Luận văn Thạc sĩ Khoa học kỹ thuật: Nghiên cứu hệ thống hút, phun đất cát và không khí trên xe chữa cháy rừng đa năng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:80

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm xây dựng cơ sở lý thuyết tính toán hệ thống hút, phun đất cát và không khí để dập tắt đám cháy rừng, đồng thời xác định thông số tối ưu của hệ thống đó trên xe chữa cháy rừng đa năng. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học kỹ thuật: Nghiên cứu hệ thống hút, phun đất cát và không khí trên xe chữa cháy rừng đa năng

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Bé n«ng nghiÖp vµ pTNT Tr-êng ®¹i häc l©m nghiÖp ----------------------------------- VŨ VĂN TUÂN NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG HÚT, PHUN ĐẤT CÁT VÀ KHÔNG KHÍ TRÊN XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG LuËn v¨n th¹c sü khoa häc Kü thuËt HÀ NỘI, 2010
Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Bé n«ng nghiÖp vµ pTNT Tr-êng ®¹i häc l©m nghiÖp --------------------- VŨ VĂN TUÂN NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG HÚT, PHUN ĐẤT CÁT VÀ KHÔNG KHÍ TRÊN XE CHỮA CHÁY RỪNG ĐA NĂNG Chuyªn ngµnh: Kü thuËt m¸y vµ thiÕt bÞ c¬ giíi hãa N«ng - L©m nghiÖp M· sè: 60.52.14 Ng-êi h-íng dÉn khoa häc TS. DƯƠNG VĂN TÀI HÀ NỘI, 2010
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Rừng là lá phổi xanh của toàn nhân loại, nơi dự trữ sinh quyển và là yếu tố quyết định đến sự tồn tại, phát triển của sự sống trên trái đất. Ở Việt Nam có khoảng 10 triệu ha rừng, trong đó có khoảng gần 3 triệu ha rừng đặc dụng, rừng phòng hộ và khoảng 1 triệu ha rừng trồng. Hàng năm rừng đã cung cấp một khối lượng lớn lâm sản cho các ngành kinh tế quốc dân. Một tác dụng to lớn khác của rừng đó là điều hòa khí hậu, chống lũ quét, sói mòn đất, giữ nước cho hồ thủy điện, hạn chế sự biến đổi khí hậu toàn cầu. Nhưng hiện nay diện tích rừng ở nước ta và trên thế giới đang ngày càng bị suy giảm nghiêm trọng, một trong những nguyên nhân gây mất rừng đó là do nạn cháy rừng hàng năm. Theo thống kê của cục kiểm lâm, hàng năm ở Việt Nam có hàng trăm vụ cháy rừng, thiêu hủy hàng nghìn ha rừng, gây thiệt hại hàng nghìn tỷ đồng. Nhận thức được tác hại do cháy rừng gây ra, chính phủ và các cấp các ngành, các địa phương đã đầu tư nhiều trang thiết bị, các giải pháp nhằm hạn chế thấp nhất diện tích rừng bị cháy. Song hiện nay việc chữa cháy rừng chủ yếu bằng biện pháp thủ công như: dùng cành lá, vỉ dập lửa, cào, ...từ đó năng suất và hiệu quả dập lửa thấp, tốn nhiều công sức. Một số đơn vị đã sử dụng thiết bị chữa cháy, nhưng hiệu quả chữa cháy thấp, không phù hợp với địa hình ở Việt Nam. Năm 2008 Bộ Khoa học và Công nghệ đã giao cho Trường Đại học Lâm Nghiệp chủ trì đề tài trọng điểm cấp nhà nước: “Nghiên cứu công nghệ và thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng”, mã số KC07.13/06-10. Kết quả nghiên cứu của đề tài đã thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm xe chữa cháy rừng đa năng với công nghệ sử dụng đất cát tại chỗ để phun vào đám cháy, dập tắt đám cháy.
