Luận văn thạc sĩ nghiên cứu máy chữa cháy rừng dùng tác nhân chữa cháy là không khí

1 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Rừng phổi xanh toàn nhân loại, nguồn tài nguyên quý giá có khả tái tạo, có giá trị to lớn kinh tế quốc dân, văn hoá cộng đồng, du lịch sinh thái, nghiên cứu khoa học, an ninh quốc gia chất lượng sống người Tuy nhiên, tài nguyên rừng bị suy giảm nghiêm trọng số lượng chất lượng Một nguyên nhân làm rừng cháy rừng Theo thống kê cục Kiểm lâm vòng 12 năm (1992 - 2003) Việt Nam xảy 15.660 vụ cháy rừng làm thiệt hại 83.889 rừng Trung bình năm bị thiệt hại khoảng 10.000 Không bị tổn thất mặt tài nguyên mà ảnh hưởng đến tính mạng người, cải mơi trường sinh thái Đứng trước hiểm hoạ cháy rừng gây ra, nhà khoa học giới không ngừng nghiên cứu, cải tiến phương pháp phòng chữa cháy rừng, nhằm hạn chế đến mức thấp thiệt hại cháy rừng gây Mỗi loại thiết bị phù hợp với điều kiện định, nên áp dụng thiết bị chữa cháy rừng nước vào điều kiện rừng Việt Nam chưa phù hợp, địa hình rừng Việt Nam có độ dốc lớn, khơng có nguồn nước, vật liệu cháy rừng phức tạp, đường giao thông không thuận lợi Hiện việc chữa cháy rừng Việt Nam chủ yếu chữa cháy thủ công (dùng cành cây, cào, cuốc… đập trực tiếp vào đám cháy), nên hiệu thấp, nguy hiểm người tham gia chữa cháy, từ mà diện tích cháy rừng ngày tăng Một số vườn quốc gia sở chữa cháy trang bị số thiết bị để chữa cháy rừng, thiết bị khơng phù hợp với địa hình, điều kiện rừng, điều kiện tác nhân chữa cháy nên hiệu chữa cháy rừng không cao Do đặc điểm cháy rừng thường nơi xa nguồn nước, điều kiện vận chuyển nước không thuận lợi, độ dốc lớn, địa hình phức tạp nên thiết bị chữa cháy lớn xe ơtơ cứu hoả khó áp dụng Để tăng hiệu cho việc chữa cháy rừng cần phải nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị chữa cháy rừng sử dụng tác nhân chữa cháy chỗ, thiết bị gọn nhẹ dễ mang vác di dộng địa hình dốc, hiệu dập lửa lớn, dễ sử dụng, phù hợp với điều kiện địa hình điều kiện kinh tế Việt Nam, để trang bị rộng rãi cho sở sản xuất Lâm nghiệp, để từ tồn dân tham gia vào cơng tác chữa cháy rừng, góp phần hạn chế diện tích rừng bị cháy Xuất phát từ lý mà tiến hành thực đề tài: Nghiên cứu máy chữa cháy rừng dùng tác nhân chữa cháy khơng khí Mục tiêu nghiên cứu đề tài Xuất phát từ lý thực đề tài nêu, đặt mục tiêu nghiên cứu sau: Máy chữa cháy rừng tác nhân chữa cháy khơng khí sau nghiên cứu phải đạt yêu cầu: suất dập lửa cao, hiệu dập lửa lớn, sử dụng chất chữa cháy rừng chỗ (khơng khí), thiết bị gọn nhẹ, dễ sử dụng phù hợp với địa hình dốc nơi khơng có nguồn nước Phạm vi nghiên cứu đề tài Nghiên cứu máy chữa cháy rừng tác nhân chữa cháy khơng khí vấn đề rộng cần thời gian dài, đề tài giới hạn nội dung sau đây: - Thiết bị nghiên cứu: Đề tài không nghiên cứu phần động máy thổi gió, mà tập trung giải số vấn đề tồn máy thổi gió có là: lưu lượng vận tốc quạt gió, cơng suất động cơ, trọng lượng động chế độ sử dụng thiết bị - Đối tượng chữa cháy: Đề tài không nghiên cứu tất loại vật liệu cháy rừng, tất loại độ dốc, tất loại rừng, mà tập trung nghiên cứu số loại vật liệu cháy rừng có diện tích lớn, thường xun xảy cháy là: vật liệu cháy rừng rừng trồng - Địa điểm nghiên cứu: Đề tài khơng có điều kiện khảo nghiệm nhiều loại vật liệu cháy rừng, nhiều loại địa hình, mà chọn số địa phương có diện tích rừng trồng lớn, địa hình đặc trưng cho số tỉnh Miền Bắc Việt Nam như: tỉnh Hồ Bình, Thanh Hố, Phú Thọ, để lấy mẫu thí nghiệm khảo nghiệm điều kiện sản xuất Nội dung nghiên cứu đề tài Với phạm vi nghiên cứu trình bày phần trên, để đạt mục tiêu đề tài đặt ra, luận văn tập trung giải nội dung sau: 4.1 Nghiên cứu lý thuyết Nội dung nghiên cứu lý thuyết cần giải vấn đề sau: - Xác định chất trình cháy, điều kiện trình cháy nguyên lý dập tắt đám cháy rừng; - Xây dựng sở lý thuyết trình dập tắt đám cháy rừng chất chữa cháy khơng khí; - Xây dựng sở lý thuyết tính tốn xác định thơng số quạt gió; - Xác định cơng suất động làm sở để lựa chọn loại động hợp lý 4.2 Nghiên cứu thực nghiệm Nghiên