应用于深水网箱的吸鱼泵设计开题报告.docx

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应用于深水网箱的吸鱼泵设计开题报告

中国海洋大学

本科毕业论文（设计）

开题报告

题目应用于深水网箱的吸鱼泵设计

院系工程学院

专业机械设计制造及其自动化（年级）2012

学生姓名薛金凯

学号12090022040

指导教师常宗瑜

教务处制表

年月日

一、选题依据

随着全球人口增长、资源短缺和环境恶化问题愈发突出，陆地资源已难以充分满足社会发展的需求。

3．6亿km2浩瀚的海洋是一种潜力巨大的资源宝库，是人类食物的重要来源，也是增加人类优质蛋白质的“粮仓”，海洋正在成为人类的第二生存空间，21世纪人类对海洋的开发与利用将迎来一个空前迅猛的发展时代。

随着科学技术的进步，海水设施养殖成为世界各国开发和利用海洋的重要途径，也是我国新时期向海洋领域拓展的重要战略举措。

深水网箱是海水设施养殖的重要战略方向，是海水养殖先进生产力的代表，在提升海水养殖产业技术水平、拓展海水养殖空间、保护近海生态环境等方面具有重要作用。

近年来我国水产养殖业发展迅速,大型深水网箱得到越来越广泛的应用，但是，在与网箱养殖配套的起鱼捕捞设备、鱼货分级处理装置等方面，国内还是远远落后于国外。

网箱养殖在收获鱼货或鱼类分箱养殖时,大都用小网兜人工起捕。

特别是收鱼出售时,数量多时间紧，而人工起捕速度慢、时间长影响鲜度，且劳动强度大，迫切要求开发高效取鱼方式[1]。

在渔业机械化进程中，吸鱼泵是起、卸渔业产品的一种先进设备，可以降低劳动强度，提高机械化、自动化水平，大幅度降低起鱼与分拣所需的人工。

不但可使随船人员减少20%～30%，同时大大缩短了倾倒渔获物的时间，为增加捕捞时间提供了条件，从而使捕捞量提高25%～30%。

使用吸鱼泵还可确保网内渔获物在最短时间内装卸完毕，避免鱼在网中受伤或窒闷死亡，从而保证鱼的新鲜度和外观的完整性［2］。

早在二十世纪四、五十年代，国外就已重视并开始鱼泵的研制工作，而我国60年代才开始开发、使用吸鱼泵，由于当时开发应用的都是离心式鱼泵，对鱼体损伤较大，所以吸鱼泵没能大范围推广应用[3,14]。

目前随着制造技术的不断发展，吸鱼泵的结构形式发生了很大改变，工作原理更趋完善，其应用领域也在不断扩大。

随着人力成本的上升，使用吸鱼泵是解决捕捞企业和规模化养殖企业人力资源合理配置问题的重要手段。

本文针对近年来吸鱼泵的发展与问题，讨论了离心式、真空式和射流式吸鱼泵等主要机型的结构形式、技术特点和性能水平；并结合各种鱼泵的结构形式说明其优缺点，分析其在我国深水网箱养殖、远洋捕捞以及渔业资源保护监测中的应用前景和改进措施，以期推进吸鱼泵在国内的普及应用，提高渔业机械现代化水平。

