一種用于遠洋漁船捕撈的吸魚泵技術

房 熊，徐志強，諶志新，劉 平

（1. 中國水產科學研究院 漁業機械儀器研究所，上海 200092；2. 農業部 遠洋漁船與裝備重點實驗室，上海 200092；3. 海洋國家實驗室 深藍漁業工程裝備技術聯合實驗室，山東青島 266237）

0 引言

南極等深遠海極地區域內富含了未被大量開發的資源寶庫，在此其中優質的水產品尤為引人關注，其龐大的資源量和優質的營養價值都是商業化開發的重要保證條件。近年從事南極璘蝦漁業的主要有挪威、韓國、中國、烏克蘭和智利等5個國家的10余艘漁船[1-2]。除挪威擁有的2條連續泵吸專業璘蝦船外，其余皆為傳統尾滑道拖網漁船，我國內也緊隨其他國家大力發展南極漁業產業，但是魚類品質不高，南極漁業的品質很大程度上取決于其捕撈作業水平的優劣，國內南極漁船大都釆用艉滑道拖網作業的方式，捕獲的魚類層層堆疊在囊網中不斷擠壓，損傷嚴重。而泵吸技術在海洋漁業捕撈過程中不僅能提高捕撈效率，還能提升南極魚類品質及其加工品質，大力發展吸魚泵具有極其重要的意義，并且還能夠幫助調整捕撈技術的發展。目前我國的吸魚泵產品較為落后，其主要存在風機噪音較大、本體材料耐腐蝕性較差、人工成本較高、工人的工作強度較大等缺點，因此確保南極魚類的品質和捕撈生產效率，提升我國在南極海洋生物資源開發中的綜合竟爭能力，開發出適合我國極地捕撈模式的泵吸技術已經刻不容緩[3-5]。

1 吸魚泵的設計

1.1 泵吸流體原理

吸魚泵的發明使用最早出現于拖網漁船和圍網漁船的捕撈作業中，其目的是方便轉運或卸載漁獲物，從而節約勞動力成本和提高效率。最早期的初級吸魚泵其設計基本原理是由馬達高速旋轉并帶動泵體內葉片的高速轉動從而使得泵體內外產生一定的壓差進而將魚和水一起提上來的工作過程，此時魚和水受的是空氣正向壓力[6-9]。雖然這個工作原理簡單有效但是有個非常明顯的缺點就是由于魚要通過泵體內腔進行輸送，與此同時，葉片也在高速地旋轉，因此通過內腔的魚體會被葉片割傷，更有甚者會直接導致魚的死亡。從20世紀70年代初開始，在我國一種新型的吸魚泵研制試驗成功并被廣泛應用，其工作原理是首先1臺風機高速運轉產生一股風速，并且通過控制使得在整個吸魚泵內腔中始終保持這股穩定的風速流，在這種工況下泵體內腔由于空氣的壓力值小于外部大氣壓力值于是就生成了較低的負壓合，當內腔中的空氣流速高于魚的懸浮速度時魚就會和水以及空氣混合為一體，魚就會隨著氣流一并從泵體內輸出從而達到運輸的目的，這種工作方式的吸魚泵也被稱為真空吸魚泵。近年來，在此基礎上陸續又衍生出了立式和臥式2種不同的吸魚泵[10-13]。

1.2 泵體模型建立

根據前期對各種國內外吸魚泵的研究和分析，以及參考泵吸殼體及內腔的流體模擬分析，并運用成熟的三維建模軟件SolidWorks對吸魚泵的主要零部件進行3D建模，見圖1和圖2。

圖1 殼體模型

圖2 葉輪模型

2 連續泵吸平臺及試驗

2.1 泵吸平臺

針對各式捕撈泵吸方式開發其適用的泵吸系統（見圖3和圖4），對具體吸魚泵進行實驗室定量化測試，通過構建吸魚泵數字模擬與實物模擬實驗系統研究構建其原理與性能研究實驗系統平臺，通過構建原型機實驗測試系統平臺量化分析吸魚泵揚程、耐壓（作業水深）、流量、流速以及沿程損失、效率等參數的適配性，并且通過試驗平臺的流速儀和壓力儀組等設備測量和調整系統壓力、流量，從實驗的角度為吸魚泵的設計優化提供數據支撐[14-15]。

圖3 平臺系統圖

圖4 試驗平臺

2.2 泵吸試驗結果及分析

根據模擬設計出吸魚泵后，將吸魚泵安裝在連續泵吸試驗平臺上，對吸魚泵進行試驗驗證，將吸魚泵和出水口安置在水箱固定位置上，吸魚泵將水箱中的魚吸入然后通過平臺上的軟管最終又返回到水箱中，這樣可以持續地進行泵吸試驗，安裝在管路上的流量計和壓力變送器等可以對泵吸管道中的流量、壓力等數據的監控。試驗開始時箱體內放置了200條金魚，經清點有173條魚被泵吸出去，該吸魚泵的泵吸效率為86.5%。因此該吸魚泵滿足最初設計的要求，模擬設計與試驗預期較為符合。

本文首先對泵吸的流體原理進行分析，然后針對關鍵部件殼體及葉片進行計算機模擬仿真從而優化得到了理想的模型，通過樣機在連續捕撈試驗平臺上的模擬試驗其結果顯示本文設計的吸魚泵具有很好的泵吸功能，此外在整個泵吸試驗過程中吸魚泵的運轉比較穩定，沒有出現較大的震動，且吸魚泵運行時噪音也比較低，沒有出現激烈的雜音，說明該吸魚泵在運行時對魚類的刺激比較小，魚體不會出現較大的應激反應，因此該吸魚泵實際應用性較強，可以很好地滿足實際生產需求。泵吸試驗及泵吸過程見圖5～圖7。

圖5 泵吸試驗1

圖6 泵吸過程

圖7 泵吸試驗2

3 結論

通過泵吸試驗平臺研究方案，針對不同捕撈方式對應的水深進行自動化泵吸系統研究，對連續泵吸捕撈作業模式的改進與優化有積極推動作用，本文的研究能夠為各種工況環境下魚類的大規模連續捕撈技術提供技術支持。通過平臺搭建，完成了遠距離泵吸輸送的試驗，實現了吸魚泵額定轉速條件下管道阻力與泵吸流量、揚程的測定。通過水箱內置吸魚泵網架，模擬拖網囊網尾部吸入口形式，可以通過將不同數量魚獲放置入網架內模擬不同魚獲與水混合比例進行泵吸試驗，得到最佳泵吸捕撈方式。并且樣機的試制成功證明了泵吸技術能很好地滿足實際需求，其實用前途非常光明。

通過本文在連續捕撈試驗平臺上的泵吸技術研究，為今后規模化特別是深遠海工業化漁業捕撈的相關原理設計、模擬分析、試驗制作等提供了理論依據和參考，大大提高了設計的效率和水平，為我國漁業裝備的發展提供了技術支撐和保障。