Пожарные насосы классификация устройство. Вакуумные системы пожарных насосов: классификация и применение

Из всего многообразия пожарно-технического вооружения насосы представляют наиболее важный и сложный их вид. В машинах пожарных автомобилей различного назначения используется широкая номенклатура насосов, работающих по различным принципам. Они, прежде всего, обеспечивают подачу воды на тушение пожаров. Они полностью обеспечивают работу таких сложных механизмов, как автолестницы и коленчатые подъемники. Они же применяются во многих вспомогательных системах, таких как вакуумные системы, гидроэлеваторы и др. Глубокое знание не только их устройства, но и рабочих характеристик, особенностей режимов их работы обеспечивают эффективное их применение для тушения пожаров.

2.1. Основные определения и классификация насосов

Первое упоминание о насосах относится к III-IV векам до нашей эры. В это время грек Ктесибий предложил поршневой насос. Однако точно не известно использовался ли он для тушения пожаров.

Изготовление поршневых пожарных насосов с ручным приводом осуществлялось в XVIII веке. Пожарные насосы с приводом от паровых машин производились в России уже в 1893 г.

Идея использовать центробежные силы для перекачки воды была высказана Леонардо да Винчи (1452-1519 гг.), теория же центробежного насоса была обоснована членом Российской Академии наук Леонардом Эйлером (1707…1783 гг.).

Создание центробежных насосов интенсивно развивалось во второй половине XIX века. В России разработкой центробежных насосов и вентиляторов занимался инженер Саблуков А.А. (1703…1857 гг.) и уже в 1840 г. им был разработан центробежный насос. В 1882 г. был произведен образец центробежного насоса для Всероссийской промышленной выставки. Он подавал 406 ведер воды в минуту.

В создание отечественных гидравлических машин и, в том числе насосов, большой вклад внесли советские ученые И.И.Куколевский, С.С.Руднев, А.М.Караваев и др.

Пожарные центробежные насосы отечественного производства устанавливались на первых пожарных автомобилях (ПМЗ-1, ПМГ-1 и др.) уже в 30-х годах прошлого столетия.

Исследования в области пожарных насосов на протяжении многих лет проводились во ВНИИПО и ВИПТШ.

В настоящее время на пожарных машинах применяются насосы различных типов (рис.2.1.). Они обеспечивают подачу огнетушащих веществ, функционирование вакуумных систем, работу гидравлических систем управления.

Работа всех насосов с механическим приводом характеризуется двумя процессами: всасывания и нагнетания перекачиваемой жидкости. При этом насос любого типа характеризуется величиной подачи жидкости, развиваемой напором, высотой всасывания и величиной коэффициента полезного действия.

Подачей насоса называется объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени и измеряется в л/с (Q , л/с). Напором насоса называется разность удельных энергий жидкости после и до насоса. Его величину выражают в метрах водяного столба (Н , м). Для определения сущности определения напора рассмотрим схему работы насосной установки (рис.2.2.). На основании уравнения Бернулли запишем

℮ 2 - ℮ 1 = (z 2 – z 1) + (2.1)

где: ℮ 2 и ℮ 1 - энергия на входе и выходе из насоса; Р 2 и Р 1 - давление жидкости в напорной и всасывающей полости, Па; ρ - плотность жидкости, кг/м 3 ; υ 2 и υ 1 - скорость жидкости на выходе и входе в насос, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с. Разность z 2 и z 1 , а также невелики, поэтому для практических расчетов ими пренебрегают.

Значения и - показания манометра Н ман и вакуумметра Н вак на насосе выразим в метрах водяного столба

На основании изложенного напор Н насоса приближенно оценивают как сумму

Н = Н ман + Н вак (2.3)

В этой формуле знак «плюс» ставят, если во всасывающей полости вакуум, т.е. при работе с открытого водоисточника. В случае забора воды из водопроводной сети или при работе последовательно включенных насосов ставят знак «минус».

В соответствии с рис.2.2 напор, развиваемый насосом Н , должен обеспечить подъем воды на высоту Н г , преодолеть сопротивления во всасывающей h вс и напорной линии h н и обеспечить требуемый напор на стволе Н ств . Тогда можно записать

Н = Н г + h вс + h н + Н ств (2.4)

Потери во всасывающей и напорной линиях определяют

h вс = S вс · Q 2 и h н = S н · Q 2 (2.5)

где: S вс и S н - коэффициенты сопротивлений линий всасывания и нагнетания.

На практике используют понятие «напор на насосе» – это манометрический напор. Он равен

Н ман = Н под + h н + Н ств (2.6)

Эффективная мощность насоса идет на совершение работы по перемещению определенного объема жидкости с плотностью ρ на высоту Н, м

N e = ρgQH, Вт (2.7)

Мощность, потребляемая насосом, равна

Полный η насоса определяют по формуле

η = η о · η г · η м (2.9)

где: η о, η г и η м - КПД объемный, гидравлический и механический.

Центробежные насосы обладают рядом крупных достоинств. При постоянной скорости вала насоса n ном об/мин, изменяя подачу Q л/с в широких пределах (до 10 раз), напор Нм, развиваемый им, изменяется на 10…15%. Следовательно, напор при изменении подачи всегда будет достаточно высоким. Центробежные насосы подают жидкость равномерно без пульсаций. Важным является и то, что они способны работать «на себя». При перекрытии ствола, засорении его или заломе напорных рукавов насос не выключатся.

Центробежные насосы не требуют сложного привода от двигателя, надежны в работе и просты в управлении. Существенным их недостатком является то, что они не могут забирать воду из открытых водоисточников. Поэтому их оборудуют специальными вакуумными системами с ручным или автоматическим включением.

К центробежным насосам для целей пожаротушения предъявляется ряд специфических требований. Они должны обеспечивать подачу воды и водных растворов пенообразователя с водородным показателем рН от 7 до 10, плотностью 1010 кг/м 3 и массовой концентрацией твердых частиц до 0,5% при их максимальном размере 3 мм. Насос может потреблять не более 70% мощности, развиваемой двигателем шасси, и обеспечивать работу непрерывно в течение 6 часов при любых температурах окружающей среды.

Струйные и объемные насосы, применяемые на пожарных автомобилях, должны обеспечивать надежную и эффективную работу основных агрегатов во всем диапазоне условий эксплуатации. Они должны быть просты в управлении и обслуживании.

2.2. Объемные насосы

Объемные насосы – насосы, в которых перемещение жидкости (или газа) осуществляется в результате периодического изменения объема рабочей камеры. К ним относятся поршневые насосы, пластинчатые, шестеренчатые, водокольцевые.

Поршневые насосы (рис.2.3.). В поршневых насосах рабочий орган (поршень) совершает в цилиндре возвратно-поступательное движение, сообщая перекачиваемой жидкости энергию.

Подача Q м 3 /с насоса определяется

Q = м 3 /с (2.10)

где: d – диаметр поршня, м; S – ход поршня, м; n – частота перемещения поршня, с -1 .

Поршневые насосы обладают рядом достоинств. Они могут перекачивать различные жидкости, создавая большие напоры (до 15 МПа), обладают хорошей всасывающей способностью (до 7 м) и высоким КПД – η = 0,75…0,85.

Их недостатками являются: тихоходность, неравномерность подачи жидкости и невозможность ее регулировать.

Поршневые насосы применяют для заполнения огнетушителей, газовых баллонов, их испытания и т.д.

Аксиально-поршневые насосы (рис.2.4). Несколько поршневых насосов 2, размещены в одном барабане 3, вращающемся на оси распределительного диска 1. Штоки поршней скалками 4 шарнирно закреплены на диске, вращающемся на оси 4. При вращении вала 6 поршни перемещаются в осевом направлении и одновременно вращаются с барабаном.

Эти насосы применяются в гидравлических системах и перекачивают масла.

В распределительном диске выполнены два серповидные окна 7. Одно из них соединено с масляным баком, а второе с магистралью, в которую подается масло.

За один оборот вала барабана каждый поршень совершает ход вперед и назад (всасывание и нагнетание).

Подача насоса определяется по формуле:

где: D б - диаметр барабана, м; d - диаметр поршня, м; i - число поршней; n - скорость вращения вала, об/мин.

Достоинством насосов является равномерность подачи жидкости, высокое развиваемое давление (40…50 МПа) и КПД η = 0,85…0,9.

