泵送系统和方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及借助于泵送的
流体运输的领域，并且具体地涉及被液体悬浮的物体的运输。本发明用于泵送这样的悬浮物体，如团粒、
岩石、
铁矿石、食品、鱼、磷虾和其它
水生
生物质。
背景技术
[0002] 磷虾是一种生活在海洋中且为了商业目的被打捞的浮游动物。因为磷虾尺寸小，所以磷虾需要用细网状浮游生物网制成的
拖网来捕获磷虾。由于细网状网所产生的高阻
力，且为了避免堵塞和损坏磷虾和网，
拖网捕捞必须以低速进行。
[0003] 最初，通过将拖网吊离水面而将磷虾捕获物带上
拖网渔船。这导致磷虾被
挤压并因此损失了其相当一部分液体，这对于捕获物的
质量是不利的。该技术的后来的发展包括将磷虾从网的囊端泵送通过大的软管并泵送到拖网渔船上。这种方法提高了捕获能力和磷虾处理速率，并因为磷虾在拖网内部的
停留时间减少而提高了捕获物的质量。
[0004]
现有技术包括WO 2008/125332 A2，其描述了一种拖网捕捞方法和装置，借助于该方法和该装置，在拖网捕捞过程期间捕获物从拖网被连续转移到拖网捕捞
船舶。在拖网的开口端上布置开放式鱼泵，该泵在吸力侧处指向拖网，并且该泵的压力侧被连接到输送软管。通过由水面压力下供应的液压油或其它液压流体或者通过电动
马达来操作泵。在拖网捕捞过程期间朝向拖网的端部引导的被捕获产品作为被捕获产品/水混合物在拖网捕捞过程期间被连续泵送到输送软管中，并且被运输到拖网捕捞船舶上。
[0005] 现有技术也包括WO 2005/004593A1，其描述了一种提供有细长、优选地刚性或柔性的收集笼的拖网，该收集笼在入口开口处被连接到拖网的后端，并且从入口开口延伸到由具有开口以过滤水的壁、顶部和底部限定的第二部分，并且终止于下游部分中。用于将生物质从收集笼向上运送到水面船舶的运送软管或管经由漏斗通向笼的下游或后部部分中。空气或其它流体从船舶经由供应软管供应，以用于喷射到运送软管或管中，以便通
过喷射器效应或空气
提升泵效应（其中当被喷射空气在软管中膨胀时提升流体）而导致将生物质从收集笼抽吸到船舶。
[0006] 现有技术也包括GB 1 172 179，其描述了一种用于运送鱼-水混合物的泵组件，该泵组件包括入口和出口、被布置在所述入口和出口之间的喷射管、从在喷射管的下游端和所述出口之间的第一
位置延伸到在喷射管的上游端和所述入口之间的第二位置处的推进水环
喷嘴的通路系统，以及在所述通路系统中围绕所述系统泵送水并迫使其通过所述推进水环喷嘴的泵
转子。
[0007] 现有技术也包括GB 1 225 469，其描述了一种用于在拖网捕捞操作期间排空拖网的设备。设备包括高压水泵，其通过开口抽入水并通过出口供应在压力下的水，以推动鱼和水通过喷射器以及运输管子返回到拖网渔船上的收集点。
液压马达可以被用于泵的操作。
[0008] 现有技术具有的一个缺点是需要大直径管子和软管以用于在拖网和水面船舶之间转移鱼或者生物质。另一个缺点是，鉴于在拖网渔船和拖网之间的距离可以是600至800米或更远的事实，在拖网渔船上需要非常长的软管、控制和动力线以及相应地大的存储桶。
[0009] 本发明提供了优于现有技术的某些改进。
发明内容
[0010] 在独立
权利要求中阐述且表征了本发明，同时
从属权利要求描述了本发明的其它特征。
[0011] 因此提供了一种泵送系统，其用于将液体或者液体和一种或多种物体的混合物从浸没在
水体中的收集器装置移动到被布置在水面船舶或者结构上的接收设施，该泵送系统包括第一输送管线、第二输送管线和泵单元，其特征在于：- 泵单元在水体的表面下方第一深度处浸没在水体中并且被布置在收集器和接收设
施之间；
- 第一输送管线被流体连接在收集器装置和泵单元入口之间；并且
