網(wǎng)箱養(yǎng)殖水下清洗裝置設(shè)計(jì)

王志勇

摘要 針對(duì)深遠(yuǎn)海網(wǎng)箱養(yǎng)殖需求，基于高壓水射流技術(shù)設(shè)計(jì)了網(wǎng)箱水下自動(dòng)清洗裝置。對(duì)清洗裝置進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分析了裝置的工作原理。根據(jù)要求對(duì)裝置主要參數(shù)進(jìn)行選配分析，設(shè)計(jì)裝置相關(guān)性能參數(shù)為流量15 L/min、工作壓力20 MPa，該清洗裝置清洗效率高，綜合性能能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞 網(wǎng)箱養(yǎng)殖；清洗裝置；結(jié)構(gòu)參數(shù)

中圖分類號(hào) S969.39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2018）17-0169-02

Abstract In view of the requirements of cage culture，an underwater automatic cleaning device was designed based on high pressure water jet technology.The structure of the cleaning device was designed and the working principle of the device was analyzed.According to the requirements，the main parameters of the device were selected and analyzed.The main performance parameters of the design device were 15 L/min of the flow rate and 20 MPa of the working pressure.The cleaning device has high cleaning efficiency and the comprehensive performance can meet the design requirements.

Key words cage culture；cleaning device；structural parameter

海水養(yǎng)殖網(wǎng)箱長(zhǎng)時(shí)間浸泡在水體中，由于網(wǎng)衣材料本身無毒而且表面積大，有利于大量絲狀藻類等附著物迅速繁殖堵塞網(wǎng)眼，造成網(wǎng)箱的濾水性能降低，使網(wǎng)箱內(nèi)水流不暢，導(dǎo)致溶氧量降低、波動(dòng)變大，致使網(wǎng)箱中的魚類因缺氧或?yàn)V食不到浮游生物而生長(zhǎng)不良、魚病頻發(fā)，養(yǎng)殖魚品質(zhì)下降。由于缺乏安全、有效的防止附著物附著網(wǎng)箱網(wǎng)衣的方法，在養(yǎng)殖過程中，隨著魚體的生長(zhǎng)需要不斷更換網(wǎng)衣并及時(shí)清洗網(wǎng)具上的附著物。網(wǎng)箱網(wǎng)衣的清洗是深海網(wǎng)箱發(fā)展面臨的主要問題，也是制約深海網(wǎng)箱發(fā)展的主要瓶頸。目前，我國(guó)仍然以傳統(tǒng)的高壓水槍或者潛水人工刷子清洗為主。歐美等先進(jìn)國(guó)家在網(wǎng)衣清洗方面的研究起步早，技術(shù)先進(jìn)，并且有相對(duì)成熟的設(shè)備，但造價(jià)昂貴。通過對(duì)新型機(jī)械洗網(wǎng)機(jī)原理、結(jié)構(gòu)的研究，設(shè)計(jì)出適合深海網(wǎng)箱養(yǎng)殖的高效、易操作的網(wǎng)衣清洗裝置，將對(duì)我國(guó)深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖及裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到很大的推動(dòng)作用[1-2]。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

網(wǎng)衣自動(dòng)清洗裝置是基于高壓水射流技術(shù)設(shè)計(jì)，高壓水射流技術(shù)以水為介質(zhì)，以高壓泵、閥為動(dòng)力源，通過高壓發(fā)生裝置，使水流獲得巨大的能量后以特定的流體運(yùn)動(dòng)方式從一定形狀的噴嘴中高速噴射出來，產(chǎn)生一定的射流速度和打擊力，有效清除網(wǎng)箱浮著物結(jié)構(gòu)[3-4]。

該設(shè)備設(shè)計(jì)主要由工作機(jī)構(gòu)、動(dòng)力裝置2個(gè)部分組成，總體設(shè)計(jì)如圖1所示。工作裝置由清洗盤、噴嘴、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、罩殼及附件組成；動(dòng)力裝置由柴油機(jī)組、高壓水泵、調(diào)壓閥、過濾器及高壓水管等組成。

2 工作原理

高壓柱塞泵出水口與工作機(jī)構(gòu)的進(jìn)水接頭通過高壓軟管連接，高壓柱塞泵產(chǎn)生的高壓水射流通過進(jìn)水接頭進(jìn)入中間軸，經(jīng)過中間軸中心通孔進(jìn)入清洗盤分歧管，由清洗盤上噴射口噴出，噴嘴出口與清洗盤端面設(shè)計(jì)呈40°傾斜角度，在噴射水流的反作用力下，清洗盤產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)中間轉(zhuǎn)軸在軸套內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)（圖2）。在高壓作用下，旋轉(zhuǎn)噴射的水流產(chǎn)生很大沖的擊力，可以有效清洗掉網(wǎng)衣上的附著物，保證養(yǎng)殖水體健康，提高養(yǎng)殖管理水平。該裝置由清洗人員手持操縱桿站在網(wǎng)箱邊上進(jìn)行清洗工作，對(duì)于大型網(wǎng)箱也可以采用輔助卷筒懸吊在網(wǎng)箱邊上進(jìn)行清洗。

3 主要性能參數(shù)匹配研究

高壓水射流沖洗到物體表面時(shí)，其原有速度的大小和方向均發(fā)生改變，其動(dòng)量也隨之改變，當(dāng)連續(xù)水射流連續(xù)沖擊物體表面時(shí)，形成穩(wěn)定沖擊力，即射流物體表面的打擊力。水射流打擊力是影響高壓清洗機(jī)清洗效果的重要因素之一，由動(dòng)量守恒定律得出水射流作用于物體表面的理論最大水射流打擊力，如公式（1）所示，從式中可以看出，壓力和流量是影響水射流打擊力的重要因素[5-6]。

