基于负压原理的射流式吸鱼泵研究

黄道沛，李存军

（1.浙江海洋大学船舶与机电工程学院，浙江舟山 316022；2.舟山市质量技术监督检测研究院，浙江舟山 316022）

·研究简报·

基于负压原理的射流式吸鱼泵研究

黄道沛1，李存军2

（1.浙江海洋大学船舶与机电工程学院，浙江舟山 316022；2.舟山市质量技术监督检测研究院，浙江舟山 316022）

射流式与真空式吸鱼泵是深水网箱养殖、拖网围网作业及鱼获加工运输的主要设备。射流式吸鱼泵存在鱼体损伤大、效率低的缺点，而真空式吸鱼泵对鱼体几乎是无损的，但由于其连续性的问题，其效率也不高。本文在对比研究两者的工作原理之后，提出利用真空式吸鱼泵对鱼体无损的优点来改进射流式吸鱼泵的方案。通过理论推导，证明其提高了射流式吸鱼泵流速，减小了输送压力，有效解决输送效率低，鱼体损伤大、存活率低的缺点。

射流吸鱼泵；真空吸鱼泵；输鱼连续；鱼体无损

吸鱼泵作为鱼获的输送装置，大大节省了人力，其最早出现在拖网与围网渔业上，后来逐步推广到渔业的各个地方，如网箱养殖、渔船、码头、鱼产品加工厂等[1]。目前吸鱼泵分为真空吸鱼泵、射流吸鱼泵、离心鱼泵和气力吸鱼泵这四类[2]。气力式吸鱼泵由于其作业的水位面要求，只作“海上过鲜”[3]；离心式鱼泵因结构的影响，不能抽吸活鱼[4]；射流式与真空式吸鱼泵都能输送活鱼，并且其水位面的限制不高，使得它们运用十分广泛：射流式吸鱼泵在世界范围内应用十分广泛，遍及挪威、苏格兰、爱尔兰、希腊、加拿大、智利、美国、菲律宾和我国台湾等世界各地的养殖场[5]；而真空式吸鱼泵作为深水网箱养殖的配套设备在挪威、智利、美国、丹麦、英国、加拿大、澳大利亚、日本等国普遍使用[6]。

射流式与真空式吸鱼泵作为深水网箱养殖、拖网围网作业及鱼获加工运输的主要设备，对其进行研发改进，使其符合我国鱼获的养殖及加工条件，是节省劳动成本，节约能源的必要措施，对我国渔业现代化和工业化具有重要意义。

减小吸鱼泵对鱼体的损伤，以及提高设备的工作效率是改进吸鱼泵的重要方向。真空式吸鱼泵对鱼体几乎无损，而射流式吸鱼泵的工作效率非常高，本文提出的改进方案是将二者工作原理相融合，以结合各自的优点来改进吸鱼泵。

1 工作原理

本文综合了射流式吸鱼泵与真空式吸鱼泵的优点，因此有必要对射流式吸鱼泵和真空式吸鱼泵进行简单的介绍。射流式吸鱼泵基本结构如图1所示。其工作时利用高速流体从喷嘴射出，连续带走吸入室的空气，在吸入室内便形成了一定程度的真空，鱼水混合体在大气压力作用下被输送至吸入室内，两股流体经过混合，完成能量的传递和交换后，再由扩散管把一部分动能转化为压能，最终由排鱼管排出[7]。

图1 射流式吸鱼泵基本结构图Fig.1 Basic structure diagram of the jet fish pump

真空式吸鱼泵的基本结构如图2所示。它的主要构件是吸鱼管和吸鱼筒。工作开始前关闭排鱼管阀门和吸鱼管的阀门，连接吸鱼管的吸鱼筒被真空泵抽成真空后，关闭抽气阀，打开吸鱼管的阀门，鱼水混合体在大气压作用下从吸鱼管进入吸鱼筒，直到内外压力平衡后，关闭吸鱼管阀门，打开排鱼管阀门，排尽后关闭排鱼管阀门和吸鱼管阀门，重复以上步骤实现鱼类的输送[8]。

图2 真空式吸鱼泵基本结构图Fig.2 Basic structure diagram of the vacuumtype fish pump

射流式吸鱼泵与真空式吸鱼泵有一定的联系与区别，联系：真空式吸鱼泵在吸鱼管内产生的是负压，与射流式吸鱼泵中两水流混合前被吸混合体的压力状态相似，；区别：真空式吸鱼泵在排鱼管内的水流是由重力作用自然排放，射流式吸鱼泵排鱼管内的水流由射流器产生的正压力使其沿排鱼管排出。经研究负压对鱼无任何损伤，鱼类是100%存活的[9]，而正压大一定数值后，鱼就死亡[10]。本文从压力角度提出利用真空泵负压原理来改进射流式吸鱼泵的结合式吸鱼泵（以下简称本吸鱼泵），其结构如图3与图4所示，本吸鱼泵以射流泵为基础，在排鱼管出口处加装了一条减压管。其开始工作时，工作水流通过喷嘴形成的高速水流带走吸入室内的空气，形成负压使鱼水混合体在大气压作用下输送至吸入室，经过能量的交换与传递，鱼水混合体输送至排鱼管，这一过程是射流式工作；鱼水混合体在排鱼管内被加装的分流管减压，其正压力减小，流速增加，此段利用了真空式吸鱼泵的负压原理。