cứu thực nghiệm để kiểm nghiệm kết tính theo lý thuyết xác định hiệu chữa cháy rừng chất chữa cháy khơng khí Từ kết làm sở lựa chọn dạng quạt gió hợp lý xác định số thông số tối ưu quạt gió, nội dung nghiên cứu thực nghiệm bao gồm vấn đề sau: - Xác định thông số vật liệu cháy rừng số khu rừng nghiên cứu; - Xác định thông số đám cháy nhiệt độ đám cháy, nhiệt độ gần đám cháy; - Xác định quan hệ chiều dài ống thổi với vận tốc khơng khí miệng ống thổi; - Xác định quan hệ vận tốc khơng khí với vị trí cách miệng ống thổi; - Xác định quan hệ vận tốc khơng khí miệng ống thổi với thời gian dập tắt đám cháy; - Xác định quan hệ chiều dày vật liệu cháy rừng với thời gian dập tắt đám cháy; - Xác định thơng số tối ưu quạt gió; - Xác định lưu lượng khơng khí cần thiết để dập tắt đám cháy; - Lựa chọn dạng cánh quạt gió hợp lý; - Xác định cơng suất động để làm sở lựa chọn loại động cho phù hợp 4.3 Thử nghiệm thiết bị nghiên cứu điều kiện sản xuất Thử nghiệm máy chữa cháy rừng tác nhân chữa cháy khơng khí điều kiện sản xuất nhằm xác định số tiêu kinh tế kỹ thuật thiết bị, từ sơ xác định hiệu kinh tế sử dụng thiết bị đánh giá khả áp dụng vào sản xuất Chƣơng TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình cháy rừng Việt Nam giới 1.1.1 Tình hình cháy rừng giới Trước cách mạng công nghiệp, rừng giới chiếm khoảng 50% diện tích lục địa, đến năm 1955 diện tích rừng bị giảm nửa Tới năm 1980 diện tích rừng giới khoảng 2,5 tỷ (bằng 1/5 diện tích bề mặt trái đất) Một nguyên nhân rừng cháy rừng gây Số liệu thống kê cho thấy, hàng năm giới trung bình có khoảng từ 10 - 15 triệu rừng bị cháy, có năm số cịn tăng gấp đơi Những đám cháy rừng điển hình xảy số nước sau: - Ở Mỹ: Tại Miramichi Maine (10/1825) cháy rừng thiêu huỷ 30.000 ha, số người thiệt mạng không xác định được; Tại Great Idaho (8/1911) cháy rừng thiêu huỷ 30.000 85 người thiệt mạng Vụ cháy năm 1947 có 1.200.000 có 60 người thiệt mạng; Trong hai năm 1993 - 1994 hàng nghìn vụ cháy rừng thiêu huỷ khoảng 1.590.000 Riêng năm 2000 Mỹ bị cháy 2,8 triệu ha, phí tới 15 triệu USD/ngày vòng tháng - Ở Hy Lạp: Những đám cháy liên tục nước từ năm 1998 tới tháng năm 2000 gây nên quan tâm giới Riêng tháng tháng 8/1998 có tới 9.000 vụ cháy lớn nhỏ, thiêu huỷ khoảng 1.500.000 rừng hàng trăm nhà bao quanh bao gồm bệnh viện, tiệm ăn, nhà máy, trường học… Trong vòng vài tuần tháng 7/2000 có tới 70.000 rừng bị cháy Tháng đến tháng 10 năm 2007 Hy Lạp xảy vụ cháy rừng kéo dài tháng làm thiệt hại khoảng 120.000 rừng làm 60 người chết, thiệt hại kinh tế khoảng 60 tỷ đô la - Ở Pháp: Năm 1975 có tới 350 vụ cháy rừng với tổng thiệt hại 155.000 (phụ lục 1) - Ở Australia: Năm 1976 cháy rừng thiêu huỷ 1,7 triệu Ngày 16/2/1983, vụ cháy thiêu huỷ 335.000 rừng đồng cỏ Bang Victoria (phụ lục 1), làm chết 73 người, 1.000 người bị thương gây thiệt hại khoảng 450 triệu USD - Ở Trung Quốc: Năm 1987 có khoảng triệu rừng bị cháy làm thiệt hại hàng tỷ đô la 150 người thiệt mạng - Tại Khu vực Đông Nam Á: Theo số liệu thống kê FAO, từ năm 1982 đến đầu năm 1998 có 15 triệu rừng đất rừng khu vực bị cháy Trong đó, Inđơnêsia nước thường xảy cháy rừng với thiệt hại lớn Cháy rừng Inđônêsia năm 1998 làm ô nhiễm khơng khí nước khu vực; Theo Peter F Moore (Giám đốc dự án phòng chống cháy khu vực Đơng Nam Á), tình hình cháy rừng giới hai năm 1997 - 1998 thống kê bảng 1.1; Bảng 1.1: Tình hình cháy rừng giới năm (1997 – 1998) D.tích rừng bị cháy Lượng CO2 thải Thiệt hại kinh tế (triệu ha) (tấn) (tỷ USD) Đông Nam Á -10 11 triệu 10 Trung Quốc 1,1 x x Amazon 3,3 x x Nga 2,0 30 triệu x Trung Mỹ 1,5 x x Bắc Mỹ 5,6 x 0,5 Nam Châu Âu 0,22 x x 23,64 41 triệu x Khu vực Tổng Như tính riêng hai năm 1997 - 1998, giới có 23 triệu rừng bị tác động cháy rừng 1.1.2 Tình hình cháy rừng Việt Nam Việt Nam có 12,8 triệu rừng (độ che phủ tương ứng 38,8%), với 10,8 triệu rừng tự nhiên triệu rừng trồng Trong năm gần diện tích rừng tăng lên, chất lượng rừng suy giảm, rừng nguyên sinh khoảng 7%, rừng thứ sinh nghèo kiệt chiếm gần 70% tổng diện tích rừng