2 Trong đó nguyên lý cắt đất, hút đất, phun đất để dập tắt đám cháy được sử dụng trên xe chữa cháy rừng đa năng là nguyên lý mới lần đầu tiên được sử dụng ở Việt Nam. Trong kết quả nghiên cứu của đề tài cấp nhà nước chỉ tập chung giải quyết khâu thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm mà chưa tập trung nghiên cứu sâu về nguyên lý, tính toán tối ưu các thông số của hệ thống. Để có cơ sở lý thuyết cho việc hoàn thiện hệ thống cắt đất, hút đất, phun đất trên xe chữa cháy rừng đa năng cần phải nghiên cứu sâu về nguyên lý, các thông số động lực học...để từ đó xác định các thông số tối ưu của hệ thống. Với lý do đã trình bày ở trên, tôi đi đến chọn và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu hệ thống hút, phun đất cát và không khí trên xe chữa cháy rừng đa năng” 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Xây dựng cơ sở lý thuyết tính toán hệ thống hút, phun đất cát và không khí để dập tắt đám cháy rừng, đồng thời xác định thông số tối ưu của hệ thống đó trên xe chữa cháy rừng đa năng. 3. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu hệ thống cắt đất, hút đất, phun đất trên xe chữa cháy rừng đa năng, đây là vấn đề rộng và cần có thời gian dài. Trong phạm vi đề tài này tôi chỉ tập trung nghiên cứu: - Nghiên cứu phần nguyên lý hoạt động của hệ thống cắt, hút, phun đất cát và không khí; không nghiên cứu phần dao động, dung động của hệ thống. - Thiết bị nghiên cứu của đề tài là hệ thống cắt đất, hút đất, phun đất và không khí của xe chữa cháy rừng đa năng mà đề tài cấp nhà nước KC07.13/06-10 đã thiết kế chế tạo, không nghiên cứu tất cả các phương án cắt, hút, phun đất cát và không khí khác nhau. 4. Nội dung nghiên cứu của đề tài Với phạm vi nghiên cứu đã trình bày ở phần trên, để đạt được mục tiêu của đề tài đặt ra, luận văn giải quyết các vấn đề sau:
3 4.1. Nghiên cứu lý thuyết Nội dung nghiên cứu lý thuyết cần giải quyết các vấn đề sau: - Xây dựng mô hình tính toán hệ thống cắt đất, hút đất, phun đất để chữa cháy rừng; - Thiết lập công thức tính toán hệ thống cắt đất; - Thiết lập công thức tính toán hệ thống hút đất, thùng chứa đất và hệ thống phân phối đất; - Thiết lập công thức tính toán hệ thống phun đất; - Tính toán bơm khí để hút và phun đất; - Xác định công suất cần thiết của hệ thống làm cơ sở để lựa chọn nguồn động lực. 4.2. Nghiên cứu thực nghiệm Nghiên cứu thực nghiệm để kiểm nghiệm các kết quả tính toán theo lý thuyết, xác định lưu lượng, áp lực và vận tốc không khí của hệ thống cắt đất, hút đất, phun đất. Do vậy nội dung nghiên cứu thực nghiệm bao gồm các vấn đề sau: - Xác định khối lượng đất cát của hệ thống cắt đất; - Xác định lưu lượng không khí của hệ thống hút và phun đất; - Xác định vận tốc không khí trong hệ thống hút và phun đất; - Xác định áp lực trong hệ thống hút và phun đất; - Xác định vận tốc cắt đất, vận tốc của bơm khí; - Xác định thông số hợp lý của hệ thống hút đất, phun đất.
4 Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về tình hình cháy rừng ở Việt Nam và trên thế giới 1.1.1. Tình hình cháy rừng ở Việt Nam Theo tài liệu của Maurand thì trước năm 1945, Việt Nam có 14 triệu ha rừng chiếm hơn 42% diện tích tự nhiên của cả nước, năm 1975 diện tích rừng chỉ còn 9,5 triệu ha (chiếm 29% diện tích tự nhiên), năm 1985 còn 7,8 triệu ha (23,6%) đến năm 1989 chỉ còn 6, 5 triệu ha (19,7%). Những năm gần đây diện tích rừng hàng năm có tăng lên, nhưng chất lượng rừng còn suy giảm, nghèo kiệt đáng lo ngại, rừng nguyên sinh chỉ còn khoảng 7%, trong khi rừng thứ sinh nghèo kiệt chiếm gần 70% . Việt Nam hiện có khoảng 6 triệu ha rừng dễ cháy bao gồm: rừng thông, rừng tràm, rừng tre nứa, rừng khộp, rừng non khoanh nuôi tái sinh tự nhiên và rừng đặc sản… Trong vài chục năm vừa qua, cùng với sự biến đổi của khí hậu toàn cầu, trung bình mỗi năm Việt Nam mất đi hàng chục ngàn ha rừng, trong đó mất do cháy rừng khoảng hơn chục nghìn hécta. Theo số liệu thống kê của Cục Kiểm lâm về cháy rừng và thiệt hại do cháy rừng gây ra trong vòng 40 năm qua (1963 - 2002), tổng số vụ cháy rừng là trên 47.000 vụ, diện tích thiệt hại trên 633.000 ha rừng (chủ yếu là rừng non), trong đó có 262.325 ha rừng trồng và 376.160 ha rừng tự nhiên. Gây thiệt hại rất lớn về kinh tế, đó là chưa kể đến những ảnh hưởng xấu về môi trường sống của con người và các loài động thực vật. Một số số liệu điển hình về cháy rừng và thiệt hại do cháy rừng gây ra ở Việt Nam trong những năm qua như sau: - Năm 1976, tại tỉnh Cà Mau đã cháy 21.000 ha rừng Tràm, làm 02 người chết;
5 - Từ năm 1962 – 1983 tại Quảng Ninh, diện tích rừng Thông bị cháy là 15.800 ha với trên 10.000 bát nhựa bị cháy, vỡ gây thất thu hàng ngàn tấn nhựa thông và một số kho tàng bị cháy; - Từ năm 1981 - 1994 ở tỉnh Lâm Đồng xảy ra cháy 43.238 ha rừng Thông và một số rừng trồng khác; - Trong 4 năm (1976 - 1980) ở tỉnh Cà Mau và Kiên Giang diện tích rừng Tràm bị cháy là 43.600 ha gây thiệt hại 2 triệu m3 gỗ... gây thiệt hại hàng trăm tỷ đồng; - Năm 1998, cả nước chịu ảnh hưởng của hiện tượng El Nilo đã xảy ra cháy trên 15.000 ha rừng, làm chết 13 người. Năm 2002, đã xảy ra 1.198 vụ cháy rừng, thiệt hại 15.548 ha rừng (4.125 ha rừng tự nhiên và 11.423 ha rừng trồng), trong đó thiệt hại do hai vụ cháy rừng U Minh là 5.415 ha, giá trị lâm sản thiệt hại ước tính khoảng 290 tỷ đồng, chưa kể hàng chục tỷ đồng chi phí chữa cháy và chi phí để phục hồi phục hồi rừng của nhà nước; - Ngày 8/2/2010 do khí hậu khô hanh đã xảy ra cháy Rừng rất lớn ở xã Bản Hồ huyện Sa Pa tỉnh Lào Cai (thuộc Vườn Quốc gia Hoàng Liên) qua thống kê, diện tích rừng đã cháy khoảng 1.700 ha (gần 1.000 ha tại Bản Hồ, Tả Van; 700 ha giáp ranh giữa tỉnh Lào Cai và Lai Châu), gây thiệt hại lớn về kinh tế và nguồn dự trữ sinh quyển nơi đây. Hình 1.1: Cháy rừng ở Vườn Quốc gia Hoàng Liên
6 Bảng 1.1: Tổng hợp tình hình cháy rừng ở Việt Nam từ năm 1993 - 2003 Tổng cháy Tổng số Cháy rừng Cháy rừng TT Năm rừng kinh tế vụ cháy (ha) TN (ha) trồng (ha) (ha) 1 1993 4.248 3.165,2 3.200 6.365 2 1994 2.337 4.226,6 4.120 8.321,6 3 1995 850 6.084 3.600 9.648 4 1996 2.551 6.540 6.196 12.758 5 1997 309 3,7 1.054 1.361 6 1998 1.685 6.893 7.919 14.812 7 1999 185 902 236 1.139 8 2000 244 654 205 850 9 2001 256 391 1.454 1.845 10 2002 1.198 4.125 11.423 15.548 11 2003 330 464 938 1.402 Tổng 14.193 33.751,8 40.345 74.049,6 Hiện nay vấn đề về môi trường như: biến đổi khí hậu, nước biển dâng, cháy rừng …là vấn đề chung của toàn nhân loại chứ không riêng một quốc gia nào. Vì vậy bảo vệ môi trường, chống cháy rừng là nhiệm vụ của toàn nhân loại để bảo vệ cuộc sống của chính mình. 1.1.2. Tình hình cháy rừng trên thế giới Vào khoảng cuối thế kỷ 18 và đầu thế kỷ 19(trước cách mạng công nghiệp), rừng trên thế giới chiếm khoảng 50% diện tích các lục địa, đến năm 1955 diện tích rừng này đã bị giảm đi một nửa. Tới năm 1980 diện tích rừng của thế giới còn khoảng 2,5 tỷ (ha).