В системах управления автолестниц и подъемников они используются как гидромоторы, так и гидронасосы.

Поршневые насосы двойного действия. Насосы этого типа применяются в качестве вакуумных насосов на ряде пожарных насосов, выпускаемых иностранными фирмами. Принципиальная схема такого насоса представлена на рис.2.5. Поршни насоса 5 объединены болтовым соединением 3 в единое целое. Они перемещаются смонтированным на оси 2 эксцентриком 1 посредством ползуна 4.

Частота вращения валика эксцентрика одинакова с частотой вращения вала насоса. Вал эксцентрика приводится во вращение клиновым ремнем от коробки отбора мощности. При вращении эксцентрика 1 ползуны 4 воздействуют на поршни 5. Они совершают возвратно-поступательное движение. В положении, указанном на рисунке, левый поршень будет сжимать воздух, ранее поступивший в камеру. Сжатый воздух преодолеет сопротивление манжеты 7 и будет удаляться через патрубок 6 в атмосферу. Синхронно с этим в правой камере будет создаваться разряжение. При этом будет преодолено сопротивление первой малой манжеты 8. В пожарном насосе будет создаваться вакуум, он начнет заполняться водой. Когда вода начнет поступать в вакуумный насос, он отключается.

За каждую половину оборота эксцентрика поршни совершают ход, равный 2е. Тогда подача насоса может быть вычислена по формуле:

℮ ∙ ℮ ∙ n , м 3 /мин (2.12)

где: d - диаметр цилиндра, м; ℮ - эксцентриситет, м; n - частота вращения валика, об/мин.

При частоте вращения, равной 4200 об/мин, насос обеспечивает заполнение пожарного насоса с глубины всасывания 7,5 м за время меньше 20 с.

Шестеренчатый насос (рис.2.6) состоит их корпуса 9 и зубчатых колес 2. Одно из них приводится в движение, второе в зацеплении с первым свободно вращается на оси. При вращении шестерен жидкость перемещается впадинами 3 зубьев по окружности корпуса.

Они характеризуются постоянной подачей жидкости и работают в диапазоне 500…2500 об/мин. Их КПД в зависимости от частоты вращения и давления составляет 0,65…0,85. Они обеспечивают глубину всасывания до 8 м и могут развивать напор более 10 МПа. Используемый в пожарной технике насос НШН-600 обеспечивает подачу Q = 600 л/мин и развивает напор Н до 80 м при n = 1500 об/мин.

Подача насоса определяется

где: R и r – радиусы шестерен по высоте и впадинам зубьев, см; b – ширина шестерен, см; n – частота вращения вала, об/мин; η - КПД.

В этих насосах предусматривается перепускной клапан. При избыточном давлении через него перетекает жидкость из полости нагнетания во всасывающую полость.

В пазы ротора 2 вставлены пластины 3, изготовленные из нержавеющей стали. На валу ротора закреплен шкив для привода.

Пластинчатый насос (шиберный) насос (рис.2.7) состоит из корпуса с запрессованной с него гильзой 1. В роторе 2 размещены лопатки 3, выполненные из водостойкого материала. Приводной шкив закреплен на роторе 2.

Ротор 2 размещен в гильзе 1 эксцентрично. При его вращении лопатки 3 под действием центробежной силы прижимаются к внутренней поверхности гильзы, образуя замкнутые полости. Всасывание происходит за счет изменения объема каждой полости при ее перемещении от всасывающего отверстия к выпускному.

Подача (см 3 /мин) пластинчатых насосов равна

где: n - частота вращения ротора, об/мин; r 2 c и r 2 p - радиусы статора и ротора, см; b - ширина пластины.

Пластинчатые насосы могут создавать напоры 16…18 МПа, обеспечивают забор воды с глубины до 8,5 м при КПД равном 0,8…0,85.

Смазка вакуумного насоса осуществляется маслом, которое подается в его всасывающую полость из масляного бака за счет разряжения, создаваемого самим насосом.

Водокольцевой насос может использоваться как вакуумный насос. Принцип его работы легко уяснить из рис.2.8. При вращении ротора 1 с лопатками жидкость под влиянием центробежной силы прижимается к внутренней стенке корпуса насоса 4. При повороте ротора от 0 0 до 180 0 рабочее пространство 2 будет увеличиваться, а затем уменьшаться. При увеличении рабочего объема образуется вакуум и через отверстие 3 будет всасываться воздух. При уменьшении объема он будет выталкиваться через окно 5 в атмосферу.

Водокольцевым насосом может создаваться вакуум до 9 м вод.ст. этот насос имеет очень низкий КПД, равный 0,2…0,27. Перед началом работы в него необходимо заливать воду, это его существенный недостаток.

2.3. Струйные насосы

Струйные насосы широко используются с пожарной технике.

Водоструйный насос – гидроэлеватор пожарный входит в комплект ПТВ каждого пожарного автомобиля. Он используется для забора воды из водоисточников с уровнем воды, превышающим геодезическую высоту всасывания пожарных насосов. С его помощью можно забирать воду из открытых водоисточников с заболоченными берегами, к которым затруднен подъезд пожарных машин. Он может быть использован как эжектор для удаления из помещений воды, пролитой при тушении пожаров.

Пожарный гидроэлеватор (рис.2.9) представляет собой устройство эжекторного типа. Вода (рабочая жидкость) от пожарного насоса поступает по рукаву, подсоединенному к головке 7, в колено 1 и далее в сопло 4. При этом потенциальная энергия рабочей жидкости преобразуется в кинетическую энергию. В камере смешения «К» происходит обмен количества движения между частицами рабочей жидкости и подаваемой среды: при поступлении смешанной жидкости в диффузор 5 осуществляется переход кинетической энергии смешанной и транспортируемой жидкости в потенциальную. Благодаря этому, в камере смешения создается разряжение. Этим обеспечивается всасывание подаваемой среды. Затем в диффузоре давление смеси рабочей и транспортируемой жидкостей значительно повышается в результате снижения скорости движения. Это позволяет осуществлять нагнетание воды.

Количество воды, эжектируемое гидроэлеватором, зависит от высоты всасывания и давления на насосе (рис.2.10).

Струйные насосы просты по устройству, надежны и долговечны в эксплуатации. Существенным их недостатком является низкий коэффициент полезного действия, его величина не превышает 30%.

Газоструйный эжекторный насос используется в газоструйных вакуумных аппаратах (рис.2.11). С их помощью обеспечивается заполнение всасывающих рукавов и центробежных насосов водой.

Рабочим телом этого насоса являются отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания АЦ. Они поступают в сопло высокого давления, затем в камеру 3 корпуса насоса 2, в камеру смешения 4 и диффузор 5. Как и в жидкостном эжекторе в камере 3 создается разряжение. Эжектируемый из пожарного насоса воздух, обеспечивает создание в нем вакуума. Этим обеспечивается заполнение всасывающих рукавов и пожарного насоса водой.

Газовые струйные насосы на АЦ используются также для проверки создаваемого вакуума в пожарных насосах.

Газовые струйные насосы обеспечивают заполнение систем всасывания и центробежных насосов при заборе воды с глубины 7 м в течение 30…60 с.

Забор воды из открытых водоисточников производится до 10% всех пожаров. При этом наиболее часто из открытых водоисточников производят забор воды при геометрических высотах всасывания до 5 м. Высота всасывания 6 и 7 м встречается крайне редко и составляет около 1% от общего числа случаев.

Струйный насос вакуумной системы автоцистерн с двигателями дизель имеют одну особенность. Для уменьшения сопротивления в системе используется двухступенчатый струйный насос с постоянным подсосом воздуха.

В насосе (рис.2.12) имеются два сопла: малое 2 и большое 4. В камеру между ними подводится трубка «в», соединяющая струйный и центробежный насосы. При поступлении отработавших газов дизеля по стрелке «а» большое сопло создает разряжение в указанной выше камере и происходит поступление в нее воздуха из насоса по трубке 3 и дополнительное всасывание его из атмосферы (стрелка б). Этот подсос способствует стабилизации работы струйного насоса. Такие струйные насосы используются на АЦ с шасси Урал и двигателями ЯМЗ-236(238).