nước, loại rừng dễ xảy cháy, Việt Nam có khoảng triệu rừng dễ cháy bao gồm: rừng thông, rừng tràm, rừng tre nứa, rừng khộp, rừng non khoanh nuôi tái sinh tự nhiên rừng đặc sản…, với diện tích rừng dễ xảy cháy rừng hàng năm, tình hình diễn biến thời tiết ngày phức tạp khó lường Việt Nam làm nguy tiềm ẩn cháy rừng cháy lớn ngày nghiêm trọng Trong vài thập kỷ qua, trung bình năm Việt Nam hàng chục ngàn rừng, cháy rừng khoảng 16.000 Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ cháy rừng thiệt hại cháy rừng gây vòng 40 năm qua (1963 2002) Cục Kiểm lâm tổng số vụ cháy rừng 47.000 vụ, diện tích thiệt hại 633.000 rừng (chủ yếu rừng non), có 262.325 rừng trồng 376.160 rừng tự nhiên Thiệt hại ước tính hàng ngàn tỷ đồng, chưa kể đến ảnh hưởng xấu môi trường sống, thiệt hại làm tăng lũ lụt vùng hạ lưu mà chưa xác định làm giảm tính đa dạng sinh học, phá vỡ cảnh quan, tác động xấu đến an ninh quốc phòng… Ngồi cịn gây thiệt hại đến tính mạng tài sản người Một số số liệu điển hình cháy rừng thiệt hại cháy rừng gây Việt Nam năm qua sau: Năm 1976, tỉnh Cà Mau cháy 21.000 rừng Tràm, làm 02 người chết; Quảng Ninh từ năm 1962 - 1983, diện tích rừng Thơng bị cháy 15.800 với 10.000 bát nhựa bị cháy, vỡ gây thất thu hàng ngàn nhựa thông số kho tàng bị cháy; tỉnh Lâm Đồng từ năm 1981 - 1994 cháy 43.238 rừng Thông số rừng trồng khác; tỉnh Cà Mau Kiên Giang diện tích rừng Tràm bị cháy năm (1976 - 1980) 43.600 gây thiệt hại triệu m3 gỗ, củi nhiều loại trùng, động vật cư trú đó, đồng thời cháy lớp than bùn từ 0,8 đến 1,2 m gây thiệt hại hàng trăm tỷ đồng, đặc biệt năm 1998 Kiên Giang bị cháy 4.262 rừng, tổn thất 20 tỷ đồng; tỉnh Thừa Thiên Huế, mùa khô năm 1991, dùng lửa thiếu ý thức làm cháy 300 rừng Thông, thời gian ngắn thiêu huỷ khu rừng gây trồng 10 năm tuổi; tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Đăk Lăk Lâm Đồng tỉnh bị cháy rừng lớn, tính riêng từ năm 1992 - 2000, bốn tỉnh xảy 1.825 vụ cháy rừng, gây thiệt hại 13.290 rừng kinh tế, [7] Năm 1998, nước chịu ảnh hưởng tượng El Nilo xảy cháy 15.000 rừng, làm chết 13 người Năm 2002, xảy 1.198 vụ cháy rừng, thiệt hại 15.548 rừng (4.125 rừng tự nhiên 11.423 rừng trồng), thiệt hại hai vụ cháy rừng U Minh 5.415 ha, giá trị lâm sản thiệt hại ước tính khoảng 290 tỷ đồng (theo giá thị trường U Minh khoảng 500.000đ/m3), chưa kể hàng chục tỷ đồng chi phí chữa cháy chi phí để phục hồi phục hồi rừng nhà nước Ngày 27/3/2006, Mù Cang Chải (Yên Bái), cháy 21,5 rừng trồng, thiệt hại 100% Ngày 17/3/2006 ban quản lý rừng đặc dụng Thanh Thuỷ (Hà Giang) cháy 25,1 rừng tự nhiên, thiệt hại 100%, [5] Để tổng hợp tình hình cháy rừng Việt Nam thống kê bảng 1.2 Bảng 1.2: Tổng hợp tình hình cháy rừng Việt Nam từ năm 1993 - 2003 Tổng số Cháy rừng Cháy rừng Tổng cháy rừng vụ cháy (ha) TN (ha) trồng (ha) kinh tế (ha) 1993 4.248 3.165,2 3.200 6.365 1994 2.337 4.226,6 4.120 8.321,6 1995 850 6.084 3.600 9.648 1996 2.551 6.540 6.196 12.758 1997 309 3,7 1.054 1.361 1998 1.685 6.893 7.919 14.812 TT Năm Ghi 1999 185 902 236 1.139 2000 244 654 205 850 2001 256 391 1.454 1.845 10 2002 1.198 4.125 11.423 15.548 11 2003 330 464 938 1.402 14.193 33.751,8 40.345 74.049,6 T Hình 1.1: Cháy rừng Tây nguyên Từ bảng số liệu (1.2) ta thấy trung bình năm Việt Nam xảy 1.290 vụ cháy rừng, gây thiệt hại 3.068 rừng tự nhiên 3.667 rừng trồng Đặc biệt từ tháng đến tháng năm 2002, vụ cháy rừng Tràm vườn quốc gia U Minh Thượng (Kiên Giang) làm thiệt hại 2.715 U Minh Hạ (Cà Mau) làm thiệt hại 2.703 ha, chưa kể đến tổn thất tài ngun, mơi trường… tính riêng cho công tác chữa cháy lên tới - tỷ đồng Hiện nay, nạn cháy rừng trở thành vấn đề nghiêm trọng quốc gia giới, đặc biệt nước có diện tích rừng lớn Vì vậy, hạn chế nạn cháy rừng bảo vệ môi trường sống nhân loại nhiệm vụ cấp bách quốc gia mà toàn giới 1.2 Khái quát công nghệ chữa cháy rừng 10 Cháy rừng thảm họa thiên nhiên mà quốc gia giới phải quan tâm, trọng đầu tư nghiên cứu, ứng dụng kỹ thuật phòng, chữa cháy chế tạo thiết bị chuyên dụng để chữa cháy rừng nhằm hạn chế đến