吸鱼泵的类型和原理:水和空气作为介质的吸鱼泵类型和原理解析
近年来,我国水产养殖业得到长足发展,水产养殖规模不断提升,养殖产量也呈现出持续增长的态势,特别是在大型养殖池、深水网箱基地化养殖中,单一大型网箱可出产10~50吨的成品活鱼,还有海洋远洋捕捞渔获物的上岸,为了解决大型捕鱼的收鱼难度,吸鱼泵应运而生。但有通过试验结果发现:无鱼致死发生,有少量鱼出现鳞片、鱼身受伤的情况。对于"鱼损"有分析称鱼受伤是因为一定大小的吸鱼泵,对于体型过大的鱼体吸入会有一定的挂伤,对鱼身尺寸、大小有一定限制,当然这也是必然。因此对于吸鱼泵的推广适用有一定的障碍,要想普及市场很有难度。本文旨在讲述吸鱼泵的工作原理,让大家有一定的了解,仅供参考。
(广东农技服务轻骑兵的试验吸鱼泵系统结构)
吸鱼泵的历史
吸鱼泵是以水或空气为介质吸送鱼的装置,最初主要用于从渔网和鱼舱中抽吸和运送出渔获物,也可在水域中吸鱼进行无网捕捞。鱼泵主要分为离心鱼泵、射流鱼泵、空气扬升鱼泵和真空压气鱼泵等等。
美国于1929年首先在一家沙丁鱼工厂试用了离心鱼泵。苏联于1935年设计制造了射流鱼泵。上世纪50年代,苏联还应用鱼泵配以灯光诱捕里海棱鲱,在世界上首次实现了无网捕鱼。中国在上世纪60年代初研制了离心鱼泵,后又制成潜水式离心鱼泵(图 1)。
吸鱼泵的种类繁多,按照工作原理大致可分为:射流式吸鱼泵、离心式吸鱼泵、潜水式吸鱼泵和真空式吸鱼泵等。
离心吸鱼泵
离心式吸鱼泵是利用液压原理驱动离心泵体内叶片的高速运转形成负压进行吸鱼。其能量转换效率高,可吸捕较重个体成鱼,但由于鱼要经过叶片的高速旋转作用,鱼体受到的损伤较大,死亡率也较高。一般应用于网箱养殖和远洋渔船的装卸。
离心吸鱼泵由特殊的叶轮和壳体组成,叶轮流道较宽,以双叶片为主,其进液方向与出液方向垂直。壳体有环状和半蜗壳状,有切向出口和径向出口之分。当水中放入一定比例的鱼时,即可被吸入泵内进行输送。鱼、水比一般为1:3,最大可达1:1。鱼泵叶轮的转速一般为400~800转/分。水力效率为50~65%。泵的吸口直径随泵的型号而异,一般为100~350毫米。鱼损率在1~3%左右。
离心吸鱼泵有固定式与潜水式两种类型。固定式安装在陆上或船上,其吸管用耐负压的材料制成,管口装有止回阀,与鱼泵进口连通。使用时,将吸管插入鱼水混合体中。先向泵内注水再启动鱼泵,或先用真空泵抽去鱼泵中的空气进行引水再启动鱼泵。一般用电机驱动,较笨重,操作搬运不便。潜水式直接将鱼泵潜入水中,启动时不需注水和引水,用液压驱动,结构紧凑,操作方便。
射流吸鱼泵
射流式吸鱼泵是利用高速流动的水流从喷嘴射出产生负压,鱼水最终由排鱼管排出。射流式吸鱼泵结构简单,相对成本低,由于无叶轮,其损伤率相对较小。但容易产生气蚀,加工难度较大,能量转换效率低,一般应用于大型网箱养殖中。
射流吸鱼泵一般由吸口、吸管、喷射腔、压出管、鱼水分离器等组成。工作时,由另一水泵喷出的高压水流在喷射腔向吸管一端喷射,使吸管内形成真空。管的吸口浸入鱼水混合体中抽吸,使鱼水经吸口、吸管后在喷射腔与高压水流一起沿压出管到鱼水分离器内,滤水后而得鱼。喷射腔内工作水的压力在1个大气压以上时真空度约为26670帕。泵的全扬程为3米。该泵无回转体,鱼损较小,但其体积较大,水力效率低,一般为30%强。