2.4. Пожарные центробежные насосы серии ПН

Насосы этой серии устанавливают на автоцистернах и автонасосах. Они обозначаются так: ПН-40УВ. В этом обозначении ПН – пожарный насос; 40 – максимальная подача насоса 40 л/с; У – универсальный и В – особенности выпускаемой серии. Геометрически подобны этой серии пожарные насосы ПН-60 и ПН-110 применяются на пожарных аэродромных автомобилях и пожарных насосных станциях, соответственно. Все эти насосы имеют одинаковую номенклатуру основных деталей, идентичны по конструкции, но имеют различные габариты и массу.

Пожарный центробежный насос ПН-40УВ (рис.2.13) состоит из корпуса насоса 1, двух напорных патрубков 2, двух напорных задвижек 3, пеносмесителя 4 и задвижки коллектора 6, установленных на коллекторе 5. Продольный разрез представлен на рис.2.14. В корпусе 1, закрытом крышкой 2, на подшипниках 8 и 16 установлен вал 9 насоса. В корпусе на конической части вала размещено рабочее колесо 5. Оно сопряжено с валом шпонкой и закреплено гайкой со шплинтом. На насосах ПН-40У и ПН-40УА рабочее колесо размещено на цилиндрическом шипе вала. В осевом направлении оно закреплено гайкой и стопорится стопорной шайбой. От проворачивания оно крепится одной и двумя шпонками, соответственно на ПН-40У и ПН-40УА. В ПН-40У корпус насоса 1 и масляная ванна 10 выполнены в виде одной детали. Все корпусные детали насосов, рабочие колеса изготовлены из алюминиевого сплава АЛ9В. Валы насосов изготовлены из стали 45Х и термически обработаны.

Важным элементом в насосе является крепление вала. Это обусловлено особенностями конструкции рабочего колеса. Оно выполнено из двух дисков – ведущего и покрывающего. Между ними расположены лопасти, загнутые в сторону, противоположную вращению. Размеры дисков колеса различны (рис.2.15,а). Это обусловливает возникновение осевой силы, которая направлена по оси в сторону всасывающего патрубка и стремится сместить колесо по оси (рис.2.15,б). Величину этой силы приближенно вычисляют по формуле:

где: S - коэффициент сопротивления щелевого уплотнения (S = 0,6 ); Р – давление на насосе, Р , Па; R 1 - радиус входного отверстия, м; R в - радиус вала, м.

Для уменьшения этого давления в ведущем диске колеса предусмотрены отверстия. Через эти отверстия жидкость перетекает из левой части в правую. Кроме того, подшипник 16 (50309) имеет стопорное кольцо, воспринимающее осевое усилие и предотвращающее смещение вала в осевом направлении (рис.2.16).

Работоспособность центробежных насосов во многом определяется совершенством его герметизации.

Внутренняя герметизация рабочего колеса 5 от корпуса 1 и крышки 2 осуществляется уплотнительными кольцами 3 в корпусе и крышке (они изготовлены из чугуна) и на колесе 4 (они изготовлены из бронзы Бр 0ЦС-6-6-3. Радиальный зазор между кольцами находится в пределах 0,2…0,3 мм. Эти щелевые уплотнения уменьшают циркуляцию жидкости в насосе. При изнашивании колец она увеличивается.

Герметизация внутренней полости насоса от внешней среды осуществлена двумя способами. Все стенки соединяемых корпусных деталей герметизируют резиновыми прокладками.

Герметизация насоса по валу производится резиновыми манжетами (рис.2.17), размещаемыми в специальном уплотнительном стакане 7 (рис.2.14).

В уплотнительном стакане ПН-40УВ смонтированы три манжеты АСК-45. Одна из них (на рис.2.17, б – правая) обеспечивает герметизацию при разряжении в насосе. Две другие – при давлении. Для обеспечения долговечности уплотнения в него по шлангу 17 (рис.2.14) периодически подается смазка. На пожарных насосах других конструкций в стакане монтируют четыре манжеты.

Изнашивание манжет и вала ухудшает герметизацию насоса. При этом затрудняется забор воды и увеличиваются ее утечки.

Полость в корпусе насоса (рис.2.14) между уплотнительным стаканом 7 и манжетой 14 образует масляную ванну 10. В ней имеется щуп 18 и сливная пробка 19. В корпусе привода тахометра 15 размещены червячная шестерня привода 11 и червяк 20, изготовленные из стали 20. Масляная ванна и корпус привода тахометра изолированы от внешней среды манжетой 14 и защитным колпаком 13.

Для смазки подшипников качения и привода тахометра в масляную ванну заливается трансмиссионное масло ТА п -15В через отверстие для щупа 18. Слив его производится через сливную пробку 19.

Коллектор (позиция 5 на рис.2.13) предназначен для распределения воды в рукавные линии или цистерну. Кроме этого, на нем крепится напорная задвижка 6, пеносмеситель 4 и вакуумный кран для соединения внутренней полости насоса с атмосферой или вакуумным насосом.

Поперечный разрез коллектора с напорной задвижкой показан на рис.2.18. Корпус 1 коллектора фланцем с отверстием диаметром 90 мм крепится к диффузору пожарного насоса.

В лафетный ствол или цистерну вода подается через отверстие с диаметром 78 мм. Проходное сечение этого отверстия регулируется задвижкой. Она состоит из корпуса 7, клапана 3 в сборе и прокладки 4. Шпиндель 7 закреплен на клапане полукольцами 5, позволяющими ему вращаться относительно клапана. Шпиндель имеет винтовую нарезку и при вращении маховичка 10 и перемещается по резьбе втулки 6. При соприкосновении прокладки 4 с седлом клапана 2 вращение штока не тормозится, благодаря полукольцам 5. Этим предотвращается разрушение прокладки 4.

К фланцам торцовых поверхностей коллектора (отверстия с диаметром 70 мм) шпильками крепятся две напорные задвижки (рис.2.19). Их устройство не требует особых объяснений. При вращении маховичка 8 шпиндель с винтовой нарезкой 5 перемещается в гайке 4. Под напором воды клапан 1 поворачивается вокруг оси 2 и вода поступает в рукавную линию. При прекращении подачи воды на высоту клапан 1 под ее напором закроет вход в коллектор.

Пеносмеситель. На насосах ПН-40УВ установлены пеносмесители ПС-5 (рис.2.20). Регулируя рукояткой 4 положение дозатора 2, возможно подавать 5 различных доз пенообразователя (ПО). При включении рукояткой 7 крана 8 вода из коллектора поступит в сопло 9, а затем в диффузор 10 и всасывающий патрубок насоса.

Образующееся в камере ПС разряжение обеспечит поступление ПО из пенобака через отверстие 6.

Положение дозатора 2 фиксируется стрелкой 5 на диске 3. Обратный клапан 11 установлен в патрубке с отверстием 6.

Коллекторы и их оснащение на всех насосах типа ПН идентичны.

Пожарный насос ПН-60 является геометрически подобной моделью насоса ПН-40У. Основные детали и колесо насоса отлиты из чугуна (СЧ-24-44)

Рабочее колесо (диаметр – 360 мм) насажено на вал диаметром 38 мм по месту посадки. Крепится оно двумя шпонками и закрепляется шайбой и гайкой.

Уплотнение вала насоса осуществляется манжетами АСК-50 (50 – диаметр вала, мм).

Для работы от открытого водоисточника на всасывающий патрубок насоса навинчивается водосборник с двумя патрубками для всасывающих рукавов диаметром 125 мм.

Пожарный насос ПН-110. Этот насос также геометрически подобен насосу ПН-40У. Его основные корпусные детали и рабочее колесо изготовлены из серого чугуна. Диаметр рабочего колеса 630 мм, диаметр вала в месте установки сальников 80 мм (манжеты АСК-80). Диаметр всасывающего патрубка 200 мм, напорных патрубков – 100 мм.

Напорные задвижки насоса ПН-110 имеют конструктивные особенности (рис.2.21). В корпусе 6 и крышке 7 размещен клапан 1 на оси 3 и шпиндель 5, соединенный рычагом 2 с гайкой 4. При вращении маховичка 10 гайка 4 будет навинчиваться на шпиндель 5 и поворачивать рычагом 2 клапан 1. На клапане имеется резиновая прокладка.

Технические возможности и диапазон регулирования основных параметров насоса (Q , л/с и H , м) оценивают по техническим и рабочим характеристикам.

Технические характеристики насосов ПН приводятся в табл.2.1.