mức thấp thiệt hại cháy rừng gây Đặc điểm cháy rừng xảy diện tích rộng lớn, điều kiện địa hình phức tạp, xa nguồn nước, tốc độ lan tràn lửa lớn, việc chữa cháy rừng có đặc điểm riêng khác với chữa cháy dân dụng công nghiệp Việc áp dụng thiết bị chữa cháy công nghiệp dân dụng vào chữa cháy rừng khơng có hiệu khơng phù hợp [26], [35] Có nhiều cơng trình nghiên cứu công nghệ chữa cháy rừng giới, theo cơng trình [40], [42], [49], vào đặc điểm vật liệu cháy rừng người ta chia cháy rừng thành loại: Cháy mặt đất (cháy thảm cỏ bụi, khô), cháy tán (cháy dây leo, cành cây), cháy ngầm (cháy lớp than bùn) Với loại cháy rừng, loại địa hình có cơng nghệ thiết bị chữa cháy cho phù hợp Theo tài liệu [7], [32], [33], [34], [35], [49], nước giới sử dụng công nghệ chữa cháy rừng trực tiếp gián tiếp sau: * Công nghệ chữa cháy rừng trực tiếp: Ngăn không cho ôxy tiếp xúc với vật cháy, kỹ thuật sử dụng phương pháp dùng hố chất (bọt khí CO2), dùng đất cát phủ lên vật cháy, phương pháp thích hợp giai đoạn đầu q trình cháy Hạ nhiệt độ đám cháy xuống điểm cháy, kỹ thuật sử dụng dùng nước, khơng khí thu nhiệt đám cháy để hạ nhiệt độ đám cháy xuống điểm cháy đám cháy bị dập tắt * Công nghệ chữa cháy rừng gián tiếp: Cách ly vật liệu cháy: mục đích phương pháp cách ly triệt để vật liệu cháy với vật liệu chưa cháy đám cháy không cháy lan xung 89 Thay giá trị β1 = 60,49540, β2 = 126,9240 vào phương trình thực (4.23) (4.24) ta có vận tốc hiệu suất lớn v = 59,33m/s η = 0,531 4.8 Tính tốn chiều dài ống thổi Do khơng khí có trọng lượng riêng nhẹ nên khơng khí khỏi miệng ống thổi vận tốc áp lực giảm nhanh, trình chữa cháy miệng ống thổi gần đám cháy tốt Qua thực nghiệm cho thấy cách miệng ống thổi 2m vận tốc áp lực khơng khí giảm 50%, từ hiệu chữa cháy thấp Đối với thiết bị chữa cháy chiều dài ống thổi lớn tốt Nhưng chiều dài ống thổi lớn lại làm cho trọng lượng máy tăng lên, cân máy trình hoạt động thấp, lực cản đường ống lớn nên vận tốc áp lực khơng khí giảm Từ cơng thức (3.19) tính vận tốc gió cách tâm quạt 2,5m là: V2 , m  0,967  V0 ta có es  0,29 R0 S= 0,967  V0  R0  0,29  R0  V2,5m e  V2 , m (4.30) Thay: V0 - tốc độ gió cửa quạt = 68m/s; V2,5m = 59,33 m/s; R0 = 0,1; e = 0,0511 vào cơng thức (4.30) chiều dài ống thổi (S) tính sau: S 0,967  68  0,1  0,29  0,1  59,33  1,6(m) 0,0511  59,33 Với chiều dài ống thổi 1,6 m kết cấu máy đảm bảo cân bằng, máy hoạt động đạt yêu cầu, công nhân vận hành máy đứng cách đám cháy 2,5 m miệng ống thổi đưa sát vào đám cháy 4.9 Tính tốn cơng suất động Cơng suất động tính theo cơng thức sau: Nđc = k.L.Pht 102. ( Kw) Trong đó: L - lưu lượng khơng khí, L = 0,7 (m3/s); k - hệ số dự trữ, k = 1,1; (4.31) 90  - hiệu suất quạt,  = 0,62; ΔPht - cột áp toàn phần hệ thống ΔPht tính theo cơng thức sau: ΔPht = Pống + Pđ (Kg/cm2); (4.32) Trong đó: Pđ - áp suất động Pd    V22 2 g  1,02  68  240  9,8 (Kg/m2); Pống - trở lực đường ống (Kg/cm2); Với Pống = (1 + 2)  V22 2.g (Kg/cm2); (4.33) Trong đó: 1- hệ số cản tính đến hình dạng đường ống (theo tài liệu 14), 1 = 0,05 2 - hệ số cản cục tính đến cửa vào, (theo tài liệu 14), 2 = 0,1 Thay vào cơng thức (4.33) ta có: Pống = ( 0,05 + 0,1 ) 1,02.682 = 36 (Kg/m2) 2.9,8 Vậy cột áp toàn phần hệ thống là: ΔPht = 36 + 240 = 276 (Kg/m2) = 276 ( mmH2O ) Thay vào cơng thức (4.31) ta có: Nđc = 1,1.0,7.276 = 3,36 (Kw) 102.0,62 4.10 Chọn loại động Vì trình cháy rừng thường diễn nơi có điều kiện địa hình phức tạp, độ dốc lớn Cho nên để thuận tiện cho trình chữa cháy rừng đạt hiệu cao ta nên chọn động có cơng suất lớn, trọng lượng nhẹ Qua q trình nghiên cứu tơi chọn động động cưa xăng máy phát vật liệu cháy rừng Đối với máy phát vật liệu cháy rừng khơng có loại cơng suất 91 lớn mà có loại công suất nhỏ Do chọn cưa xăng làm nguồn động lực cho quạt hoạt động Để hạ giá thành sản phẩm chọn cưa Homlet Mỹ để nghiên cứu lắp ráp với quạt gió Qua nghiên cứu thu thông số động sau: - Trọng lượng động cơ: 5,4 Kg; - Cơng suất động cơ: 3,4 Kw; - Số vịng quay tối đa: 8000 vòng/ phút; - Tiếng ồn: 120 dB 92 Chƣơng THỰC