一種深水網箱的海洋工況現場受力測試方法與流程

2023-10-09 08:40:44

本發明涉及一種深水網箱的海洋工況現場受力測試方法。

背景技術：

深水網箱系統主要由浮架、網衣及錨泊系統三大部分組成，其中錨泊系統是網箱在水中的根基，並與浮架相連將網箱系統控制在一定範圍內運動，在海洋風浪流衝擊下為保障網箱系統的安全性發揮著重要作用。隨著深水網箱未來將進一步朝著大型深水化發展，大型深水網箱在獲得高養殖效益的同時也面臨更高風險，大型深水網箱在惡劣海況條件下受到的風浪流衝擊更大，有可能造成網箱錨泊系統無法承受過大載荷而發生網箱走錨、錨繩斷裂或框架塑性破壞的發生，給養殖企業或養殖戶造成重大經濟損失。

獲取風浪流作用下網箱錨泊力學數據是開展大型深水網箱科學設計和製作安裝的關鍵，水動力模型試驗、計算機數值模擬和海洋工況現場測試是當前開展網箱力學研究的主要手段。一方面，水動力模型試驗因製作小比例尺的網箱模型很難滿足剛度相似條件，在實驗室波浪流條件下浮架基本是未發生變形的，這與實際中浮架是柔性彈性體的情況不符，造成獲取的整體網箱錨泊受力換算到實際情況時具有較大偏差；另一方面，計算機數值模擬因計算理論的缺失和計算條件的限制，為方便模擬計算，往往需要將複雜的網箱系統進行簡化，且設定的風浪流環境參數均為理想情況，通過模擬獲取的網箱錨泊力學數據其準確性還需要進一步驗證。相比水動力模型試驗和計算機數值模擬，海洋工況現場測試能夠獲取網箱錨泊受力的最原始真實數據，數據的準確性和可靠性是其它研究手段所不能比擬的。但為了考慮儀器設備的安全性，現階段一般僅是測試實際海流作用下的網箱錨泊受力，沒有獲得海洋風浪流綜合環境下的網箱力學數據。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：提供一種深水網箱的海洋工況現場受力測試方法。

解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案如下：

一種深水網箱的海洋工況現場受力測試方法，其特徵在於：所述的受力測試方法設有波浪流測試；

所述的波浪流測試包括：

步驟s1.1、製備固定架，該固定架設有萬向環、支撐架和多個配重塊，所述萬向環由內環、外環、內環轉軸和外環轉軸組成，所述支撐架設有固定圈，該固定圈位於所述支撐架的頂部，所述外環通過所述外環轉軸連接在所述固定圈上，所述內環通過所述內環轉軸連接在所述外環上，且所述內環轉軸與外環轉軸位於同一平面上並相互垂直；每一個所述配重塊均通過螺杆連接懸掛在所述內環上，各個所述配重塊環繞所述內環的中軸線均勻間隔布置；

步驟s1.2、在所述內環上安裝都卜勒波浪剖面流速儀，所述內環在各個所述配重塊的重力作用下能夠自動調整並保持在一個靜止姿態上，以確保安裝在所述內環上的都卜勒波浪剖面流速儀的測量方向在海底環境下能夠自動調整並保持為豎直向上；

步驟s1.3、在浮於海面的工作平臺上用線纜將所述都卜勒波浪剖面流速儀與電腦設備進行通信連接，並在啟動所述都卜勒波浪剖面流速儀後，用位於所述工作平臺上的起吊設備將所述固定架和都卜勒波浪剖面流速儀投放至海底，且該投放位置與受測深水網箱之間保持預定的距離；在此之後，通過所述都卜勒波浪剖面流速儀測量並自動存儲海面波浪數據和剖面流速數據。

作為本發明的優選實施方式：所述配重塊的數量為四個，每個所述配重塊的重量為5kg。

為了提高支撐架在強颱風環境下的防傾倒能力，作為本發明的優選實施方式：所述支撐架為由安裝平臺和連接在所述安裝平臺底面上的三根斜向支撐杆組成的三腳架，且相鄰兩根所述斜向支撐杆之間連接有橫向連接杆，所述固定圈固定在所述安裝平臺的頂面上。

用起吊設備將固定架和都卜勒波浪剖面流速儀投放至海底時，為了確保支撐架的底部坐落在海底，作為本發明的優選實施方式：所述的固定架還設有起吊環；所述安裝平臺的頂面上固定有兩個吊耳，所述起吊環的兩端分別與所述兩個吊耳轉動連接；所述起吊設備通過所述起吊環吊起所述固定架。

