网箱养殖水下清洗装置设计

王志勇

摘要 针对深远海网箱养殖需求，基于高压水射流技术设计了网箱水下自动清洗装置。对清洗装置进行了结构设计，分析了装置的工作原理。根据要求对装置主要参数进行选配分析，设计装置相关性能参数为流量15 L/min、工作压力20 MPa，该清洗装置清洗效率高，综合性能能够满足设计要求。

关键词 网箱养殖；清洗装置；结构参数

中图分类号 S969.39 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）17-0169-02

Abstract In view of the requirements of cage culture，an underwater automatic cleaning device was designed based on high pressure water jet technology.The structure of the cleaning device was designed and the working principle of the device was analyzed.According to the requirements，the main parameters of the device were selected and analyzed.The main performance parameters of the design device were 15 L/min of the flow rate and 20 MPa of the working pressure.The cleaning device has high cleaning efficiency and the comprehensive performance can meet the design requirements.

Key words cage culture；cleaning device；structural parameter

海水養殖网箱长时间浸泡在水体中，由于网衣材料本身无毒而且表面积大，有利于大量丝状藻类等附着物迅速繁殖堵塞网眼，造成网箱的滤水性能降低，使网箱内水流不畅，导致溶氧量降低、波动变大，致使网箱中的鱼类因缺氧或滤食不到浮游生物而生长不良、鱼病频发，养殖鱼品质下降。由于缺乏安全、有效的防止附着物附着网箱网衣的方法，在养殖过程中，随着鱼体的生长需要不断更换网衣并及时清洗网具上的附着物。网箱网衣的清洗是深海网箱发展面临的主要问题，也是制约深海网箱发展的主要瓶颈。目前，我国仍然以传统的高压水枪或者潜水人工刷子清洗为主。欧美等先进国家在网衣清洗方面的研究起步早，技术先进，并且有相对成熟的设备，但造价昂贵。通过对新型机械洗网机原理、结构的研究，设计出适合深海网箱养殖的高效、易操作的网衣清洗装置，将对我国深远海养殖及装备产业发展起到很大的推动作用[1-2]。

1 结构设计

网衣自动清洗装置是基于高压水射流技术设计，高压水射流技术以水为介质，以高压泵、阀为动力源，通过高压发生装置，使水流获得巨大的能量后以特定的流体运动方式从一定形状的喷嘴中高速喷射出来，产生一定的射流速度和打击力，有效清除网箱浮着物结构[3-4]。

该设备设计主要由工作机构、动力装置2个部分组成，总体设计如图1所示。工作装置由清洗盘、喷嘴、转动轴、罩壳及附件组成；动力装置由柴油机组、高压水泵、调压阀、过滤器及高压水管等组成。

2 工作原理

高压柱塞泵出水口与工作机构的进水接头通过高压软管连接，高压柱塞泵产生的高压水射流通过进水接头进入中间轴，经过中间轴中心通孔进入清洗盘分歧管，由清洗盘上喷射口喷出，喷嘴出口与清洗盘端面设计呈40°倾斜角度，在喷射水流的反作用力下，清洗盘产生回转运动，带动中间转轴在轴套内转动（图2）。在高压作用下，旋转喷射的水流产生很大冲的击力，可以有效清洗掉网衣上的附着物，保证养殖水体健康，提高养殖管理水平。该装置由清洗人员手持操纵杆站在网箱边上进行清洗工作，对于大型网箱也可以采用辅助卷筒悬吊在网箱边上进行清洗。

3 主要性能参数匹配研究

高压水射流冲洗到物体表面时，其原有速度的大小和方向均发生改变，其动量也随之改变，当连续水射流连续冲击物体表面时，形成稳定冲击力，即射流物体表面的打击力。水射流打击力是影响高压清洗机清洗效果的重要因素之一，由动量守恒定律得出水射流作用于物体表面的理论最大水射流打击力，如公式（1）所示，从式中可以看出，压力和流量是影响水射流打击力的重要因素[5-6]。