NGHIỆM MÁY CHỮA CHÁY RỪNG DÙNG TÁC NHÂN CHỮA CHÁY LÀ KHƠNG KHÍ Nội dung chương chúng tơi tiến hành thực nghiệm thiết bị chữa cháy rừng tác nhân chữa cháy khơng khí chế tạo theo thông số tối ưu để xác định số thông số kỹ thuật thiết bị, sở đánh giá hiệu chữa cháy thiết bị khả áp dụng thiết bị vào thực tế Quá trình thực nghiệm đề tài này, thực với đề tài cấp sở: “Nghiên cứu khảo nghiệm cải tiến thiết bị chữa cháy rừng sử dụng đất cát, khơng khí nước dạng sương”, [17] 5.1 Địa điểm tiến hành thực nghiệm Để đánh giá khả áp dụng thiết bị vào thức tế sản xuất chọn địa điểm để thực nghiệm có tính đặc trưng cho vật liệu cháy rừng rừng trồng tỉnh miềm núi phía Bắc nơi thường xuyên xảy cháy rừng Địa điểm lựa chọn khu rừng trồng thuộc lô 20 khoảnh đội Lâm trường Tam Thanh tỉnh Phú Thọ 5.1.1 Địa hình Khu rừng thực nghiệm nằm sườn đồi, có độ cao tuyệt đối từ 40 80m, phần lớn diện tích khu rừng có độ dốc từ 30 - 70 , riêng phần đỉnh đồi phía Tây nam có độ dốc 70 Dạng địa hình phổ biến cho khu rừng trồng tỉnh phía Bắc Lơ rừng thực nghiệm cách đường ôtô km, nên phương tiện giới khơng tiếp cận được, lơ rừng khơng có nguồn nước nên sử dụng máy bơm nước chữa cháy không thực Để đánh giá khả chữa cháy thiết bị chọn vị trí rừng có độ dốc ≤ 300 để thử nghiệm 5.1.2 Thông số vật liệu cháy rừng 93 Loại vật liệu cháy rừng nơi tiến hành thực nghiệm bao gồm: Guột, khơ, lau chít, khu rừng trồng năm tuổi năm không chăm sóc nên chiều dày vật liệu cháy rừng lớn, khoảng từ 50cm đến 80cm Khối lượng vật liệu khơ 1m2 diện tích: 6kg Độ ẩm vật liệu cháy rừng lúc tiến hành thực nghiệm 18% - 20 % Địa hình vật liệu cháy rừng nơi khảo nghiệm thể hình 5.1 5.1.3 Tình hình thời tiết Thực nghiệm tiến hành vào mùa khơ, nhiệt độ khơng khí 300C, độ ẩm khơng khí 80%, vận tốc gió 1,5 m/s Thực nghiệm tiến hành vào 11 trưa, trời nắng Hình 5.1 Địa hình vật liệu cháy rừng nơi tiến hành khảo nghiệm thiết bị chữa cháy 5.2 Thực nghiệm máy chữa cháy rừng đƣợc chế tạo Sau nghiên cứu tính tính tốn thiết kế chế tạo xong thiết bị chữa cháy rừng tác nhân chữa cháy không khí chúng tơi tiến hành thực nghiệm ngồi thực tế để xác định số thông số số tiêu kinh tế, kỹ thuật thiết bị 5.2.1 Một số thông số kỹ thuật máy chữa cháy sức gió thiết kế chế tạo 5.2.1.1 Cấu tạo thiết bị Cấu tạo thiết bị chữa cháy rừng chất chữa cháy khơng khí thể hình 5.2 94 Hình 5.2 Cấu tạo thiết bị thiết kế chế tạo Ống thổi; Nắp quạt gió ; Dây đeo máy 5.2.1.2 Xác định số thông số kỹ thuật thiết bị Để xác định thông số thiết bị tiến hành thực nghiệm để xác định Kết thực nghiệm thông số kỹ thuật thiết bị sau: - Trọng lượng thiết bị: 8,5 Kg; - Chiều dài ống thổi: 1,6 m; - Vận tốc khơng khí miệng ống thổi : 59 m/s; - Áp lực khơng khí miệng ống thổi là: 276 (Kg/m2); - Chi phí nhiên liệu: 1,5 lít xăng/h; - Cơng suất động cơ: 3,4 Kw; Q trình khảo nghiệm xác định thơng số máy thể hình 5.3 Hình 5.3 Thực nghiệm xác định thông số thiết bị 5.2.2 Khảo nghiệm khả chữa cháy thiết bị 5.2.2.1 Khảo nghiệm thời gian dập tắt đám cháy Quá trình khảo nghiệm tiến hành sau: 95 - Đo thơng số khí hậu nhiệt độ khơng khí, vận tốc gió, độ ẩm khơng khí, độ ẩm lớp vật liệu, chiều dày lớp vật liệu - Công nhân vận hành tập huấn cách sử dụng thiết bị, phương pháp dập lửa trang bị bảo hộ lao động (mũ bảo hiểm xe máy, giày bảo hộ lao động, găng tay, quần áo cách nhiệt) - Dụng cụ đo: đo diện tích đám cháy thước, đo nhiệt độ nhiệt kế, đo vận tốc gió máy đo gió, đo chiều dày lớp vật liệu cháy thước, đo thời gian dập tắt đám cháy đồng hồ bấm giây, đo chiều cao lửa thước mét Sau công tác chuẩn bị xong đo đếm thông số cần thiết tiến hành đốt vật liệu cháy để tạo đám cháy khác dùng thiết bị chữa cháy rừng tác nhân chữa cháy khơng khí để dập tắt đám cháy Q trình thực nghiệm thể hình 5.4 (và phụ lục 25) Kết thực nghiệm ghi bảng 5.1 Hình 5.4 Thực nghiệm xác định thời gian dập tắt đám cháy Bảng 5.1 Kết thực nghiệm máy chữa cháy rừng tác nhân chữa cháy khơng khí thiết kế chế tạo Số Loại vật liệu Chiều Vận Nhiệt Chiều Độ ẩm Kích Thời TN cháy dày tốc gió độ cao vật liệu thước gian lớp vật ngồi mơi cháy đám dập tắt 96 Guột, Lá khô, Cành khô liệu trời trường (cm) (m/s) (0C) 25 lửa (m) (%) cháy (phút) (m) 25 1,4 18 3x7 Guột + khô 30 0,8 25 1,7 20 3x7 12 Guột + khô 35 25 2,0 20 3x7 16 Guột + khô 40 25 2,2 18 3x7 23 Guột + khô 50 25 3,0 18 3x7 27 Nhận xét: Sau thực nghiệm xong chúng tơi có số nhận xét sau: - Thiết bị hồn tồn dập tắt đám cháy nhỏ - Đối với đám cháy lớn chiều cao lửa lớn người vận hành thiết bị khó tiếp cận đám cháy xạ nhiệt đám cháy lớn nên người vận hành phải có bảo hộ lao động như: giày, quần áo, mũ, găng tay - Đối với đám cháy lớn hiệu dập lửa thấp Qua thí nghiệm số chúng tơi thấy sau thời gian lớp liệu cháy gần hết lúc chiều cao lửa thấp thiết bị dập tắt - Kỹ thuật thổi quan trọng thổi phía lửa khơng thể tắt đươc, thổi khơng dứt điểm lửa lại cháy to thêm, cần thổi cắm xuống đưa miệng ống thổi sát với chỗ vật liệu cháy sửa cháy, thổi tắt di chuyển chỗ khác 5.2.2.2 Thực nghiệm suất dập lửa thiết bị Căn vào phương pháp chữa cháy rừng khơng dập tắt hồn tồn đám cháy mà ngăn không cho đám cháy lan rộng sau thời gian vật liệu cháy hết tự tắt Do mục đích thiết bị dập 97 tắt không cho đám cháy lan chỗ khác Do suất thiết bị định nghĩa sau: - Năng suất dập lửa thiết bị chiều dài mà thiết bị dập tắt không để lan chỗ khác đơn vị thời gian, đơn vị (m/phút) Quá trình thực nghiệm xác định suất dập lửa tiến hành sau: tạo đám cháy có chiều dài 20 m, bề rộng đám cháy 1,5 m Sau sử dụng thiết bị chữa cháy rừng tác nhân chữa cháy không khí để dập khơng cho đám cháy lan rộng Kết thực nghiệm ghi bảng 5.2 Bảng 5.2: Kết thực nghiệm suất dập lửa Số TN Loại vật liệu cháy rừng Guột + khô Guột + khô Guột + khô Chiều dày (cm) Độ ẩm vật liệu cháy (%) Kích thước đám cháy (m) Chiều cao lửa (m) Vận tốc gió khơng khí ngồi trời (m/s) Năng suất dập lửa (m/phút) 20 18 x 25 1,2 1,5 6,8 30 18 x 25 1,7 1,5 5,9 40 18 x 25 2,3 1,5 4,7 Nhận xét: Năng suất dập lửa thiết bị thiết kế chế tạo cao máy thổi gió của Trung Quốc 5.3 So sánh khả dập lửa thiết bị chữa cháy đƣợc nghiên cứu với thiết bị có Sau thực nghiệm xác định số tiêu kỹ thuật thiết bị chữa cháy.Chúng tiến hành so sánh tiêu thiết bị để đánh giá khả dập lửa hiệu chữa cháy thiết bị Số liệu khảo nghiệm 98 máy chữa cháy Trung Quốc Nhật Bản xác định đề tài cấp sở [17] Kết so sánh thể bảng 5.3 Bảng 5.3: So sánh thời gian dập lửa máy chữa cháy tác nhân khơng khí TT Chỉ tiêu so sánh Trọng lượng thiết bị (kg) Lưu lượng khơng khí (m3/phút) Thời gian dập tắt đám cháy (phút) Năng suất dập lửa chiều dày vật liệu cháy rừng 20 cm (m/ph) Chiều cao lửa dập (m) Máy thổi gió Trung Quốc 10,5 35 Máy thổi gió Nhật Bản 10 Máy thổi gió thiết kế chế tạo 8,5 50 14 28 12 4,5 2,4 5,9 1,5 2,5 Nhận xét: Từ bảng kết so sánh chúng tơi có nhận xét sau: - Đối với thiết bị chữa cháy rừng tác nhân khơng khí nghiên cứu có thời gian dập tắt đám cháy nhỏ hơn, suất chữa cháy cao hẳn so với máy chữa cháy rừng Nhật Bản Trung Quốc số sở sử dụng Việt Nam - Máy chữa cháy sức gió nghiên cứu thiết kế gọn nhẹ, tính động cao, sử dụng nơi có độ dốc cao độ dốc ≤500 - Việc nghiên cứu công nghệ chữa cháy, kỹ thuật sử dụng thiết bị ảnh hưởng lớn đến hiệu suất dập lửa thiết bị - Thiết bị nghiên cứu thiết kế chế tạo đạt yêu cầu mục tiêu đề tài đặt là: suất dập lửa cao, hiệu dập lửa lớn, thiết bị nhẹ sử dụng nơi khơng có nguồn nước, địa hình phức tạp 99 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau thực xong đề tài có số kết luận sau: Trên sở nghiên cứu lý thuyết trình cháy đề tài lựa chọn chất chữa cháy rừng chỗ sẵn có là: khơng khí phù hợp với việc chữa cháy rừng nơi có địa hình đồi núi cao, nơi khơng có nguồn nước Đề tài tiến hành thực nghiệm từ xác định số thông số vật liệu cháy rừng rừng là: chiều dày lớp vật liệu cháy rừng, khối vật liệu cháy 1m2 diện tích Đã xác định nhiệt độ, chiều cao lửa, khoảng cách người chữa cháy tiếp cận đám cháy Đề tài xác định thông số cần thiết chất chữa cháy khơng khí, lưu lượng 0,7 m3/s, vận tốc v = 68 m/s Những thông số xác định sở để tính tốn, thiết