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

（威海正明海洋科技开发有限公司，山东　荣成　264300）



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

（威海正明海洋科技开发有限公司，山东荣成264300）

资助项目：山东省海洋经济创新发展区域示范项目（2014-2016）；山东省科技发展计划项目（2014GGF01059）；荣成市科技发展计划项目

我国是海洋大国，拥有300万km2的海洋国土，可供捕捞的海洋渔场是281万km2，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20世纪60年代兴起后蓬勃发展，但21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经济发展的重大命题。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。

现将笔者团队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1　127.41 m3升降式海珍品生态养殖箱总布置

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：110cm，内径：94cm；立柱直径：120cm；高：1.0 m；立柱间距：2.5 m；工作平台：外径：250cm；内径：220cm。

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×60cm；网底：海珍品附着基168组，每组3个捆绑一起，直径：12.5cm，长68cm。容积：127.41 m3。

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，现在已经得到了普及利用。由于其结构合理，该实用新型网箱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—5及说明。

图2　框架示意

图3　上盖网结构示意

图4　下底网结构示意

图5　围网机构示意

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—7。

图6　配重底锚示意

图7　支撑柱平面排列示意

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，具体见图8—11。

图8　进排气水系统设置示意

图10　气阀设置示意

图9　水阀设置示意

图11　隔离舱设置

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。最佳的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

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。

图14　网底部加设HDPE管材作防磨底

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网箱性能参数如下

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网箱性能参数如下特点

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100cm/s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、海流而移动，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。

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。

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）

doi：10.3969/j.issn.1004-2091.2016.02.006