吸鱼泵的研究进展与发展建议

陈晓龙，田昌凤，刘兴国，黄一心，车 轩，杨家朋，洪 扬

(中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，上海 200092)

近年来，随着水产品需求量的不断增加，活鱼捕捞也逐渐成为重要的环节[1]，传统人工的方法具有劳动强度大、工作效率低、鱼类死亡率高等缺点[2]，活鱼起捕装备是解决这一问题的关键[3]。远洋渔业捕捞中吸鱼泵的使用可大大提高机械化、自动化水平，有效降低劳动强度，提升渔获物品质，提高捕捞效率。另外，随着水产养殖行业的快速发展，无论是大规模的池塘养殖还是网箱养殖，特别是大型深水网箱，活鱼捕捞作业机械化问题越来越凸显[4-5]。当鱼苗养殖到成鱼时，必须适时地将其捕捞上岸，以保证养殖的经济效益，如果没有合适快速的机械化捕鱼装备，将大大影响生产效益[6-7]。因此，作为活鱼起捕装备的吸鱼泵，具有较大的市场空间[8-9]。

本研究就吸鱼泵国内外的研究现状进行简单介绍与分析，以期推进吸鱼泵在国内的普及应用，提高渔业装备的现代化水平。

1 吸鱼泵的类型及工作原理

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[10]。

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[11-12]。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。

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[13]。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。

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。

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。1)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[14]。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。2)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[15]。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。

2 国内吸鱼泵研究进展

随着渔业装备的不断发展，各科研院所不断进行吸鱼泵的研发，开发出不同结构形式的吸鱼泵[16]。

基础研究方面 刘平等[13]主要通过流体动力学软件对离心式吸鱼泵的叶轮进行了设计与分析，设计模型并验证其可行性。同时将设计的吸鱼泵与流体力学相结合并进行仿真模拟，成功实现了吸鱼泵产品快速优化的目的。楚树坡等[16]基于SolidWorks对双流道吸鱼泵的三维实体造型进行研究设计，为深度开展双流道吸鱼泵的研究提供了理论依据。杨楠楠[17]设计了一种吸鱼泵用进鱼管道防堵塞结构，能够对混入在水中的杂物进行拦截，同时能够将鱼表面的杂物扫除，有效防止了吸鱼泵在工作时，大量的杂物堆积在吸鱼泵的内部造成其堵塞，增强了吸鱼泵装置的实用性。徐英士[18]对真空吸鱼泵的阀体进行了逐一设计分析，为吸鱼泵的系统优化提供了可靠的理论基础。

远洋捕捞方面 秋刀鱼作业船一般都是使用真空旋转式无叶片吸鱼泵[19]，该吸鱼泵由于采用无叶片设计，大大降低了鱼体损伤率。隋闯等[20]针对南太平洋捕捞竹荚鱼的大型拖网渔船设计开发了一种可直接从大型远洋拖网渔船网囊取鱼的吸鱼泵，该泵是一种经液压方式驱动的轴流式吸鱼泵，吸鱼口直径较大，抽吸量高达300～500 t/h。该吸鱼泵吸鱼速度快、吸鱼效果好，避免了网囊拖至甲板的复杂操作过程和网囊在甲板上的拖曳，减少了网具的破损率。周重光等[21]运用功能原理系统化设计方法也进行了拖网加工渔船吸鱼泵的设计制造，吸鱼泵可抽吸体质量为1 kg左右的鲜活海淡水鱼类而无损伤，抽吸量为15～20 t/h，该吸鱼泵价格适中，比国外同规格吸鱼泵便宜一半以上，合适推广应用。

水产养殖捕捞方面 为实现深水网箱养殖渔获物的起捕，关长涛等[22]优化设计了一种大型网箱射流式吸鱼泵。该吸鱼泵功率较高，安装于甲板上，能够吸较大体型的活鱼。因此该吸鱼泵一般适合大型网箱养殖场中，其经济效益较高。中国科学院海洋研究所等研制的双联式真空吸鱼装置[23]，主要用于淡水养殖池塘的活鱼吸捕，该装置吸鱼管道口径较小、功率较大，容器采用不锈钢材料，有效容积与垂直吸程主要针对淡水池塘养殖吸捕活鱼，其容量有限，吸排鱼过程对鱼体基本无损伤。

