CN103782937A

CN103782937A - 一种深水网箱升降系统

Info

Publication number: CN103782937A
Application number: CN201410027407.3A
Authority: CN
Inventors: 宋瑞银; 李越; 陈俊华; 郑堤; 周敏珑; 程少科; 王丁一; 张利
Original assignee: Ningbo Institute of Technology of ZJU
Current assignee: Ningbo Institute of Technology of ZJU
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2034-01-21
Also published as: CN103782937B

Abstract

本发明涉及一种深水网箱升降系统，该深水网箱升降系统包括沉子、浮子、及连接沉子与浮子的充气管道、若干套沉子升降装置，所述沉子升降装置通过缆绳将所述沉子悬挂于网箱的正下方，所述浮子漂浮在水面上。所述浮子包括壳体、气体发生装置和换向阀，所述气体发生装置包括气囊和加热器。通过控制换向阀使沉子注水的方式来实现网箱的下潜，网箱的上浮是通过控制气体发生装置使气囊膨胀挤压气体注入沉子的方式实现的。本发明所述的深水网箱升降系统可以自由的远程控制网箱上浮或下潜，以此来抵抗风浪，并可以避免网箱在上浮或下潜过程中侧翻。另外，综合利用新能源发电为深水网箱升降系统供应电能，提高了能源利用率。

Description

一种深水网箱升降系统

技术领域

本发明属于海水养殖领域，具体涉及一种深水网箱升降系统。

背景技术

海水网箱养殖渔业的迅速发展有力促进了我国渔业经济的发展，但长期在浅水海域和内湾进行高密度养殖已经引起水质恶化、环境污染、鱼类品质下降、病害增多等多方面问题，浅水网箱养殖很难持续发展。从而，在开放式的深水海域进行深水网箱养殖的必要性日益突出。

在深水海域，风浪一般较大，尤其是我国东海和南海处于台风多发区域，风浪对深水网箱养殖的影响尤其明显。为保证养殖鱼群的安全，深水网箱必须具有可靠的抗风浪性能。目前，深水网箱通常采用如下两种方式来抵抗风浪:一种是深水网箱利用自身框架的结构强度和锚系结构抵抗风浪；另一种是在遇到大风浪时，深水网箱下潜到水下一定深度躲避风浪，减小风浪对网箱的影响，保证网箱的安全。

深水网箱若利用自身框架的结构强度和锚系结构来抵抗风浪，则对深水网箱自身结构的强度要求较高。如果深水网箱遭遇的风浪等级超过其抗风浪等级，深水网箱被损坏的风险极大。

深水网箱若采用下潜至水下一定深度的方式来抵抗风浪，则对深水网箱自身结构的强度要求较低，同时可以抵抗较高等级的风浪。现有的深水网箱在海水中升降是通过向深水网箱的浮管中注水、排水实现的。深水网箱下潜时，向位于深水网箱框架顶部的浮管中注水，向各段浮管注水是由多套阀路控制的。在注水过程中，容易发生各段浮管注水不均衡的问题，使得深水网箱重心偏移，容易发生侧翻，难以保证深水网箱平稳下潜。此外，浮管中注水后，深水网箱重心上移，更容易造成网箱侧翻，且使深水网箱在下潜过程中有效容积大为降低，极易造成养殖鱼类的损伤。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种深水网箱升降系统，该深水网箱升降系统可以通过无线控制使网箱自动下潜或上浮，且在网箱下潜或上浮的过程中，可以避免网箱重心偏移，防止网箱侧翻。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种深水网箱升降系统，包括沉子、浮子、及连接沉子与浮子的充气管道、若干套沉子升降装置，所述沉子升降装置通过缆绳将所述沉子悬挂于网箱的正下方，所述浮子漂浮在水面上。所述浮子包括壳体和气体发生装置，所述气体发生装置包括气囊和加热器，所述气囊的内表面与所述浮子的壳体之间构成一密闭的腔室，该腔室为气体发生室，所述加热器位于所述气体发生室中。