- 第二输送管线被流体连接在泵单元出口和接收设施之间；
借此泵单元被配置成在第一输送管线中产生吸力并且在第二输送管线中产生
正压力。
[0012] 在一个
实施例中，泵单元包括泵，该泵选自由以下泵构成的组：
离心泵、正
排量泵或向所述液体赋予机械能的任何泵。泵单元可以包括在密封的壳体中的泵马达，该泵马达与泵分离但是经由轴被连接到泵。
[0013] 在一个实施例中，接收设施在水面上方一定高度处被布置在结构上。收集器装置被布置在水面下方第二深度处。
[0014] 在一个实施例中，泵送系统包括
阀，该阀在泵单元附近的入口处流体连接到第一输送管线并且可操作成允许到第一输送管线中的周围
海水的入流。阀可以是止回阀。阀可以被手动或自动地操作，或者被设置成在一个或多个预定压力下打开和闭合。阀可以是可调阀。
[0015] 在一个实施例中，泵送系统还包括：冲洗泵，其被布置在接收设施附近并且被流体连接到海水入口管和第二输送管线；以及切断阀，其被布置在冲洗泵和第二输送管线之间。
[0016] 在一个实施例中，泵单元经由
支撑器具被船舶或其它承载结构支撑；所述支撑器具被配置成用于使泵单元在浸没的操作位置和非操作位置之间移动，在该非操作位置中泵单元被提升到水面上方。
[0017] 泵单元可以包括成形壳体，以便减少水中的流体动力阻力。在一个实施例中，泵单元包括一个或多个
配重。泵单元也可以包括深度
舵，其被配置且可操作成向泵单元赋予向下力。
[0018] 在一个实施例中，接收设施是包括用于液体和物体的处理器具的处理设备。在一个实施例中，收集器是被配置成用于经由拖网线被拖网渔船拖拽的拖网。收集器可以是搁置在海床上的收集器。
[0019] 液体优选地是海水并且物体选自由鱼、磷虾或其它生物质、扇贝、岩石、铁矿石
块构成的组。
[0020] 因此本发明的泵送系统可以用作
真空泵系统，以将所述液体或混合物输送到所述接收设施。这是通过如下举措来实现的：将泵单元降低到必要深度以在泵入口处获得足够的压力，以便当
抽取（通过吸力）水通过第一输送管线（真空管线）时避免泵汽蚀。必要深度将依赖于（即）第一输送管线的长度。例如，如果在海平面（水面）处执行拖网捕捞，则第一输送管线的典型长度是大约150米，并且通过这个管线的压降将远少于如果在更深的深度处执行拖网捕捞的压降（且因此第一输送管线要求更长的长度）。
[0021] 还提供了一种操作根据本发明的泵送系统的方法，其特征在于：a)确定、估计或感测在第一输送管线中的压降；以及
b)将泵单元布置在提供泵入口压力的深度处，该泵入口压力足以避免泵单元中的泵中的汽蚀。
[0022] 还提供了一种操作根据本发明的泵送系统的方法，其特征在于：a)确定、估计或感测在第一输送管线中的压降；以及
b)操作可调阀以调整进入泵中的入口压力，以避免泵单元中的泵中的汽蚀。
[0023] 可以基于第一输送管线的长度、内部直径和内部表面特性来确定或估计在第一输送管线中的压降。
[0024] 利用其中泵单元被浸没的本发明，可以将泵单元布置成靠近船舶或者连接到其，这导致多个操作优点，诸如更短的控制线缆和动力线缆、更容易的维护。
[0025] 在很大程度上依赖于从水面灌注或喷射附加流体（例如水或空气）且实际上是文丘里驱动的喷射泵或空气提升泵的现有技术要求相对大直径的输送管线。相比之下，本发明仅使用正被泵送的介质并且不依赖于任何这样的外部供应的流体。浸没的泵单元使得可以相比于现有技术将输送管线直径显著减小到例如8至10英寸（20.3至25.4 cm）。通过将泵单元更深地降低到水体中，第一输送管线可以容许更大的真空。
[0026] 其中泵（例如离心泵或正排量泵）被浸没到水体中的本发明的系统实际上是
真空泵系统，其能够将流体输送到远高于水表面的水平。
[0027] 利用本发明的系统，已经减少了对用于泵的长软管和线缆，以及相应地拖网渔船上的大存储桶的需要。