Таблица 2.1

Значения Н м и Q л/с получены при n ном , указанном в таблице и высоте всасывания 3,5 м. Подача насоса с максимальной геометрической высоты всасывания должна быть не менее 50% от номинальной, а напор - не менее 95% от номинального.

Рабочие характеристики насосов ПН представлены на рис.2.22 и рис.2.23. Характеристика Q-H называется главной рабочей характеристикой насоса.

При закрытой задвижке на напорном патрубке (Q = 0) напор, создаваемый насосом, равен 100…120 м. При этом насосом потребляется значительная мощность (рис.2.23). Она затрачивается на механические потери в подшипниках, сальниках и нагревание воды в корпусе насоса. Перегрев воды внутри насоса может вызвать термические деформации в насосе, перегрев подшипников и срыв его работы. Поэтому с закрытой задвижкой возможна только кратковременная работа.

2.5. Пожарные центробежные насосы (ПЦН)

Пожарные насосы этого типа – насосы нового поколения. Основные конструктивные элементы и системы, обеспечивающие их функционирование, аналогичны элементам и системам насосов ПН. Однако в конструкции насосов ПЦН имеется ряд принципиальных особенностей, отличающих их от насосов ПН.

На этих насосах герметизация внутренних полостей осуществляется уплотнениями торцового типа. Элементы этих уплотнений изготовлены из силицированного графита. Этот материал характеризуется высокой износостойкостью и, следовательно, обеспечивает большую долговечность уплотнений.

Уплотнение рабочих колес пожарных насосов могут быть и комбинированными. Так, по желанию Заказчика изготавливаются насосы, в которых уплотнения рабочих колес и межступенчатые уплотнения выполняются щелевыми, а концевые уплотнения вала – торцовыми.

Существенным является также и то, что струйные насосы в вакуумных системах заменены пластинчатыми насосами с механическим приводом.

Важным является то, что в конструкции насосов реализованы автоматические системы управления забором воды из естественных водоисточников. Ручной привод является дублирующим.

Внесены изменения и в систему подачи пенообразователя. Так, предусматривается автоматическое выключение подачи пенообразователя при выключении пенных стволов или ГПС. На некоторых ПЦН предусмотрен автоматический контроль и поддержание концентрации пенообразователя в воде.

На насосах предусмотрена установка счетчиков продолжительности их работы.

Пожарный центробежный насос низкого давления – ПЦНН-40/100.

Продольный разрез насоса представлен на рис.2.24. Вал 4 насоса установлен в корпусе 5 насоса на двух подшипниках 13. Левый подшипник в осевом направлении закреплен шайбой 15, привинченной к корпусу привода тахометра. Червячное колесо 3 этого привода в осевом направлении закреплено втулкой шкива 1. Шкив закреплен на валу гайкой. На металлической основе шкива завулканизирована резиновая оболочка. Этот шкив является приводом вакуумного насоса.

Подшипники вала смазываются маслом из масляной ванны. Масло заливается через отверстие, закрываемое пробкой “ а ” со щупом. Сливается масло через отверстие, закрываемое пробкой 14. Вытекание масла предотвращается резиновыми маслостойкими манжетами 2.

На коническом хвастовике вала 4 на шпонке закреплено рабочее колесо 10 насоса. Уплотнение колеса от корпуса обеспечивается уплотнениями 8 и 11 торцового типа, а уплотнение внутренней полости насоса от внешней среды обеспечивается торцовым уплотнением 12. Слив воды из полости А насоса и корпуса насоса производится через сливной кран 9 шарового типа.

Корпус насоса закрывается крышкой 6 с установленной на нем сеткой 7 с размерами ячеек 3 мм.

Размещение элементов конструкции насоса, арматуры и приборов представлено на рис.2.25,а и 2.25,б. На коллекторе 15, установленном на насосе 1, размещены четыре напорные вентиля 5 и вентиль 7 заполнения цистерны. Производятся насосы и с двумя напорными патрубками.

Непосредственно на насосе установлены сливной кран 2, вакуумный кран 3, масляный бак 21 и вакуумный насос 20. Внутри коллектора находятся падающий клапан 17 и датчик концентрации пенообразователя 18. К коллектору присоединен гидроблок 16 с тягой 19, управляющий включением и выключением вакуумного насоса 20.

На приборную панель выведены рукоятки управления автоматической системой дозирования (АСД) 13 пенообразователя, тахометр 12, счетчик времени наработки 9 и ручка 10 слива воды из дозатора пеносмесителя.

Уровень масла в масляной ванне опор вала контролируется маслоуказателем 4.

Напорные вентили 5 и вентиль 6 заполнения цистерны идентичны. На винте 8 размещен клапан 3 (рис.2.26). При вращении рукоятки 12 винт 8 ввинчивается во втулку 10, открывая путь воде из коллектора в рукавную линию.

Шаровые краны используются для слива воды из насоса и включения вакуумной системы.

Устройство сливного крана показано на рис.2.27. В корпусе 5 крана находится шарик 6 с двумя отверстиями. Он уплотняется резиновыми кольцами 7. В положении, указанном на рисунке, вода непрерывно по трубке 8 поступает из канала А зоны уплотнения центробежного насоса (см. рис.2.24, позиция А и 9) и из корпуса насоса, и выливается за борт автомобиля. При повороте рукоятки 1 на себя вода будет сливаться только из полости А.

Падающий клапан тарельчатого типа. Его устройство показано на рис.2.28. Он предназначен для предотвращения обратного тока воды при остановке насоса, когда рукава поданы в верхние этажи, а также для герметизации полости насоса при работе вакуумной системы.

На штоке 7 клапана установлен постоянный магнит 3, необходимый для индицирования нулевой подачи насоса. Она осуществляется магнитно-элеткрическим контактом 4, установленном на направляющей 2.

При работе насоса поток воды переместит клапан в верхнее положение. При прекращении подачи воды, под тяжестью собственного веса он опустится вниз. Установленный на штоке магнит, обеспечить замыкание электрической цепи и на панели 13 (рис.2.25,а) загорится лампочка “Нет подачи воды”.

Пеносмеситель является частью автоматической системы дозирования, включающей датчик концентрации и электронный блок управления (рис.2.25, поз.18 и 13).

Пеносмеситель (рис.2.29) закреплен на напорном коллекторе. Основные его части: водоструйный эжектор 1 с краном включения 2, дозатор 3, обратный 7 и сливной 9 краны.

Диффузионный (выходной) конец эжектора вставлен в крышку центробежного насоса, а сопловой (входной) конец эжектора крепится к крану включения эжектора.

На схеме 2.29 пеносмеситель представлен в исходном (нерабочем) положении. При тушении пеной, открыв кран 2 из пожарного насоса поступит вода в эжектор 1. В камере «В» будет создано разряжение. Одновременно с этим в дозаторе 3 приподнимутся шток 4 и 6 с клапанами. Тогда пенообразователь из пенобака будет поступать из камеры А в камеру Б (обратный клапан 7 при этом откроется) и В, а затем в пожарный насос (это показано стрелками).

Обратный клапан 7 лепесткового типа предотвращает доступ воды в пенобак при работе от гидранта в случаях, когда закрывают кран 1 эжектора или останавливают насос, не закрыв предварительно кран подачи пенообразователя из пенобака в насос.

Сливной кран 9 предназначен для слива пенообразователя из полостей А и Б дозатора по окончании работы насоса. Ручка крана выведена на приборную панель (поз.10 на рис.2.25,а).

При открытом положении крана 9 и приподнятом положении клапана 6 проточная полость Б дозатора через специальное отверстие в области крана 9 сообщается с эжектируемой полостью В и через эжектор 1 со всасывающей полостью насоса. В этом положении клапан 8 должен быть поставлен в положение «открыть» для поступления воздуха в насос при сливе пенообразователя, а также и воды.

Шток 4 перетекающего клапана и шток 6 дозирующего клапана управляются специальными механизмами.

Механизм управления штоком 4 отсекающего клапана работает следующим образом (рис.2.30). Повышение давления в пожарном насосе будет деформировать сильфон 2, перемещая шток 3 вверх. Рычаг 5, поворачиваясь, переместит шток клапана 7 вверх. Полости Б и В на рис.2.29 соединятся. При понижении давления в насосе пружина 6, разжимаясь, переместит клапан 7 в исходное положение.