7 Có rất nhiều nguyên nhân làm cho diện tích rừng trên thế giới bị thu hẹp, nhưng một trong những nguyên nhân cơ bản của sự mất rừng chính là do hiện tượng cháy rừng gây ra. Số liệu thống kê cho thấy, hàng năm trên thế giới trung bình có khoảng từ 10 - 15 triệu ha rừng bị cháy, các con số này đang có xu hướng tăng nhanh do sự biến đổi khó lường của khí hậu. Ở Nga: Tháng 8/2010, hạn hán nặng nề đã khiến hơn 65.000 ha diện tích rừng và đồng cỏ của Nga thuộc trên dãy Ural đã bị cháy cùng hàng chục ngôi làng, có 19 người ở vùng này thiệt mạng, gần 1.875 ngôi nhà tại 18 khu vực dân cư khác nhau trên 17 địa phương đã bị thiêu rụi khiến hơn 2.000 người mất nhà cửa và toàn bộ tài sản. Hầu hết các ngôi nhà bị cháy nằm ở khu vực Nizhny Novgorod; Hình 1.2: Cháy rừng ở Nizhny Novgorod (Nga) Ở Mỹ: Tại Great Idaho (8/1911) cháy rừng đã thiêu huỷ 30.000 ha và 85 người thiệt mạng. Vụ cháy năm 1947 có 1.200.000 ha và có ít nhất 60 người chết; Tại Miramichi và Maine (10/1825) cháy rừng đã thiêu huỷ 30.000 ha, số người thiệt mạng không xác định được;
8 Trong hai năm 1993 - 1994 hàng nghìn vụ cháy rừng đã thiêu huỷ khoảng 1.590.000 ha. Riêng năm 2000 ở Mỹ đã bị cháy 2,8 triệu ha, đã phải chi phí tới 15 triệu USD/ngày trong vòng hơn 2 tháng; Ở Hy Lạp: Những đám cháy liên tục tại nước này từ năm 1998 tới tháng 7 năm 2000 đã gây nên sự quan tâm của thế giới. Riêng tháng 7 và tháng 8/1998 có tới 9.000 vụ cháy lớn nhỏ, thiêu huỷ khoảng 1.500.000 ha rừng và hàng trăm ngôi nhà bao quanh bao gồm cả bệnh viện, tiệm ăn, nhà máy, trường học…. Trong vòng vài tuần của tháng 7/2000 đã có tới 70.000 ha rừng bị cháy. Tháng 9 đến tháng 10 năm 2007 Hy Lạp đã xảy ra vụ cháy rừng kéo dài hơn một tháng làm thiệt hại khoảng 120.000 ha rừng làm 60 người chết, thiệt hại về kinh tế khoảng 60 tỷ đô la; Đặc biệt vào tháng 8/2009 ở ngoại ô phía Bắc và Đông thủ đô Athens Hy Lạp từ cuối tuần qua đã khiến hàng chục nghìn người dân phải rời nhà đi sơ tán, ước tính khoảng 15.000ha rừng và đất trồng trọt cùng hàng chục ngôi nhà đã bị thiêu hủy, làm 77 người chết và hơn 250.000ha rừng và đất canh tác bị thiêu trụi. Hình 1.3: Cháy rừng ở thủ đô Athens (Hy Lạp) Ở Pháp: Năm 1975 có tới 350 vụ cháy rừng với tổng thiệt hại là 155.000 ha; Ở Australia: Năm 1976 cháy rừng đã thiêu huỷ 1,7 triệu ha. Ngày 16/2/1983, một vụ cháy đã thiêu huỷ hơn 335.000 ha rừng và đồng cỏ ở Bang
9 Victoria, làm chết 73 người, hơn 1.000 người bị thương và gây thiệt hại khoảng 450 triệu USD; Ở Trung Quốc: Năm 1987 có khoảng 3 triệu ha rừng đã bị cháy làm thiệt hại hàng tỷ đô la 150 người thiệt mạng; Tại Khu vực Đông Nam Á: Theo số liệu thống kê của FAO, từ năm 1982 đến đầu năm 1998 có trên 15 triệu ha rừng và đất rừng trong khu vực bị cháy. Trong đó, Inđônêsia là nước thường xảy ra cháy rừng với thiệt hại lớn nhất. Cháy rừng tại Inđônêsia năm 1998 làm ô nhiễm không khí cả các nước trong khu vực. Theo Peter F. Moore (Giám đốc dự án phòng chống cháy khu vực Đông Nam Á). Tình hình cháy rừng trên thế giới trong hai năm 1997 - 1998 được thống kê theo bảng sau: Bảng 1.2: Tình hình cháy rừng trên thế giới trong 2 năm (1997 – 1998) D.tích rừng bị Lượng CO2 thải ra Thiệt hại kinh tế Khu vực cháy (triệu ha) (tấn) (tỷ USD) Đông Nam Á 8 -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 Tổng 23,64 41 triệu X 1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu các thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới Cháy rừng là một thảm họa mà bất cứ quốc gia nào cũng phải quan tâm, đầu tư nghiên cứu: trang thiết bị cũng như các giải pháp nhằm hạn chế thấp nhất thiệt hại do cháy rừng gây ra.