kế thiết bị chữa cháy rừng Đề tài xây dựng sở lý thuyết tính tốn máy quạt gió để dập lửa, q trình nghiên cứu lý thuyết áp dụng tính tốn thiết kế quạt gió, khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến lưu lượng vận tốc quạt gió, kết khảo sát cho thấy dạng cánh quạt, đường kính trong, đường kính ngồi, bề rộng, diện tích cửa vào gió, góc lắp ráp đầu vào đầu cánh quạt tham số ảnh hưởng lớn đến chất lượng máy quạt chữa cháy rừng Đề tài tiến hành thực nghiệm xác định quan hệ chiều dài ống thổi với vận tốc khí thổi, quan hệ lưu lượng vận tốc với thời gian dập tắt đám cháy Bằng nghiên cứu thực nghiệm đề tài xác định thông số cần thiết khơng khí để chữa cháy, sai lệch kết tính theo lý thuyết thực nghiệm nằm khoảng giới hạn cho phép, nên mơ hình tính theo lý thuyết chấp nhận Bằng nghiên cứu thực nghiệm đề tài xác định thông số tối ưu góc lắp ráp đầu vào β1 = 60,40, góc lắp ráp đầu β2 = 126,90, vận tốc lớn quạt 59,33m/s, hiệu suất lớn η = 0,53 100 Đề tài tính tốn thiết kế chế tạo thiết bị chữa cháy rừng chất chữa cháy không khí Thiết bị có trọng lượng nhẹ hơn, lưu lượng khơng khí lớn hơn, độ rung nhỏ máy có Đề tài tiến hành thực nghiệm máy chữa cháy rừng thiết kế chế tạo, kết thực nghiệm xác định số tiêu kinh tế, kỹ thuật thiết bị là: thời gian dập tắt đám cháy thiết bị, suất dập lửa Đề tài tiến hành so sánh số tiêu kỹ thuật máy thực nghiệm với số thiết bị có Kết so sánh cho thấy máy thổi gió thiết kế chế tạo có trọng lượng nhẹ, độ rung nhỏ, thời gian dập tắt đám cháy ngắn, suất dập lửa cao máy MHB - 28 HB 2301 Từ kết thực nghiệm khẳng định là: máy thổi gió nghiên cứu thiết kế chế tạo hồn tồn áp dụng vào thực tế để dập tắt đám cháy rừng có cường độ vừa nhỏ, cháy mặt đất Kiến nghị Do thời gian nghiên cứu có hạn, với giới hạn đề tài trình bày phần mở đầu, để hoàn thiện thiết bị cần phải tiếp tục nghiên cứu số vấn đề sau: Cần tiếp tục nghiên cứu rung động máy để đưa giải pháp chống rung cho thiết bị, tiếp tục nghiên cứu tối ưu thêm số thơng số khác lưỡi ốc, diện tích cửa vào gió, bề rộng cánh quạt Cần phải tiến hành khảo nghiệm thiết bị nhiều loại vật liệu cháy rừng cỏ chanh, lau chít, thơng , nhiều loại địa hình khác đám cháy lớn, cháy tán để từ đánh giá hạn chế thiết bị Công nghệ chữa cháy, kỹ thuật sử dụng thiết bị để dập lửa ảnh hưởng lớn đến suất hiệu chữa cháy, cần tiếp tục nghiên cứu công nghệ kỹ thuật chữa cháy máy thổi gió để nâng cao hiệu sử dụng thiết bị 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Bộ Nông nghiệp phát triển Nông thôn, Cục Kiểm lâm (2000), Văn pháp quy phòng cháy, chữa cháy rừng NXB Nông nghiệp, Hà Nội Vũ Khắc Bảy (2005) Toán kỹ thuật, Bài giảng cao học máy thiết bị giới hố nơng lâm nghiệp Nguyễn Văn Bỉ (1997) Giải toán tối ưu đa mục tiêu công nghiệp rừng Thông tin khoa học lâm nghiệp Cục Kiểm lâm (1988) Báo cáo kết đề tài "Nghiên cứu số biện pháp phòng cháy, chữa cháy rừng Thông rừng Tràm" Bế Minh Châu (2002) Lửa rừng NXB Nơng nghiệp Trần Chí Đức(1981) Thống kê tốn học, NXB Nơng nghiệp Hà Nội Phạm Ngọc Hưng (1994) Phòng cháy, chữa cháy rừng NXB Nông nghiệp Phạm Ngọc Hưng, Đề tài cấp nhà nước 04.01.01.07 Phạm Thượng Hàn (1994) Kỹ thuật đo lượng đại lượng vật lý Tập I NXB Giáo dục 10 Đặng Thế Huy (1995) Phương pháp nghiên cứu khoa học khí nơng nghiệp, NXB Nơng nghiệp Hà Nội 11 Đặng Thế Huy (1995) Một số vấn đề học giải tích học máy, NXB Nông nghiệp Hà Nội 12 Lê Công Huỳnh (1995) Phương pháp nghiên cứu khoa học phần nghiên cứu thực nghiệm NXB Nông nghiệp Hà Nội 13 Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang (1998) Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm ứng dụng kỹ thuật nông nghiệp NXB Nông nghiệp, Hà Nội 14 Nguyễn Văn Muốn, Nguyễn Viết Lầu, (1999) Máy canh tác nông nghiệp NXB Giáo dục 15 Phan Thanh Ngọ (1996) Nghiên cứu số biện pháp phịng cháy, chữa cháy rừng Thơng ba (Pinus.kesiya Royle ex Gordon), rừng Tràm (Melaleuca cajuputi Powel) Việt Nam Luận án Phó tiến sĩ Khoa học nơng nghiệp 16 Vương Văn Quỳnh (2005) Báo cáo đề tài "Nghiên cứu xây dựng giải