房 熊，徐志強(qiáng)，諶志新，劉 平

（1. 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院 漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，上海 200092；2. 農(nóng)業(yè)部 遠(yuǎn)洋漁船與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092；3. 海洋國家實(shí)驗(yàn)室 深藍(lán)漁業(yè)工程裝備技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266237）

0 引言

南極等深遠(yuǎn)海極地區(qū)域內(nèi)富含了未被大量開發(fā)的資源寶庫，在此其中優(yōu)質(zhì)的水產(chǎn)品尤為引人關(guān)注，其龐大的資源量和優(yōu)質(zhì)的營養(yǎng)價值都是商業(yè)化開發(fā)的重要保證條件。近年從事南極璘蝦漁業(yè)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(xù)泵吸專業(yè)璘蝦船外，其余皆為傳統(tǒng)尾滑道拖網(wǎng)漁船，我國內(nèi)也緊隨其他國家大力發(fā)展南極漁業(yè)產(chǎn)業(yè)，但是魚類品質(zhì)不高，南極漁業(yè)的品質(zhì)很大程度上取決于其捕撈作業(yè)水平的優(yōu)劣，國內(nèi)南極漁船大都釆用艉滑道拖網(wǎng)作業(yè)的方式，捕獲的魚類層層堆疊在囊網(wǎng)中不斷擠壓，損傷嚴(yán)重。而泵吸技術(shù)在海洋漁業(yè)捕撈過程中不僅能提高捕撈效率，還能提升南極魚類品質(zhì)及其加工品質(zhì)，大力發(fā)展吸魚泵具有極其重要的意義，并且還能夠幫助調(diào)整捕撈技術(shù)的發(fā)展。目前我國的吸魚泵產(chǎn)品較為落后，其主要存在風(fēng)機(jī)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(qiáng)度較大等缺點(diǎn)，因此確保南極魚類的品質(zhì)和捕撈生產(chǎn)效率，提升我國在南極海洋生物資源開發(fā)中的綜合竟?fàn)幠芰?，開發(fā)出適合我國極地捕撈模式的泵吸技術(shù)已經(jīng)刻不容緩[3-5]。

1 吸魚泵的設(shè)計(jì)

1.1 泵吸流體原理

吸魚泵的發(fā)明使用最早出現(xiàn)于拖網(wǎng)漁船和圍網(wǎng)漁船的捕撈作業(yè)中，其目的是方便轉(zhuǎn)運(yùn)或卸載漁獲物，從而節(jié)約勞動力成本和提高效率。最早期的初級吸魚泵其設(shè)計(jì)基本原理是由馬達(dá)高速旋轉(zhuǎn)并帶動泵體內(nèi)葉片的高速轉(zhuǎn)動從而使得泵體內(nèi)外產(chǎn)生一定的壓差進(jìn)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(diǎn)就是由于魚要通過泵體內(nèi)腔進(jìn)行輸送，與此同時，葉片也在高速地旋轉(zhuǎn)，因此通過內(nèi)腔的魚體會被葉片割傷，更有甚者會直接導(dǎo)致魚的死亡。從20世紀(jì)70年代初開始，在我國一種新型的吸魚泵研制試驗(yàn)成功并被廣泛應(yīng)用，其工作原理是首先1臺風(fēng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生一股風(fēng)速，并且通過控制使得在整個吸魚泵內(nèi)腔中始終保持這股穩(wěn)定的風(fēng)速流，在這種工況下泵體內(nèi)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(fù)壓合，當(dāng)內(nèi)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(nèi)輸出從而達(dá)到運(yùn)輸?shù)哪康?，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(chǔ)上陸續(xù)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(jù)前期對各種國內(nèi)外吸魚泵的研究和分析，以及參考泵吸殼體及內(nèi)腔的流體模擬分析，并運(yùn)用成熟的三維建模軟件SolidWorks對吸魚泵的主要零部件進(jìn)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(xù)泵吸平臺及試驗(yàn)

