检查，便于捕获和鱼类的分级。图 1 碟形网箱结构示意图Fig1 The structure of submergible sauccer-shapedsea cage锚锭系统主要由锚锭块、锚链、锚绳和浮球等基本构件构成(见图 2)。主要作用是将网箱固定在特定的海域范围内以防止网箱受波流作用而流失9。当网箱受到波浪和水流等外力作用后，各组成构件的受力经由缆绳传递到锚上，从而由锚锭系统来稳定网箱。它有三个作用：（1）锚锭块与锚绳之间一般都设有锚链，锚链作用是防止锚绳与海底摩擦

23、受损，还可以降低锚锭处锚绳与海底床之间的夹角以减小锚的垂直受力。（2）锚绳主要用来连接及限制浮架运动。（3）锚锭系统的最关键的作用是，当遭遇海上大风浪等恶劣天气时，可以将浮架系统移动至合适的海域并固定，防止网箱发生漂流。6图2 网箱固定装置示意图Fig2 Fixed layout of the cage网衣系统主要用于维护养殖空间，防止鱼类逃逸以及防止敌害侵袭。网衣系统是网箱的重要部件。网衣系统组成的容积大小直接影响养殖鱼类的生命和成长空间。2.2 网箱连接组装碟形网箱组装步骤：(1) 碟形网箱各部件运送到组装现场后，先把中柱与坠子在岸上连接好，将骨架钢索和中柱连接起来 10；图3 网箱组装步骤Fig3 the stage of connecting the cage(2) 将中环的八根钢管、中柱、工作平台吊入水中，移到沙滩，利用潮差，使得中环组件在沙滩上搁浅；(3) 组装中环，形成八边形，把中柱和工作平台圈入其中，用绳索和中环固定住；再将网箱拖