绳泵

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Rope pump icon.png
井孔上的绳泵，产自莫桑比克的一个本地车间。

现代绳泵(Rope pump)是一种高效率，低成本的泵，可用当地材料生产并易于操作，能为村庄提供水源。该泵的基础设计是一个轮子，带有循环转动的绳子和尺寸与泵管间隙配套的活塞。绳子末端置于井底，通过转动轮子，绳子会穿过聚氯乙烯管将水向上推动。当水到达顶端，由于泵管直径增加，最终可将水从一个T字管中抽出。

经证实，如果生产安装情况良好，绳泵可长期持续使用。全世界现有120，000个绳泵用于社区，家庭供水和灌溉，畜牧用水。 现代绳泵能从35米深的井取水,而且价格仅为进口手动泵的三到五分之一。质量好的泵可维持使用20年或更久。在尼加拉瓜，第一代改良的绳泵于1990年安装，现在仍可以正常使用。绳泵可以通过人力，脚踏车，发动机，马力，或者风能等方式驱动。

起源

这种近乎直观的设计曾以很多名字闻名，比如佛珠泵（出现念珠祈祷后，因为造型与佛珠相似而得名），戽子水轮（Noria）泵，解放泵或者链条垫圈泵，但工作原理都是相同的。 这种原理可以追溯到2000年前，还处在封建社会的中国1。西方最早的相关记载2 是由一位名叫Tacolla的文艺复兴早期锡耶纳派工程师在大约1433年记录的版本3。右图为该版本的副本4。 在20世纪70和80年代，这个基础设计被很多人沿用下来，其中最著名的有Demotech慈善公司的R.van Tijen，以及J.Haemhouts5 6和R.Lambert7。 他们维持简单的设计，以谋求经济和社会的发展，并利用成本低廉的多功能塑料构成了现代的绳泵设计。他们将这种泵做为一种自制的浅井汲水泵。然而，早期设计的泵却没有真正投入使用。直到1988年，绳泵才在尼加拉瓜真正被改良制造成功，改良者是荷兰发展组织的Van Hemert，和西班牙绳泵公司的Alberts。为了能进行商业销售，他们将泵改造成致密金属材质，由当地的私人公司进行生产和出售。V.Hemert和Alberts 8 Holtslag。


大约在1433年，绳泵最早在西方出现。9

适用条件

马拉绳泵，需用马或者驴拉动，可从65米深的井中取水。性能是手动泵的5倍。此泵被用于尼加拉瓜。图片来源： Henk Holtslag。

大到直径3米的井，小到直径仅6厘米的凿孔，都可用绳泵取水。单人可从35米深的井取水，两个人则提升至60米（用两个曲柄），如果由机器驱动，提水深度可达100米或更高。绳泵可以通过人力，脚踏车，动物，风能，发动机等方式驱动。制造状况良好的手动绳泵一分钟可提水35升，如果井深20米则减半。绳泵可达到极高的效率，不过通常效能为65%。根据模型方程计算，可以确认最佳的工作情况是绳子运动速度大约为1.2米／秒，活塞间隔1米。而手动泵的作业深度通常不超过35米。

在尼加拉瓜，现有7万个绳泵。在墨西哥，洪都拉斯，危地马拉，萨尔瓦多和玻利维亚等国家的分布数量为1万。绳泵在埃塞俄比亚，坦桑尼亚，赞比亚，莫桑比克，津巴布韦，马拉维等非洲国家的使用数量为3万，而在柬埔寨和印度的分布数量则为6000。总而言之，绳泵已在超过25个国家投入使用。

它最适合单户家庭，但也经常用于多达20户家庭的社区（150人）。

优势 弊端
－简单，没有“黑盒子”。

－易于维护。
－生产与维护环节所需技术易于培训。 －可由本地车间生产。
－比相同抽水深度的进口活塞泵便宜很多（价格仅为五到八分之一）。
－旋转作业，无需像活塞泵那样按压。
－井下的部件都为塑料和混凝土材质(抗腐蚀)。
－旋转内轴可通过自行车，动物，风车，电动机，内燃机等方式轻松驱动。
－非常适合用于一到两个家庭的庭院中。
－适合灌溉，可以创收。
－根据尼加拉瓜，坦桑尼亚，马拉维和其他国家的经验，一个制造良好的绳泵可以为多达250人提供用水。但是，建议最大供水量为20个家庭（150人）。