3.1 壓力和流量分析

動(dòng)壓力是指清洗裝置在正常工作的情況下所能達(dá)到的壓力，它是由高壓泵的額定壓力、清洗裝置的功率及噴嘴的孔徑?jīng)Q定的。高壓泵的額定壓力大，轉(zhuǎn)換成動(dòng)壓力和射流速度越大，打擊力也越大，清洗效果越好。但是根椐要清洗的物體不同，所要求動(dòng)壓力也不同，動(dòng)壓力和附著物的破壞強(qiáng)度有關(guān)，動(dòng)壓力達(dá)到一定數(shù)值后，再增加泵的額定壓力，清洗效果的提高程度就很小。只增加設(shè)備的工作壓力，不增加設(shè)備的工作流量，在相同的時(shí)間里，打到附著物的水流量未改變，因而工作效率也沒有明顯的提高。因此，清洗裝置壓力和流量2個(gè)參數(shù)的選擇取決于被清洗的對(duì)象及垢物的物理機(jī)械性質(zhì)，根據(jù)這些來合理配置壓力和流量才能達(dá)到良好的清洗效果[7-8]。由于網(wǎng)衣附著物主要為絲狀藻類，網(wǎng)箱系統(tǒng)附著物主要為貝類和雜藻，屬于勻質(zhì)結(jié)垢物。因此，可以配置小流量動(dòng)力泵源。根據(jù)實(shí)際的試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，高壓泵的額定壓力低于18 MPa時(shí)，清洗效果較差[9]。本清洗裝置動(dòng)力選用意大利AR系列高壓柱塞泵，型號(hào)為XW15.20N，工作壓力為20 MPa，系統(tǒng)流量為15 L/min，額定功率為5.5 kW。

3.2 高壓清洗機(jī)噴嘴參數(shù)設(shè)計(jì)

在高壓水射流清洗裝置中，噴嘴是其中最關(guān)鍵的部件，其作用是將高壓力、低流速的水轉(zhuǎn)化為低壓力、高流速的射流。噴嘴的性能將直接影響射流水力性能和工件的清洗質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)制造高壓清洗裝置中，正確、合理地選擇噴嘴的類型及確定噴嘴的結(jié)構(gòu)參數(shù)，是一個(gè)極其關(guān)鍵的問題。高壓水射流系統(tǒng)控制比較簡(jiǎn)單，但噴嘴的設(shè)計(jì)與壓力、流量的匹配是關(guān)鍵。一般在高壓清洗機(jī)設(shè)計(jì)中，首先根據(jù)類比或試驗(yàn)方法確定系統(tǒng)的壓力和流量，隨后便可按照估算法對(duì)清洗機(jī)噴嘴參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，主要由流量連續(xù)性方程和能量守恒方程確定噴嘴截面積，其計(jì)算公式簡(jiǎn)化為：

4 結(jié)論

基于水射流技術(shù)進(jìn)行清洗，清洗成本低，效率高，對(duì)環(huán)境沒有任何污染，其應(yīng)用范圍也越來越廣。高壓水射流的參數(shù)設(shè)計(jì)是清洗裝置的關(guān)鍵[10]，通過理論公式結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)合理選配，設(shè)計(jì)合理的噴嘴結(jié)構(gòu)，才能達(dá)到比較理想的清洗效果。本清洗裝置動(dòng)力選用意大利AR系列高壓柱塞泵，型號(hào)為XW15.20N，工作壓力為20 MPa，系統(tǒng)流量為15 L/min，額定功率為5.5 kW。

5 參考文獻(xiàn)

[1] 林德芳，黃文強(qiáng)，關(guān)長(zhǎng)濤.我國(guó)海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖的現(xiàn)狀、存在的問題及今后課題[J].齊魯漁業(yè)，2002，19（1）：21-23.

[2] HODSON S L，LEWIS T E，BURKE C M.Biofouling of fish-cage netting：efficiency and problems of in situ cleaning[J].Aquaculture，1997，152：77.

[3] 薛勝雄.高壓水射流技術(shù)工程[M].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2006：21-40.

[4] 郭根喜，黃小華，陶啟友，等.一種用于養(yǎng)殖網(wǎng)箱的便攜式水下洗網(wǎng)裝置：中國(guó)，ZL20071002 76505[P].2009-07-29.

[5] 張小明，郭根喜，陶啟友，等.歧管式高壓射流水下洗網(wǎng)機(jī)的設(shè)計(jì)[J].南方水產(chǎn)科學(xué)，2010，6（3）：46-51.

[6] 張小明，郭根喜，陶啟友，等.高壓水射流水下洗網(wǎng)機(jī)旋轉(zhuǎn)射流打擊力計(jì)算[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2010，37（1）：25-28.

[7] 宋協(xié)法，賈瑞，馬玉霞.渦旋水流式網(wǎng)箱清洗設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)[J].中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，36（5）：733-738.

[8] 宋協(xié)法，宋業(yè)垚，萬榮.養(yǎng)殖網(wǎng)箱清洗設(shè)備的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)，2004，11（增刊1）：78-82.

[9] 劉杰.高壓網(wǎng)衣清理機(jī)的原理與應(yīng)用[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2004（3）：28.

[10] 宋玉剛，鄭雄勝.深海網(wǎng)箱網(wǎng)衣清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2012，25（2）：41-43.