二、文献综述

1.国内外发展概况

从上世纪四、五十年代，国外便开始了鱼泵研制工作，英国是最早发展远洋渔业的国家，为了解决冷海水运输船在码头卸货时保鲜的问题，吸鱼泵最先在英国制造使用。

使用吸鱼泵可提高冰鲜鱼的输送速度，卸货速率可达200m3/h，效率比人工卸货提高4～6倍，使用吸鱼泵既提高了工作效率又可以保证卫生要求，至今已获得较大的进展。

在一些渔业发达国家，如美国、日本、丹麦和俄罗斯等，网箱养殖中已经普遍使用了吸鱼泵[4,5]。

当今世界上普遍使用的主要有三种吸鱼泵。

一是离心式水泵形式，泵内叶轮在高速旋转下产生离心力，在进口处产生负压，甩出处产生高压，鱼水在负压处吸入，高压处排出。

二是真空容积式水泵形式，该泵由真空泵、贮鱼槽、进出软管等组成，利用真空和大气压原理将鱼吸入贮鱼槽进行输送。

三是射流式，用高压水以高速经喷嘴喷出，在真空室形成真空低压，使被输送鱼水吸入真空室。

而后进入混合室进行混合，使能量相互交换，速度也逐渐一致，从喉管进入扩散管，速度放慢，静压力回升，鱼水排出，达到输送鱼水目的。

2.1真空吸鱼泵

在二十世纪五、六十年代，国外普遍采用真空技术来卸载鱼货。

如荷兰KUBBE公司试制成功的真空吸气卸鱼装置，抽吸鱼货量达到20～80t/h。

当时的苏联海洋与渔业研究所研制成功使用真空泵的水力压气输鱼装置，吸鱼量达60t/h。

丹麦“IRAS”公司生产的真空吸鱼泵被挪威、法国、冰岛、爱尔兰、加拿大等国应用。

大型PV系列真空吸鱼泵达500t/h，小型的可在工厂化养殖池中用来输送小鱼小虾等。

挪威的坦道斯公司（TENDOS）和CFLOW公司生产的真空吸鱼泵都有较高的知名度。

美国“ETI”公司（EnvironmentalTechnologies.Inc）生产的TRANSVAC型真空吸鱼泵的抽吸量从300t/h至360t/h，功率从23kw至190kw，且鱼体不受损伤。

近年来随着国内深水网箱的大力发展，浙江省海洋水产研究所和舟山禾丰机械厂、舟山海洋科技有限公司协作研制了HYS-60型真空吸鱼泵；中国水科院黄海水产研究所开发的真空活鱼起捕机；黑龙江水产研究所研制的真空双筒活鱼提升机等，并为进一步提高性能作改进。

真空式鱼泵或射流式鱼泵均需要真空泵或离心泵配套，通过真空负压而吸水，工作台的面积需求较大。

1）间歇式真空吸鱼泵

真空吸鱼泵是由钢制真空集鱼罐、水环式真空泵、浮球式水位限定开关、全自动电路控制箱、进出气电磁阀和电动球阀、出鱼水密封口特质耐压吸鱼橡胶管等主要部分组成。

真空吸鱼泵的工作原理是将吸鱼橡胶管放入达到一定鱼水比例的网箱中去（网箱鱼类分级完成后，分离网栅[8]将鱼聚集至鱼水比例1：

1或者更高时，吸鱼效率最高[9-11]），启动自动控制电路开关，真空泵开始工作。

此时，真空集鱼罐的抽气电磁阀打开，而吸鱼进口处电动球阀和进气电磁阀处于关闭状态，且出鱼水口的密封门自动吸合（因罐体内外的气压差），真空罐整个系统内部抽气形成负压，当罐内负压达到限定的数值时，吸鱼口电动球阀自动打开，鱼和水通过吸鱼胶管被吸入到集鱼罐内，当罐内水位达到限定的水位时,高位浮球式水位限位开关，自动控制系统重复以上的工作程序和步骤。

这样就能间歇性的达到真空起捕鱼的目的[11，15]。

根据真空式吸鱼泵的工作原理，其结构示意图如图1所示。

图1间歇式真空吸鱼泵结构简图

1.鱼、水出口；2.真空集鱼罐；3.控制箱；4.抽气电磁阀；5.真空表；6.进气电磁阀；7.电动球阀；8.高水位限位开关；9.低水位限位开关；10.吸鱼胶管；11.水环式真空泵；12.移动吊索；13.吸鱼口