智能控制方面 张召南等[24]基于力控组态对真空吸鱼泵进行了设计研究，设计出一套友好的人机操作界面。该系统更加智能，操作更加方便，提高了吸鱼泵的工作效率和控制质量。通过对深水网箱的捕鱼研究，采用方便、实用的力控组态，更直观显示了自动捕鱼控制的全过程，更好完成了监控系统。林雯雯等[25-26]同时也对吸鱼泵的控制系统进行改进，将PLC控制模块作为系统控制的核心部件，完全替代了以前的继电器过程控制组合的控制方式，优化了电路的控制结构，设计出适合中国渔船使用的自动控制电路，进一步提高了吸鱼泵运行的稳定性和可靠性。

3 国外吸鱼泵研究进展

由于吸鱼泵具有机械化程度高、起鱼效率高、操作人员少、操作方便、结构简单等优点[27-28]，在国外被广泛应用，关于其研究也越来越多，其功能也越来越强大，智能化水平也不断提高。其中真空吸鱼泵与离心式吸鱼泵在国外发展较快，抽吸量也在不断提高，抽吸速度与效率也成为其突破的重点。关于吸鱼泵的研究也更加成熟，其主要运用于远洋捕捞和水产养殖捕捞中[29-30]。

基础研究方面 据文献[31]，日本内丸教授对离心吸鱼泵表面的叶片进行了压力的测定和无黏性及有黏性的数值模拟工作，其研究主要集中在通过滑移网络和动网格技术的动静耦合分析方面和采用PIV测试技术的三维湍流方面，从而为降低吸捕活鱼损伤率提供了一种有效方法，为今后吸鱼泵的设计提供了理论基础。

远洋捕捞方面 国外为远洋渔船设计研发的各种吸鱼泵，最具代表性的是挪威MMC Tendos公司与SINTEF合作，为渔船提供一种全新的吸鱼泵系统[32-33]，主要是对传统吸鱼泵进行了优化，通过一种压差的形式替代了传统斗式泵的作用[34]。该方法的优点是，避免了鱼通过传统斗式泵时被叶片刮伤，能更好保证鱼的完整性；此外，新传输系统在运送鱼时将通过海水冷冻舱(RSW)，通过优化该冷冻舱的形状与内部回流将更能发挥RSW的冷冻性能，提高了鱼的品质。该系统动作稳定可靠，试验效果好。

水产养殖捕捞方面 挪威、美国、丹麦、苏联、日本[35]等国网箱捕捞普遍使用吸鱼泵，如美国ETI公司生产的网箱吸鱼泵在其他各国广泛应用[36]，可以吸送鲶鱼、鲷、鲈、罗非鱼、鳗鱼、鲑鱼等鱼。最大的抽吸量可以达到300～360 t/h，功率约190 kW，但价格昂贵，一般主要应用于大型网箱养殖企业中。美国ETI公司研制的吸鱼泵用于水产养殖业实现无损吸捕[37]，该装置具有柔性的进口和出口，采用了吸鱼口专利技术，入口的单向阀门在抽吸循环过程中不会受到鱼类的干扰，能迅速地开闭。加拿大CanaVac 公司设计了一套用于养殖捕捞的吸鱼设备[38]，该装置安装了特种阀，可以防止鱼体物理损伤，手工制作的软橡胶平滑耐用，内壁抛光使鱼体温和通过。鱼体低速轻柔进入泵体，不与叶轮、单向阀等活动部件或高压水流接触，总是头部或尾部离开水箱，避免任何鱼体碰撞损伤或死亡。上述两套装置都是通过优化泵体结构，从而大大降低了吸捕过程中的鱼体损伤率。

智能控制方面 波兰Wintec Polska公司研制的双罐吸鱼泵[39]，具有一个新的控制系统，该系统可自动检测真空罐内的水位和真空度，自动控制吸鱼、放鱼等，进入水箱的鱼类不会被内部阀件压碎，该系统每小时的抽吸量可达到130～150 t，抽吸高度能够达到7 m。冰岛VAKI公司[40]研制的离心式吸鱼泵可以对鲑鱼、罗非鱼等进行温和快速的转移，并拥有多种功能，如配备计数装置、鱼水分离器和称重功能等，而且该系统结构轻巧，便于现场安装和移动，从而可以适应更加丰富的养殖环境。

