小型農(nóng)用水泵輸水性能測(cè)試及在森林滅火中的應(yīng)用

李遠(yuǎn)煌，戴瑞坤，廖新源，王振師，魏書精，周宇飛，吳澤鵬，李 強(qiáng)

（廣東省森林培育與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510520）

小型農(nóng)用水泵是灌溉、噴灑農(nóng)藥的常用設(shè)備，其操作簡單、維護(hù)容易、價(jià)格相對(duì)較低而受到廣大農(nóng)戶的青睞。小型農(nóng)用水泵主要指以汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、水泵組成，重量在25公斤以下水泵，是農(nóng)、林業(yè)生產(chǎn)的必備輸水工具。農(nóng)村是森林火災(zāi)的多發(fā)區(qū)域，提高農(nóng)村群眾森林防火意識(shí)，提升森林火災(zāi)早期處置能力是森林防滅火工作的重要方向。以水滅火安全、高效，廣大農(nóng)戶熟悉當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境，了解山地、水源、道路情況，為小型農(nóng)用水泵開展以水滅火提供了有利條件。對(duì)于小型農(nóng)用水泵在森林火災(zāi)撲救中的應(yīng)用研究，國內(nèi)外尚未見到有關(guān)報(bào)道。因此，為掘展小型農(nóng)用水泵在森林防滅火的應(yīng)用，根據(jù)小型農(nóng)用水泵的使用情況，選擇4種型號(hào)的小型農(nóng)用水泵和3種輸水管，在廣東省林業(yè)科學(xué)研究院西江所開展輸水性能測(cè)試，現(xiàn)把測(cè)試結(jié)果總結(jié)如下。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

經(jīng)對(duì)小型農(nóng)用水泵的使用調(diào)查，選擇了型號(hào)QGZ50-25.2-22.8汽油機(jī)水泵、型號(hào)JP20-5汽油機(jī)水泵、單缸二沖程汽油機(jī)水泵和小型輪式農(nóng)用噴藥機(jī)等4種型號(hào)的農(nóng)戶常用水泵，分別設(shè)定為Ⅰ號(hào)、Ⅱ號(hào)、Ⅲ號(hào)和Ⅳ號(hào)，其主要技術(shù)性能見表1。輸水管選用3種型號(hào)，分別為1號(hào)：直徑19毫米的黑色PVC單層軟管；2號(hào)：直徑19毫米、有尼龍夾層的3層軟管；3號(hào)：農(nóng)用噴藥專用輸水管，壓力＞8米帕、管厚＞2.8毫米、外徑為14毫米的4線2膠軟管，測(cè)試在水壓作用下，輸水管變形和破裂情況。

表1 不同型號(hào)水泵技術(shù)性能

1.2 試驗(yàn)方法

從山下設(shè)置水源點(diǎn)，分別在近水平道路和高程20米的山上鋪設(shè)100米水管，在測(cè)試點(diǎn)放一個(gè)150升的塑料桶，用秒表記錄裝滿水的時(shí)間，實(shí)地測(cè)試水泵的輸水流量和工作狀況。對(duì)小型輪式農(nóng)用噴藥機(jī)在高程20米、40米的山上鋪設(shè)100米和200米水管，開機(jī)后，用秒表記錄水罐（箱）內(nèi)水位每下降20升的時(shí)間，測(cè)試水泵的輸水流量和工作狀況。并根據(jù)輸水高度，觀測(cè)輸水管外形的變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同型號(hào)水泵輸水結(jié)果與分析

經(jīng)測(cè)試，4個(gè)型號(hào)的水泵輸水結(jié)果見表2。測(cè)試結(jié)果說明，Ⅰ號(hào)、Ⅱ號(hào)和Ⅲ號(hào)在一般的條件下（0米±3米）、輸水管長200米時(shí)，其輸水量為水泵型號(hào)標(biāo)定的輸水量，當(dāng)輸水揚(yáng)程達(dá)到水泵標(biāo)定的最高揚(yáng)程20米±3米時(shí)，Ⅰ號(hào)、Ⅱ號(hào)和Ⅲ號(hào)的輸水量分別為1.68、1.42、0.88立方米/小時(shí)，比標(biāo)定量減少了93.33%、94.32%和90.22%，說明農(nóng)用水泵可以在較為平緩的地方供水，而向較高的山地供水時(shí)，其供水量會(huì)大幅度降低。Ⅳ號(hào)是采用汽油機(jī)和小型柱塞泵相結(jié)合的農(nóng)用噴藥機(jī)，在輸水揚(yáng)程20米±3米和40米±5米，輸水管長100米和200米時(shí)，輸水量為0.48立方米/小時(shí)、0.34立方米/小時(shí)，與標(biāo)定量0.6～1.02立方米/小時(shí)相比，減少了20%～66.67%，說明農(nóng)用噴藥機(jī)工作過程中，供水量不大，但供水的揚(yáng)程較高。

表2 不同水泵輸水流量測(cè)試結(jié)果 （立方米/小時(shí)）

測(cè)試結(jié)果表明，Ⅰ號(hào)、Ⅱ號(hào)、Ⅲ號(hào)水泵適合在高差0米±3米的地方輸水作業(yè)，揚(yáng)程達(dá)到20米±3米，輸水效能大幅度降低，因此，只適合于高差在20米以下的地方輸水作業(yè)。Ⅳ號(hào)水泵可正常輸水到揚(yáng)程40米±5米、且輸水距離達(dá)200米，說明山地環(huán)境下，具有較好的輸水性能。