10 Một số nước có nền kinh tế phát triển như Mỹ, Canađa, Nhật, Trung Quốc…Có nhiều công trình nghiên cứu về thiết bị chữa cháy rừng và chúng đã được ứng dụng có hiệu quả trong công tác chữa cháy rừng [32], [37]. Thiết bị chữa cháy rừng ở Mỹ chủ yếu là máy bay và xe ôtô chữa cháy. Khi phát hiện có đám cháy thì chỉ sau 30 phút, các thiết bị chữa cháy rừng có thể tiếp cận và tiến hành dập lửa [37], [38]. Các thiết bị chữa cháy ở Mỹ chủ yếu sử dụng chất chữa cháy là nước hoặc hóa chất. Hình 1.4: Máy bay chữa cháy rừng Theo tài liệu [41], [42], [43]; một số nước như Trung Quốc, Mỹ đã nghiên cứu xe chữa cháy rừng chuyên dụng với chất chữa cháy rừng là nước. Xe cơ sở để thiết kế xe chữa cháy chuyên dụng là xe bánh xích… Hình 1.5: Xe chuyên dụng chữa cháy rừng ở Trung Quốc
11 Một số nước phát triển chủ yếu sử dụng xe cứu hỏa để chữa cháy. Loại thiết bị này có nhiều hạn chế: khó di chuyển ở điều kiện địa hình dốc, mặt khác chất chữa cháy là nước nên rất khó thực hiện… Ở Thái Lan đã nghiên cứu và đưa vào sử dụng xe chữa cháy rừng với nguồn động lực là máy kéo, chất chữa cháy là nước. Loại thiết bị này có thể di chuyển trong khu vực rừng với điều kiện địa hình cho phép, song chất chữa cháy rừng là nước nên bị hạn chế rất nhiều. Hình 1.6: Máy kéo chuyên dụng chữa cháy rừng của Thái Lan Theo tài liệu [44], Nga đã sử dụng máy ủi để làm băng trắng cách ly, khoanh vùng cô lập đám cháy. Kết quả nghiên cứu đã tạo ra được thiết bị có khả năng khoanh vùng, cô lập đám cháy. Hình 1.7: Máy đào rãnh tạo băng cách ly cản lửa của Nga Các nước đang phát triển như Inđônêxia, Philippin, Malaysia, chủ yếu tập trung nghiên cứu các thiết bị chữa cháy rừng cầm tay. Theo tài liệu [32], ở
12 Inđônêxia đã có một số công trình nghiên cứu là vỉ dập lửa thủ công, bình bơm nước đeo vai, kết quả nghiên cứu đã tạo ra được vỉ dập lửa thủ công với bộ phận dập lửa bằng thép lá. Tóm lại: Đã có nhiều công trình nghiên cứu về thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới và đạt được nhiều thành tựu. Kết quả đã nghiên cứu đã tạo ra các thiết bị chữa cháy rừng. Song các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực này chủ yếu tập trung nghiên cứu sử dụng chất chữa cháy là nước và hóa chất. Các công trình nghiên cứu sử dụng đất cát phun vào đám cháy để dập lửa là rất hạn chế. 1.3. Tổng quan về tình hình nghiên cứu các thiết bị chữa cháy rừng ở Việt Nam Khí hậu Việt Nam là khí hậu Nhiệt đới gió mùa. Lãnh thổ Việt Nam nằm trọn trong vùng nhiệt đới, đồng thời nằm ở rìa phía đông nam của phần châu Á lục địa, giáp với biển Đông, nên chịu ảnh hưởng trực tiếp của kiểu khí hậu gió mùa mậu dịch, thường thổi ở các vùng vĩ độ thấp. Khí hậu phân thành hai mùa rõ rệt, mùa khô kéo dài 3 - 4 tháng. Hiện nay chúng ta có khoảng 1 triệu người sống du canh du cư đốt nương làm rẫy, nên hàng năm đã xảy ra hàng nghìn vụ cháy rừng gây thiệt hại khoảng 7.000 ha, đặc biệt là vụ cháy rừng Tràm ở vườn quốc gia U Minh Thượng năm 2002 làm thiệt hại khoảng 5.500 ha rừng, gây ra thiệt hại rất lớn về kinh tế, môi trường; chỉ tính riêng chi phí cho công tác chữa cháy đã lên đến 8 tỷ đồng. Cháy rừng làm thiệt hại rất lớn về kinh tế, tác động rất xấu đến môi trường, tạo ra tâm lí không an tâm cho các nhà đầu tư sản xuất kinh doanh lâm nghiệp trong và ngoài nước. Nhận thức rõ tác hại của cháy rừng gây ra, Chính phủ, các bộ, ban ngành, các tỉnh thành phố và các địa phương đã có nhiều văn bản pháp qui về phòng chống và chữa cháy rừng như: Thông báo số 129-TB/TW ngày 22/4/1998 của Thường vụ Bộ Chính trị, Nghị định 22/CP; Chỉ thị 19/TTg; 177/TTg của Thủ Tướng Chính Phủ [1]. Quyết định 02/QĐ-TTg Ngày 2 tháng 1 năm 2007 của Thủ Tướng chính phủ về phê duyệt Đề án " Nâng cao năng lực phòng cháy chữa cháy rừng cho lực lượng kiểm lâm" giai đoạn 2007 - 2010, tổng vốn đầu tư cho đề án là 502 tỷ đồng,
