基于負壓原理的射流式吸魚泵研究

黃道沛，李存軍

（1.浙江海洋大學船舶與機電工程學院，浙江舟山 316022；2.舟山市質量技術監(jiān)督檢測研究院，浙江舟山 316022）

·研究簡報·

基于負壓原理的射流式吸魚泵研究

黃道沛1，李存軍2

（1.浙江海洋大學船舶與機電工程學院，浙江舟山 316022；2.舟山市質量技術監(jiān)督檢測研究院，浙江舟山 316022）

射流式與真空式吸魚泵是深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖、拖網(wǎng)圍網(wǎng)作業(yè)及魚獲加工運輸?shù)闹饕O備。射流式吸魚泵存在魚體損傷大、效率低的缺點，而真空式吸魚泵對魚體幾乎是無損的，但由于其連續(xù)性的問題，其效率也不高。本文在對比研究兩者的工作原理之后，提出利用真空式吸魚泵對魚體無損的優(yōu)點來改進射流式吸魚泵的方案。通過理論推導，證明其提高了射流式吸魚泵流速，減小了輸送壓力，有效解決輸送效率低，魚體損傷大、存活率低的缺點。

射流吸魚泵；真空吸魚泵；輸魚連續(xù)；魚體無損

吸魚泵作為魚獲的輸送裝置，大大節(jié)省了人力，其最早出現(xiàn)在拖網(wǎng)與圍網(wǎng)漁業(yè)上，后來逐步推廣到漁業(yè)的各個地方，如網(wǎng)箱養(yǎng)殖、漁船、碼頭、魚產(chǎn)品加工廠等[1]。目前吸魚泵分為真空吸魚泵、射流吸魚泵、離心魚泵和氣力吸魚泵這四類[2]。氣力式吸魚泵由于其作業(yè)的水位面要求，只作“海上過鮮”[3]；離心式魚泵因結構的影響，不能抽吸活魚[4]；射流式與真空式吸魚泵都能輸送活魚，并且其水位面的限制不高，使得它們運用十分廣泛：射流式吸魚泵在世界范圍內應用十分廣泛，遍及挪威、蘇格蘭、愛爾蘭、希臘、加拿大、智利、美國、菲律賓和我國臺灣等世界各地的養(yǎng)殖場[5]；而真空式吸魚泵作為深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖的配套設備在挪威、智利、美國、丹麥、英國、加拿大、澳大利亞、日本等國普遍使用[6]。

射流式與真空式吸魚泵作為深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖、拖網(wǎng)圍網(wǎng)作業(yè)及魚獲加工運輸?shù)闹饕O備，對其進行研發(fā)改進，使其符合我國魚獲的養(yǎng)殖及加工條件，是節(jié)省勞動成本，節(jié)約能源的必要措施，對我國漁業(yè)現(xiàn)代化和工業(yè)化具有重要意義。

減小吸魚泵對魚體的損傷，以及提高設備的工作效率是改進吸魚泵的重要方向。真空式吸魚泵對魚體幾乎無損，而射流式吸魚泵的工作效率非常高，本文提出的改進方案是將二者工作原理相融合，以結合各自的優(yōu)點來改進吸魚泵。

1 工作原理

本文綜合了射流式吸魚泵與真空式吸魚泵的優(yōu)點，因此有必要對射流式吸魚泵和真空式吸魚泵進行簡單的介紹。射流式吸魚泵基本結構如圖1所示。其工作時利用高速流體從噴嘴射出，連續(xù)帶走吸入室的空氣，在吸入室內便形成了一定程度的真空，魚水混合體在大氣壓力作用下被輸送至吸入室內，兩股流體經(jīng)過混合，完成能量的傳遞和交換后，再由擴散管把一部分動能轉化為壓能，最終由排魚管排出[7]。

圖1 射流式吸魚泵基本結構圖Fig.1 Basic structure diagram of the jet fish pump

真空式吸魚泵的基本結構如圖2所示。它的主要構件是吸魚管和吸魚筒。工作開始前關閉排魚管閥門和吸魚管的閥門，連接吸魚管的吸魚筒被真空泵抽成真空后，關閉抽氣閥，打開吸魚管的閥門，魚水混合體在大氣壓作用下從吸魚管進入吸魚筒，直到內外壓力平衡后，關閉吸魚管閥門，打開排魚管閥門，排盡后關閉排魚管閥門和吸魚管閥門，重復以上步驟實現(xiàn)魚類的輸送[8]。

圖2 真空式吸魚泵基本結構圖Fig.2 Basic structure diagram of the vacuumtype fish pump

射流式吸魚泵與真空式吸魚泵有一定的聯(lián)系與區(qū)別，聯(lián)系：真空式吸魚泵在吸魚管內產(chǎn)生的是負壓，與射流式吸魚泵中兩水流混合前被吸混合體的壓力狀態(tài)相似，；區(qū)別：真空式吸魚泵在排魚管內的水流是由重力作用自然排放，射流式吸魚泵排魚管內的水流由射流器產(chǎn)生的正壓力使其沿排魚管排出。經(jīng)研究負壓對魚無任何損傷，魚類是100%存活的[9]，而正壓大一定數(shù)值后，魚就死亡[10]。本文從壓力角度提出利用真空泵負壓原理來改進射流式吸魚泵的結合式吸魚泵（以下簡稱本吸魚泵），其結構如圖3與圖4所示，本吸魚泵以射流泵為基礎，在排魚管出口處加裝了一條減壓管。其開始工作時，工作水流通過噴嘴形成的高速水流帶走吸入室內的空氣，形成負壓使魚水混合體在大氣壓作用下輸送至吸入室，經(jīng)過能量的交換與傳遞，魚水混合體輸送至排魚管，這一過程是射流式工作；魚水混合體在排魚管內被加裝的分流管減壓，其正壓力減小，流速增加，此段利用了真空式吸魚泵的負壓原理。