附图说明
[0028] 参考附图，由作为非限制性示例给出的实施例的优选形式的下述描述，本发明的这些和其它特征将变得清楚，在附图中：图1是拖拽水体中的拖网的拖网渔船和本发明的泵送系统的实施例的示意性侧视图；
图2是图1中图示的泵单元的实施例的示意性截面侧视图；
图3是泵单元的另一实施例的示意性侧视图；
图4a和图4b是用于悬浮和操作分别处于操作（延伸）和停用（缩回）位置中的泵单元的替代性实施例的示意性且部分截面侧视图；
图5a和图5b是用于悬浮和操作分别处于操作（延伸）和停用（缩回）位置的泵单元的又一替代性实施例的示意性且部分截面侧视图；
图6是本发明的泵送系统的实施例的示意略图；
图7是图6中图示的泵送系统的实施例的示意图；
图8是本发明的泵送系统的实施例的示意图，其图示了正常操作；
图9是对应于图8的本发明的泵送系统的实施例的示意图，其图示了软管清洁程序；以及
图10是对应于图8和图9的本发明泵送系统的实施例的示意图，其图示了泵止回阀或者远程控制的减压阀被启用的状态。
具体实施方式
[0029] 下文的描述将使用术语，诸如“水平”、“竖直”、“横向”、“后和前”、“上和下”、“上部”、“下部”、“内”、“外”、“向前”，“后”等等。这些术语通常指示参考如附图中所示的视
角和取向且与本发明的正常使用相关联。这些术语仅为了方便读者而使用并且不应是限制性的。
[0030] 图1图示了拖网渔船1，其借助于拖网线3拖拽在水体W（例如海）中的拖网2。拖网线经由连接构件（诸如吊杆4或者网板）被连接到开口拖网端20。拖网包括本领域中已知的网，并且流量
传感器5a、5b朝向囊端21布置。一个或多个配重6以本领域中公知方式被连接到开口端20。附图标记P标明将被拖网捕获的生物质，该生物质例如是鱼或者磷虾。
[0031] 泵单元9布置在拖网渔船1紧后方且在水表面S下方距离d处。在所图示实施例中，泵单元9经由拖拽线10被连接到拖网渔船1且在其后方被拖拽。脐带12（包括液压管线和其它所要求的动力、控制和
信号线）根据需要被连接在拖网渔船上的动力、控制、支撑和公用系统（未示出）与泵单元之间。在拖网的囊端（即窄的后端）21和泵单元9之间延伸的是第一输送软管7。附图标记8指示第一输送软管可以被连接到或部分嵌入到拖网2中的手段（缝合等等）。在泵单元9和拖网渔船1之间延伸的是第二输送软管11。在拖网渔船上，第二输送软管11可以终止于货舱或处理设施（图1中未示出）中。
[0032] 现在转向图2，泵单元9包括壳体13，在所图示实施例中该壳体13是电
灯泡状的，以便在泵单元被拉动通过水时降低流体动力阻力。
[0033] 离心泵22在在壳体13内部，该离心泵22包括
叶轮23，该叶轮23由内部马达（图2中未示出）驱动，优选地经由脐带12（见图1；图2中未示出）被液压驱动和控制。应该理解的是，马达也可以是电动马达。因为叶轮和马达配置是本领域中公知的，所以它们不需要在此被详细描述。应该理解的是，泵也可以是正排量泵。
[0034] 在使用中，泵22在第一输送软管7中产生部分真空且因此产生吸力，并且在第二输送软管11中产生过压（排放压力）。因此，第一输送软管7被连接到泵单元的吸力端（入口）18，并且第二输送软管11被连接到泵单元的排放端（出口）17。泵也包括止回阀30，该止回阀
30被流体连接到叶轮的吸力侧，即与第一输送软管7和泵入口18流体连通。
[0035] 图2图示了流体入流Qi如何携带磷虾P通过第一输送软管7流入泵中，以及流体出流Qo如何通过第二输送软管11流出泵，从而将磷虾P输送到拖网渔船（见图1；图2中未示出）。