13 trong đó 50% kinh phí đầu tư cho thiết bị chữa cháy rừng. Một nội dung quan trọng của đề án là nghiên cứu phương tiện và thiết bị phòng cháy, chữa cháy rừng tiên tiến phù hợp với điều kiện tự nhiên của từng vùng. Trong những năm qua đã có một số công trình nghiên cứu về phòng cháy và chữa cháy rừng. Hầu hết các công trình chủ yếu tập trung vào nghiên cứu các giải pháp phòng chống cháy, dự báo cháy rừng, còn nghiên cứu về công nghệ chữa cháy rừng, các thiết bị chữa cháy chuyên dụng còn hạn chế. Chính phủ đã thành lập Ban phòng chống và chữa cháy rừng từ Trung ương đến địa phương, hàng năm có tập huấn, diễn tập, nhưng số vụ cháy và diện tích rừng bị cháy không giảm được nhiều. Nguyên nhân có nhiều nhưng một nguyên nhân quan trọng đó là thiếu các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng. Đối với những vụ cháy rừng khi mới phát hiện nếu có thiết bị chuyên dụng chữa cháy thì hoàn toàn có thể dập tắt được dẫn đến giảm được diện tích rừng bị cháy. Năm 1985, Cục kiểm lâm đã chủ trì đề tài cấp Nhà nước số 04.01.01.07 [8], về các biện pháp phòng cháy chữa cháy rừng Thông và rừng Tràm. Kết quả của đề tài đã đưa ra một số giải pháp phòng chống cháy rừng Thông và rừng Tràm. Tác giả Phan Thanh Ngọ trong công trình “Nghiên cứu một số biện pháp phòng cháy, chữa cháy rừng Thông ba lá, rừng Tràm ở Việt Nam” [15], đã nghiên cứu tạo ra được bình bơm nước đeo vai để chữa cháy rừng, thiết bị này đã được Cục sở hữu công nghiệp cấp giấy chứng nhận kiểu dáng công nghiệp, hiện nay đang được một số đơn vị sử dụng. Một số cơ sở sản xuất kinh doanh rừng, một số trung tâm bảo vệ rừng, một số vườn quốc gia đã tự nghiên cứu, tự thiết kế chế tạo và nhập về một số máy và thiết bị chữa cháy rừng, nhưng các thiết bị này sử dụng không có hiệu quả, năng suất và khả năng dập lửa thấp, không phù hợp với địa hình và thực bì rừng bị cháy. Năm 2002 sau vụ cháy rừng U Minh một nhóm tác giả ở thành phố Hồ Chí Minh đã đề xuất giải pháp phòng chống và chữa cháy rừng tràm U Minh bằng "Hệ thống phun mưa quay", giá thành của hệ thống này theo đề xuất khoảng 250 -
14 400 tỷ đồng cho 10.000 ha, song nhóm tác giả chưa chứng minh được tính ưu việt về kinh tế - xã hội và sinh thái nên giải pháp này không được chấp nhận. Ở thành phố Hồ Chí Minh ông Nguyễn Văn Thanh đã tìm ra bột chữa cháy rừng, giá thành khoảng 5.000 đồng/kg, song chưa tiến hành khảo nghiệm để chữa cháy rừng ngoài thực tế nên chưa đánh giá được hiệu quả của nó. Công ty cơ khí ôtô xe máy Thanh Xuân cải tiến từ xe UAZ, xe tải IZUZU , thiết bị này bao gồm hệ thống téc nước, bơm nước đặt trên thùng xe. Khi có đám cháy xảy ra xe sẽ dùng hệ thống bơm nước từ téc nước để chữa cháy. Nhược điểm của thiết bị này là không tiếp cận được với những đám cháy ở vùng sâu vùng xa, nơi không có đường giao thông. Hình 1.8: Xe chữa cháy được cải tiến từ xe Uoát Khu Công nghiệp Biên Hòa, Đồng Nai công ty cơ khí Vinapro đã thiết kế, chế tạo thiết bị chữa cháy gồm hệ thống bơm, téc nước, ống dẫn nước, nguồn động lực là xe công nông, thiết bị này chế tạo ra không sử dụng được vì khả năng di chuyển và ổn định của xe thấp nên không hoạt động được ở điều kiện địa hình rừng không có đường. PGS.TS Vương Văn Quỳnh, Trường Đại học Lâm Nghiệp từ năm 2003 đến năm 2005 đã chủ trì đề tài nghiên cứu cấp nhà nước: “Nghiên cứu, xây dựng các giải pháp phòng chống và khắc phục hậu quả cháy rừng cho vùng U Minh và Tây Nguyên” [16].