圖3 本吸魚泵結構圖Fig.3 Structure of the fish pump in this paper

當排魚管的水流流向集魚器時，打開閥門2，其余閥門關閉，排魚管向1號集魚箱排魚，當1號集魚箱集滿魚時，閥門2關閉，閥門1與閥門3打開，此時排魚管向2號集魚箱排魚，1號集魚箱內的魚水混合體從閥門1處排出，當2號集魚箱收集滿后，關閉閥門1與閥門3，打開閥門2與閥門4。當1號集魚箱集滿魚時，重復以上步驟，最終通過兩收集箱的交替工作實現(xiàn)連續(xù)排魚。

圖4 集魚器Fig.4 Fish collecto

2 性能分析

2.1 射流泵的基本參數(shù)

射流泵的是由一組無因次參數(shù)來表示其性能，定義如下[11]：

其中：ρ表示壓強，z表示位置水頭，ρ表示密度，g表示重力加速度，v表示流速，s表示面積，H表示水流具有的能量；腳標s、o、c分別表示被吸流體、工作流體、混合流體。當ρS=ρo時，壓力比公式簡化為：

2.2 射流泵的性能方程推導

對射流式吸魚泵進行性能分析時，可根據(jù)圖5所示的結構，列出以下方程進行推導。

圖5 射流泵式吸魚泵Fig.5 Jet fish pump

（1）列2—2與3—3的動量方程：

（2）設0—0面高度為0，列截面1’—1’與截面2—2之間的伯努利方程：

（3）噴嘴出口速度

（4）對擴散管截面3—3與截面4—4建立伯努利方程：

將（3-1）、（3-2）、（3-3）、（3-4）帶入到壓力比簡化式，整理得：

從3-5式不難看出，當流速系數(shù)φ一定，且m為最優(yōu)面積比3.57時[12-14]，在一定范圍內，射流泵壓力比隨流量比增大而減?。恍孰S流量比增大而增大。

2.3 本吸魚泵的性能分析

本吸魚泵在排魚管末端加裝分流管，其簡化結構如圖6所示，其連接在工作水泵吸程上。加裝分流管是本吸魚泵利用負壓原理改進吸魚泵的中心思路，其性能分析如下。

圖6 分流管Fig.6 Shunt pipe

根據(jù)分流叉管連續(xù)方程：Q5+Q6=Q4=QC；

射流泵的連續(xù)方程：QS+QO=QC；

可知當截面5-5水流Q5不變，截面6-6的水流Q6增大時，截面4-4的水流Q4隨之增大，排魚管內的壓強隨之減?。挥忠蛏淞鞅弥兴鱍O是由工作泵揚程確定，所以當射流泵中工作水流QO一定時，吸魚管水流QS隨排魚管水流QC增大而增大。

綜上所述：當截面5-5水流Q5不變，截面6-6的水流Q6增大時:

（1）排魚管壓強減小，提高了魚類的存活率;

（2）吸魚管水流QS增大，射流泵工作水流QO不變，即，流量比q增大。

從式3-5的分析可知，在工作水泵工作時，分流管不僅為排水管管路減壓，并且提高了射流泵的效率；分流管是用工作泵的吸程作為其能量來源，與普通射流式吸魚泵對比，本吸魚泵提高了能量的利用率。

3 總結

本文對比分析了真空式吸魚泵與射流式吸魚泵的基本原理，提出一種新型的射流式吸魚泵。其綜合了真空式吸魚泵輸魚時，負壓使得魚類百分之百存活，射流式吸魚泵輸魚時，輸送過程連續(xù)不間斷的優(yōu)點。通過理論推導得出本吸魚泵有如下特點：

（1）從結構上本吸魚泵以射流泵為基礎，其輸送過程連續(xù)不間斷。

（2）因正壓而造成魚體損傷是射流式吸魚泵輸魚時存活率低的主要原因，在排魚端口附近加裝的分流管有效降低了排魚管的壓力，提高了魚類的存活率。

（3）排魚管增加的水流由吸魚管供給，提高了魚水輸送速度，提高了射流泵效率。

（4）分流管連接于工作泵吸程，能量的利用率明顯增加。

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Research on the Jet Type Suction Fish Pump based on the Principle of Negative Pressure

HUANG Dao-pei1,LI Cun-jun2
(1.School of Naval Architecture and Mechanical-Electrical Engineering of Zhejiang Ocean University,Zhoushan 316022;2.Zhoushan Quality and Technical Supervision and Inspection Study Institute,Zhoushan 316022,China)

Jet type and vacuum type suction fish pump is the main equipment of cage aquaculture,trawl fishing，fish processing and transportation.The traditional Jet Fish Pump would cause large damage on the body of the harvest，and also share a pretty low effectIveness through the whole working progress.While Vacuum suction fish pump for fish body is hardly destruction,the continuity problems has always became the Achilles’heel that perished its whole efficiency.In this paper,after a comparative study of the two working theories presented,Author proposing a new scheme to utilize the non-destructive character of Vacuum to reduce the drawback exposed in Fish Pump Jet.Through out complete theoretical analysis,proved this new scheme is valuable in improving the flow rate,reducing the delivery pressure,could be a brand new solution of the low transmission efficiency,the largr damage on the fish’s body,or the low survival disadvantage that last long ago.

jet fish pump;vacuum-type fish pump;continuous transport fish;fish body nondestructive

S972.65

A

1008-830X(2016)04-0354-04

2016-04-30

浙江省科技計劃項目（2015C33076）

黃道沛（1990-），男，重慶市人，碩士研究生，研究方向：農業(yè)機械化.E-mail:645865135@qq.com