空气扬升吸鱼泵
空气扬升吸鱼泵工作原理是当压缩空气通入水下垂直放置的U形输鱼管左面管基部时(图2),使管中的水随压缩空气一起向上扬升而排出管外。同时, U形管右面吸口处的鱼、水混合物就源源不断地被吸入管中而达到连续输送鱼的目的。由于该泵无回转体,鱼损较小。苏联用以进行无网捕捞棱鲱时,鱼泵由压缩机供气,所需功率约20千瓦。
真空压气吸鱼泵
真空吸鱼泵由真空泵、集鱼桶、电气控制系统、进出软管等组成,工作时,首先关闭系统内腔各阀门进行抽气,使内部状态成真空,然后进鱼阀打开,利用真空和大气压原理将鱼吸入集鱼桶。当集鱼桶内的鱼、水总量到一定点时,限位开关送出桶内的高度信号,组合阀开始工作,原抽气工作转变为送气工作,吸鱼泵内压力增加,鱼、水通过排出阀门至容器中,实现了真空吸鱼、送鱼的目的(图3)。
图3 真空吸鱼泵工作原理图
真空式吸鱼泵又可以分为间歇式真空吸鱼泵和连续式真空吸鱼泵。
间歇式真空吸鱼泵一般是单罐间歇式工作,根据需要吸取渔获的多少,循环往复完成吸鱼工作。由于其工作效率低,能量损耗大,有将近一半的无功损耗,而且对鱼体会有不同程度的损伤,因此其使用范围具有一定的局限性。但其制造成本低,操作方便,质量轻,运输及安装方便。因此该类型吸鱼泵主要用于连续工作时间短,捕鱼量较少的淡水池塘养殖或工厂化养殖中。
连续式真空吸鱼泵一般运用两个泵体交替工作,实现不间断连续吸鱼、排鱼。由于采用负压原理,可以一定程度降低其损伤率。其效率是传统的单筒间歇式吸鱼泵吸鱼获物水效率的1. 5倍以上,可以有效解决间歇式真空吸鱼泵存在的效率低、功耗大的问题。但其制造成本高,安装及运输难度较大。因此该类型吸鱼泵一般用于工作时间长、捕鱼量比较大的拖网、围网、捕鱼、码头卸鱼以及网箱活鱼的起捕等。
真空压气吸鱼泵主要原理是利用压气机或真空泵将贮鱼桶抽成真空,将鱼、水吸入桶内;卸鱼时又利用同一台压气机,将压缩空气注入桶内把鱼、水混合物压送到目的地。日本研制成的真空压气鱼泵主要由贮鱼桶、真空泵、压缩泵、气流转换阀、鱼水分离器以及吸入、压出管路及其阀门等组成。吸入管路一端与鱼舱相接,另一端与贮鱼桶相连。当转换阀被调节在泵对贮鱼桶抽真空的位置时,鱼舱中的鱼、水混合物就沿吸入管被吸到贮鱼桶中。当转换阀调节在泵对贮鱼桶通入压缩空气位置时,桶中鱼货就被压出,沿压送管进入鱼、水分离器。操作时,吸管的吸口一定要浸入鱼、水混合体中,以防外界空气进入。这种鱼泵的整个吸鱼过程是间歇的。
(广东牧洋渔业设备有限公司自主研发已大量投入市场,据说高效不伤鱼新型吸鱼泵)
潜水式吸鱼泵是将吸鱼泵沉于水下,利用负压原理进行活鱼抽吸。该泵具有构造简单、效率高,不需配用大量的加强吸入管,且具有占用甲板面积小、质量轻、操作方便等优点,应用较广;其缺点是扬程较低,造价较高。因此,捕捞船、基地船和运输船等应用较多。
上图是国家海洋设施养殖工程技术研究中心研发的吸鱼泵,用于深水网箱养殖鱼类的高效分级起捕。采用全不锈钢制成,起捕时可以对不同大小的鱼类按设定要求进行自动分级,据说每小时最大吸鱼量可达10吨。
(广东农技服务轻骑兵的试验吸鱼泵的吸鱼+分级系统示意图)
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