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        大型深水網(wǎng)箱真空吸魚泵設(shè)計研究

        2019-05-15 11:49:52趙張敏朱陽
        水產(chǎn)養(yǎng)殖 2019年5期
        關(guān)鍵詞:抽氣真空泵網(wǎng)箱

        趙張敏,朱陽

        (臺州廣播電視大學(xué)高職學(xué)院,浙江 臺州 318000)

        隨著海洋漁業(yè)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,我國近海捕撈資源的逐漸趨于匱乏,因此,在政府引導(dǎo)下,我國不少沿海漁民調(diào)整規(guī)劃,由海洋捕撈轉(zhuǎn)向海水養(yǎng)殖。同時,為了保護(hù)近海生態(tài)環(huán)境,養(yǎng)殖者購置了成套的大型深水網(wǎng)箱,采用了遠(yuǎn)海深水漁業(yè)養(yǎng)殖方式,取得了較好的經(jīng)濟(jì)與社會效益。但是遠(yuǎn)海深水漁業(yè)養(yǎng)殖的不斷發(fā)展,不少問題也隨之暴露出來,典型的問題是大型深水漁業(yè)養(yǎng)殖中缺少相關(guān)的配套設(shè)備。我國沿海養(yǎng)殖者早期使用的基本上為小型、簡易網(wǎng)箱,取魚過程相對簡單。隨著遠(yuǎn)海漁業(yè)養(yǎng)殖中大型深水網(wǎng)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(qiáng)度大,魚類死亡率高,損失大。因此,很有必要針對當(dāng)前的大型深水網(wǎng)箱養(yǎng)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(tǒng)、進(jìn)出軟管等組成,工作時,首先關(guān)閉系統(tǒng)內(nèi)腔各閥門進(jìn)行抽氣,使內(nèi)部狀態(tài)成真空,然后進(jìn)魚閥打開,利用真空和大氣壓原理將魚吸入集魚桶[2]。當(dāng)集魚桶內(nèi)的魚、水總量到一定點(diǎn)時,限位開關(guān)送出桶內(nèi)的高度信號,組合閥開始工作,原抽氣工作轉(zhuǎn)變?yōu)樗蜌夤ぷ鳎~泵內(nèi)壓力增加,魚、水通過排出閥門至容器中,實現(xiàn)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(guān)參數(shù)計算

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

        養(yǎng)殖的魚類選取大黃魚、美國紅魚等,規(guī)格設(shè)定為1.0~1.5 kg/尾,放養(yǎng)密度ρ放為10 kg/m3,深水網(wǎng)箱內(nèi)可養(yǎng)殖魚類總質(zhì)量為W魚,根據(jù)W魚=ρ放·V網(wǎng),則每只網(wǎng)箱可養(yǎng)殖10 t成品魚。

        吸魚泵吸入高度約為3~5 m,吸完一只網(wǎng)箱內(nèi)的魚類大約所需1 h,吸魚的同時會吸入水,根據(jù)魚、水質(zhì)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(nèi)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(dāng)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(shè)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(tǒng)的最小容積V系統(tǒng)min起碼包括V集與V吸[6],則:V系統(tǒng)min=0.873 m3。

        真空系統(tǒng)負(fù)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(wǎng)箱中自由液面流速,近似為0;

        V2——吸魚泵吸入管內(nèi)魚、水通過的速度,V2=V速;

        a1——管道入口流體的運(yùn)動系數(shù),取1.2;

        a2——管道出口流體的運(yùn)動系數(shù),取1.2;

        Hw——由于外界對水流的阻力及流體本身粘滯性產(chǎn)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(tǒng)負(fù)壓P2=-0.09 MPa。

        3 確定真空泵

        首先計算真空系統(tǒng)抽氣速率Se,如果采用間歇工作系統(tǒng),則

        Se=138V/T×lgP1/P2

        (4)

        式中:V——真空系統(tǒng)的容積;

        T——系統(tǒng)要求的抽氣時間;

        P1——系統(tǒng)初始壓力;

        P2——系統(tǒng)抽氣終了壓力。

        得到Se=5.36 m3/min。

        根據(jù)真空系統(tǒng)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(huán)真空泵,型號為2SK-6。該泵主要參數(shù):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(zhuǎn)速n=1 450 r/min,滿足使用條件。

        4 結(jié)語

        該設(shè)計為間歇式吸魚系統(tǒng),旨在解決我國目前沿海地區(qū)的大型深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖中的取魚困難問題,可以有效提高取魚的效率與質(zhì)量。

        如果根據(jù)養(yǎng)殖用戶需要,將該系統(tǒng)聯(lián)接進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兓?,同時增加一個相同規(guī)格的集魚桶,而原電磁閥、管路、真空泵等元件的規(guī)格和數(shù)量基本不變,即可將該系統(tǒng)變?yōu)檫B續(xù)工作的吸魚系統(tǒng),取魚效率可以提高近一倍,雖然系統(tǒng)的體積會增大,使用不大方便,但價廉物美,適合于擴(kuò)大養(yǎng)殖范圍。

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