一种用于远洋渔船捕捞的吸鱼泵技术

房 熊，徐志强，谌志新，刘 平

（1. 中国水产科学研究院 渔业机械仪器研究所，上海 200092；2. 农业部 远洋渔船与装备重点实验室，上海 200092；3. 海洋国家实验室 深蓝渔业工程装备技术联合实验室，山东青岛 266237）

0 引言

南极等深远海极地区域内富含了未被大量开发的资源宝库，在此其中优质的水产品尤为引人关注，其庞大的资源量和优质的营养价值都是商业化开发的重要保证条件。近年从事南极璘虾渔业的主要有挪威、韩国、中国、乌克兰和智利等5个国家的10余艘渔船[1-2]。除挪威拥有的2条连续泵吸专业璘虾船外，其余皆为传统尾滑道拖网渔船，我国内也紧随其他国家大力发展南极渔业产业，但是鱼类品质不高，南极渔业的品质很大程度上取决于其捕捞作业水平的优劣，国内南极渔船大都釆用艉滑道拖网作业的方式，捕获的鱼类层层堆叠在囊网中不断挤压，损伤严重。而泵吸技术在海洋渔业捕捞过程中不仅能提高捕捞效率，还能提升南极鱼类品质及其加工品质，大力发展吸鱼泵具有极其重要的意义，并且还能够帮助调整捕捞技术的发展。目前我国的吸鱼泵产品较为落后，其主要存在风机噪音较大、本体材料耐腐蚀性较差、人工成本较高、工人的工作强度较大等缺点，因此确保南极鱼类的品质和捕捞生产效率，提升我国在南极海洋生物资源开发中的综合竟争能力，开发出适合我国极地捕捞模式的泵吸技术已经刻不容缓[3-5]。

1 吸鱼泵的设计

1.1 泵吸流体原理

吸鱼泵的发明使用最早出现于拖网渔船和围网渔船的捕捞作业中，其目的是方便转运或卸载渔获物，从而节约劳动力成本和提高效率。最早期的初级吸鱼泵其设计基本原理是由马达高速旋转并带动泵体内叶片的高速转动从而使得泵体内外产生一定的压差进而将鱼和水一起提上来的工作过程，此时鱼和水受的是空气正向压力[6-9]。虽然这个工作原理简单有效但是有个非常明显的缺点就是由于鱼要通过泵体内腔进行输送，与此同时，叶片也在高速地旋转，因此通过内腔的鱼体会被叶片割伤，更有甚者会直接导致鱼的死亡。从20世纪70年代初开始，在我国一种新型的吸鱼泵研制试验成功并被广泛应用，其工作原理是首先1台风机高速运转产生一股风速，并且通过控制使得在整个吸鱼泵内腔中始终保持这股稳定的风速流，在这种工况下泵体内腔由于空气的压力值小于外部大气压力值于是就生成了较低的负压合，当内腔中的空气流速高于鱼的悬浮速度时鱼就会和水以及空气混合为一体，鱼就会随着气流一并从泵体内输出从而达到运输的目的，这种工作方式的吸鱼泵也被称为真空吸鱼泵。近年来，在此基础上陆续又衍生出了立式和卧式2种不同的吸鱼泵[10-13]。

1.2 泵体模型建立

根据前期对各种国内外吸鱼泵的研究和分析，以及参考泵吸壳体及内腔的流体模拟分析，并运用成熟的三维建模软件SolidWorks对吸鱼泵的主要零部件进行3D建模，见图1和图2。

图1 壳体模型

图2 叶轮模型

2 连续泵吸平台及试验

2.1 泵吸平台

针对各式捕捞泵吸方式开发其适用的泵吸系统（见图3和图4），对具体吸鱼泵进行实验室定量化测试，通过构建吸鱼泵数字模拟与实物模拟实验系统研究构建其原理与性能研究实验系统平台，通过构建原型机实验测试系统平台量化分析吸鱼泵扬程、耐压（作业水深）、流量、流速以及沿程损失、效率等参数的适配性，并且通过试验平台的流速仪和压力仪组等设备测量和调整系统压力、流量，从实验的角度为吸鱼泵的设计优化提供数据支撑[14-15]。

图3 平台系统图

图4 试验平台

2.2 泵吸试验结果及分析

根据模拟设计出吸鱼泵后，将吸鱼泵安装在连续泵吸试验平台上，对吸鱼泵进行试验验证，将吸鱼泵和出水口安置在水箱固定位置上，吸鱼泵将水箱中的鱼吸入然后通过平台上的软管最终又返回到水箱中，这样可以持续地进行泵吸试验，安装在管路上的流量计和压力变送器等可以对泵吸管道中的流量、压力等数据的监控。试验开始时箱体内放置了200条金鱼，经清点有173条鱼被泵吸出去，该吸鱼泵的泵吸效率为86.5%。因此该吸鱼泵满足最初设计的要求，模拟设计与试验预期较为符合。

本文首先对泵吸的流体原理进行分析，然后针对关键部件壳体及叶片进行计算机模拟仿真从而优化得到了理想的模型，通过样机在连续捕捞试验平台上的模拟试验其结果显示本文设计的吸鱼泵具有很好的泵吸功能，此外在整个泵吸试验过程中吸鱼泵的运转比较稳定，没有出现较大的震动，且吸鱼泵运行时噪音也比较低，没有出现激烈的杂音，说明该吸鱼泵在运行时对鱼类的刺激比较小，鱼体不会出现较大的应激反应，因此该吸鱼泵实际应用性较强，可以很好地满足实际生产需求。泵吸试验及泵吸过程见图5～图7。

图5 泵吸试验1

图6 泵吸过程

图7 泵吸试验2

3 结论

通过泵吸试验平台研究方案，针对不同捕捞方式对应的水深进行自动化泵吸系统研究，对连续泵吸捕捞作业模式的改进与优化有积极推动作用，本文的研究能够为各种工况环境下鱼类的大规模连续捕捞技术提供技术支持。通过平台搭建，完成了远距离泵吸输送的试验，实现了吸鱼泵额定转速条件下管道阻力与泵吸流量、扬程的测定。通过水箱内置吸鱼泵网架，模拟拖网囊网尾部吸入口形式，可以通过将不同数量鱼获放置入网架内模拟不同鱼获与水混合比例进行泵吸试验，得到最佳泵吸捕捞方式。并且样机的试制成功证明了泵吸技术能很好地满足实际需求，其实用前途非常光明。

通过本文在连续捕捞试验平台上的泵吸技术研究，为今后规模化特别是深远海工业化渔业捕捞的相关原理设计、模拟分析、试验制作等提供了理论依据和参考，大大提高了设计的效率和水平，为我国渔业装备的发展提供了技术支撑和保障。