[0036] 应该理解的是，第一输送软管7必须能够承受吸力而不塌陷，并且可以为此提供有螺旋增强绳或类似物。不过第二输送软管11不需要具有这样的能力，因为其仅经受正压力，不过可以被设计成承受大的正压力和外部力，例如飞溅区中的波浪作用和由船舶船体导致的磨损。作为非限制性示例，第一输送软管7可以是具有600米长度且具有8至10英寸（20.3至25.4 cm）的内部直径的真空软管并且能够承受3巴的真空（即
负压力）。第二输送软管11可以是具有近似60米长度且具有8至10英寸（20.3至25.4 cm）的内部直径的压力软管。
[0037] 在实际应用中，在拖网渔船和拖网的开口端20之间的水平距离可以通常在近似100和600米之间。而且，例如当用拖网捕捞磷虾时，拖网深度t可以通常在水表面S下方零（海平面）至300米，并且水表面下方的距离d（泵单元9被布置在该距离d处）可以是10至30米。在水表面上方的典型提升高度h（见图1）可以是5至10米。本发明将不限于这些数值，而是通过将泵单元布置在拖网渔船附近或者至少拖网前方一定距离处的海中，相比于现有技术系统，第一输送软管中能够容许更大的压降。这是因为泵单元必须被降低到必要的深度以便避免泵中的汽蚀。而且，止回阀30可以（例如远程地）被控制以便避免汽蚀。因此应该理解的是，止回阀30可以由减压阀操作或替代。操作止回阀（减压阀）导致在第一输送软管7（即真空软管）中的较少的流，因为允许被控制的水流通过该阀。
[0038] 如上文所提到地，泵单元壳体13被成形为最小化流体动力阻力。此外，为了使泵单元9以稳定且可预测方式在水中移动，壳体配合有稳定翼，在所图示实施例中是腹翼15和背翼16。将理解，其它翼配置可以是是有利的。为了进一步加强泵单元9的流体动力特性，一个或多个配重块14可以被附接到
泵壳体。虽然图2仅示出了一个配重块，不过应该理解的是，配重可以以许多种方式被添加到泵单元。在非限制性示例中，配重块14可以产生3公吨的向下力Fw。拖拽线10中的拉力Fp是5.8公吨，由拖网和第一输送软管产生的阻力D1是4公吨，并且由第二输送软管产生的阻力D2是1公吨。
[0039] 因为可以期望降低泵单元的配重，例如当将泵单元提升入海和出海时，可以期望移除配重块14或者降低其质量。这可以用图3中所图示的实施例来实现。在此，深度舵19被配合到泵单元。深度舵可以以本质上本领域中公知的方式经由液压或者电力被提供动力，例如经由上文提到的脐带。深度舵可以被操作成产生减小或移除对配重块的依赖的向下力。
[0040] 虽然泵单元9已经在上文被描述为由拖拽线拖拽，但是本发明将不限于这种连接手段，因为应该理解的是，泵单元可以以许多种方式被连接到拖网渔船。例如，泵单元可以被连接到拖网渔船上的舷外托架，或者被连接到伸缩臂或允许泵单元被降低到水表面以下的其它结构。也可以想得到的是，泵单元9可以被布置在拖网渔船内部的箱（未示出）或月池中，并且箱通向周围的海。泵单元将被布置在箱或月池中并且降低到水表面S下方的深度d，以便在泵入口18处实现必要的压力，以在水和生物质的混合物被运输通过第一输送软管7（真空软管）和拖网出口时避免汽蚀。
[0041] 图4a和图4b示出了一个这样的替代性连接手段。在此，泵单元9被连接到承载臂27，其被轮轴或者其它枢转构件25可枢转地支撑。提升线28在泵单元（或者承载臂的下部部分）和高架绞车24之间延伸。第二输送软管11（正压力）和脐带12沿着承载臂布置，附图标记
26指示第二输送软管开口。因此，通过操作绞车24，泵单元可以在拖网渔船下方的延伸位置（图4a，操作状态）和缩回位置（图4b，停用状态）之间操作。
[0042] 图5a和图5b示出了另一这样的替代性连接手段。在此，泵单元9被连接到通过引导结构29的提升线28。绞车24被布置在引导结构29的顶部处，并且引导结构的下部部分通过拖网渔船船体通向海。第二输送软管11（正压力）和脐带12沿着引导结构布置。因此，通过操作绞车24，泵单元可以在拖网渔船下方的延伸位置（图5a，操作状态）和缩回位置（图5b，停用状态）之间操作。