Механизм управления дозирующим клапаном может работать в автоматическом режиме и при ручном управлении. Дозирующий клапан 1 (рис.2.31) закреплен на зубчатой рейке 2, которая посредством редуктора, включающего детали 7,3,4 и 5, приводится в движение электродвигателем 6. Последний управляется электронным блоком. При перемещении дозирующего клапана относительно проточного отверстия в корпусе изменяется проходное сечение проточной полости дозатора. Вследствие этого происходит изменение подачи пенообразователя в эжектор.

Включение пеносмесителя осуществляется следующим образом. На приборной панели насоса (поз.1 на рис.2.25,а) включается эжектор пеносмесителя (см. поз.2 на рис.2.29). На приборной панели указаны концентрации пенообразователя 3 и 6%. Такие концентрации пенообразователя можно подавать в 1…5 пеногенераторов. При этом будет устанавливаться соответствующее положение дозирующего клапана ручным приводом. Схема привода дозирующего клапана представлена на рис.2.32.

Червячное колесо 3 вмонтировано во фрикционную муфту 5. Основная ее часть закреплена шплинтом на оси рукоятки 6, а вторая прижимается к первой (основной) пружинами 7. Вследствие этого при повороте рукоятки 6 червячное колесо 3, удерживаемое червяком 4 (см. поз.4 на рис.2.31) не будет вращаться. При этом зубчатое колесо 2 переместит рейку 1 (поз.2 на рис.2.31) с ее дозирующим клапаном в необходимое положение, обеспечивающее требуемую подачу пенообразователя.

Автоматическая система дозирования (АСД) пенообразователя обеспечивает поддержание требуемой его концентрации. На лицевой панели электронного блока управления (рис.2.33) размещены переключатели и индикаторы контроля работы системы.

Включение в работу осуществляется следующим образом. При включении тумблера 2 загорается индикаторная лампочка 1. Затем включается переключателем 3 тип пенообразователя, а переключателем 4 – коррекция его концентрации. При подаче пенообразователя будет гореть лампочка 6.

Принцип работы АДС основан на сравнении электрической проводимости раствора пенообразователя с электрическим эквивалентом раствора заданной концентрации. При изменении концентрации раствора пенообразователя изменится его электрическая проводимость. Ее рассогласование с электрическим эквивалентом зафиксируется в электронном блоке и будет выработан управляющий сигнал на электрический двигатель дозатора (см. поз. 6 на рис.2.31). Двигатель изменит обороты и через систему зубчатых колес изменится положение клапана 1 и, следовательно, концентрация пенообразователя.

Назначение и классификация пожарных насосов.

Пожарные насосы занимают особое место среди технических средств пожаротушения. Они предназначены для забора огнетушащих средств и подачи их в очаг пожар с необходимой интенсивностью. От конструктивного совершенства и технических параметров пожарных насосов во многом зависит успешное выполнение поставленных задач, связанных с тушением пожаров.

Насосы - это машины, преобразующие подводимую энергию в механическую работу перекачиваемой жидкости или газа. В пожарной технике применяют насосы различного вида. Наибольшее применение находят механические насосы, в которых механическая энергия твердого тела, жидкости или газа преобразуется в механическую энергию жидкости.

По принципу действия насосы классифицируются в зависимости от природы сил, под действием которых происходит перемещение перекачиваемой среды в насосе.

Таких сил различают три:

· массовая сила (инерция);

· вязкостное трение;

· сила поверхностного давления.

Насосы, в которых преобладает действие массовых сил или жидкостное трение, либо эти силы вместе, относятся к динамическим насосам (см рис. 5.1).

Насосы, в которых преобладает действие силы поверхностного давления, составляют группу объемных насосов.

Рис. 5.1. Классификация пожарных насосов.

Рис. 5.2. Схема поршневого насоса.

Рис. 5.3. Схема шиберного (а) и водокольцевого (б) насосов.

а : 1 - ротор; 2 -шиберы; 3 - объем между шиберами; 4 - корпус.

б : 1- ротор; 2 - объем между лопатками; 3 - водяное кольцо;

4 - корпус.

Схема шиберного и водокольцевого насосов представлена на рис. 5.3. При вращении ротора 1, эксцентрично расположенного в корпусе насоса 4, объем 3 между двумя шиберами 2 в первый полупериод увеличивается, а затем уменьшается. Происходит постоянное всасывание жидкости справа и нагнетание слева. Шиберы в таких насосах выполнены в виде пластин, которые радиально перемещаются в специальных пазах ротора.

В водокольцевом насосе ротор 1с радиальными лопатками эксцентрично размещен в цилиндрическом корпусе 4. Корпус насоса предварительно заполняют водой. При вращении ротора вода отбрасывается к периферии, образуя водяное кольцо 3. Рабочий объем 2 между лопатками ротора сначала увеличивается, а затем уменьшается, происходят всасывание и нагнетание. Всасывающий и нагнетательный патрубки насоса примыкают к торцевой части насоса.

Рис. 5.4. Схема шестеренного насоса

1 - напорная полость; 2 - ведомая шестерня; 3 - всасывающая полость;

4 - корпус; 5 - ведущая шестерня.

Рис. 5.5. Схемы пожарных насосов: а - центробежного

1 - вал; 2 - рабочее колесо: 3 - всасывающий патрубок;

4 - напорный патрубок; 5 - корпус; 6 - спиральная камера;

б – струйного : 1 - диффузор; 2 - камера; 3 - насадок.

Схема шестеренного насоса представлена на рис. 5.4. В корпусе насоса 4 размещены ведущая 5 и ведомая 2 шестерни. При вращении шестерен в направлении, указанном на рисунке, жидкость из всасывающей полости 3 захватывается зубьями шестерен и поступает в напорную полость 1. В напорной полости зубья входят в зацепление и вытесняют жидкость в напорный патрубок.

Из динамических насосов наибольшее распространение имеют инерционные насосы, а именно лопастные. В пожарной технике наиболее часто используют один из видов лопастного насоса - центробежный. Основной частью центробежного насоса (рис. 5.5 а) является рабочее колесо 2, соединенное с валом 1. Внутри рабочего колеса имеются лопасти, изогнутые в сторону вращения. Корпус 5 насоса выполнен в виде спиральной камеры 6, переходящей в напорный патрубок 4. Принцип работы центробежного насоса основан на действии центробежных сил, возникающих в потоке жидкости, проходящем через рабочее колесо.

Центробежные насосы отличаются друг от друга: числом рабочих колес: одно-, двух- и многоступенчатые; расположением вала: горизонтальные, вертикальные, наклонные; развиваемым напором: нормального - до 100 м.в.ст., высокого - 300 м.в.ст. и более; комбинированные насосы одновременно подают воду под нормальным и высоким напором; по размерам (в основу деления положен такой параметр, как номинальная полезная гидравлическая мощность): насос микро, мелкий, малый, средний, крупный; мощность, кВт, до 0,4; 0,4...4; 4...100; 100...400; более 400; конструкцией рабочего колеса: с открытым или закрытым, с одно- или двухсторонним входом; расположением на пожарных автомобилях: переднее, среднее, заднее.

Вихревые и струйные насосы по принципу действия относятся к смешанным насосам, так как значительную роль в их работе играют и силы инерции, и силы жидкостного трения. Схема струйного насоса представлена на рис. 5.5 б. Рабочая среда подходит к насадку 3, который имеет сопло. На выходе из сопла жидкость, обладая запасом кинетической энергии, имеет максимальную скорость. Увеличение скорости потока рабочей жидкости приводит к уменьшению давления в струе и камере 2 ниже атмосферного. Эжектируемая жидкость под действием атмосферного давления поступает в камеру 2 и уносится рабочей струей в расширяющуюся камеру диффузора 1, где уменьшается скорость (скоростной напор) и увеличивается пьезометрический напор (давление) жидкости. Расход жидкости Q 3 в камере диффузора 1 равен сумме расходов рабочей Q 1 и эжектируемой жидкости Q 2:

В пожарной технике встречаются струйные насосы двух видов - газо- и водоструйные. Это различие заключается в виде подводимой к насосу рабочей среды.

Вихревые насосы - это одна из разновидностей тангенциально-дискового насоса. В вихревом насосе жидкость приобретает энергию из-за увеличения жидкости рабочим колесом и сил инерции.