－有设计简单的优点，但可能造成劣质仿造现象出现，使得该泵容易损坏，口碑不佳。

－需要频繁维护，比如给轴衬上油，一旦维护不及时就可能造成磨损和手柄断裂。
－手柄上应配备“防护系统”，以免拉动手柄的反作用力伤害到使用者，尤其是儿童。
－抽水不能高过泵的出口。
－与活塞泵相比，该泵的顶部是半开放的，理论上可能造成对井水的污染（但如果建造良好在实际情况中应该不会发生）。
－比活塞泵更容易溅水。
－不适用于20户家庭以上的大型社区。


建造、操作和维护

绳泵, 这幅图片描绘了绳泵的工作原理但是有需要改进之处。该泵的T型管内部和顶部的直径应大于泵管，这样才能使泵有效发挥功能。参考现在的大部分泵，水都是在上方抽出!
绳泵, (成功范例) 安装于20米深的井中，由加纳北部的一个车间制造。图片来源： 由荷兰水资源合作协会提供。

当应用于较深的井时，需要直径偏小的泵管，否则抽水负荷将会过大。 在线操作指南可参考以下网站Practica Foundation, Connect International, 以及ropepumps.org。

绳泵有多种类型，驱动方式有手动，自行车拉动，风能，马拉，太阳能等。

与活塞泵相似，它也需要水泥井沿和好的污水渗透坑以防止井水飞溅或被污染。

设计

  • 提水深度（扬程）： 0 - 35米。
  • 气缸直径: (泵管直径) 1 -10 米深的井为32毫米, 10-20米深的井为25毫米，20-35深的井为19毫米。
  • 活塞: 橡胶或HD－PE聚氯乙烯塑料，间隔一米。
  • 产量： 距离顶部10米时，产量为每小时2立方米（输入功率50瓦特）。点击此处查看方程式。
  • 可服务人数/区域面积: 最多为150人提供用水或灌溉0.1公顷。
  • 井的制式：距离凿孔3米，直径6-20厘米。

绳泵可在任何国家制造，因为设计可以根据当地能找到的材料进行调整。只需一定时间的训练，有焊接机和符合标准的手动仪器，就可以由中小型公司或铁匠生产制造。但是，设计简单并不代表容易制造，绳泵制造必须要符合10条基本的设计原则。(见 ropepumps.org 常见问题解答。)一般来说，为确保泵的质量和安装质量，制造者的培训非常重要。

泵的框架由镀锌管和低碳钢制成。手柄的材质是金属钢管配备镀金套管（也有些设计是滚珠轴承或者木质轴衬）。滑轮则是由二手车胎制成，手柄上安装有压板和辐条，滑轮上应有一个锋利的“V”型缺口以便安装绳子。绳子由聚乙烯，聚丙烯制成，或者4-8毫米的尼龙纤维制成。天然纤维不适合用在泵上，因为纤维条在潮湿时容易被拉长变形，淘汰速度快。活塞由二手车胎和注入HD聚乙烯的材料做成。抽水管是聚氯乙烯材质，壁厚1.5-2毫米，直径为20-50毫米（具体数据取决于水深）。导箱为混凝土材质（由陶瓷片或者小玻璃瓶作为导向工具）或者镀锌／木头材质配备聚氯乙烯导向工具。

维护

绳索泵的主要优势之一在于其维护和修理比较简单，易于当地村落的技术员操作。因绳索泵在本地生产，他们能够自己供应备件，且具有修理工作的知识。最常见的修理工作包括更换绳索和活塞，以及每周给衬套涂油。该泵的组件安装和修理不需要特殊道具，而管道很轻，所以无需任何起重设备。

虽然简易，但重要的是，用户理解为何及如何维护和修理该泵。公用水井的评估显示，水泵（包括绳索泵）因缺乏所有权和修理与更换的资金问题而有失败的倾向。参见下面加纳的范例。如果绳索泵的生产和安装正确（并且用户拥有所有权），即使经过多年之后，90%的绳索泵仍能继续运作。尼加拉瓜、津巴布韦、坦桑尼亚、马拉维和其他国家的泵已证实这一点。绳索泵的修理比活塞泵更简单和便宜，加上由于本地生产的缘故,他们能够自己供应备件。

其他绳索泵型号

除了手动绳索泵以外，也有以踏板、马力、风能、电动机或汽油发动机为动力源的型号。常见的汽油泵是吸水泵，用于7米深的浅井。更深的井需要发电机驱动的水泵装置或长轴柴油泵，成本需要1000美元或以上。