进一步的，所述浮子还包括发电装置、控制系统、无线电收发装置、换向阀、进气阀和充气室，所述控制系统分别与所述气体发生装置、发电装置、无线电收发装置、换向阀进行电气连接，所述换向阀分别与所述充气管道、充气室、外部环境相连通。所述充气室为所述气囊的外表面与所述浮子的壳体所包围的密闭空间，所述充气室中充满气体。所述充气室通过所述进气阀与外部空气环境相连通。

进一步的，所述沉子内部设有注水室，所述沉子的壳体上设有注水孔，所述注水室通过所述注水孔与外部环境相连通。所述注水室通过所述充气管道与所述换向阀相连通。

进一步的，所述沉子升降装置均匀分布于网箱顶部。所述沉子升降装置包括蜗轮蜗杆传动副、套筒、第一滑轮和第二滑轮，所述第一滑轮安装于网箱顶部，第二滑轮安装于网箱底部。所述蜗轮蜗杆传动副包括蜗轮和蜗杆，所述套筒和所述蜗轮为一体式结构。所述套筒缠绕有与所述沉子相连接的缆绳。

进一步的，所述换向阀为三位三通换向阀，该三位三通换向阀包括A口、B口和C口，其工作状态位置包括N位、中位和S位。所述A口与所述充气管道相连通，所述B口与所述充气室相连通，所述C口与海面外部环境相连通。

进一步的，所述发电装置包括太阳能发电装置和海流能发电装置，所述太阳能发电装置、海流能发电装置均与所述控制系统进行电气连接。

进一步的，所述控制系统包括主控制器和蓄电池，所述蓄电池储存所述发电装置输出的电能，所述蓄电池为各用电设备提供电能。

进一步的，所述深水网箱升降系统还包括辅助浮子和若干个防倾浮子，所述充气管道悬挂在所述辅助浮子上，所述防倾浮子布置在网箱顶部周围。两个所述防倾浮子之间紧密地排列在一起，形成凹形空隙。

进一步的，所述沉子还设有注气孔，所述注气孔靠近所述注水室的顶部，所述充气管道通过所述注气孔与所述注水室相连通。所述注水孔靠近所述注水室的底部。

进一步的，所述气体发生室中设有可以发生固体-气体转换反应的化学物质。所述沉子上还设有配重体。

采用本发明具有如下的有益效果：

1、本发明所述的深水网箱升降系统，控制网箱下潜时，通过控制换向阀使气体管道一端与外部空气环境相连通；由于气体管道另一端与外部深水环境相连通，则在气体管道的两端形成压差，在深水水压作用下自动向沉子中注入海水，依靠海水自重就可以完成网箱的下潜，操作简单，节约能源。

2、本发明所述的深水网箱升降系统，控制网箱上浮时，通过化学物质的固体-气体转换反应产生压力将气体注入沉子中，依靠自身浮力完成网箱的上浮。该固体-气体转换反应的化学物质可以循环利用，不需要使用传统的产气和排气设备。

3、本发明所述的深水网箱升降系统，使用太阳能发电装置和海流能发电装置为用电设备提供电能，提高了能源利用率，同时解决了海上供电问题。另外，还使用无线电收发装置，可以远程控制网箱的下潜或上浮。

附图说明

图1为本发明一种深水网箱升降系统实施例的结构示意图；

图2为本发明一种深水网箱升降系统实施例的浮子结构示意图；

图3为本发明一种深水网箱升降系统实施例的换向阀工作原理示意图；

图4为本发明一种深水网箱升降系统实施例的沉子升降装置结构示意图；

图5为本发明一种深水网箱升降系统实施例的沉子结构示意图；

图6为本发明一种深水网箱升降系统实施例的防倾浮子排列示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照附图1至图6。一种深水网箱升降系统，包括沉子10、浮子20、及连接沉子10与浮子20的充气管道60、四套沉子升降装置30，四套所述沉子升降装置30均匀分布于网箱顶部四周，每套所述沉子升降装置30通过缆绳与所述沉子10相连接，将所述沉子10悬挂于网箱的正下方，所述浮子20漂浮在水面上。