图2美国“ETI”公司TRANSVAC型间歇式真空吸鱼泵

性能特点：

结构简单，自动化程度较高，易于取鱼。

但是间歇式真空吸鱼泵在工作期间的间歇期，真空泵的空耗和吸管鱼水回流的能耗约占吸鱼总能耗20%-30%，造成较大的能源浪费。

2）连续式真空吸鱼泵

连续式吸鱼泵主要组成部分：

集鱼罐、水环式真空泵、电气控制箱、电磁阀、真空电接点压力表、电动球阀、三通管和聚氨酯橡胶管。

图3是连续式真空吸鱼泵结构图。

连续式真空吸鱼泵工作过程是：

吸鱼泵至于工作船或者工作平台上，将吸鱼泵胶管放入网箱，启动电气控制箱的按钮，阀门控制系统开始工作。

1#集鱼罐开始抽气，罐内形成负压，当罐内负压达到限定值时，停止抽气，1#开始进鱼，同时2#集鱼罐开始抽气；当2#集鱼罐内负压达到设定值时，停止抽气，2#开始进鱼，同时，1#罐开始排鱼；2#罐完成进鱼，1#罐在该时间内完成排鱼。

1#罐再次开始抽气，2#罐开始排鱼。

吸鱼泵如上述过程往复循环动作。

图3连续式真空吸鱼泵结构图

1、吸鱼筒A排鱼电磁阀；2、吸鱼筒A排鱼口；3、吸鱼筒A低位浮球式水位限位开关；4、控制箱；5、真空泵M1；6、真空泵M2；7、吸鱼筒A真空表；8、吸鱼筒Ａ旁通电磁阀；9、真空保护电磁阀；10、吸鱼筒A高位浮球式水位限位开关；11、真空泵M2对吸鱼筒A抽气电磁阀；12、吸鱼口；13、吸鱼管；14、真空泵M1对吸鱼筒A抽气电磁阀；15、吸鱼筒A电动球阀；16、真空泵M2对吸鱼筒B抽气电磁阀；17、真空泵M1对吸鱼筒B抽气电磁阀；18、吸鱼筒B电动球阀；19、吸鱼筒B的高位浮球式水位限位开关；20、吸鱼筒B旁通电磁阀；21、吸鱼筒B真空保护阀；22、吸鱼筒B真空表；23、吸鱼筒A；24、吸鱼筒B；25、吸鱼筒B低位浮球式水位限位开关；26、吸鱼筒B排鱼电磁阀；27、吸鱼筒B排鱼口

