你認為你會操車, 但你懂原理?
You Know How to Drive, but Do You Know Its Principle?
    救災現場常聽到「消防栓太遠、水不夠」這時指揮官就會請消防隊員到旁邊的池塘、大圳等抽水。利用消防車幫浦抽水是消防員必備的戰技,但誰有把握每一次都能順利抽到水呢?一般來說抽水的方式分為真空方式及虹吸原理,步驟簡單,但在幾次訓練過程中,操作方式跟順序一樣,結果卻有所不同。因緣際會下,得知訓練科有一顆從報廢的消防車上拆下來的幫浦,於是我們就借回來把它分解,來探討其中的原因。

    拆解過程中,同仁們用盡所有器材,卻只能將螺絲及小部分的零件分離,最後將幫浦搬到汽車修理廠,利用各式工具才完成分解(圖 1)。



    消防幫浦由離心幫浦及真空幫浦組合而成:

一、離心幫浦(圖 2)

    利用 PTO 將引擎的動力傳到離心幫浦的葉片,將水從中心甩到外面,產生離心的效果,再利用構造將水集中後排出。


(一)進水口

唯一進水口,由幫浦中心進入。

(二)幫浦軸(圖 3)

1. 利用 PTO 將引擎動力轉換至幫浦軸。

2. 帶動葉片的轉動。


(三)葉片(圖 4)

旋轉後利用離心力將水甩出。

(四)集水殼

1. 為離心幫浦的外殼。

2. 將甩出後的水匯集在一起。

(五)出水口

1. 集水殼上的出口。

2. 將水送出。

二、真空幫浦(圖 5)

    利用 PTO 將引擎的動力傳到到中心軸,使真空幫浦內的凸輪軸轉動,進而推動兩側的活塞將空氣及水排出,原理類似往復式幫浦。


部件介紹:

(一)凸輪軸(右圖 6)

1. 傳動軸上位於真空幫浦內的位置。

2. 形狀為一偏心圓。

3. 轉動時可以推動兩側的活塞柱及瓣膜,形成內部壓差,使幫浦內的水及空氣能排出。


(二)活塞柱(圖 7)

1. 凸輪軸轉動時推動的物體。

2. 兩側各 1。


(三)真空膜片

1. 位在活塞柱上。

2. 被凸輪軸推出時空間變大,使得壓力變小,水及空氣跑至第一片膜片外(右圖8)。


(四)被彈簧壓入時,空間變小,壓力變大,推開第 2 膜片致使水及空氣被壓至第 2 膜片外,再由排水管排出(圖 9)。


(五)彈簧

利用彈力將活塞柱及真空膜片推回幫浦。

(六)抽氣管 / 通氣孔(圖 10)

將幫浦內空氣抽至真空幫浦。


(七)排氣、水管

將抽入之空氣及多餘的水排出。

(八)油封(圖 11)

防止水進入機油室內。


了解幫浦的構造後,我們再度嘗試用一樣的步驟做真空方式的抽水:

一、將螺牙式軟管接上並注意內部墊片位置是否正確,避免影響真空效果。

二、切入 PTO,確實切入後可查看傳動軸是否轉動或聽到幫浦運作聲。

三、查看聯成表讀值為負 76cm-Hg 的真空狀態(圖 12)後,將河川進水口打開,開始平衡軟管內空氣。

(備註:此平衡壓力是指軟管內為高壓,幫浦內為低壓,空氣會往幫浦跑,而真空幫浦持續將空氣抽出,直到完全真空。)


四、過程中水也會慢慢被推上來,此時可以下列方式確定水有被吸上來:

( 一 ) 水流動是摸得出來的,可以用手觸摸軟管感受是否有水流。

( 二 ) 聽幫浦的聲音是否改變。

( 三 ) 查看壓力表,水吸上來後經過離心幫浦會產生壓力。

五、同時將出水口打開約 1/3,水往前推後,幫浦內形成壓力差,由後面的水將壓力補上。

(備註:幫浦內壓力差是因為水經過幫浦後,於二次側形成流速差。)

六、出水口全開後,流量穩定即完成真空方式抽水。

以上步驟看似簡單,操作時必須考慮的變因卻很多,例如:

一、真空幫浦啟動及關閉的時機

在對的時機啟動可以順利的將幫浦內的空氣排掉形成完整的真空狀態,但操作不當時可能會將你吸上來的水又從排水管排掉,造成你抽水失敗,這時轉速的控制就扮演著重要的角色,他影響著內部的壓力,內壓達到設定值時也會關閉,那真空幫浦啟動及關閉時的轉速及內壓值會因不同型號、大小而不同,可以從出廠時的使用說明或是經過多次的測試得到結果。不過機械內部還是有我們無法控制的變因,假設真空瓣膜破損,就會影響真空的效率。

二、離心幫浦的性能

內部特殊的葉片並不如我們想像的跟電風扇一樣,有一定的厚度,進水位置也有一定的方向,只能從中心入水,因此消防車的幫浦進水箱管線及河川進水口管線先會合後再從中間進入(右圖 13),是為了迎合離心幫浦的構造。


葉片大小影響對水的作用(圖 14),大幫浦的葉片大,對水作功行程長,甩水的距離越遠,能夠蓄積的壓力越大。另外發現水槌對幫浦葉片的影響其實不大,平時救災操車的水壓其實不足以對葉片造成傷害,如果有疑慮,可以將水箱閥門開啟一點點,讓前端瞄子執行點放時回傳的壓力有地方宣洩;而最好的方式是除了點放外,開關瞄子皆慢慢進行。


三、高溫對幫浦的影響

因轉軸和幫浦外殼間有空隙,所以油封在旋轉的轉軸及靜止的幫浦殼間作密封的角色,作用是防止高壓的液體流入,造成內部機油的乳化。外勤人員常常讓幫浦在沒有任何水流動的狀態下待速,造成幫浦溫度上升,導致油封提早硬化、裂化。救災時壓力打上來,讓水從已裂化的油封進入到內部,導致機油的乳化(圖15),久而久之因為潤滑不足而故障,這是水箱車幫浦最常見的報修原因。


    要防止這種狀況發生,最簡單的方式就是在幫浦待速時,打開水箱進幫浦及幫浦回水箱,形成內循環,不讓幫浦溫度過高。當然還有其他原因而導致機油的乳化,但這不是我們能控制的因素,所以不再贅述。

    一個月來的訓練,不只增加了許多機械方面的知識,也更了解幫浦運作的原理。雖然抽水時還是不能保證每次都能夠抽上來,但至少能夠知道操作的過程中什麼因素導致失敗,也能夠更迅速地修正以完成工作。