為了提高緊湊性和結構強度，作為本發明的優選實施方式：所述外環位於所述固定圈的內部，所述內環位於所述外環的內部。

作為本發明的優選實施方式：所述的受力測試方法還設有風速風向測試；

所述的風速風向測試包括：

步驟s2.1、製備風速風向儀，該風速風向儀設有風速傳感器、風向傳感器、安裝支架、防護箱和數據採集儀，所述風速傳感器、風向傳感器和防護箱均固定在所述安裝支架上，所述數據採集儀安裝在所述防護箱內部，且所述數據採集儀的輸入端分別與所述風速傳感器的輸出端和風向傳感器的輸出端電性連接；

步驟s2.2、將所述風速風向儀的安裝支架固定在所述受測深水網箱的浮架上；

步驟s2.3、用線纜將所述風速風向儀的數據採集儀與所述電腦設備進行通信連接，並在啟動所述風速風向儀的數據採集儀後，通過所述數據採集儀接收並存儲所述風速傳感器採集到的風速數據和所述風向傳感器採集到的風向數據。

作為本發明的優選實施方式：所述的風速風向儀還設有太陽能發電單元；所述太陽能發電單元與所述數據採集儀的供電端電性連接。

為了確保風速風向儀的安裝穩固性，作為本發明的優選實施方式：所述受測深水網箱的浮架由主浮管、扶手管、多個數量相等的工字架和三通連接件組成，其中，每一個所述工字架均套裝在所述主浮管上，每一個所述三通連接件均套裝在所述扶手管上，各個所述工字架和三通連接件一一對應連接；所述的安裝支架為由橫杆和縱杆連接構成的t型支架，所述風速傳感器和風向傳感器分別固定在所述橫杆的兩端頂部，所述縱杆固定在其中一個所述三通連接件上並與所述扶手管和對應的工字架固定連接；所述防護箱坐落在所述扶手管上；所述太陽能發電單元通過繩索綁定在所述主浮管與扶手管之間。

作為本發明的優選實施方式：所述的受力測試方法還設有錨泊受力測試；

所述的錨泊受力測試包括：

步驟s3.1、為所述受測深水網箱的錨繩安裝上拉力測量裝置，該拉力測量裝置設有拉力計、兩個卸扣和兩個繩扣，所述拉力測量裝置的安裝方式為：在所述錨繩相對所述受測深水網箱的浮架處於海流流向的下遊位置時，此時所述錨繩處於鬆弛狀態下，首先，將處於鬆弛狀態下的所述錨繩的部分繩段分別穿過所述兩個繩扣的扣孔，使得穿過所述兩個繩扣扣孔的繩段分別形成兩個繩套；然後，用所述繩扣鎖緊所述繩套穿過其扣孔的部分，使得所述繩套被固定；最後，用其中一個所述卸扣連接其中一個所述繩套和所述拉力計的其中一側拉環，用另一個所述卸扣連接另一個所述繩套和所述拉力計的另一側拉環；並且，所述錨繩位於所述兩個繩扣之間的鬆弛繩段的長度大於所述拉力計、兩個卸扣和繃直時的兩個繩套的長度之和；

步驟s3.2、用線纜將所述拉力計與所述電腦設備進行通信連接，並在啟動所述拉力計，使得所述拉力計採集並自動存儲拉力數據。

作為本發明的優選實施方式：所述拉力測量裝置的安裝在浮於海面上的作業船上進行。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

第一，本發明利用都卜勒波浪剖面流速儀測量受測深水網箱在真實的海洋工況現場下其所處海域的海面波浪數據和剖面流速數據，即受測深水網箱受波浪流的海況數據；

由於都卜勒波浪剖面流速儀是安裝在設有萬向環和配重塊的固定架上的，使得：在都卜勒波浪剖面流速儀被投放到海底後，通過萬向環所具有的兩個方向相互垂直的轉動自由度以及各個配重塊對萬向環的作用力，都卜勒波浪剖面流速儀所在的安裝平面即內環能夠自動的調整姿態直至保持在一個靜止姿態上(對於深水網箱所處的海域深度來說，重量較大的配重塊所帶來的慣性能夠確保內環不會受海底處的洋流作用而發生運動)，而都卜勒波浪剖面流速儀在內環上的安裝方式，則能夠令都卜勒波浪剖面流速儀的測量方向在內環處於前述靜止姿態時保持為豎直向上，從而，即便固定架因其所在的海底不平整而傾斜，都卜勒波浪剖面流速儀仍能工作在穩定的安裝平面(即保持靜止姿態的內環)上，因而都卜勒波浪剖面流速儀在海底下能夠始終測量到海面波浪數據和剖面流速數據，避免了因海底不平整造成都卜勒波浪剖面流速儀的測量方向偏離豎直向上方向而降低了測量的準確性和可靠性的問題；