关；26、吸鱼筒B排鱼电磁阀；27、吸鱼筒

连续式真空吸鱼泵效率是单筒间歇式吸鱼泵的1.5倍以上，有效解决间歇式真空吸鱼泵存在的效率低、功耗大的问题。

控制系统采用全程自动化控制。

图4丹麦IRAS公司PV-system2800DLF连续式真空吸鱼泵

2.2射流吸鱼泵

美国“ETI”公司在1988年研究成功拥有专利权的SILKSTREAM射流吸鱼泵。

至今世界范围内已有200多台泵在使用中，遍及挪威、苏格兰、爱尔兰、希腊、马耳他、加拿大、智利、美国、新西兰、菲律宾，而我国目前只有台湾引进试验。

该泵可用来输送活的鲶鱼、虾、海鲈、海鲷、罗非鱼、鳗鱼、鲑鱼等鱼类[5]。

结构

1）主水泵和动力装置

主水泵是离心水泵,其动力是一台空冷柴油机或油马达,通过连接一个离合器来驱动。

主水泵两端分别与吸水管和出水管相连,吸水管端装有滤网和底阀。

主水泵打出的水流进人文丘里管（射流头）,它的流量和压力可以满足射流头所需的流量要求。

2）射流头（文丘里管）

文丘里管（图5）由2个铝合金材质制造的零件组成,形似一个大三通,成T字形状。

射流头的下端是水流人口,与主水泵连接,头的左端与吸鱼管连接,右端与排鱼管连接。

射流头是一个独特的组成部分,它产生吸力使得鱼和水可以从吸口吸人,并通过泵体流动到排鱼管的末端排出。

3）辅助泵

文丘里吸鱼泵的主水泵不是自吸泵,所以需要一台辅助泵，可以通过配电板控制，使该泵给主水泵、吸水管、射流头灌水以便做好起动准备。

4）鱼水分离器

鱼水分离器（图6）用铝杆做成格栅形弯头体与出鱼管相连接,当射流头排出的鱼水混合物经过时可以滤去大量的水,鱼就落人贮鱼箱或鱼类分级器,其进口和出口与软管连接。

工作原理

文丘里吸鱼泵示意图，如图7。

当柴油机或油马达启动时,与其相连的主水泵

运转,打出的水流到达文丘里管并通过一缝隙（喷嘴,使高速压力水流产生附壁效应，而绕文丘里管的整个内壁喷出。

这时射流头中心便产生了“文丘里”效应

形成负压,鱼和水被吸人文丘里管内的水流保护层中,吸人的鱼无激烈冲撞不受损伤。

然后,被吸人的鱼和水进人一个鱼水分离装置,使鱼水得到分离,鱼落人一个分级器被机械分级,或落到贮藏柜中进行人工分级[7]。

图8美国ETI公司SILKSTRRAM型射流式吸鱼泵

SILKSREAM型吸鱼泵每小时能输送8000条4kg重的鲑鱼，或是30000条500g的海鲤。

但该射流式吸鱼泵功率大、价格昂贵、体积笨重，且其需离心式水泵驱动才能工作，效能会被损耗，效率偏低，其工作效率不会超过30%[6-7]。

2.3离心式吸鱼泵

离心式鱼泵是应用最早的鱼泵，也是我国目前使用最为普遍的鱼泵。

上世纪五十年代美国马可公司就已研制成功离心式潜水吸鱼泵。

它是利用液压原理驱动泵的叶轮旋转来抽吸渔获物，最早用于围网渔业中，结构简单、效率高、速度快。

美国爱达荷州达斯马尼亚公司生产的特大型1614-P固定式离心鱼泵，可抽吸的鱼体长最大达72cm，重9kg，每小时能抽吸鱼200t。

1975年上海渔业机械仪器研究所也研制成功液压马达驱动的潜水离心吸鱼泵，100min内可抽吸冰鲜大黄鱼35t，损耗率仅1%，可输送体长40～50cm、体重1.1～1.3kg的活草鱼、鲢鱼、鳊鱼。

泵的主要结构

1）叶轮

叶轮是离心泵的核心部分，它转速高出力大，叶轮上的叶片又起到主要作用，叶轮在装配前要通过静平衡实验。

叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。

2）泵体

泵体也称泵壳，它是水泵的主体。

起到支撑固定作用，并与安装轴承的托架相连接。

3）泵轴

泵轴的作用是借联轴器和电动机相连接，将电动机的转距传给叶轮，所以它是传递机械能的主要部件。

4）轴承

轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，有滚动轴承和滑动轴承两种。

5）密封环

密封环，叶轮进口与泵壳间的间隙过大会造成泵内高压区的水经此间隙流向低压区，影响泵的出水量；间隙过小会造成叶轮与泵壳摩擦产生磨损。

为了增加回流阻力减少内漏，延缓叶轮和泵壳的所使用寿命，在泵壳内缘和叶轮外援结合处装有密封环。

6）填料函

填料函主要由填料，水封环，填料筒，填料压盖，水封管组成。

填料函主要是为了封闭泵壳与泵轴之间的空隙，不让泵内的水流到外面来也不让外面的空气进入到泵内。

当泵轴与填料摩擦产生热量就要靠水封管住水到水封圈内使填料冷却，保持水泵的正常运行。

工作原理

依靠高速旋转的叶轮，液体在惯性离心力作用下获得了能量以提高了压强。

水泵在工作前，泵体和进水管必须罐满水，防止气蚀现象发生。

当叶轮快速转动时，叶片促使水很快旋转，旋转着的水在离心力的作用下从叶轮中飞去，泵内的水被抛出后，叶轮的中心部分形成真空区域。

鱼水混合液在大气压力（或水压）的作用下被压到了进鱼管内。

进入叶轮中心后，从叶轮的通道被抛至泵的出口。

这样循环，就可以实现连续抽水。

图9离心式吸鱼泵机构图

1、液压马达，2、联轴器，3、底座，4、支撑板，5、轴承，6、主轴，7、轴承固定套，8、轴承端盖，9、密封调节环，10、主轴支架，11、后端盖，12、放水管，13、叶轮，14、叶轮固定环，15、进水端盖，16、进水管，17、真空泵接口，18、出水管，19、压力水入口，20、泵体，21、单向阀门，22、盖板。