15 Kết quả của đề tài đã xây dựng được các giải pháp phòng chống và khắc phục hậu quả do cháy rừng, công trình cũng chưa nghiên cứu sâu về các thiết bị chữa cháy rừng. Trong công trình nghiên cứu [24], tác giả Lê Đình Thơm, đã nghiên cứu hiệu quả dập lửa của một số loại dụng cụ thủ công chữa cháy cho rừng trồng ở tỉnh Quảng Trị, kết quả nghiên cứu đã xác định được năng suất và hiệu quả dập lửa bằng cành cây, vỉ dập lửa, bàn dập lửa. TS. Dương Văn Tài, Trường Đại học Lâm nghiệp trong công trình nghiên cứu: “Nghiên cứu khảo nghiệm và cải tiến các thiết bị chữa cháy rừng sử dụng đất cát, không khí và nước ở dạng sương” [17], kết quả của đề tài đã thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm máy phun đất cát và không khí để chữa cháy rừng. Thiết bị này nhỏ gọn cầm tay có lưu lượng và khối lượng phun đất nhỏ, di chuyển được trên địa hình dốc. Song đề tài chỉ tập trung nghiên cứu phần thiết kế, chưa có nghiên cứu nguyên lý của hệ thống hút phun đất. Đề tài trọng điểm cấp nhà nước của tác giả Dương Văn Tài [26]: “Nghiên cứu công nghệ và thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng”, kết quả của đề tài đã thiết kế, chế tạo xe chữa cháy rừng đa năng. Trên xe chữa cháy rừng đa năng có sử dụng hệ thống cắt đất, hút đất, phun đất cát và không khí chữa cháy rừng. Kết quả khảo nghiệm hệ thống phun đất cát chữa cháy rừng cho thấy khả năng dập lửa tốt. Song kết quả của đề tài chưa đề cập đến việc nghiên cứu sâu về nguyên lý tính toán của hệ thống, chưa nghiên cứu về vấn đề động lực học của hệ thống hút, phun đất cát và không khí chữa cháy rừng. Tóm lại: Cháy rừng vẫn đang được xem như một thảm họa và là nguyên nhân chính làm giảm diện tích rừng ở Việt Nam. Chính phủ, các cấp, các ngành và toàn xã hội luôn quan tâm. Có một số công trình nghiên cứu về cháy rừng nhưng chủ yếu tập trung vào các giải pháp phòng cháy. Còn các công trình nghiên cứu về thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng còn hạn chế; chủ yếu giải quyết khâu thiết kế, chế tạo,...chưa nghiên cứu về động học, động lực học của hệ thống.
16 Đề tài trọng điểm cấp nhà nước KC07.13/06-10, đã thiết kế chế tạo hệ thống cắt đất, hút đất, phun đất được sử dụng trên xe chữa cháy rừng đa năng. Kết quả của đề tài chưa nghiên cứu sâu về nguyên lý, động học của hệ thống cũng như nghiên cứu các thông số tối ưu. 1.4. Kết luận chương 1 Từ những nhận định được trình bày ở trên có thể đi đến một số kết luận sau: - Việt Nam có một nguồn tài nguyên rừng phong phú, diện tích lớn. Khí hậu chia thành hai mùa rõ rệt, mùa khô kéo dài 4-5 tháng. Từ đó nguy cơ cháy rừng là rất cao và diễn biến ngày càng phức tạp do sự biến đổi của khí hậu toàn cầu. - Hiện nay việc chữa cháy rừng chủ yếu là bằng thủ công nên năng suất và hiệu quả dập lửa thấp. Đối với những nơi có địa hình phức tạp, xa nguồn nước thì việc sử dụng các thiết bị chữa cháy dùng chất chữa cháy là nước thì không phù hợp: do cháy rừng ở xa và vào mùa khô nên nguồn nước rất hạn chế... - Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo và đưa vào sử dụng hệ thống cắt, hút, phun đất cát và không khí là rất phù hợp với điều kiện chữa cháy rừng nơi không có nguồn nước. - Các công trình nghiên cứu về hệ thống cắt, hút, phun đất cát và không khí để dập lửa còn hạn chế, mới chủ yếu tập trung vào khâu thiết kế, chế tạo, chưa có nghiên cứu đầy đủ và toàn diện về hệ thống này. - Để có cơ sở lý thuyết cho quá trình hoàn thiện hệ thống này của xe chữa cháy rừng đa năng cũng như làm tài liệu tham khảo cho việc tính toán hệ thống hút phun đất cát nói chung thì việc thực hiện đề tài:“Nghiên cứu hệ thống hút, phun đất cát và không khí trên xe chữa cháy rừng đa năng”, mà luận văn lựa chọn là cần thiết.