[0043] 图6是图1中所图示的系统的某些部分的示意图示（已经省略了某些特征，例如拖拽手段）。拖网2被示出为在海床B上方悬浮在水体W中。然而，应该理解的是，本发明同样适用于拖网正在水中移动、搁置在水中、沿着海床B移动或者静止在海床B上的情况和配置。这在图6中由附图标记2’和图示了海床收集器的虚线指示。而且，虽然上文的描述提到了用于鱼或其它生物质P的拖网2，但是应该理解的是，拖网可以被任何合适的收集器替代，该收集器被设计成收集悬浮在水中的任何物体且用于将水和这样的物体的混合物馈送到第一输送软管7中。因此，拖网2将在一些情况下在下文中被简化地称为“收集器”2。除了鱼、磷虾和其它生物质之外，物体P可以是岩石、砾石、铁矿石、扇贝等等，并且技术人员将理解的是，收集器2将必须被设计成针对其具体的预期捕获物。例如，如果预期捕获物是搁置在海床上的物体，则收集器可以提供有被配置成在第一输送软管入口的紧前方将物体从海床向上抛的装置（例如机械铲）。
[0044] 因此，上文提到的拖网渔船1事实上可以是任何船、船舶或水表面上方的结构，并且处理设备31被设计成处理适用的捕获物（物体P和水的混合物）。因此图6图示了收集器2，该收集器2被布置在水体中（或者海床上的2’）且借助于第一输送软管7被流体连接到浸没的泵单元9，并且泵单元9借助于第二输送软管11被流体连接到船舶1上的处理设备31。
[0045] 虽然在实际应用中，物体P和水的混合物从收集器2借助于柔性软管7、11被运输到处理设备31，不过本发明将不限于这样的管道。通常，可以使用任何已知的流体管道。因此，第一和第二软管在下文中也将被称为第一和第二输送管线7、11。
[0046] 图7本质上是图6中所图示的泵送系统的示意图。附图标记1’表示甲板（例如船舶的甲板）或者平台，其在水表面S上方距离h处。泵单元9包括经由轴22b由马达22a驱动的泵22。马达22a可以是电动马达、液压马达或者本领域中已知的任何其它合适的马达。马达22a被布置在其自身壳体内部，相对于泵22被密封并且因此相对于泵送的介质被密封。在泵马达22a和泵22之间的唯一连接是经由轴22b，该轴22b还延伸通过
密封件（未示出）。马达和泵的这种分离在马达利用液压流体（油）的实施例中尤其有利：
泄漏将不会损害泵送的介质（鱼和水）。泵马达22a可以经由
花键连接被连接到轴22b，借此马达可以被移除或更换而不必从输送管线断开泵22。
[0047] 泵单元9在水表面下方竖直距离（深度）d处被布置在水中，并且收集器2（或者2’）被布置在水表面下方竖直距离t处。虽然图6和图7中未图示，不过在收集器2和甲板1’之间的水平距离可以是大约600米。
[0048] 泵22（其可以是离心泵或正排量泵）在第一输送管线7中产生部分真空且因此产生吸力，并且在第二输送管线11中产生过压（排放压力）。如上文参考图2所提到地，第一输送管线（输送软管）7必须能够承受吸力而不塌陷，并且可以为此配备螺旋增强绳或类似物。不过第二输送管线（输送软管）11不需要具有这样的能力，因为其仅经受正压力。
[0049] 作为实际的且非限制性的示例，如果第一输送管线7的长度可以是600米，该管线（吸力软管）的直径是8英寸（20.3 cm），并且流量是400公吨/小时，则在第一输送管线7中（即从收集器2至泵22）产生近似1.8巴的压降。如果泵单元9（和泵22）被布置在深度d = 30米处（即在4巴压力下），则在泵中发生汽蚀之前泵将具有2.2巴的压力裕度。如果甲板1’被布置在水表面上方近似h = 6米的高度处，则要求近似0.6巴以将输送管线的内容物（水和物体P）从水提升并且提升到甲板上。因此，在汽蚀发生之前仍存在足够裕度（相比之下，如果浸没的泵被替换成现有中技术已知的甲板上的真空泵，则要求的真空将是2.4巴，这将导致汽蚀）。