国外关于吸鱼泵的研究主要集中于优化泵体结构、降低鱼体损伤率、提高工作效率和提升智能化控制系统等。国内的吸鱼装备性能较国外还有相当大的差距，国内关于上述研究相对较少，研究的结构类型和工作原理变化不大。总体上，国内吸鱼泵的抽吸量相对较小，基本在100 t/h以下；大多只用于吸捕，功能较单一；自动化水平仍然不高，鱼体损伤率也有待提高。

4 研究建议

4.1 降低鱼体损伤率

离心式、射流式和真空式吸鱼泵，其最基本原理都是运用罐体内的负压环境对鱼体进行抽吸，若控制不好负压会对鱼体产生较大损伤，但若负压太小，又无法对活鱼进行抽吸，效率不高。如何把握好罐体内的负压成为设计吸鱼泵的关键所在。因此，吸鱼泵在设计时需要优化结构。真空吸鱼泵可以通过调节安全阀门控制真空度，一般鱼水达到泵体3/4容积时开始排鱼较为理想，此时既能保证抽吸鱼水的工作效率，又能避免一定的鱼体损伤。离心式吸鱼泵尽量采用旋转式无叶片活鱼吸鱼泵。射流式吸鱼泵可以尽量提高流速，缩短活鱼停留时间，减少其损伤率。同时，需要提高罐体与各阀件的制作工艺，尽可能焊接完整，打磨光滑，避免此过程中引起对鱼体的内在损伤。因此，在吸鱼泵未来发展过程中，其设计的参数化、制造的精密性和安装的准确性是解决吸鱼泵主要问题的关键所在。

4.2 提高吸鱼泵的工作效率

吸鱼泵应用较多的是真空吸鱼泵，工作效率相对较低是其弱项，因此需要综合考虑适用场地，选择合适的吸鱼泵，尽量提高吸鱼泵的连续抽、排鱼时间，选择合适的泵体与阀件，提高泵体的制造工艺。由于鱼水比例需要控制在1∶1能达到最佳抽吸效果，因此需要控制鱼水比例，在抽吸之前需要对鱼群进行适当聚集，维持相对比例。当抽吸后鱼群减少时，抽吸效果变差，需要再次聚集鱼群，维持高鱼水比例，提高其工作效率。

4.3 增加吸鱼泵的多功能性

水产养殖户可结合自身情况，在吸鱼泵的末端可增加多功能设备。如养殖中可增加鱼类提升装置和计数装置，实现鱼类快速运输，从而保证其存活率，增加其经济效益。在捕捞环节上增加分级和称重装置，实现吸鱼、分级、称重等一体化工作，使整个过程更加紧凑，安全环保可持续。在远洋捕捞方面，可增加太阳能、风能等动力装置，达到节能环保的目的。在加工环节可增加鱼水分离装置和干燥装置，实现鱼肉快速存储和运输，从而保证其加工品质。因此，针对不同流通环节增加其功能性，设计开发更具有实用性和创新性的吸捕设备，可大大减轻劳动强度，提升工作效率。

4.4 提高吸鱼泵的智能化水平

随着科技水平的不断提高，吸鱼泵的研制进入了快速发展的阶段[41]，节约劳动成本，提高智能化水平已成为未来发展趋势[42-43]。针对吸鱼泵操作方法，开发电脑、手机、语音等多平台操作系统，使整个操作方便快捷，满足不同养殖户的需求。针对吸鱼泵控制系统，开发智能控制平台自动完成整个吸鱼工作，包括吸捕时间、吸捕速度和吸鱼数量。针对吸鱼泵监测系统，开发智能监测装置，通过多方位传感器自动监测泵体内鱼水比例及泵体内压力，并通过其他控制元件控制泵内压力以达到降低鱼体损伤率的目的。使吸鱼泵做到设计参数化、控制智能化、操作简单化，从而更好地促进水产养殖业机械化、智能化。

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