图3 本吸鱼泵结构图Fig.3 Structure of the fish pump in this paper

当排鱼管的水流流向集鱼器时，打开阀门2，其余阀门关闭，排鱼管向1号集鱼箱排鱼，当1号集鱼箱集满鱼时，阀门2关闭，阀门1与阀门3打开，此时排鱼管向2号集鱼箱排鱼，1号集鱼箱内的鱼水混合体从阀门1处排出，当2号集鱼箱收集满后，关闭阀门1与阀门3，打开阀门2与阀门4。当1号集鱼箱集满鱼时，重复以上步骤，最终通过两收集箱的交替工作实现连续排鱼。

图4 集鱼器Fig.4 Fish collecto

2 性能分析

2.1 射流泵的基本参数

射流泵的是由一组无因次参数来表示其性能，定义如下[11]：

其中：ρ表示压强，z表示位置水头，ρ表示密度，g表示重力加速度，v表示流速，s表示面积，H表示水流具有的能量；脚标s、o、c分别表示被吸流体、工作流体、混合流体。当ρS=ρo时，压力比公式简化为：

2.2 射流泵的性能方程推导

对射流式吸鱼泵进行性能分析时，可根据图5所示的结构，列出以下方程进行推导。

图5 射流泵式吸鱼泵Fig.5 Jet fish pump

（1）列2—2与3—3的动量方程：

（2）设0—0面高度为0，列截面1’—1’与截面2—2之间的伯努利方程：

（3）喷嘴出口速度

（4）对扩散管截面3—3与截面4—4建立伯努利方程：

将（3-1）、（3-2）、（3-3）、（3-4）带入到压力比简化式，整理得：

从3-5式不难看出，当流速系数φ一定，且m为最优面积比3.57时[12-14]，在一定范围内，射流泵压力比随流量比增大而减小；效率随流量比增大而增大。

2.3 本吸鱼泵的性能分析

本吸鱼泵在排鱼管末端加装分流管，其简化结构如图6所示，其连接在工作水泵吸程上。加装分流管是本吸鱼泵利用负压原理改进吸鱼泵的中心思路，其性能分析如下。

图6 分流管Fig.6 Shunt pipe

根据分流叉管连续方程：Q5+Q6=Q4=QC；

射流泵的连续方程：QS+QO=QC；

可知当截面5-5水流Q5不变，截面6-6的水流Q6增大时，截面4-4的水流Q4随之增大，排鱼管内的压强随之减小；又因射流泵中水流QO是由工作泵扬程确定，所以当射流泵中工作水流QO一定时，吸鱼管水流QS随排鱼管水流QC增大而增大。

综上所述：当截面5-5水流Q5不变，截面6-6的水流Q6增大时:

（1）排鱼管压强减小，提高了鱼类的存活率;

（2）吸鱼管水流QS增大，射流泵工作水流QO不变，即，流量比q增大。

从式3-5的分析可知，在工作水泵工作时，分流管不仅为排水管管路减压，并且提高了射流泵的效率；分流管是用工作泵的吸程作为其能量来源，与普通射流式吸鱼泵对比，本吸鱼泵提高了能量的利用率。

3 总结

本文对比分析了真空式吸鱼泵与射流式吸鱼泵的基本原理，提出一种新型的射流式吸鱼泵。其综合了真空式吸鱼泵输鱼时，负压使得鱼类百分之百存活，射流式吸鱼泵输鱼时，输送过程连续不间断的优点。通过理论推导得出本吸鱼泵有如下特点：

（1）从结构上本吸鱼泵以射流泵为基础，其输送过程连续不间断。

（2）因正压而造成鱼体损伤是射流式吸鱼泵输鱼时存活率低的主要原因，在排鱼端口附近加装的分流管有效降低了排鱼管的压力，提高了鱼类的存活率。

（3）排鱼管增加的水流由吸鱼管供给，提高了鱼水输送速度，提高了射流泵效率。

（4）分流管连接于工作泵吸程，能量的利用率明显增加。

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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

浙江省科技计划项目（2015C33076）

黄道沛（1990-），男，重庆市人，硕士研究生，研究方向：农业机械化.E-mail:645865135@qq.com