17 Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu Quá trình cắt đất, hút, phun đất cát và không khí được thực hiện bằng nhiều sơ đồ khác nhau, nhiều dạng khác nhau, như được trình bày ở phần phạm vi nghiên cứu. Trong khuôn khổ luận văn chỉ nghiên cứu hệ thống cắt đất, hút đất, phun đất cát và không khí đã được thiết kế chế tạo trên xe chữa cháy rừng đa năng. Do vậy đối tượng nghiên cứu của đề tài có cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các thông số kĩ thuật như sau: 2.1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xe chữa cháy rừng đa năng 2.1.1.1. Cấu tạo của xe chữa cháy rừng đa năng Hình 2.1. Mô hình xe chữa cháy rừng đa năng
18 1- Hệ thống cắt cây; 2- Xi lanh nâng hạ hệ thống cắt cây; 3- Đĩa cưa cắt cây; 4-Khung để nâng hạ hệ thống cắt cây; 5- Giá đỡ lắp hệ thống chặt hạ cây; 6- Xe ô tô cơ sở; 7- Sàn xe; 8- Xi lanh nâng hạ hệ thống cắt đất; 9- Xi lanh nâng hạ hệ thống cắt cỏ rác; 10- Khung nâng hạ hệ thống cắt đất; 11- Buồng hút đất; 12- Hệ thống làm sạch cỏ rác; 13- Ống hút đất; 14- Ống nối để lắp ống phun đất; 15- Vòi phun nước; 16- Thùng chứa đất; 17- Hệ thống hút đất; 18- Thùng chứa nước; 19- Súng phun nước; 20- Thanh bảo hiểm cabin; 22- Nắp thùng nước; 23- Ống hút đất; 24- Hệ thống phun đất; 25- Bơm nước 2.1.1.2. Nguyên lý hoạt động của xe chữa cháy rừng đa năng Hệ thống chặt hạ cây, cắt cây bụi được lắp ở phía trước xe bằng khớp quay, nâng lên hạ xuống nhờ xi lanh thủy lực (2); đĩa cưa (3) quay được nhờ động cơ thủy lực, chuyển động tịnh tiến ra phía trước nhờ xi lanh thủy lực và hệ thống ổ trượt, khi cắt cây xi lanh đẩy đĩa cưa ăn vào gỗ. Hệ thống làm sạch cỏ rác được lắp ở phía sau xe bằng khớp quay, chuyển động nâng lên hoặc hạ xuống của hệ thống được thực hiện nhờ xi lanh thủy lực (9); chuyển động quay của hệ thống cắt cỏ được thực hiện nhờ động cơ thủy lực. Hệ thống này hoạt động theo nguyên tắc cắt dạng búa. Hệ thống cắt đất được nâng lên hạ xuống nhờ xi lanh (8) và được lắp ở gầm xe; dao cắt đất của hệ thống hoạt động theo nguyên lý cắt đất ở dạng búa; buồng hút đất (11) nối với thùng chứa đất (16). Đất được dao cắt đất cắt tung lên buồng hút và được bơm hút lên theo đường ống đi vào thùng chứa (16) và rơi xuống ống thổi. Bơm thổi (24) thổi đất đi ra ống (14), ống (14) lại được nối với ống phun nên đất được phun ra ống phun vào đám cháy. Bơm nước và thùng chứa nước được lắp trên sàn xe; bơm nước hút nước ở dưới ao hồ, sông suối vào trong thùng chứa nước. Khi chữa cháy thì bơm nước hút nước ở trong thùng chứa đẩy ra ống bơm nước và được phun ra từ súng phun. Khi đám cháy xảy ra, người lái xe nhanh chóng cho xe di chuyển đến nơi có vị trí cháy, sử dụng hệ thống cắt cây phía trước, hệ thống lám sạch cỏ rác ở phía sau để làm băng trắng cách ly, cô lập và khoanh vùng đám cháy, hoặc sử