而且，由於萬向環能夠自動調整的特性，固定架和都卜勒波浪剖面流速儀能夠通過位於工作平臺上的起吊設備直接投放至海底，而不需潛水員潛入海底對都卜勒波浪剖面流速儀的工作姿態進行調整，提高了安裝效率；

所以，本發明能夠測量受測深水網箱受波浪流的海況數據，具有測量準確性和可靠性高、安裝效率高的優點。

第二，本發明通過在錨繩上安裝拉力測量裝置，使得風浪流作用於整體網箱系統錨繩上的拉力能夠經由拉力測量裝置的兩個繩套、兩個卸扣和拉力計進行傳遞，從而，令拉力計測量到受測深水網箱的錨繩在真實的海洋工況現場下的拉力數據，以獲得受測深水網箱的錨泊受力情況；

由於拉力測量裝置是在錨繩處於鬆弛狀態時進行安裝的，無需解開工作中的受測深水網箱的錨繩來進行安裝，因此，本發明能夠在已錨泊在海面上的受測深水網箱的錨繩上安裝拉力測量裝置，實現對已在工作中的受測深水網箱進行錨泊受力測量，並且安裝的安全性高；

所以，本發明能夠測量受測深水網箱的錨繩的受力數據，具有拉力測量裝置安裝容易方便、安全性高的優點。

第三，本發明用風速風向儀測量受測深水網箱在真實的海洋工況現場下受到風力作用的風速數據和風向數據，以獲得受測深水網箱所在海域的風力情況；

由於風速風向儀固定在受測深水網箱的浮架上而能夠與浮架在風力作用下同步運動，因此，受測深水網箱是還採用單點錨泊還是多點固定式錨泊，風速風向儀的風速傳感器和風向傳感器均能準確的測量出受測深水網箱受到風力作用的風速數據和風向數據；

所以，本發明能夠測量受測深水網箱所在海域的風速數據和風向數據，具有測量準確性高的優點。

綜上所述，本發明適於長時間、實時對深水網箱在真實的海洋工況現場下進行受力測試。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明：

圖1為本發明中受測深水網箱3所安裝的固定架1、都卜勒波浪剖面流速儀2、風速風向儀4和拉力測量裝置5的示意圖；

圖2為本發明中固定架1和都卜勒波浪剖面流速儀2的主視結構示意圖；

圖3為本發明中固定架1和都卜勒波浪剖面流速儀2的俯視結構示意圖；

圖4為本發明中風速風向儀4的安裝結構示意圖；

圖5為本發明中拉力測量裝置5的安裝結構示意圖。

具體實施方式

如圖1至圖5所示，本發明公開的是一種深水網箱的海洋工況現場受力測試方法，其設有波浪流測試、風速風向測試和錨泊受力測試。

參見圖2和圖3，上述波浪流測試包括：

步驟s1.1、製備固定架1，該固定架1設有萬向環11、支撐架12和多個配重塊13，萬向環11由內環111、外環112、內環轉軸113和外環轉軸114組成，支撐架12設有固定圈121，該固定圈121位於支撐架12的頂部，外環112通過外環轉軸114連接在固定圈121上，內環111通過內環轉軸113連接在外環112上，且內環轉軸113與外環轉軸114位於同一平面上並相互垂直，使得外環112能夠繞外環轉軸114的軸線相對固定圈121自由轉動，內環111能夠繞內環轉軸113的軸線相對外環112自由轉動；每一個配重塊13均通過螺杆連接懸掛在內環111上，各個配重塊13環繞內環111的中軸線均勻間隔布置；

步驟s1.2、在內環111上安裝都卜勒波浪剖面流速儀2，內環111在各個配重塊13的重力作用下能夠自動調整並保持在一個靜止姿態上(該靜止姿態一般優選為保持水平)，以確保安裝在內環111上的都卜勒波浪剖面流速儀2的測量方向在海底環境下能夠自動調整並保持為豎直向上；

步驟s1.3、在浮於海面的工作平臺上用線纜將都卜勒波浪剖面流速儀2與電腦設備進行通信連接，並在啟動都卜勒波浪剖面流速儀2後，用位於工作平臺上的起吊設備將固定架1和都卜勒波浪剖面流速儀2投放至海底，且該投放位置與受測深水網箱3之間保持預定的距離；在此之後，通過都卜勒波浪剖面流速儀2測量並自動存儲海面波浪數據和剖面流速數據，其中，工作平臺可以是作業船也可以是任意能夠漂浮於海面上的浮體平臺，都卜勒波浪剖面流速儀2的工作參數包括水深層數、記錄時間、存儲間隔等可以根據測試需要進行靈活設置。

作為本發明的優選實施方式：配重塊13的數量為四個，每個配重塊13的重量為5kg。

為了提高支撐架12在強颱風環境下的防傾倒能力，作為本發明的優選實施方式：上述支撐架12為由安裝平臺122和連接在安裝平臺122底面上的三根斜向支撐杆123組成的三腳架，且相鄰兩根斜向支撐杆123之間連接有橫向連接杆124，固定圈121固定在安裝平臺122的頂面上。