离心吸鱼泵结构简单，效率高，其工作效率都在65%以上。

但造成的鱼损也较大，并容易污染抽取物。

图10大型离心吸鱼泵

查阅的主要文献

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三、研究内容

1．学术构想与思路；主要研究内容及拟解决的关键问题（或技术）

主要研究内容

（1）密封

离心泵的密封也叫轴封，它是旋转轴和泵体之间的密封，主要是防止高压液体从泵中漏出和防止空气进入泵内。

而密封分为机械密封和填料密封。

机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置；填料密封则一般采用油浸石棉盘根或油浸棉纱盘根，结构简单、成本低、适用范围广，但实际应用时的密封性与寿命均不是很理想。

本设计采用机械密封，密封可靠，状态稳定，功率消耗小，寿命也相对长。

（2）叶轮

叶轮是离心泵传递能量的主要部件，通过它把电能转换为液体的压力能和动能，因

此，要求叶轮具有足够的机械强度和完好的叶片形状。

同时由于在吸鱼时，鱼体有很大的几率擦碰旋转叶轮，造成损失，因此须优化叶轮设计。

我采用双叶轮，即有两片渐开线叶片，并使涡轮中心与所属渐开线叶片的末端连线和涡轮中心与另一渐开线叶片起始端的连线所成角度为40至50度之间，在保证足够吸引力的同时，又能够使大鱼不容易与渐开线叶轮碰撞。

（3）整体结构

我将泵体安装在底座上，在泵体的左面安装有进水端盖，在进水端盖上面安装有进水管，在进水管的上面安装有真空泵接口，在泵体的右面安装有后端盖，在后端盖上面安装有主轴支架，在主轴支架安装有轴承固定套，在轴承固定套内安装有轴承，在轴承内安装有主轴，在主轴的左端安装有叶轮，在主轴的右端安装有液压马达，在泵体的上部安装有压力水入口。

拟解决的关键问题：

（1）如何减少鱼体损伤问题；

（2）如何减少汽蚀现象给泵带来的影响，延长使用寿命；

（3）如何改进底座，提高泵使用的便捷性和稳定性。

2．拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析

研究方法和技术路线：

本文对离心吸鱼泵的研究方法结合了文献分析法，理论分析法和模型法。

首先查阅文献，调查有关吸鱼泵的研究，比较不同设计优缺点，选择较为合适的做主要研究对象。

再去了解发展进程，了解设计方面的相关知识，拟定初始方案。

其次根据所需情况进行改进，得出相关数据和结构排布，并进行校核修正和刚性稳定性的计算。

最后绘制相应的模型图进行验证。

可行性分析

（1）应用可行性：

本文所设计的离心式吸鱼泵，其核心部件叶轮采用优化后的双叶轮，并由液压马达驱动，在保证抽吸力的基础上尽量避免了鱼体损伤，提高了工作效率。

（2）发展可行性：

离心吸鱼泵是所有吸鱼泵中效率最高的，在本文中解决了鱼体损伤这一问题之后，大大提高了离心吸鱼泵的实用性与可靠性。

四、论文（设计）进度安排

起止时间

主要内容

预期目标

1-2周

定题并提交任务书和开题报告

完成论文开题报告

3-4周

阅读文献，认真查找吸鱼泵相关的文献，撰写读书报告一篇，熟悉solidworks等软件，拟定装置整体参数，并进行相关计算。

完成总体方案设计，准备开题答辩

5-8周

完成吸鱼泵装置的详细设计，绘制构件零件图和装配图。

完成对结构的设计，及零件图装配图绘制

9-10周

进行吸鱼泵装置的分析和模拟，验证设计参数选择。

完成对结构的设计校验

11-12周

撰写设计说明书，准备答辩

撰写完成毕业论文，完成毕业答辩

五、审核意见

导师意见

导师签字:

年月日

所在专业意见

专业负责人签字：

年月日

注：

1、表格不够可加附页。