大型深水網箱真空吸魚泵設計研究

趙張敏，朱陽

(臺州廣播電視大學高職學院，浙江 臺州 318000)

隨著海洋漁業經濟的不斷發展，我國近海捕撈資源的逐漸趨于匱乏，因此，在政府引導下，我國不少沿海漁民調整規劃，由海洋捕撈轉向海水養殖。同時，為了保護近海生態環境，養殖者購置了成套的大型深水網箱，采用了遠海深水漁業養殖方式，取得了較好的經濟與社會效益。但是遠海深水漁業養殖的不斷發展，不少問題也隨之暴露出來，典型的問題是大型深水漁業養殖中缺少相關的配套設備。我國沿海養殖者早期使用的基本上為小型、簡易網箱，取魚過程相對簡單。隨著遠海漁業養殖中大型深水網箱的使用，取魚過程的難度增加，原有的人工取魚方式，時間長，勞動強度大，魚類死亡率高，損失大。因此，很有必要針對當前的大型深水網箱養殖研制一種合適的吸魚泵[1]。

1 工作原理概述

該吸魚泵由真空泵、集魚桶、電氣控制系統、進出軟管等組成，工作時，首先關閉系統內腔各閥門進行抽氣，使內部狀態成真空，然后進魚閥打開，利用真空和大氣壓原理將魚吸入集魚桶[2]。當集魚桶內的魚、水總量到一定點時，限位開關送出桶內的高度信號，組合閥開始工作，原抽氣工作轉變為送氣工作，吸魚泵內壓力增加，魚、水通過排出閥門至容器中，實現了真空吸魚、送魚的目的[3](圖1)。

圖1 真空吸魚泵工作原理圖

2 真空吸魚泵相關參數計算

目前深水養殖網箱一般為圓柱形，直徑為12～13 m，因此設定網箱周長L為40 m，水下深度H為8 m，則網箱實際有效水體V網約為1 000 m3。

養殖的魚類選取大黃魚、美國紅魚等，規格設定為1.0～1.5 kg/尾，放養密度ρ放為10 kg/m3，深水網箱內可養殖魚類總質量為W魚，根據W魚=ρ放·V網，則每只網箱可養殖10 t成品魚。

吸魚泵吸入高度約為3～5 m，吸完一只網箱內的魚類大約所需1 h，吸魚的同時會吸入水，根據魚、水質量比例1∶1，因此吸魚泵每h吸入的魚、水總量W總約為20 t。

這些魚類的魚肉比重約為1.033，魚、水的平均比重ρ平近似按1.02 t/m3計，1 h內吸魚泵的吸魚時間T為30 min，吸魚泵每分鐘吸入的流量Q分=W總·ρ平/T，計算得到Q分約為0.7 m3/min。

吸魚泵的吸入管直徑D吸可以由魚截面積/管道截面積求得[4]，即

D吸=π(D魚/2)2/[π(D吸/2)2]

(1)

由于魚、水以近似1∶1的比例通過吸入管，則魚、水所占吸入管橫截面積近似相等[5]，各占1/2，所以有

π(D魚/2)2/[π(D吸/2)2]=1/2

D吸=2D魚

當大黃魚、美國紅魚等在1.5 kg/尾時，魚身最大橫截面的平均直徑約為85 mm，因此吸入管直徑必須D吸≥170 mm。

吸魚泵吸入管魚、水通過速度V速=Q分/S吸(S吸為吸魚泵的吸入管橫截面積)，所以有

(2)

則：V速=30.8 m/min

由于吸魚泵每min吸入的流量Q分約為0.7 m3/min，吸魚方案設定為每2 min交替吸氣、壓氣1次(各1min)，所以集魚桶體積只須V集≥0.7 m3。

集魚桶一般為圓柱體，其高度為H集，直徑為D集，選擇H集=1. 2 m，D集=0.9 m，則V集為0.76 m3，符合要求。

吸魚泵真空系統的最小容積V系統min起碼包括V集與V吸[6]，則：V系統min=0.873 m3。

真空系統負壓P2由伯努里方程：

(3)

式中：P1——吸魚泵吸入口壓力；

H1——吸魚泵吸入口高度，近似為0；

H2——吸魚泵真空吸入高度，約為5 m；

V1——網箱中自由液面流速，近似為0；

V2——吸魚泵吸入管內魚、水通過的速度，V2=V速；

a1——管道入口流體的運動系數，取1.2；

a2——管道出口流體的運動系數，取1.2；

Hw——由于外界對水流的阻力及流體本身粘滯性產生的全部水頭損失[7]；

ρ——密度1.0×103kg/m3；

g——重力加速度9.81 m/s2。

得到真空系統負壓P2=-0.09 MPa。

3 確定真空泵

首先計算真空系統抽氣速率Se，如果采用間歇工作系統，則

Se=138V/T×lgP1/P2

(4)

式中：V——真空系統的容積；

T——系統要求的抽氣時間；

P1——系統初始壓力；

P2——系統抽氣終了壓力。

得到Se=5.36 m3/min。

根據真空系統抽氣速率Se=5.36 m3/min及工作壓力P=P2=-0.09 MPa，可以考慮兩級水循環真空泵，型號為2SK-6。該泵主要參數：最大抽氣速率Semax為6 m3/min，工作壓力P為-0.097 MPa，功率為11 kW，額定轉速n=1 450 r/min，滿足使用條件。

4 結語

該設計為間歇式吸魚系統，旨在解決我國目前沿海地區的大型深水網箱養殖中的取魚困難問題，可以有效提高取魚的效率與質量。

如果根據養殖用戶需要，將該系統聯接進行適當的變化，同時增加一個相同規格的集魚桶，而原電磁閥、管路、真空泵等元件的規格和數量基本不變，即可將該系統變為連續工作的吸魚系統，取魚效率可以提高近一倍，雖然系統的體積會增大，使用不大方便，但價廉物美，適合于擴大養殖范圍。