К смешанным насосам, в которых жидкость перемещается за счет сил трения и инерционных сил, относятся такие насосы, как дисково-радиальные, лабиринтные, черпаковые, вибрационные. В пожарной технике они не находят широкого применения.

Необходимо иметь в виду, что термин «пожарный насос» применяют чаще всего для насосов, которые предназначены для подачи огнетушащих жидкостей (в основном воды) при тушении пожаров. Такие насосы устанавливают не только на пожарных автомобилях и другой технике, но и в зданиях (насосы-повысители), на судах, насосных станциях и т. д.

По способу создания разряжения пожарные насосы подразделяются на самовсасывающие и несамовсасывающие. К первой группе относятся объемные насосы, ко второй – динамические.

В пожарной охране преимущественное распространение получили центробежные насосы. Основные конструктивные элементы центробежных пожарных насосов - это рабочие органы, корпус, опоры вала, уплотнение.

Рабочие органы - это рабочие колеса, подводы и отводы.

Рабочее колесо насоса нормального давления выполнено из двух дисков - ведущего и покрывающего. Между дисками расположены лопасти, загнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса. До 1983 г. лопасти рабочих колес имели двоякую кривизну, что обеспечивало минимальные гидравлические потери и высокие кавитационные свойства. Однако из-за того, что изготовление таких колес трудоемко и они имеют значительную шероховатость, в современных пожарных насосах применяют рабочие колеса с цилиндрической формой лопаток (ПН-40УБ, ПН-110Б, 160.01.35, ПНК-40/3). Угол установки лопастей на выходе рабочего колеса увеличен до 65...70°, лопасти в плане имеют S-образную форму. Это позволило увеличить напор насоса на 25...30 % и подачу на 25 % при сохранении кавитационных качеств и КПД примерно на том же уровне. Масса насосов уменьшена на 10 %.

При работе насосов на рабочее колесо действует гидродинамическая осевая сила, которая направлена по оси в сторону всасывающего патрубка и стремится сместить колесо по оси, поэтому важным элементом в насосе является крепление рабочего колеса.

Рис. 5.6. Эпюра осевых сил на рабочее колесо.

Осевая сила возникает за счет разности давлений на рабочее колесо (рис. 5.6), так как со стороны всасывающего патрубка на него действует меньшая сила давления, чем справа. Величину осевой силы приближенно определяют по формуле

F = 0,6Рπ(R 2 1 - R 2 в) ,

где F - осевая сила, Н; Р - давление на насосе, Н/м 2 (Па); R 1 - радиус входного отверстия, м; R в - радиус вала, м.

Рис. 5.7. Рабочее колесо пожарного насоса

1 - рабочее колесо; 2 - элементы щелевых уплотнений;

3 - отверстия в ведущем диске; 4 - корпус насоса.

Для уменьшения осевых сил, действующих на рабочее колесо насоса, в ведущем диске высверлены отверстия, через которые жидкость перетекает из правой части в левую (рис. 5.7). При этом величина утечек равняется утечкам через целевое уплотнение за колесом, КПД насоса снижается. С износом элементов целевых уплотнений будет увеличиваться утечка жидкости и уменьшаться КПД насоса.

В двух- и многоступенчатых насосах рабочие колеса на одном валу могут размещаться с противоположным направлением входа - это также компенсирует или снижает действие осевых сил.

Кроме осевых сил на рабочее колесо при эксплуатации насоса действуют радиальные силы. Эпюра радиальных сил, действующих на рабочее колесо насоса с одним отводом, показана на рис. 5.8. Из рисунка видно, что на рабочее колесо и вал насоса при вращении действует неравномерно распределенная нагрузка.

В современных пожарных насосах разгрузка вала и рабочего колеса от действия радиальных сил осуществляется путем изменения конструкций отводов. Отводы в большинстве пожарных насосов спирального типа.

Рис. 5.8. Эпюра радиальных сил, действующих на рабочее колесо насоса с одним отводом.

Рис. 5.9. Эпюра радиальных сил, действующих на рабочее колесо

насоса с двумя отводами.

В насосе 160.01.35 (марка условная) применен отвод лопаточного типа (направляющий аппарат), за которым расположена кольцевая камера. В этом случае действие радиальных сил на рабочее колесо и вал насоса сводится до минимума.

Спиральные отводы в пожарных насосах выполняют одно- (ПН-40УА, ПН-60) и двухзавитковыми (ПН-110, МП-1600). В пожарных насосах с однозавитковым отводом разгрузку от радиальных сил не производят, ее воспринимают вал и подшипники насоса. В двухзавитковых отводах действие радиальных сил в спиральных отводах уменьшается и компенсируется (рис. 5.9).

Подводы в пожарных центробежных насосах, как правило, осевые, выполненные в виде цилиндрической трубы. В насосе 160.01.35 предусмотрен предвключенный шнек. Это способствует улучшению кавитационных свойств насоса.

Корпус насоса является базовой деталью, изготовляют его, как правило, из алюминиевых сплавов. Форма и конструкция корпуса зависят от конструктивных особенностей насоса.

Опоры вала применяют для пожарных насосов встроенного типа. Валы в большинстве случаев устанавливают на двух подшипниках качения.

Уплотнения в пожарных насосах различают двух видов: для уплотнения неподвижных деталей (стыки корпусных деталей крышки и т. д.) и уплотнения вращающихся частей. Для уплотнения неподвижных деталей применяют прокладки и резиновые кольца различных сечений. Уплотнение вала в корпусе насоса осуществляется при помощи специальной пластичной набивки, состоящей из смеси антифрикционного и пропиточного компонентов или набора каркасных резиновых манжет (сальников). Устанавливают сальники таким образом, чтобы они работали как при давлении перед ними, так и при вакууме. В настоящее время ведутся исследования по разработке торцевых уплотнений вместо сальниковых, однако имеются трудности по созданию материала для торцевых уплотнений, способных работать на загрязненной воде и в режиме «сухого трения». Уплотнения между рабочим колесом и корпусом (передние и задние) в пожарных насосах бесконтактные (щелевые). Материал деталей уплотнений «корпус - колесо», как правило, чугун - бронза, что уменьшает окисление и эрозионный износ.

Конструкция центробежных пожарных насосов.

В нашей стране на пожарных автомобилях устанавливают в основном насосы нормального давления типа ПН-40, 60 и 110, параметры которых регламентированы ОСТ 22-929-76. Кроме этих насосов для аэродромных автомобилей тяжелого типа на шасси МАЗ-543, МАЗ-7310 используют насосы 160.01.35 (по номеру чертежа). Из комбинированных насосов на пожарных автомобилях используют насос марки ПНК 40/3. В настоящее время разработан и готовится к выпуску насос высокого давления ПНВ 20/300. Технические характеристики пожарных насосов нормального давления приведены в таблице 5.1.

Пожарный насос ПН-40УА. Унифицированный пожарный насос ПН-40УА выпускался серийно с начала 80-х годов вместо насоса ПН-40У и хорошо зарекомендовал себя на практике.

Модернизированный насос ПН-40УА в отличие от ПН-40У выполнен со съемной масляной ванной, расположенной в задней части насоса. Это намного облегчает ремонт насоса и технологию изготовления корпуса (корпус разделен на две части). Кроме того, в насосе ПН-40УА применен новый способ крепления рабочего колеса на двух шпонках (вместо одной), что увеличило надежность этого соединения.

Насос ПН-40УА является унифицированным для большинства пожарных автомобилей и приспособлен для заднего и среднего расположения на шасси автомобилей ГАЗ, ЗИЛ, Урал.

Насос ПН-40УА показан на рис. 5.10. Насос состоит из корпуса насоса 4, напорного коллектора 3, пеносмесителя 2 (марка ПС-5) и двух задвижек 1.

Таблица 5.1. Технические характеристики пожарных насосов нормального давления.

На рис. 5.11 представлен продольный разрез насоса. Он состоит из двух частей корпуса 6, крышки 2, вала 8, рабочего колеса 5, подшипников 7, 9, уплотнительного стакана 13, червячного привода тахометра 10, манжеты 12, муфты фланца 11, винта 14, пластичной набивки 15, шланга 16. Рабочее колесо 5 закреплено на валу при помощи двух шпонок 1, стопорной шайбы 4 и гайки 3.

Крепление крышки к корпусу насоса осуществлено шпильками и гайками, для обеспечения герметизации соединения установлено резиновое кольцо.