所述浮子20包括气体发生装置、发电装置、控制系统26、无线电收发装置23、换向阀24、进气阀27和充气室25，所述控制系统26分别与所述气体发生装置、发电装置、无线电收发装置23、换向阀24进行电气连接，所述充气室25通过所述进气阀27与外部空气环境相连通。

所述气体发生装置包括气囊21和加热器22，所述气囊21的内表面与所述浮子20的壳体之间构成一密闭的腔室，该腔室为气体发生室211，所述加热器22位于所述气体发生室211中。所述充气室25为所述气囊21的外表面与所述浮子20的壳体所包围的密闭空间，所述充气室25中充满气体。

所述气体发生室211中充满了可以发生固体-气体转换反应的化学物质，如NaHCO₃（碳酸氢钠）等化学物质。NaHCO₃的固体-气体转换反应方程式为：

上式中，当温度范围为a时，化学反应向右进行，将产生大量的CO₂（二氧化碳）气体，使得所述气囊21鼓起；当温度范围为b时，化学反应向左进行，CO₂（二氧化碳）气体减少，使得所述气囊21收缩。

所述沉子10内部设有注水室11，所述沉子10的壳体上设有注水孔12和注气孔13，所述注水室11通过所述注水孔12与外部环境相连通。所述充气管道60伸入所述注气孔13与所述注水室11相连通。所述注气孔13靠近所述注水室11的顶部，所述注水孔12靠近所述注水室11的底部。所述注水孔12和所述注气孔13的位置设计的目的是：向所述注水室11中注入海水时，海水从所述注水室11底部注入，气体从所述注水室11顶部流出；向所述注水室11中注入气体时，气体从所述注水室11顶部底部注入，海水从所述注水室11底部流出。

所述换向阀24为三位三通换向阀，该三位三通换向阀包括A口、B口和C口，其工作状态位置包括N位、中位和S位。所述A口与所述充气管道60相连通，所述B口与所述充气室25相连通，所述C口与外部环境相连通。若所述换向阀24工作在N位，A口和B口之间导通，使得所述沉子10的注水室11与所述浮子20的充气室25相连通；若所述换向阀24工作在S位，A口和C口之间导通，使得所述沉子10的注水室11与海面外部环境相连通；若所述换向阀24工作在中位，A口、B口和C均不导通。

所述发电装置包括太阳能发电装置41和海流能发电装置42，所述太阳能发电装置41、海流能发电装置42均与所述控制系统26进行电气连接。所述控制系统26包括主控制器和蓄电池，所述蓄电池储存所述发电装置输出的电能，所述蓄电池为各用电设备提供电能。所述主控制器通过所述无线电收发装置23与远程用户终端进行数据及命令传输，远程用户终端可以远距离控制所述主控制器完成网箱的下潜或上浮动作，也可远距离查询深水网箱升降系统的工作情况信息。

所述沉子升降装置30包括蜗轮蜗杆传动副、套筒31、第一滑轮32和第二滑轮33，所述第一滑轮32安装于网箱顶部，第二滑轮33安装于网箱底部。所述蜗轮蜗杆传动副包括蜗轮34和蜗杆35，所述套筒31和所述蜗轮34为一体式结构。

