拖網漁船吸魚裝置真空泵抽氣量的計算?

張召男，葉凱雷，李 林

（1．舟山隆昇船業有限公司，浙江 舟山 316000；2．浙江海洋學院 船舶與海洋工程學院，浙江 舟山 316004）

0 引言

在拖網漁船吸魚裝置的設計中，真空泵抽氣量計算方法的選擇是非常重要的，目前有幾種抽氣量的計算方法，對于同樣的裝置，在相同工作狀態下，幾種抽氣量計算方法所求得的結果大相逕庭，這種計算結果給真空泵的選擇帶來很大困擾。本文在分析了已有公式的基礎上，根據真空泵實際抽氣過程，借助Boyle－Mariotte定律推導出一個新的計算公式，提出了一種新的真空泵選擇方法，為拖網漁船吸魚裝置真空泵的選型設計提供了重要的依據。

1 原有抽氣量的計算方法

根據文獻［1－3］，采用真空泵抽氣時，目前存在3種選擇真空泵抽氣量的計算方法。（1）土爾克公式為：

其中：Qa為平均抽氣量，m3／min；V1為管道容積，m3；V2為泵殼內空容積，m3；H1為大氣壓力的水柱高度，一般取10m；Hg為泵吸水高度，m；T為抽氣時間，min；k為備用系數，一般取1．1。

（2）水專法公式為：

其中：Z為泵的臺數；Δh為泵殼中心線距地面的距離，m。

抽氣平均真空度Hv為：

（3）給排水設計手冊推薦的公式為：

分析式（1）～式（3），可以發現以下幾個問題：①上述3種計算方法忽略了管道布局和斷面形狀對計算結果的影響，如果假設所需的真空度等于管道和儲魚罐內的氣體總體積，則依照上述任一公式，所計算的抽氣量均相等，這顯然與實際情況不符，因為真空泵在高真空度處與低真空度處的抽氣量是不相同的，所需的實際抽氣時間也是不同的；②真空泵的抽氣過程是一個連續變化過程，式（1）只考慮了高真空狀態下抽去所有氣體，這樣計算所得的抽氣量要比實際所需大很多；③式（2）是在密閉容器抽真空的條件下所推導出來的，由于沒有考慮管道不斷充水引起的氣體體積變化，將會使計算結果產生很大的誤差，因此，將它用到吸魚裝置抽真空計算是不妥的；④式（3）未考慮真空度對單位抽氣量的影響，這在理論上是不允許的。

2 新推導的公式

真空泵的抽氣過程可近似為等溫過程，抽氣時，壓力和體積是變量，某時刻的壓力pn－1必定對應有一個體積Vn－1：

其中：S為管道的橫截面積，m2；p1為大氣壓力，Pa；γ為水的密度，kg／m3。

如果管內氣體再被抽取ΔV，則管內壓力由pn－1降到pn，壓力的降低將引起管內的水上升一個微體積dV，此時，對應于壓力pn下的體積為：

根據Boyle－Mariotte定律有關系式：

將式（4）和式（5）代入式（6），則有：

簡化并展開式（7）得：

設Q為單位時間內通過進氣管截面的氣體體積，真空泵所抽的氣體體積為Q·dT（dT時間段），因為Q·dT與空氣體積的減少量ΔV數量相等，而符號相反，則得：

對式（10）兩端分別積分，并代入初壓強p1和T后壓強p2，則得：

對式（11）積分后得：

將式（12）除以T，得：

其中：H2為壓強p2下的水柱高度。將式（14）代入式（13），得：

管內平均壓力值Hpj為：

由于Q隨壓強的降低而減小，真空泵的單位抽氣量是以平均值來表述的，那么單位時間內通過進氣管截面的氣體體積Q和管內平均壓力值Hpj成為選擇真空泵的主要參數。新推導的公式可采用分段計算的方式來表述：

其中：W 為總抽氣量。則平均抽氣量為：

平均抽氣壓力為：

Qa和Hpj可作為初選真空泵的參數，并可用下式來校核抽氣時間是否合適：

其中：Q1，Q2，…可根據…從真空泵的樣本參數中獲得。

應該指出的是：如果真空泵吸氣管很長或吸氣管內速度很大，吸氣管中的壓力損失應該被考慮，則：

其中：Δh1為吸氣管的壓力損失。如果吸氣管的壓力損失很小，可忽略不計。

3 結論

運用新推導的公式進行了吸魚裝置真空泵的抽氣量計算和選型，所設計的真空系統能夠滿足吸魚生產的實際需要，取得了較滿意的結果。

［1］ B N 土克爾．水泵和水泵站（上冊）［M］．童詠春，譯．北京：建筑工程出版社，1975．

［2］ 柴立平，江志焜，施衛東，等．兩級液環式真空泵的優化設計與試驗研究［J］．水泵技術，2008（4）：6－10．

［3］ 《給排水設計手冊》編寫組．給排水設計手冊［M］．北京：中國建筑工業出版社，2003．