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。