Рис. 5.10. Общий вид пожарного насоса ПН-40УА:

1 - задвижка; 2- пеносмеситель; 3 - напорный коллектор;

4 - корпус насоса.

Рис. 5.11. ПН-40УА (продольный разрез)

1 - шпонки; 2 - крышка; 3 -гайка; 4 - стопорная шайба;

5 - рабочее колесо; 6 - корпус; 7,9 - подшипники; 8 - вал;

10 - червячный привод тахометра; 11 -муфта-фланец;

12 - манжета; 13 - уплотнительный стакан; 14 - винт;

15 - пластичная набивка; 16 - шланг.

Щелевые уплотнения (переднее и заднее) между рабочим колесом и корпусом насоса выполнены в виде уплотнительных колец из бронзы (Бр ОЦС 6-6-3) на рабочем колесе (напрессовка) и чугунных колец в корпусе насоса. Уплотнительные кольца в корпусе насоса закреплены винтами.

Уплотнение вала насоса достигается применением пластичной набивки или каркасных резиновых сальников, которые размещены в специальном уплотнительном стакане (рис. 5.12). Стакан прикреплен к корпусу насоса болтами через резиновую прокладку. Болты через специальные отверстия зафиксированы проволокой во избежание их раскручивания.

При использовании в уплотнении вала пластичной набивки ПЛ-2 существует возможность восстановления герметизации узла без его разборки и замены деталей. Это осуществляется путем прессования набивки винтом.

При использовании для уплотнения вала насоса каркасных сальников АСК-45 и их замене необходимо помнить, что из четырех сальников один (первый к рабочему колесу) работает на разрежение и три - на давление. Для распределения смазки в сальниковом стакане предусмотрено маслораспределительное кольцо, которое соединено каналами со шлангом и пресс-масленкой. Водосборное кольцо стакана соединено каналом с дренажным отверстием, обильная утечка воды из которого указывает на износ сальников.

Полость в корпусе насоса между уплотнительным стаканом и сальником муфты фланца служит масляной ванной для смазки подшипников и привода тахометра. Вместимость масляной ванны 0,5 л. Масло заливают через специальное отверстие, закрываемое пробкой. Сливное отверстие с пробкой находится в нижней части корпуса масляной ванны.

Воду из насоса сливают путем открытия крана, расположенного в нижней части корпуса насоса. Для удобства открывания и закрывания крана его рукоятка удлиняется рычагом.

Рис. 5.12. Уплотнительный стакан.

На диффузоре корпуса насоса расположен коллектор (алюминиевый сплав АЛ-9), к которому прикреплены пеносмеситель и две задвижки. Внутри коллектора смонтирована напорная задвижка для подачи воды в цистерну (рис. 5.13). В корпусе коллектора предусмотрены отверстия для подсоединения вакуумного клапана, трубопровода к змеевику системы дополнительного охлаждения двигателя и отверстие с резьбой для установки манометра. Напорные задвижки прикреплены шпильками к напорному коллектору. Клапан 1 отлит из серого чугуна (СЧ 15-32) и имеет проушину для стальной 1СтЗ) оси 2, концы которой установлены в пазы корпуса 3 из алюминиевого сплава АЛ-9. К клапану винтами и стальным диском прикреплена резиновая прокладка. Клапан закрывает проходное отверстие под действием собственной массы. Шпиндель 4 прижимает клапан к седлу или ограничивает его ход, если он открывается напором воды из пожарного насоса.

Рис. 5.13. Напорная задвижка коллектора насоса ПН-40УА

1 - клапан; 2 - ось; 3 - корпус; 4 - шпиндель

Пожарный насос ПН-60 (рис. 5.14) центробежный нормального давления, одноступенчатый, консольный, без направляющего аппарата. Насос ПН-60 является геометрически подобной моделью насоса ПН-40У, поэтому конструктивно не отличается от него.

Корпус насоса 4, крышка насоса и рабочее колесо 5 отлиты из чугуна. Отвод жидкости от колеса происходит по спиральной однозавитковой камере 3, заканчивающейся диффузором 6. Рабочее колесо 5 с наружным диаметром 360 мм насажено на вал диаметром 38 мм по месту посадки. Крепление колеса

осуществляется при помощи диаметрально расположенных двух шпонок, шайбы и гайки.

Рис. 5.14. Пожарный насос ПН-60:

1 - вал; 2 - гайка; 3 - спиральная камера; 4 - корпус;

5 - рабочее колесо; 6 - диффузор.

Рис. 5.15. Пожарный насос ПН-110:

а – продольный разрез : 1 - всасывающий патрубок; 2 - крышка;

3 - корпус; 4 - рабочее колесо

б - напорная задвижка : 1- сальниковая набивка;

2 - шпиндель с резьбой; 3 - гайка;

4 - клапан с резиновой прокладкой; 5 -ось клапана;

6 -планка; 7 -корпус; 8- крышка корпуса; 9 - маховичок.

Уплотнение вала насоса осуществляется каркасными сальниками типа АСК-50 (число 50 обозначает диаметр вала в мм). Сальники размещены в специальном стакане. Смазка сальников производится через масленку.

Для работы от открытого водоисточника на всасывающий патрубок насоса навинчивается водосборник с двумя патрубками для всасывающих рукавов диаметром 125 мм.

Сливной краник насоса расположен в нижней части насоса и направлен вертикально вниз (в насосе ПН-40УА сбоку).

Пожарный насос ПН-110, центробежный нормального давления, одноступенчатый, консольный, без направляющего аппарата с двумя спиральными отводами и напорными задвижками на них (рис. 5.15).

Основные рабочие органы насоса ПН-110 также геометрически подобны насосу ПН-40У. В насосе ПН-110 имеются лишь некоторые конструктивные отличия, которые рассмотрены ниже.

Корпус 3 насоса, крышка 2, рабочее колесо 4, всасывающий патрубок 1 изготовлены из чугуна (СЧ 24-44).

Диаметр рабочего колеса насоса 630мм, диаметр вала Е месте установки сальников 80 мм (сальники АСК-80). Сливной краник находится в нижней части насоса и направлен вертикально вниз.

Диаметр всасывающего патрубка 200 мм, напорных патрубков - 100 мм.

Напорные задвижки насоса ПН-110 имеют конструктивные отличия (рис. 4.29). В корпусе 7 размещен клапан с резиновой прокладкой 4. В крышке корпуса 8 установлен шпиндель с резьбой 2 в нижней части и маховичком 9. Уплотнение шпинделя осуществляется сальниковой набивкой 1, которая уплотняется накидной гайкой.

При вращении шпинделя гайка 3 поступательно перемещается по шпинделю. К цапфам гайки прикреплены две планки 6, которые соединены с осью клапана 5 задвижки, поэтому при вращении маховичка происходит открытие или закрытие клапана.

Комбинированные пожарные насосы.

К комбинированным пожарным насосам относятся такие, которые могут подавать воду под нормальным (напор до 100 м.в.ст.) и высоким давлением (напор до 300 м.в.ст. и более).

ВНИИПО МВД СССР в 80-е годы разработал и изготовил опытно-экспериментальную серию самовсасывающих комбинированных насосов ПНК-40/2 (рис. 5.16). Всасывание воды и подача ее под высоким напором осуществляется вихревой ступенью, а под нормальным давлением - рабочим колесом центробежного типа. Вихревое колесо и рабочее колесо нормальной ступени насоса ПНК-40/2 размещены на одном валу и в одном корпусе.

Прилукским ОКБ пожарных машин разработан комбинированный пожарный насос ПНК-40/3, опытная партия которых находится на контрольной эксплуатации в гарнизонах пожарной охраны.

Насос ПНК-40/3 (рис. 5.17) состоит из насоса нормального давления 1, который по конструкции и размерам соответствует насосу ПН-40УА; редуктора 2, повышающего обороты (мультипликатора), насоса (ступени) высокого давления 3. Насос высокого давления имеет рабочее колесо открытого типа. Вода от напорного коллектора насоса нормального давления по специальному трубопроводу подается во всасывающую полость насоса высокого давления и к напорным патрубкам нормального давления.

От напорного патрубка насоса высокого давления вода подается по шлангам к специальным напорным стволам для получения тонкораспыленной струи.