2.2 輸水管形變測(cè)試結(jié)果與分析

受輸水管材料、結(jié)構(gòu)的影響，在輸水壓力的作用下輸水管會(huì)膨脹或破裂，在輸水2小時(shí)后，輸水管的形變結(jié)果見表3，測(cè)試結(jié)果顯示，在相對(duì)平坦的地面上輸水，水管所受水壓力小，基本沒有變化。在輸水高度達(dá)20米±3米時(shí)，與水泵相連的水管出現(xiàn)膨脹，1號(hào)水管的部分出現(xiàn)膨脹42毫米以上，比原管徑膨脹120%以上，出現(xiàn)即將破裂的狀態(tài)。2號(hào)水管直徑大于約21毫米，比原管徑膨脹10%左右，整條水管沒有出現(xiàn)明顯的變化。3號(hào)在該輸水高度上沒有出現(xiàn)變化，當(dāng)輸水度達(dá)40米±5米，輸水管直徑約15毫米，比原管徑膨脹7.1%左右。

表3 輸水管形變測(cè)試結(jié)果 （毫米）

測(cè)試結(jié)果表明，1號(hào)水管為單層PVC軟管，抗壓性能較低，適合于高差在3米左右的地方輸水。2號(hào)為內(nèi)外為PVC材料，中間夾有尼龍網(wǎng)的軟管，其抗壓性能較好，適合于在高差20米±3米的山地輸水。3號(hào)為壓力＞8米帕的4線2膠軟管，在高差40米±5米的輸水測(cè)試過程中，輸水管沒有出現(xiàn)變形現(xiàn)象，因此，可適用在山地環(huán)境輸水作業(yè)。

2.3 水泵啟動(dòng)與引水測(cè)試結(jié)果與分析

泵的啟動(dòng)在23～28℃環(huán)境溫度下冷態(tài)進(jìn)行，按發(fā)動(dòng)機(jī)的操作規(guī)程進(jìn)行，用拉繩拉3～5次，啟動(dòng)后保持發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)行約1分鐘，待發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，迅速調(diào)節(jié)油門和泵的出口閥，使泵盡快達(dá)到額定噴水工作狀況，水泵離水面2.56米±0.15米，記錄下發(fā)動(dòng)機(jī)增速起至泵出水的時(shí)間。試驗(yàn)完成后停機(jī)間隔5分鐘，再進(jìn)行第二次啟動(dòng)，共試驗(yàn)3次。運(yùn)行工況是水泵連續(xù)工作30分鐘后，水泵運(yùn)行及輸水狀況的說明。水泵啟動(dòng)與引水測(cè)試結(jié)果見表4。

表4 不同型號(hào)水泵啟動(dòng)與引水性能測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果表明，4種型號(hào)的水泵發(fā)動(dòng)機(jī)按要求拉動(dòng)啟動(dòng)繩3～4次就能正常啟動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能表現(xiàn)良好。由于泵體離水面高約2.56米，小于額定5～7米吸水高度，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)油門使泵達(dá)到額定吸水工作狀況，使吸上的水從出水口噴出，Ⅰ號(hào)、Ⅱ號(hào)、Ⅲ號(hào)分別用時(shí)3.52秒、3.31秒、3.21秒，水泵引水性能良好。Ⅳ號(hào)是汽油機(jī)和小型柱塞泵相結(jié)合，其采用的是直接供水的方式，不在引水測(cè)試之中。結(jié)合輸水測(cè)試，4個(gè)型號(hào)水泵運(yùn)行30分鐘以上沒有出現(xiàn)死機(jī)、斷水等現(xiàn)象，整機(jī)輸水工況表現(xiàn)良好。

3 結(jié)論與討論

小型農(nóng)用水泵在森林防滅火中的應(yīng)用具有水泵重量輕、攜帶方便，操作簡單易行，運(yùn)行穩(wěn)定的性能。測(cè)試結(jié)果說明，Ⅰ號(hào)、Ⅱ號(hào)、Ⅲ號(hào)水泵輸水揚(yáng)程能達(dá)20米，Ⅳ號(hào)水泵輸水揚(yáng)程達(dá)到40米以上。1號(hào)的水管輸水揚(yáng)程20米出現(xiàn)膨脹變形，不適合于揚(yáng)程在20米以上的輸水使用，2號(hào)輸水管水管輸水揚(yáng)程20米，沒有出現(xiàn)明顯膨脹變形，可適用于揚(yáng)程在20米的輸水使用，3號(hào)輸水管為耐壓力＞8米帕的4線2膠軟管，適用于揚(yáng)程40米以上的輸水使用。

農(nóng)村是野外用火的主要地區(qū)，是森林火災(zāi)的易發(fā)、多發(fā)區(qū)，組建農(nóng)村群眾以水滅火隊(duì)伍，對(duì)森林火災(zāi)的預(yù)防和撲救都具有重要意義。根據(jù)當(dāng)?shù)氐纳角?、林情、水情，結(jié)合小型農(nóng)用水泵的生產(chǎn)使用，每村組建2～3個(gè)滅火小組，配置Ⅰ號(hào)、Ⅱ號(hào)、Ⅲ號(hào)相應(yīng)的小型農(nóng)用水泵和相應(yīng)的水管、噴水槍等滅火工具，就可應(yīng)對(duì)由于焚燒田草、甘蔗葉、稻草、果園草等引發(fā)的森林火災(zāi)情的早期處置。同時(shí)，還可以用多臺(tái)小型農(nóng)用水泵，中間用大膠桶接續(xù)，向更高的山地供水。