基于SolidWorks的双流道吸鱼泵三维实体造型研究

第45卷第3期 渔业现代化Vol.45 No.3 2018 年 6 月FISHERY MODERNIZATION Jun.2018 DOI:10. 3969/j.issn. 1007-9580. 2018. 03. 009

基于SolidW orks的双流道吸鱼泵三维实体造型研究

楚树坡\湛志新〃，谭永明\刘平2

(1青岛海洋科学与技术国家实验室，山东青岛266237;

2中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，上海200092)

摘要:吸鱼泵是鱼类起捕与输送的重要机械设备。确保鱼体无损伤并提高存活率是目前吸鱼泵研究的重点。

鱼体在通过双叶片吸鱼泵的过程中容易受到叶片进口端的切割而损伤。双流道吸鱼泵的叶轮由两个空间通道组成，介质通过能力强，无堵塞性好，不会对鱼体造成损伤，是双叶片吸鱼泵的理想替代型式。双流道泵在工业领域中已被广泛使用，但在渔业方面至今仍是空白。介绍了双流道吸鱼泵叶轮及蜗壳的水力设计方法，结合实例详细阐述了采用SolidWorks进行双流道吸鱼泵三维实体造型的过程。研究表明：采用SolidWorks 进行双流道吸鱼泵三维造型是切实可行的，对于深入开展双流道吸鱼泵研究，以及在深海网箱养殖和远洋渔业中进行推广应用双流道吸鱼泵具有重要意义。

关键词：双流道吸鱼泵；水力设计；三维造型

中图分类号:TH311 文献标志码:A文章编号:1007 -9580(2018)03 -055 -06

吸鱼泵最早应用于拖网和围网等捕捞作业中 的渔获在海上及港口转运、卸载操作等[1_2]。因吸鱼泵具有自动化程度高、工作效率高、劳动强度 低、操作人员少等优点[3_4]，在鱼类的换池、分级、放养、起捕等过程中具有广阔的应用前景。这些 渔业活动要求不能对鱼体造成损伤，确保鱼类存 活率。开发出结构、性能优异的吸鱼泵以提高鱼 类的无损伤率及存活率是当前研究的热点[5^]。国外吸鱼泵的研制使用始于20世纪50年代，中国20世纪60年代才开始开发和使用吸鱼泵[6]。目前，世界范围内普遍使用的吸鱼泵结构形式主 要有3种，即离心式、真空式和射流式[6_17]。其 中，离心式吸鱼泵又可细分为螺旋式、双叶片式两 种结构形式。离心式吸鱼泵的显著优点是结构简 单，工作效率高。然而，鱼类通过双叶片吸鱼泵的 过程中，容易受到叶片进口端的机械切割作用而 损伤，损伤率较高，限制了双叶片吸鱼泵的大范围 推广应用。

双流道泵是一种特殊的离心泵，主要用于输 送含有固体颗粒和纤维的流体，在市政、环保、化 工等行业中应用广泛[18]。双流道泵的叶轮又称无叶片叶轮，由两个呈空间扭曲的通道组成，从叶 轮进口到出口，通道宽敞、圆滑，介质通过能力强、无堵塞性好。鉴于此，将双流道泵用作吸鱼泵，可 避免叶片对鱼类的机械损伤，因而双流道吸鱼泵 可作为双叶片吸鱼泵的理想替代形式。

文章介绍了双流道吸鱼泵的水力设计方法以 及采用SolidWorks进行三维造型的详细过程，对 于深入开展双流道吸鱼泵性能研究，以及在深海 网箱养殖和远洋渔业中进行推广应用具有重要 意义。

1双流道吸鱼泵水力设计

双流道吸鱼泵水力设计包括叶轮和蜗壳的设 计。双流道叶轮属于离心式叶轮，其主要几何参 数的计算可采用速度系数法，但其叶轮流道设计 方法与叶片式叶轮的叶片设计方法有很大不同[18]。

1.1双流道叶轮的水力设计方法

双流道叶轮的水力图由两个视图（轴面图和 平面图）以及数个流道截面图组成。双流道叶轮 轴面图通常表示成图1的形式。其与叶片式叶轮

收稿日期=2018-04-12

基金项目：上海市（临港)产学研合作项目“深远海大型浮式渔业平台养殖及控制系统的关键技术开发”作者简介:楚树坡（1984—)，男，工程师，硕士，研究方向:海洋渔业装备。E- mail:spchu@qnlm.ac

通信作者:谌志新（1969—)，男，研究员，硕士，研究方向:海洋渔业装备。E- mail:chenzhixin@

56渔业现代化

2018 年

〇0 100 200 300 400'°

比转速^

图4

包角系数

w

与比转速〃s 的关系

Fig . 4 Relationship between (p^m and ns

对于双流道叶轮的设计，外流道型线的形状 是水泵性能优劣的主要因素之一，对水泵扬程、效 率影响较大。双流道叶轮能量的转换主要通过外 流道完成，其作用等同于叶片泵的叶片，因而外流 道的设计也是双流道叶轮设计的关键之一。在外 流道型线绘制过程中可以参照双叶片叶轮直叶片 的绘制方法。

在双流道叶轮的设计过程中，应注意以下结 构参数的相互协调:流道中线螺旋线参数的选取， 流道中线包角的确定，流道截面面积的变化规律， 内外流道型线的绘制方法等。选取得当，可得到

F o

图3流道截面面积变化规律

Fig . 3 Variation rule of channel section area

平面图流道中线非常关键，其形状直接决定 了内流道和外流道的形状，对泵的性能影响较大。 平面图流道中线应平顺、光滑，通常采用变异阿基

米德螺旋线[19]:

r = a 〇m

(1)

式中：r 一极半径，m ;a —螺旋系数，a = Z )2/(2p )， 其中P 为平面图流道中线包角，与比转速〃s 有 关4随比转速〃s 的增大而减小W —螺旋角，md ;

w —系数，与比转速〃s 有关，w 随比转速〃s 的增

大而增大（图4) [19]。

轴面图的区别在于后盖板圆弧半径均及进口直 径A 不同。

图1

双流道叶轮轴面图

Fig . 1 Meridional plane drawing of double - channel impeller

叶轮轴面图的几何参数有进口直径A 、出口 直径込、出口宽度62、前盖板圆弧半径A 、后盖板

圆弧半径、前盖板倾角乃、后盖板倾角r 2以及 进口位置L ，其中最重要的几何参数是Z )2、62。

双流道叶轮平面图是轴面图的A -A 剖面 图，包括流道中线〇〇'、内流道、外流道(相当于叶 片式叶轮的吸力面和压力面）、出口边，见图2。

A -A

图2

双流道叶轮平面图

Fig . 2 Floor plan of double - channel impeller

双流道叶轮流道截面可以是圆形、矩形或椭 圆形。进口截面一般为圆形，其他截面通常采用 椭圆形。双流道叶轮流道的空间形状是由轴面图 形状、流道截面面积变化规律和平面图流道中线 方程共同决定的。流道截面面积可以按直线或圆

弧规律变化（图3)。研究表明，当比转速150 时，流道截面面积可按直线规律变化；当比转速

150时，若流道截面面积仍按直线规律变化， 叶轮平面图设计将变得非常困难，此时流道截面 面积应按圆弧规律变化[18]。

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.05

.50

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