拖网渔船吸鱼装置真空泵抽气量的计算❋

张召男，叶凯雷，李 林

（1．舟山隆昇船业有限公司，浙江 舟山 316000；2．浙江海洋学院 船舶与海洋工程学院，浙江 舟山 316004）

0 引言

在拖网渔船吸鱼装置的设计中，真空泵抽气量计算方法的选择是非常重要的，目前有几种抽气量的计算方法，对于同样的装置，在相同工作状态下，几种抽气量计算方法所求得的结果大相迳庭，这种计算结果给真空泵的选择带来很大困扰。本文在分析了已有公式的基础上，根据真空泵实际抽气过程，借助Boyle－Mariotte定律推导出一个新的计算公式，提出了一种新的真空泵选择方法，为拖网渔船吸鱼装置真空泵的选型设计提供了重要的依据。

1 原有抽气量的计算方法

根据文献［1－3］，采用真空泵抽气时，目前存在3种选择真空泵抽气量的计算方法。（1）土尔克公式为：

其中：Qa为平均抽气量，m3／min；V1为管道容积，m3；V2为泵壳内空容积，m3；H1为大气压力的水柱高度，一般取10m；Hg为泵吸水高度，m；T为抽气时间，min；k为备用系数，一般取1．1。

（2）水专法公式为：

其中：Z为泵的台数；Δh为泵壳中心线距地面的距离，m。

抽气平均真空度Hv为：

（3）给排水设计手册推荐的公式为：

分析式（1）～式（3），可以发现以下几个问题：①上述3种计算方法忽略了管道布局和断面形状对计算结果的影响，如果假设所需的真空度等于管道和储鱼罐内的气体总体积，则依照上述任一公式，所计算的抽气量均相等，这显然与实际情况不符，因为真空泵在高真空度处与低真空度处的抽气量是不相同的，所需的实际抽气时间也是不同的；②真空泵的抽气过程是一个连续变化过程，式（1）只考虑了高真空状态下抽去所有气体，这样计算所得的抽气量要比实际所需大很多；③式（2）是在密闭容器抽真空的条件下所推导出来的，由于没有考虑管道不断充水引起的气体体积变化，将会使计算结果产生很大的误差，因此，将它用到吸鱼装置抽真空计算是不妥的；④式（3）未考虑真空度对单位抽气量的影响，这在理论上是不允许的。

2 新推导的公式

真空泵的抽气过程可近似为等温过程，抽气时，压力和体积是变量，某时刻的压力pn－1必定对应有一个体积Vn－1：

其中：S为管道的横截面积，m2；p1为大气压力，Pa；γ为水的密度，kg／m3。

如果管内气体再被抽取ΔV，则管内压力由pn－1降到pn，压力的降低将引起管内的水上升一个微体积dV，此时，对应于压力pn下的体积为：

根据Boyle－Mariotte定律有关系式：

将式（4）和式（5）代入式（6），则有：

简化并展开式（7）得：

设Q为单位时间内通过进气管截面的气体体积，真空泵所抽的气体体积为Q·dT（dT时间段），因为Q·dT与空气体积的减少量ΔV数量相等，而符号相反，则得：

对式（10）两端分别积分，并代入初压强p1和T后压强p2，则得：

对式（11）积分后得：

将式（12）除以T，得：

其中：H2为压强p2下的水柱高度。将式（14）代入式（13），得：

管内平均压力值Hpj为：

由于Q随压强的降低而减小，真空泵的单位抽气量是以平均值来表述的，那么单位时间内通过进气管截面的气体体积Q和管内平均压力值Hpj成为选择真空泵的主要参数。新推导的公式可采用分段计算的方式来表述：

其中：W 为总抽气量。则平均抽气量为：

平均抽气压力为：

Qa和Hpj可作为初选真空泵的参数，并可用下式来校核抽气时间是否合适：

其中：Q1，Q2，…可根据…从真空泵的样本参数中获得。

应该指出的是：如果真空泵吸气管很长或吸气管内速度很大，吸气管中的压力损失应该被考虑，则：

其中：Δh1为吸气管的压力损失。如果吸气管的压力损失很小，可忽略不计。

3 结论

运用新推导的公式进行了吸鱼装置真空泵的抽气量计算和选型，所设计的真空系统能够满足吸鱼生产的实际需要，取得了较满意的结果。

［1］ B N 土克尔．水泵和水泵站（上册）［M］．童咏春，译．北京：建筑工程出版社，1975．

［2］ 柴立平，江志焜，施卫东，等．两级液环式真空泵的优化设计与试验研究［J］．水泵技术，2008（4）：6－10．

［3］ 《给排水设计手册》编写组．给排水设计手册［M］．北京：中国建筑工业出版社，2003．