[0050] 基于上文所述，将理解的是，在将泵降低到甚至更深的深度（d）的情况下，关于泵汽蚀的裕度将增加。而且，如果第一输送管线7的长度较短（如150米），则在第一输送管线7中的压降成比例地减小（至如0.45巴）并且深度d要求相应地降低。在用拖网捕捞较浅深度中的鱼时，这样的较短输送管线适用。
[0051] 因此，应该理解的是，如上文所描述地将泵浸没到主体中实际上产生了真空泵系统，该系统能够将流体输送至远高于水表面的水平。
[0052] 本发明的基本原理是将泵单元9降低到足以避免汽蚀的深度d。因此，可以基于第一输送管线7（包括收集器2）中的压降来确定要求的深度d。
[0053] 现在参考图8，入口阀37和闸阀36被布置在第二输送管线11中，并且输送管线被连续地连接到水隔离器31a、存储箱31b和处理设施31c。技术人员将了解，这些部件可以针对适用的捕获物（即物体P的性质）被设计、配置且确定尺寸，并且事实上处理设备31可以是任何接收设施。水排放管35被配置成用于使水返回到海。冲洗泵32被配置成经由管34将水馈送到在入口阀37和闸阀36之间的第二管线11中，并且切断阀33被布置在冲洗泵32和第二管线11之间。冲洗泵32通常被布置在船舶上并且被配置成在近似3巴的压力下输送在500和1000吨/小时之间的流。
[0054] 止回阀30被流体连接到第一管线7，且因此在泵22的入口侧上，且被布置在泵单元9中。止回阀30被预先设置或操作成防止第一管线7的塌陷，并且本身将用作用于系统的
安全阀。用于止回阀的典型的打开压力是2巴，但是这个压力可以根据适用要求被设定。除了执行安全阀功能之外，止回阀可以被操作（手动地或者自动地，例如基于传感器输入）成控制通过泵的海水和鱼的混合物，并且因此事实上用作混合阀。如果需要增加水流，则阀可以被完全或部分打开期望的一段时间。
[0055] 图8示出了系统正操作，即，将水和物体P的混合物从收集器2馈送到处理设备31的情况。切断阀33被闭合并且冲洗泵32关断。入口阀37和闸阀36打开。泵22正操作并且止回阀30被闭合，以致没有海水通过阀30。在这种状态下，系统在可接受公差内操作以用于避免汽蚀。阀30可以被设计成在预定压力下打开或闭合，或者可以被远程操作。
[0056] 在操作（例如拖网捕捞）期间，第一输送管线7或拖网出口可以被物体P的聚集或者被碎片或其它多余物体堵塞。本发明的系统使得可以解决这个问题而不必将泵和管线从水中取出。图9图示了这样的清洁程序以从输送管线移除障碍物。在这种配置中，浸没的泵22不操作并且闸阀36闭合。入口阀37和切断阀32打开并且冲洗泵32运行。因此，海水被冲洗泵32泵送通过管34，向下到第二管线11中，通过停用的泵22并且到第一输送管线7中，由此将第一输送管线和拖网出口冲回到拖网中。
[0057] 图10图示了止回阀30中固有的安全特征。切断阀33闭合并且冲洗泵32关断，并且入口阀37和闸阀36打开，如正常操作期间的情况一样。在第一管线7中或者在收集器2中的入口处发生阻塞从而导致第一管线中的真空超过止回阀30打开压力的情况下，止回阀将打开。在实际应用中，传感器和控制系统（未示出）将切断浸没的泵22。然后，可以通过上文参考图9所描述的程序移除阻塞物。
[0058] 虽然已经在上文描述了本发明的系统，其中泵单元9（经由线、承载臂或者类似物）被连接到拖网渔船，不过本发明将不限于这样的物理连接。应该理解的是，本发明同样适用于泵单元被布置在拖网（收集器）的前方，即，在朝向拖网渔船的方向上且第二输送管线被连接在泵单元和收集器之间的系统。
[0059] 虽然已经参考离心泵描述了本发明，不过应该理解的是，本发明同样适用于离心泵和正排量泵和向泵送的海水赋予机械能的其它泵。