有电的地方，潜水泵则可使用。但是，这些泵比较昂贵，且许多小农户没有电力供应。电动绳索泵的抽水深度为60米。10 类似手动泵型号，利用国内常见的发动机，该泵能够在本地车间生产制造。电动绳索泵的成本为600美元。这远远比长轴柴油泵或潜水泵便宜，因为在紧急情况下，该泵可通过人力驱动。类似手动泵型号，维护和修理相对容易。 尼日尔、埃塞俄比亚和尼加拉瓜都有电动绳索泵。


费用

  • 根据型号、生产地点、材料和劳工成本，手动绳索泵的成本为30美元至150美元之间。
  • 引入绳索泵的成本：每个项目为1万至3万美元之间，包括20个泵、工程设计和操作培训。
  • 农村供水方案： 每个项目为15万美元至20万美元之间，包括1千个泵、建立生产设施和操作培训。


实地经验

踏板式绳索泵，自行车型号，生产和使用于尼加拉瓜。
电动绳索泵，以柴油发动机为动力源，用于灌溉。从25米的井抽水。图片来源： 荷兰水资源合作协会。
在赞比亚，手动绳索泵被用于灌溉。
绳索泵具有一个完整的轮罩的绳索泵横截面图，95%的绳索泵有一个小轮罩以降低成本和使维护工作更容易。此外，半覆盖与完全覆盖的绳索泵水质是相同的。

由于其低成本，该泵用于自我供应很受民众欢迎。尼加拉瓜5025个农村家庭中的一项调查显示，绳索泵能够提高家庭收入，即使仅作家庭用途。使用水泵的家庭每年平均收入,比使用绳索和水桶的家庭高出220美元。现在，尼加拉瓜的泵是由十间车间进行商业化生产。

非洲引入了不同型号的绳索泵。如上所述，引入此泵并不总是成功的。在加纳，80%的水泵一年后失去了作用。同时，为大型社区供水的水泵在埃塞俄比亚、乌干达和莫桑比克也面临类似问题。但是，随着使用“合适“的型号，“正确”的培训，以及用户愿意支付修理，高达90％的水泵能够继续正常运作。而事实证明，加纳的胜利泵型号、津巴布韦的象泵型号，以及坦桑尼亚和马拉维的SHIPO型号等非洲国家的水泵就是如此。 2013年，绳索泵被广泛应用于30多个国家。以下是一些国家的经历。

尼加拉瓜

自1988年以来，尼加拉瓜已安装了7万个绳泵。从$600的进口活塞泵转移至$100的本地生产绳索泵，农村供水量在十年里成倍增加，比采用进口手动活塞泵的国家增长得更快。维护工作由用户进行，超过95%的绳泵仍能继续运作。绳泵已被政府采纳为标准水泵。

在尼加拉瓜，约80％的绳索泵都用于一个或几个家庭自我供应。在过去的12年，家庭泵带来了总收入超过一亿美元的经济效果。用泵家庭的平均收入比不用泵家庭高出220美元 （由CESADE/ICCO在5015个家庭中进行的调查）。这额外收入是由于家庭附近有了一个水泵，妇女能够节省时间，使用更多的水（所以更加卫生），并且水是用于动物和园林灌溉。因此，能够减少健康相关的费用，产生额外的收入。

津巴布韦

1990年，援助组织Pump Aid引入了一个绳索泵型号，称为象泵。该泵与其他绳索泵型号的主要区别在于泵周围的坚实圆形混凝土结构，帮助保护水井，以及避免飞溅和二次污染发生。现在约有3000个泵供应95万人民，95%的泵仍能继续运作。2015年之前，更多的泵将被计划安装在这些国家。如果这能够实现，受众人数将达到一百万人。

加纳

加纳初次的绳泵经历令人感到气馁。世界银行资助的一个项目，在一年后有80%的环节不能正常运作，因为缺乏用户参与以及生产过程中发生了错误。在2000年，加纳已安装约200个绳索泵。而一年后，其中的80%出现了瑕疵。主要原因是建造和安装过程中出现错误，且缺乏资金维护水泵，因此没有建立所有权，缺乏维护。这些问题导致这类水泵在加纳形成一个不好的形象，所以政府没有批准该类水泵。加纳的其他地区安装了另外一些绳索泵型号，例如在博尔加坦加生产的维多利亚型号。更高质量与良好的社区参与能产生更好的结果，所以大部分新型号的绳泵都能正常运作。加纳北部等地区的绳泵得到水支援组织Water Aid的支持。这些新型号泵取得良好的结果，并慢慢重新提高了绳泵在加纳的形象。经过改进之后，加纳安装了约1600个泵。