所述套筒31缠绕有与所述沉子10相连接的缆绳，通过转动所述套筒31上的手柄，可以调节缆绳在所述套筒31的缠绕长度，从而调节了所述沉子10与网箱底部之间的距离。当网箱下潜后，网箱的下潜深度等于海底深度减去网箱底部与所述沉子10之间的距离，故调节所述沉子10与网箱底部之间的距离就可以间接调节网箱的下潜深度。采用蜗轮蜗杆传动副的目的是：蜗轮蜗杆传动副具有自锁功能，在调整好所述沉子10与网箱底部之间的距离后，蜗轮蜗杆传动副自锁，将所述沉子10相对网箱的位置固定住。

均匀地调节每套所述沉子升降装置30，使得所述沉子10位于网箱的正下方，使网箱的重心线与所述沉子10的重心线相重合。同时，所述沉子10上还设有配重体14，所述深水网箱升降系统还设有若干个防倾浮子52，所述防倾浮子52均匀地布置在网箱顶部周围。多个所述防倾浮子52之间紧密地排列在一起，所述防倾浮子52两两之间形成凹形空隙或称之为人形空隙，如图6中D处所示，当网箱有倾覆倾向时，即将离开水面的凹形空隙由于抽真空作用而会产生吸力，使网箱倾覆受到阻碍，从而防止网箱进一步倾覆。

在所述沉子10的自身重力下，以及所述防倾浮子52的浮力作用下，使得网箱无论在下潜还是上浮的过程中，重心始终不会偏移，且不会产生倾覆或侧翻现象。同时，所述沉子10的自身重力也可以保证网箱不变形，使其有效容积不减小。

所述深水网箱升降系统还设有辅助浮子51，所述充气管道60悬挂在所述辅助浮子51上，所述辅助浮子51起到支撑所述充气管道60的作用，避免所述充气管道60四处漂移，减少所述充气管道60被损坏的风险。同时，所述充气管道60需具有足够的长度，使得在网箱下潜时所述浮子20始终漂浮在水面上。

本发明所述的深水网箱升降系统的工作原理如下：

1）网箱下潜

远程用户终端发送下潜指令给所述主控制器，所述主控制器控制所述换向阀24工作于S位，此时，所述换向阀24的A口和C口之间导通，使得所述沉子10的注水室11与海面外部环境相连通。同时，所述注水室11也与深水外部环境相连通，故在外部海水压力的作用下，海水通过所述注水孔12注入所述注水室11，海水挤压所述注水室11中的气体，使所述注水室11中原有的气体从所述注气孔13通过所述充气管道60流出至海面外部环境。

最后，所述注水室11中注满海水，在自身重力作用下，所述沉子10带动网箱下潜。

2）网箱上浮

远程用户终端发送上浮指令给所述主控制器，所述主控制器控制所述加热器22加热，使所述气体发生室211的温度达到一定温度范围内，在该温度范围内，所述气体发生室211中的化学物质可以产生化学反应生成气体，使得所述气囊21膨胀。

另外，所述主控制器控制所述换向阀24工作于N位，此时，所述换向阀24的A口和B口之间导通，使得所述沉子10的注水室11与所述浮子20的充气室25相连通。由于所述气囊21膨胀挤压所述充气室25，使得所述充气室25中的气体压力增大，进而，高压气体从所述充气管道60中挤压海水并进入所述注水室11，所述注水室11中的海水被气体从所述注水孔12挤出至外部环境。

最终，所述注水室11中充满气体，网箱和沉子10等的总体浮力大于自身重力，网箱上浮。

3）网箱再次下潜准备工作

网箱上浮之后，所述主控制器控制所述换向阀24工作于中位，维持所述注水室11中气体不外泄。之后，所述主控制器打开进气阀27，并控制所述加热器22使所述气体发生室211的温度调节至可以发生消耗气体的化学反应的温度范围。此时，所述气囊21收缩，外部环境的气体从所述进气阀27进入所述充气室25。待所述充气室25恢复至原始状态，所述主控制器关闭所述进气阀27，等待再次下潜控制指令。