pháp phòng cháy khắc phục hậu cháy rừng cho vùng U Minh Tây Nguyên Đề tài cấp nhà nước 102 17 Dương Văn Tài (2007) Nghiên cứu khảo nghiệm cải tiến thiết bị chữa cháy rừng sử dụng đất cát, khơng khí nước dạng sương Đề tài cấp sở 18 Bùi Thế Tân, Trần Vũ Thiệu (1980) Các phương pháp tối ưu hoá NXB Giao thông vận tải Hà Nội 19 Đào Quang Triệu (1994) Phương pháp quy hoạch thực nghiệm cực tiểu tối ưu hố q trình kỹ thuật hệ phức tạp Bài giảng cao học nghiên cứu sinh Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội 20 Đinh Ngọc Tuấn (2002) Giáo trình sở lý hố q trình phát triển dập tắt đám cháy NXB Khoa học kỹ thuật 21 Đặng Tùng, Đào Quốc Hợp, Cao Đắc Phong (2004) Giáo trình lý thuyết trình cháy NXB Khoa học kỹ thuật 22 Lê Văn Tiến (1991) Giáo trình lý thuyết xác suất thống kê toán học NXB Đại học giáo dục chuyên nghiệp Hà Nội 23 Nguyễn Minh Tuyển (2005) Bơm, máy nén, quạt công nghiệp NXB Xây dựng 24 Lê Đình Thơm (2006) Nghiên cứu hiệu dập lửa số loại dụng cụ thủ công chữa cháy cho rừng trồng tỉnh Quảng Trị Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, Đại học Lâm nghiệp 25 Sổ tay kỹ thuật phòng cháy, chữa cháy rừng (2002), NXB Nông nghiệp Tiếng Anh 26 A.A Brown, K.P Davis, Forest fire: Control and Use 2nd edition McGraw Hill C Chandler, (1991), Forest-fire Management and Organization (Fire in Forestry; Vol 2) Krieger Publishing Company 27 Enrico Marchi a, Enrico Tesi b, Niccolo` Brachetti Montorselli a, Francesco Neri Helicopter activity in forest fire-fighting: A data analysis proposal Forest Ecology and Management 234S (2006) S254 Available online at 28 Fire in Indonesia and the Integrated Forest Fire Management Project – IFFM (IFFN No 23 - December 2000, p 12-16) 29 Gorte, R.W (2000), Forest Fire Protection CRS Report for Congress Congressional Research Service, The Library of Congress, Order Code RL30755 30 Myung-Hee Jo, Yun-Won Jo, Joon Bum Kim Developing the forest fire extinguish equipment management system using GPS and GIS Available online at 103 31 M H Jo, M B Lee, K D Bu, S R Baek, 2000 The Construction of Forest Fire Monitoring System using Internet GIS and Satellite Images, Proceedings of International Symposium on Remote Sensing, pp.61-64 32 SAF(2), (2004), Fire Preparedness a Hot Topic in House and Senate Hearings The Forestry Source 9(6), http://www.safnet.org/periodicals/forestrysource.cfm) 33 USFS, (2000), Policy implications of large fire management: a strategic assessment of factors influencing costs State and Private Forestry, Washington 34 Wybo, J L., G Eftiquidis, D Kotsouris, T Manganas, D.X Viegas, T Apostolopoulos, E Pelosio, G Bovio, A Ollero, D Schmidt and A Criado, DEDICS (1998), A general framework for supporting management of forest fires Proceedings of the III International Conference on Forest Fire Research Vol II, pp 2405-2421, Coimbra 1998 Tiếng Trung 35 黄仁楚主编。营林机械理论与计算（第二版）。中国林业出版社，1991 36 风力灭火机课题组。风力灭火机灭火原理的试验研究。南京林业大学 1989 37 林业部护林防火办公室编。森林防火。中国林业出版社，1984 38 北京林业大学主编。森林防火实用教材。北京林业大学，1980 39 .潘国庆，周永钊。改善风力灭火机性能的试验研究。南京林业大学报,1990年第三期 40 啟字，洪大森等。CGL25/5型轮式森林消防车的研制。北京林业大学森工系，1990 41 东北林业大学主编。营林机械化。中国林业出版社，1983 42 张扬主编。农业机械化及其运用原理。中国人民大学出版社，1989 43 蒋波。智能喷水灭火装置研究与开发。南京理工大学硕士学位论文，2003 44 冯艳红。基于web的森林防火专家系统的研究。西北林业大学硕士学位论文，2005 45 邹国立,王立伟。实用森林草原灭火战术技术 呼赫浩特：内蒙古大学出版社，1989 46 董斌兴。森林火灾扑救 。哈尔滨：东北林业大学出版社，1999 47 唐纳德，波瑞。野外火的扑救 。北京：中国林业出版社，1989 48 姚树人，文定元。森林消防管理学。北京：中国林业出版社，2004 49 郑怀兵，张南群。森林防火。北京：中国林业出版社，2006 ... cơng tác chữa cháy rừng, góp phần hạn chế diện tích rừng bị cháy Xuất phát từ lý mà tiến hành thực đề tài: Nghiên cứu máy chữa cháy rừng dùng tác nhân chữa cháy khơng khí Mục tiêu nghiên cứu đề... liệu cháy rừng nêu chữa cháy tác nhân khơng khí phù hợp với vật liệu cháy rừng rừng trồng rừng khộp Cịn việc chữa cháy rừng tràm chủ yếu dùng máy bơm nước, chữa cháy rừng tự nhiên chủ yếu làm... vi nghiên cứu đề tài Nghiên cứu máy chữa cháy rừng tác nhân chữa cháy khơng khí vấn đề rộng cần thời gian dài, đề tài giới hạn nội dung sau đây: - Thiết bị nghiên cứu: Đề tài không nghiên cứu