埃塞俄比亚

绳泵在2006年左右由Practica基金会引入埃塞俄比亚，并且得到了IDE，JICA和Water Aid等组织的支持。在几年期间，当地的金属车间接受了生产和型号的培训。但是，该泵变得非常受欢迎，未经培训的车间也开始生产和销售此泵。到2012年，埃塞俄比亚安装了约1万个绳索泵，但这些泵和安装工作的质素经常欠佳，缺乏优良的密封，导致水泄漏回到井里，二次污染井水。

2013年，埃塞俄比亚政府决定执行一个长远计划，以改善和规范绳泵，而此计划是由日本援助组织JICA资助，并获得荷兰组织Meta的技术支持。

坦桑尼亚

恩琼贝（坦桑尼亚南部）组织SHIPO在2006年引入了绳泵。在荷兰政府和Aqua for All组织共同成立的Connect International and Funds的支持下，一个所谓的SMART中心成立了。这个中心论证了一系列节水技术，如人力钻孔手动泵、贮水池、家用净水器等，并训练当地组织和私营部门在生产、维护、商业等方面的技巧。其中接受培训的组织就有Winrock、Msabi等。在6年里，已有20多个当地公司接受了培训，安装了超过4000个SHIPO型号的绳泵，800个人力钻孔，使得农村供水点成本降低，从每人40美元降至15美元。在过去的2年里，在4000个绳泵中有30%卖给了私人家庭，交易的方式有现金或通过小额贷款支付。

马拉维、布兰太尔沿线

为了代替马拉维使用的标准手动泵——Afridev社区手动泵，一些绳泵被引进。特别是在一些更加偏远的地区，由于容易出现故障和没有替换的备件，Afridev手动泵并不通用。然而，绳泵也经常出现故障，因为用户太多，有时一个月会发生好几次，虽然可以进行维修，但也被认为不适合社区使用。另一个缺点是，儿童使用不方便，有时绳泵的手柄安全制动系统会失灵（在立管里的水重力作用下，手柄会高速地反弹），导致儿童受伤。现在，社区更偏向于使用比Afridev手动泵更可靠的手动泵，此类泵对备件的需求更少。

莫桑比克

在马拉维，绳泵被当做替代Afridev手动泵可行的选择，一般也是官方选择的手动泵。由于Afridev手动泵有着较高的损坏率，WaterAid组织首次在尼亚桑省引进了水桶和辘轳系统，来替代Afridev手动泵，但莫桑比克政府拒绝接受这些系统作为官方社区水源供应设施。WaterAid组织与Swiss Agency for Development Cooperation（SDC），UNICEF，CARE和莫桑比克政府共同合作，开展了试行强大社区绳泵的漫长过程，先依靠尼加拉瓜的Bombas de Mecate的支持，再适应源于马达加斯加的设计，采用有封闭轮罩的水泵型号。新的型号满足了发展小组制定的一系列关键的水井保护标准和水质标准。在三个省份分别被三个生产商运营，通过共享技术完善设计，推出了更高质量的型号。在SKAT的帮助下，生产标准被建立。在最后阶段，于2011年，绳泵的使用许可被正式通过，政府标准的生产实验室也为生产商发放了生产执照。

在三个省份（尼亚桑、德尔加杜角、赞比西亚），现在已设立超过300个绳泵。尤其是在尼亚桑，WaterAid资助项目继续为社区提供绳泵或Afridev手动泵两种选择。为了绳泵使用的可持续性，每两年对绳泵进行一次监测。目前（2013年7月），受过培训的生产商不再生产，大多数水泵也出现了故障。如同之前提及过的原因，缺乏所有权、维修资金不足，以及过量使用导致技术故障。还有绳泵的全面覆盖，使得维修更加复杂。

在Itoculo（近楠普拉）的另一个组织ADPP对车间进行了SHIPO型号泵的生产培训，该泵目前在坦桑尼亚的分布数量为4000。大约350个水泵被安装在手挖井或人力钻孔水井上，其中70%仍能继续运作。目前（2013年7月）这种水泵型号产于莫纳坡。