Claims

1.一种深水网箱升降系统，其特征在于：该深水网箱升降系统包括沉子（10）、浮子（20）、及连接沉子（10）与浮子（20）的充气管道（60）、若干套沉子升降装置（30），所述沉子升降装置（30）通过缆绳将所述沉子（10）悬挂于网箱的正下方，所述浮子（20）漂浮在水面上；所述浮子（20）包括壳体和气体发生装置，所述气体发生装置包括气囊（21）和加热器（22），所述气囊（21）的内表面与所述浮子（20）的壳体之间构成一密闭的腔室，该腔室为气体发生室（211），所述加热器（22）位于所述气体发生室（211）中。

2.按照权利要求1所述的一种深水网箱升降系统，其特征在于：所述浮子（20）还包括发电装置、控制系统（26）、无线电收发装置（23）、换向阀（24）、进气阀（27）和充气室（25），所述控制系统（26）分别与所述气体发生装置、发电装置、无线电收发装置（23）、换向阀（24）进行电气连接，所述换向阀（24）分别与所述充气管道（60）、充气室（25）、外部环境相连通；所述充气室（25）为所述气囊（21）的外表面与所述浮子（20）的壳体所包围的密闭空间，所述充气室（25）中充满气体；所述充气室（25）通过所述进气阀（27）与外部空气环境相连通。

3.按照权利要求2所述的一种深水网箱升降系统，其特征在于：所述沉子（10）内部设有注水室（11），所述沉子（10）的壳体上设有注水孔（12），所述注水室（11）通过所述注水孔（12）与外部环境相连通；所述注水室（11）通过所述充气管道（60）与所述换向阀（24）相连通。

4.按照权利要求3所述的一种深水网箱升降系统，其特征在于：所述沉子升降装置（30）均匀分布于网箱顶部；所述沉子升降装置（30）包括蜗轮蜗杆传动副、套筒（31）、第一滑轮（32）和第二滑轮（33），所述第一滑轮（32）安装于网箱顶部，第二滑轮（33）安装于网箱底部；所述蜗轮蜗杆传动副包括蜗轮（34）和蜗杆（35），所述套筒（31）和所述蜗轮（34）为一体式结构；所述套筒（31）缠绕有与所述沉子（10）相连接的缆绳。

5.按照权利要求3或4所述的一种深水网箱升降系统，其特征在于：所述换向阀（24）为三位三通换向阀，该三位三通换向阀包括A口、B口和C口，其工作状态位置包括N位、中位和S位；所述A口与所述充气管道（60）相连通，所述B口与所述充气室（25）相连通，所述C口与海面外部环境相连通。

6.按照权利要求5所述的一种深水网箱升降系统，其特征在于：所述发电装置包括太阳能发电装置（41）和海流能发电装置（42），所述太阳能发电装置（41）、海流能发电装置（42）均与所述控制系统（26）进行电气连接。

7.按照权利要求6所述的一种深水网箱升降系统，其特征在于：所述控制系统（26）包括主控制器和蓄电池，所述蓄电池储存所述发电装置输出的电能，所述蓄电池为各用电设备提供电能。

8.按照权利要求6或7所述的一种深水网箱升降系统，其特征在于：所述深水网箱升降系统还包括辅助浮子（51）和若干个防倾浮子（52），所述充气管道（60）悬挂在所述辅助浮子（51）上，所述防倾浮子（52）布置在网箱顶部周围；两个所述防倾浮子（52）之间紧密地排列在一起，形成凹形空隙。

9.按照权利要求8所述的一种深水网箱升降系统，其特征在于：所述沉子（10）还设有注气孔（13），所述注气孔（13）靠近所述注水室（11）的顶部，所述充气管道（60）通过所述注气孔（13）与所述注水室（11）相连通；所述注水孔（12）靠近所述注水室（11）的底部。

10.按照权利要求9所述的一种深水网箱升降系统，其特征在于：所述气体发生室（211）中设有可以发生固体-气体转换反应的化学物质；所述沉子（10）上还设有配重体（14）。