3.1 压力和流量分析

动压力是指清洗装置在正常工作的情况下所能达到的压力，它是由高压泵的额定压力、清洗装置的功率及喷嘴的孔径决定的。高压泵的额定压力大，转换成动压力和射流速度越大，打击力也越大，清洗效果越好。但是根椐要清洗的物体不同，所要求动压力也不同，动压力和附着物的破坏强度有关，动压力达到一定数值后，再增加泵的额定压力，清洗效果的提高程度就很小。只增加设备的工作压力，不增加设备的工作流量，在相同的时间里，打到附着物的水流量未改变，因而工作效率也没有明显的提高。因此，清洗装置压力和流量2个参数的选择取决于被清洗的对象及垢物的物理机械性质，根据这些来合理配置压力和流量才能达到良好的清洗效果[7-8]。由于网衣附着物主要为丝状藻类，网箱系统附着物主要为贝类和杂藻，属于匀质结垢物。因此，可以配置小流量动力泵源。根据实际的试验测试结果，高压泵的额定压力低于18 MPa时，清洗效果较差[9]。本清洗装置动力选用意大利AR系列高压柱塞泵，型号为XW15.20N，工作压力为20 MPa，系统流量为15 L/min，额定功率为5.5 kW。

3.2 高压清洗机喷嘴参数设计

在高压水射流清洗装置中，喷嘴是其中最关键的部件，其作用是将高压力、低流速的水转化为低压力、高流速的射流。喷嘴的性能将直接影响射流水力性能和工件的清洗质量。因此，在设计制造高压清洗装置中，正确、合理地选择喷嘴的类型及确定喷嘴的结构参数，是一个极其关键的问题。高压水射流系统控制比较简单，但喷嘴的设计与压力、流量的匹配是关键。一般在高压清洗机设计中，首先根据类比或试验方法确定系統的压力和流量，随后便可按照估算法对清洗机喷嘴参数进行计算，主要由流量连续性方程和能量守恒方程确定喷嘴截面积，其计算公式简化为：

4 结论

基于水射流技术进行清洗，清洗成本低，效率高，对环境没有任何污染，其应用范围也越来越广。高压水射流的参数设计是清洗装置的关键[10]，通过理论公式结合实际经验合理选配，设计合理的喷嘴结构，才能达到比较理想的清洗效果。本清洗装置动力选用意大利AR系列高压柱塞泵，型号为XW15.20N，工作压力为20 MPa，系统流量为15 L/min，额定功率为5.5 kW。

5 参考文献

[1] 林德芳，黄文强，关长涛.我国海水网箱养殖的现状、存在的问题及今后课题[J].齐鲁渔业，2002，19（1）：21-23.

[2] HODSON S L，LEWIS T E，BURKE C M.Biofouling of fish-cage netting：efficiency and problems of in situ cleaning[J].Aquaculture，1997，152：77.

[3] 薛胜雄.高压水射流技术工程[M].合肥：合肥工业大学出版社，2006：21-40.

[4] 郭根喜，黄小华，陶启友，等.一种用于养殖网箱的便携式水下洗网装置：中国，ZL20071002 76505[P].2009-07-29.

[5] 张小明，郭根喜，陶启友，等.歧管式高压射流水下洗网机的设计[J].南方水产科学，2010，6（3）：46-51.

[6] 张小明，郭根喜，陶启友，等.高压水射流水下洗网机旋转射流打击力计算[J].渔业现代化，2010，37（1）：25-28.

[7] 宋协法，贾瑞，马玉霞.涡旋水流式网箱清洗设备的设计与实验[J].中国海洋大学学报（自然科学版），2006，36（5）：733-738.

[8] 宋协法，宋业垚，万荣.养殖网箱清洗设备的实验研究[J].中国水产科学，2004，11（增刊1）：78-82.

[9] 刘杰.高压网衣清理机的原理与应用[J].渔业现代化，2004（3）：28.

[10] 宋玉刚，郑雄胜.深海网箱网衣清洗系统设计研究[J].机械研究与应用，2012，25（2）：41-43.