虽然维修可行，但是并不被认为是适合社区使用的水泵。另一个弊端是对于儿童来说使用困难（水泵管道直径过长），当手柄安全制动系统失灵时容易受伤。由于缺乏质量监管，绳泵没有防回水系统，引起由立管中水的重力导致的手柄高速反弹。2008年，有超过2000个为灌溉设计的简单杆型绳泵在Blantyre附近设立，这些水泵是由DAPP组织制造的。

2012年，姆祖祖大学的水源训练中心（SMART Centre）研制出了SHIPO型号的绳泵。由Connect International支持的这个中心，正在（2013年）负责为当地的人力钻井和绳泵公司培训。通过认证的重点在于质量监控。在经历初期的问题之后，高质量的水泵现已投入生产并已设立了100个。mzuzusmartcentre.com 除此之外，PumpAid组织同样在希莫尤设立了象泵，象泵也是一种绳泵。

更多信息，请点击以下链接。

布基纳法索

在布基纳法索的WaterAid组织正在研制一款适合当地使用的绳泵。这个项目被WaterAid组织重新定义，为在社区中供水的绳泵提供高质量的制造和安装技术，以提高绳泵的持久性。如今，WaterAid组织准备再度努力，改善几个国家的绳泵质量。在2010年的早期，作为整个项目的一部分，该组织为来自布基纳法索、加纳、马里、赞比亚、马拉维的制造商开设了培训课。最近该组织在布基纳法索进行了有趣的改动，他们重新设计了底部的导板箱，包扩不可逆阀门（脚踏阀），以确保按压手柄后能够出水。这项设计正在一些水泵上试验。 另一个组织Winrock，在2012和2013年开展了针对当地车间的培训，并设立了SHIPO型号的绳泵，为社区中多达150多人提供用水。在2013年底设立的100多个绳泵中，98%的泵目前仍在运作。

Akvo简易报告（RSR）项目

Akvorsr logo lite.png
RSR项目1349
为瓦加县(Wajir)
提供安全用水。


操作说明、视频和链接

操作说明

  • ERPF, K.(2006) 莫桑比克绳泵制造生产指南。Skat，农村供水网络， 圣加仑， 瑞士。
  • 农村供水网络(2006) 绳泵维护指南，Skat，农村供水网络，圣加仑，瑞士。

视频

访问页面有超过15个绳泵视频

其他链接

在越南， 绳泵被用于稻田灌溉。
尼加拉瓜的风力绳泵，由AMEC生产。

参考文献

  1. ↑ Fraenkel, Peter, and Thake, Jeremy. Water Lifting Devices, A handbook for users and choosers, 3rd ed. UK, Rugby: Intermediate Technology Publications Ltd, 2006.
  2. ↑ Olsen, J. P. Greek & Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology. Toronto, Canada: University of Toronto Press, 1984.
  3. ↑ Tacolla, Mariano. De Ingeineis, Liber Primus Leonis, Liber Secundis Draconis, Addenda. c. 1433, folio 80.
  4. ↑ Weisbaden, Ludwig, ed. et al. Facsimile of De Ingeineis, Liber Primus Leonis, Liber Secundis Draconis, Addenda [online]. Germany: Satz Und Druck, 1984. [April 2009]
  5. ↑ Sandiford, Peter, et al. The Nicaraguan Rope-pump. Waterlines, January 1993, Vol. 11 (3).
  6. ↑ Lammerink, M.P. et al. EVALUATION REPORT NICARAGUAN EXPERIENCES WITH ROPE PUMP The Netherlands: IRC, 1995.
  7. ↑ Lambert, R. A. How to make a rope-and-washer pump. London: Intermediate Technology Design Group, 1990.
  8. ↑ Alberts, J. H. The rope-pump - an example of technology transfer. Waterlines, January 2004, Vol. 22 (3), 22-25.
  9. ↑ Weisbaden, Ludwig, ed. et al. Facsimile of De Ingeineis, Liber Primus Leonis, Liber Secundis Draconis, Addenda [online]. Germany: Satz Und Druck, 1984. [April 2009]
  10. ↑ Information on Motorized rope pumps from the Practica Foundation

鸣谢


翻译：邓文佳、Ivy Lam、吴心璇；审校：李卓汶。新南威尔士大学翻译硕士专业学生。
Translated by Wenjia Deng, Ivy Lam, Xinxuan Wu; Reviewed by Zhuowen Li. UNSW Master of Translation and Interpreting Program.

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