用起吊設備將固定架1和都卜勒波浪剖面流速儀2投放至海底時，為了確保支撐架12的底部坐落在海底，作為本發明的優選實施方式：上述固定架1還設有起吊環14；安裝平臺122的頂面上固定有兩個吊耳1221，起吊環14的兩端分別與兩個吊耳1221轉動連接；起吊設備通過起吊環14吊起固定架1。

為了提高緊湊性和結構強度，作為本發明的優選實施方式：上述外環112位於固定圈121的內部，內環111位於外環112的內部。

參見圖4，上述風速風向測試包括：

步驟s2.1、製備風速風向儀4，該風速風向儀4設有風速傳感器41、風向傳感器42、安裝支架43、防護箱44和數據採集儀，風速傳感器41、風向傳感器42和防護箱44均固定在安裝支架43上，數據採集儀安裝在防護箱44內部，且數據採集儀的輸入端分別與風速傳感器41的輸出端和風向傳感器42的輸出端電性連接；

步驟s2.2、將風速風向儀4的安裝支架43固定在受測深水網箱3的浮架31上；

步驟s2.3、用線纜將風速風向儀4的數據採集儀與電腦設備進行通信連接，並在啟動風速風向儀4的數據採集儀後，通過數據採集儀接收並存儲風速傳感器41採集到的風速數據和風向傳感器42採集到的風向數據，其中，數據採集儀的工作參數包括記錄時間和存儲間隔等可以根據測試需要進行靈活設置。

作為本發明的優選實施方式：上述風速風向儀4還設有太陽能發電單元45；太陽能發電單元45與數據採集儀的供電端電性連接。

為了確保風速風向儀4的安裝穩固性，作為本發明的優選實施方式：上述受測深水網箱3的浮架31由主浮管311、扶手管312、多個數量相等的工字架313和三通連接件314組成，其中，每一個工字架313均套裝在主浮管311上，每一個三通連接件314均套裝在扶手管312上，各個工字架313和三通連接件314一一對應連接；安裝支架43為由橫杆和縱杆連接構成的t型支架，風速傳感器41和風向傳感器42分別固定在橫杆的兩端頂部，縱杆固定在其中一個三通連接件314上並與扶手管312和對應的工字架313固定連接；防護箱44坐落在扶手管312上；太陽能發電單元45通過繩索綁定在主浮管311與扶手管312之間。

參見圖5，上述錨泊受力測試包括：

步驟s3.1、為受測深水網箱3的錨繩32安裝上拉力測量裝置5，該拉力測量裝置5設有拉力計51、兩個卸扣52和兩個繩扣53，拉力測量裝置5的安裝方式為：在錨繩32相對受測深水網箱3的浮架31處於海流流向的下遊位置時，此時錨繩32處於鬆弛狀態下即其不承受所連接的錨與浮架31的拉力作用，首先，將處於鬆弛狀態下的錨繩32的部分繩段分別穿過兩個繩扣53的扣孔，使得穿過兩個繩扣53扣孔的繩段分別形成兩個繩套321；然後，用繩扣53鎖緊繩套321穿過其扣孔的部分，使得繩套321被固定而不會鬆開；最後，用其中一個卸扣52連接其中一個繩套321和拉力計51的其中一側拉環511，用另一個卸扣52連接另一個繩套321和拉力計51的另一側拉環511；並且，錨繩32位於兩個繩扣53之間的鬆弛繩段322的長度大於拉力計51、兩個卸扣52和繃直時的兩個繩套321的長度之和，以確保錨繩32受到的拉力而使得兩個繩套321繃直時，鬆弛繩段322仍能夠保持鬆弛，令錨繩32受到的拉力能夠通過兩個繩套321和兩個卸扣52傳遞到拉力計51的兩側拉環511上；

步驟s3.2、用線纜將拉力計51與電腦設備進行通信連接，並在啟動拉力計51，使得拉力計51採集並自動存儲拉力數據，其中，拉力計51的工作參數包括記錄時間、測量單位和存儲間隔等可以根據測試需要進行靈活設置。

作為本發明的優選實施方式：上述拉力測量裝置5的安裝在浮於海面上的作業船上進行；由於錨繩32處於鬆弛狀態下，因此，藉助作業船可以很容易將處於鬆弛狀態下的錨繩32的部分繩段放置在工作船上，以進行拉力測量裝置5的安裝操作。

本發明不局限於上述具體實施方式，根據上述內容，按照本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本發明上述基本技術思想前提下，本發明還可以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，均落在本發明的保護範圍之中。