小型农用水泵输水性能测试及在森林灭火中的应用

李远煌，戴瑞坤，廖新源，王振师，魏书精，周宇飞，吴泽鹏，李 强

（广东省森林培育与保护利用重点实验室/广东省林业科学研究院，广东 广州 510520）

小型农用水泵是灌溉、喷洒农药的常用设备，其操作简单、维护容易、价格相对较低而受到广大农户的青睐。小型农用水泵主要指以汽油发动机、水泵组成，重量在25公斤以下水泵，是农、林业生产的必备输水工具。农村是森林火灾的多发区域，提高农村群众森林防火意识，提升森林火灾早期处置能力是森林防灭火工作的重要方向。以水灭火安全、高效，广大农户熟悉当地自然环境，了解山地、水源、道路情况，为小型农用水泵开展以水灭火提供了有利条件。对于小型农用水泵在森林火灾扑救中的应用研究，国内外尚未见到有关报道。因此，为掘展小型农用水泵在森林防灭火的应用，根据小型农用水泵的使用情况，选择4种型号的小型农用水泵和3种输水管，在广东省林业科学研究院西江所开展输水性能测试，现把测试结果总结如下。

1 材料与方法

1.1 试验材料

经对小型农用水泵的使用调查，选择了型号QGZ50-25.2-22.8汽油机水泵、型号JP20-5汽油机水泵、单缸二冲程汽油机水泵和小型轮式农用喷药机等4种型号的农户常用水泵，分别设定为Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号和Ⅳ号，其主要技术性能见表1。输水管选用3种型号，分别为1号：直径19毫米的黑色PVC单层软管；2号：直径19毫米、有尼龙夹层的3层软管；3号：农用喷药专用输水管，压力＞8米帕、管厚＞2.8毫米、外径为14毫米的4线2胶软管，测试在水压作用下，输水管变形和破裂情况。

表1 不同型号水泵技术性能

1.2 试验方法

从山下设置水源点，分别在近水平道路和高程20米的山上铺设100米水管，在测试点放一个150升的塑料桶，用秒表记录装满水的时间，实地测试水泵的输水流量和工作状况。对小型轮式农用喷药机在高程20米、40米的山上铺设100米和200米水管，开机后，用秒表记录水罐（箱）内水位每下降20升的时间，测试水泵的输水流量和工作状况。并根据输水高度，观测输水管外形的变化。

2 结果与分析

2.1 不同型号水泵输水结果与分析

经测试，4个型号的水泵输水结果见表2。测试结果说明，Ⅰ号、Ⅱ号和Ⅲ号在一般的条件下（0米±3米）、输水管长200米时，其输水量为水泵型号标定的输水量，当输水扬程达到水泵标定的最高扬程20米±3米时，Ⅰ号、Ⅱ号和Ⅲ号的输水量分别为1.68、1.42、0.88立方米/小时，比标定量减少了93.33%、94.32%和90.22%，说明农用水泵可以在较为平缓的地方供水，而向较高的山地供水时，其供水量会大幅度降低。Ⅳ号是采用汽油机和小型柱塞泵相结合的农用喷药机，在输水扬程20米±3米和40米±5米，输水管长100米和200米时，输水量为0.48立方米/小时、0.34立方米/小时，与标定量0.6～1.02立方米/小时相比，减少了20%～66.67%，说明农用喷药机工作过程中，供水量不大，但供水的扬程较高。

表2 不同水泵输水流量测试结果 （立方米/小时）

测试结果表明，Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号水泵适合在高差0米±3米的地方输水作业，扬程达到20米±3米，输水效能大幅度降低，因此，只适合于高差在20米以下的地方输水作业。Ⅳ号水泵可正常输水到扬程40米±5米、且输水距离达200米，说明山地环境下，具有较好的输水性能。

2.2 输水管形变测试结果与分析

受输水管材料、结构的影响，在输水压力的作用下输水管会膨胀或破裂，在输水2小时后，输水管的形变结果见表3，测试结果显示，在相对平坦的地面上输水，水管所受水压力小，基本没有变化。在输水高度达20米±3米时，与水泵相连的水管出现膨胀，1号水管的部分出现膨胀42毫米以上，比原管径膨胀120%以上，出现即将破裂的状态。2号水管直径大于约21毫米，比原管径膨胀10%左右，整条水管没有出现明显的变化。3号在该输水高度上没有出现变化，当输水度达40米±5米，输水管直径约15毫米，比原管径膨胀7.1%左右。

表3 输水管形变测试结果 （毫米）

测试结果表明，1号水管为单层PVC软管，抗压性能较低，适合于高差在3米左右的地方输水。2号为内外为PVC材料，中间夹有尼龙网的软管，其抗压性能较好，适合于在高差20米±3米的山地输水。3号为压力＞8米帕的4线2胶软管，在高差40米±5米的输水测试过程中，输水管没有出现变形现象，因此，可适用在山地环境输水作业。

2.3 水泵启动与引水测试结果与分析

泵的启动在23～28℃环境温度下冷态进行，按发动机的操作规程进行，用拉绳拉3～5次，启动后保持发动机怠速运行约1分钟，待发动机转速稳定后，迅速调节油门和泵的出口阀，使泵尽快达到额定喷水工作状况，水泵离水面2.56米±0.15米，记录下发动机增速起至泵出水的时间。试验完成后停机间隔5分钟，再进行第二次启动，共试验3次。运行工况是水泵连续工作30分钟后，水泵运行及输水状况的说明。水泵启动与引水测试结果见表4。

表4 不同型号水泵启动与引水性能测试结果

测试结果表明，4种型号的水泵发动机按要求拉动启动绳3～4次就能正常启动，发动机的启动性能表现良好。由于泵体离水面高约2.56米，小于额定5～7米吸水高度，发动机启动转速稳定后，调节油门使泵达到额定吸水工作状况，使吸上的水从出水口喷出，Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号分别用时3.52秒、3.31秒、3.21秒，水泵引水性能良好。Ⅳ号是汽油机和小型柱塞泵相结合，其采用的是直接供水的方式，不在引水测试之中。结合输水测试，4个型号水泵运行30分钟以上没有出现死机、断水等现象，整机输水工况表现良好。

3 结论与讨论

小型农用水泵在森林防灭火中的应用具有水泵重量轻、携带方便，操作简单易行，运行稳定的性能。测试结果说明，Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号水泵输水扬程能达20米，Ⅳ号水泵输水扬程达到40米以上。1号的水管输水扬程20米出现膨胀变形，不适合于扬程在20米以上的输水使用，2号输水管水管输水扬程20米，没有出现明显膨胀变形，可适用于扬程在20米的输水使用，3号输水管为耐压力＞8米帕的4线2胶软管，适用于扬程40米以上的输水使用。

农村是野外用火的主要地区，是森林火灾的易发、多发区，组建农村群众以水灭火队伍，对森林火灾的预防和扑救都具有重要意义。根据当地的山情、林情、水情，结合小型农用水泵的生产使用，每村组建2～3个灭火小组，配置Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号相应的小型农用水泵和相应的水管、喷水枪等灭火工具，就可应对由于焚烧田草、甘蔗叶、稻草、果园草等引发的森林火灾情的早期处置。同时，还可以用多台小型农用水泵，中间用大胶桶接续，向更高的山地供水。