2.1 泵吸平臺

針對各式捕撈泵吸方式開發(fā)其適用的泵吸系統(tǒng)（見圖3和圖4），對具體吸魚泵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室定量化測試，通過構(gòu)建吸魚泵數(shù)字模擬與實(shí)物模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究構(gòu)建其原理與性能研究實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺，通過構(gòu)建原型機(jī)實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)平臺量化分析吸魚泵揚(yáng)程、耐壓（作業(yè)水深）、流量、流速以及沿程損失、效率等參數(shù)的適配性，并且通過試驗(yàn)平臺的流速儀和壓力儀組等設(shè)備測量和調(diào)整系統(tǒng)壓力、流量，從實(shí)驗(yàn)的角度為吸魚泵的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐[14-15]。

圖3 平臺系統(tǒng)圖

圖4 試驗(yàn)平臺

2.2 泵吸試驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)模擬設(shè)計(jì)出吸魚泵后，將吸魚泵安裝在連續(xù)泵吸試驗(yàn)平臺上，對吸魚泵進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)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(xù)地進(jìn)行泵吸試驗(yàn)，安裝在管路上的流量計(jì)和壓力變送器等可以對泵吸管道中的流量、壓力等數(shù)據(jù)的監(jiān)控。試驗(yàn)開始時箱體內(nèi)放置了200條金魚，經(jīng)清點(diǎn)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(shè)計(jì)的要求，模擬設(shè)計(jì)與試驗(yàn)預(yù)期較為符合。

本文首先對泵吸的流體原理進(jìn)行分析，然后針對關(guān)鍵部件殼體及葉片進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬仿真從而優(yōu)化得到了理想的模型，通過樣機(jī)在連續(xù)捕撈試驗(yàn)平臺上的模擬試驗(yàn)其結(jié)果顯示本文設(shè)計(jì)的吸魚泵具有很好的泵吸功能，此外在整個泵吸試驗(yàn)過程中吸魚泵的運(yùn)轉(zhuǎn)比較穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)較大的震動，且吸魚泵運(yùn)行時噪音也比較低，沒有出現(xiàn)激烈的雜音，說明該吸魚泵在運(yùn)行時對魚類的刺激比較小，魚體不會出現(xiàn)較大的應(yīng)激反應(yīng)，因此該吸魚泵實(shí)際應(yīng)用性較強(qiáng)，可以很好地滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。泵吸試驗(yàn)及泵吸過程見圖5～圖7。

圖5 泵吸試驗(yàn)1

圖6 泵吸過程

圖7 泵吸試驗(yàn)2

3 結(jié)論

通過泵吸試驗(yàn)平臺研究方案，針對不同捕撈方式對應(yīng)的水深進(jìn)行自動化泵吸系統(tǒng)研究，對連續(xù)泵吸捕撈作業(yè)模式的改進(jìn)與優(yōu)化有積極推動作用，本文的研究能夠?yàn)楦鞣N工況環(huán)境下魚類的大規(guī)模連續(xù)捕撈技術(shù)提供技術(shù)支持。通過平臺搭建，完成了遠(yuǎn)距離泵吸輸送的試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了吸魚泵額定轉(zhuǎn)速條件下管道阻力與泵吸流量、揚(yáng)程的測定。通過水箱內(nèi)置吸魚泵網(wǎng)架，模擬拖網(wǎng)囊網(wǎng)尾部吸入口形式，可以通過將不同數(shù)量魚獲放置入網(wǎng)架內(nèi)模擬不同魚獲與水混合比例進(jìn)行泵吸試驗(yàn)，得到最佳泵吸捕撈方式。并且樣機(jī)的試制成功證明了泵吸技術(shù)能很好地滿足實(shí)際需求，其實(shí)用前途非常光明。

通過本文在連續(xù)捕撈試驗(yàn)平臺上的泵吸技術(shù)研究，為今后規(guī)模化特別是深遠(yuǎn)海工業(yè)化漁業(yè)捕撈的相關(guān)原理設(shè)計(jì)、模擬分析、試驗(yàn)制作等提供了理論依據(jù)和參考，大大提高了設(shè)計(jì)的效率和水平，為我國漁業(yè)裝備的發(fā)展提供了技術(shù)支撐和保障。