Рис. 5.16. Пожарный насос ПН-40/2

Рис. 5.17. Пожарный насос ПНК-40/3

1 - насос нормального давления; 2 - редуктор;

3 - насос высокого давления

На чтение 7 мин.

Название насоса само говорит о предназначении. Такие агрегаты являются основным элементом систем пожаротушения любых сооружений. Пожарными насосами оснащаются все виды современной техники, которую применяют для тушения пожаров: насосные станции, автомобили, трактора, мотопомпы, суда и прочие устройства.

Первые помпы для тушения пожаров стали применять в 19 веке. Ручной пожарный насос имел поршневой механизм возвратно-поступательного действия, который устанавливался на конную подводу. Современные пожарные насосы конструктивно отличаются и, в зависимости от того, где они устанавливаются, используют тот или иной тип оборудования.

Пожарные центробежные насосы

1. Вакуумный насос АВС 02 Э способен работать автономно без привода пожарного насоса.
2. Проверка на герметичность проводится без пуска двигателя, что упрощает проверки, экономит топливо и увеличивает ресурс двигателя. Вакуумирование насосной установки при проверке длится не более 7 секунд.
3. Имеет высокую производительность. Водозаполнение происходит даже при не 100%-ой герметичности всасывающих рукавов и насосной установки с высоты всасывания 7,5 м за 20-35 секунд.
4. Аппарат легко устанавливается в любом пожарном автомобиле без привлечения сторонних специалистов.
5. АВС 02 Э прост в управлении (одной кнопкой) и обслуживании. 1раз в месяц следует проверить/долить масло.
6. АВС 02 Э рассчитан на присоединение не только к агрегатам типа ПН 40У, но и с обычными вакуумными затворами.
7. Аппарат обладает повышенной надежностью и устойчивостью к всевозможным нестандартным ситуациям в работе.

Логическим продолжением идей, лежащих в линейке агрегатов ПН 40, являются помпы марки НЦПН 40 100. В сравнении с предшественниками агрегаты имеют некоторые преимущества:

• лучшие гидравлические показатели: запас по напору, подача с высоты всасывания 3,5 м до 50 м/с, от гидрантов до 60 м;
• увеличенный КПД обеспечивает экономию топлива и снижает нагрузки на двигатель;
• применен более мощный пеносмеситель, позволяющий пенным установкам работать с производительностью до 50 л/с;
• модернизированный дозатор за счет точной, плавной регулировки экономит пенообразователь;
• обладает вакуумной системой АВС;
• сальник уплотнительный новой конструкции износоустойчив, не требует текущего обслуживания.

Погружные пожарные насосы

Помпы этого вида применяют в системах пожаротушения:

• в качестве резервных и основных агрегатов в системах гидратного и спринклерного пожаротушения;
• для забора воды из открытого водоема (река, озеро) или из резервуара путем погружения помпы;

Многие модели современных пожарных насосов этого вида способны работать с морской водой.

Насосы повысители для пожарного водопровода

Для обеспечения водоснабжения и систем пожарного водопровода высотных зданий, а также при недостаточном давлении в централизованной сети применяют насосы повысители. Как повысители используются одноступенчатые или .

Такие одноступенчатые помпы рассчитаны на производительность 6 – 200 м3/час и выдают напор 14- 98 м. Многоступенчатые конструкции, в зависимости от количества секций, рассчитаны на производительность 34 – 290 м3/час при величине напора до 600 м.

Пожарная насосная станция

Тушение пожаров водой является традиционным и эффективным. До 90% возгораний тушатся водой. Насосные пожарные станции применяются в системах спринклерного и гидратного водяного пожаротушения. Стандартная станция пожаротушения представляет собой установку, состоящую из:

• группы центробежных насосов смонтированных на опоре;
• комплекта запорной арматуры;
• всасывающего и напорного коллекторов;
• КИП (контрольно измерительных приборов);
• шкафа управления (ШУ).

На рынке пожарного оборудования в пределах стран СНГ пользуются спросом насосные станции Иртыш, выпускаемые в России. Насосы для пожаротушения Иртыш серии ЦНК способны работать с морской водой. Электрические шкафы управления насосными станциями серии Иртыш имеют компактные размеры и оснащены надежными контрольно измерительными приборами и автоматикой. Источником воды для станций могут быть открытые водоемы, пожарные емкости и водопроводы различного назначения.

Водопенные коммуникации

Пожарные автоцистерны составляют 90% парка пожарных автомобилей. Для более эффективной борьбы с огнем посредством пены автоцистерны оборудуются баком для пенообразователя.

Водопенные коммуникации – это стационарные и переносные технические средства для подачи воздушно-механической пены, выработка которой менее затратна и трудоемка, чем выработка химической пены. Воздушно-механическая пена вырабатывается механическим смешиванием воды, воздуха и пенообразователя в специальных воздушно-пенных стволах. Дозирование пеннобразователя происходит в смесителях.

Так как водопенные коммуникации более компактны, а хранение пенообразователя и его доставка к смесителям и воздушно-пенным стволам удобнее, чем пеногенераторных порошков, большее распространение получила воздушно-механическая пена.

В систему водопенной коммуникации при тушении пожаров в замкнутых пространствах включен генератор обильной пены вентиляторного типа. Генератор состоит из осевого вентилятора, распределителя, корпуса с сеткой, которые формируют пену. Привод генератора работает от двигателя шасси через КОМ.

За рубежом водопенные коммуникации автомобилей для пенного тушения пожаров выполняются в виде переносных генераторов высокократной пены. Привод у них производится водяной турбиной под напором, который создает пожарный насос.

Проверочные испытания пожарных насосов

Помпы пожарных автомобилей, мотопомпы, судовые пожарные насосы проходят проверочные испытания на работоспособность не реже чем один раз в год. Обычно их проводят при плановом ТО после прохождения 5000 км. Выработку ресурса осуществляют посредством тахометра ТС 1.

В ходе испытаний проверяются:

• исправность системы смазки насосных уплотнителей насосов;
• отсутствие течи в местах соединений и органах управления;
• частота вращения вала должна соответствовать номинальным показателям;
• подпор и напор помпы;
• герметичность под гидравлическим давлением;
• работоспособность вакуумной системы.

При обнаружении неполадок во время проведения проверочных испытаний насос немедленно выключается. Последующие испытания проводят только после устранения неисправностей.

Устройство насоса ПН-40У

Неисправности пожарного насоса ПН-40У.

Шестеренчатые и струйные насосы

Пожарные насосы, их эксплуатация

Насосы - устройство для напорного перемещения (всасывания, нагнетания) главным образом жидкости в результате сообщения ей энергии (кинетической или потенциальной). Различают динамические насосы и объемные насосы. Иногда насосом называют также устройства для сжатия или разрежения газов (напр., вакуумные насосы).

Пожарный центробежный насос для пожарных автомобилей - насосный агрегат, состоящий из собственно насоса, напорного коллектора, запорно-регулирующей арматуры, вакуумной системы заполнения, системы подачи и дозирования пенообразователя.

Динамические насосы - насосы, в которых перемещение перекачиваемой среды происходит под действием массовых (центробежных) сил и силы жидкостного трения.

Объемные насосы - насосы, в которых перемещение перекачиваемой среды происходит под действием силы поверхностного давления при изменении объема (рабочего объема) пространства занимаемого жидкостью.

Насосы для пожарных автомобилей в зависимости от их конструктивных особенностей и основных параметров классифицируются на:

Насосы нормального давления - одно- или многоступенчатые пожарные насосы, обеспечивающие подачу воды и огнетушащих растворов при давлении на выходе до 2,0 МПа (20 кгс/см 2).

Насосы высокого давления - многоступенчатые пожарные насосы, обеспечивающие подачу воды и огнетушащих растворов при давлении на выходе от 2,0 МПа (20 кгс/см 2) до 5,0 МПа (50 кгс/см 2).

Насосы комбинированные - пожарные насосы, состоящие из последовательно соединенных насосов нормального и высокого давления, имеющих общий привод.

Классификация и основные характеристики насосов

Насосы классифицируют в зависимости от природы сил, под действием которых происходит перемещение перекачиваемой среды в насосе

Рисунок 1 Классификация насосов

2. Устройство насоса ПН-40У

Центробежные насосы являются основными насосами для подачи огнетушащих веществ к месту пожара. Они монтируются на пожарных автомобилях, мотопомпах и применяются в стационарных установках пожаротушения.

Центробежные насосы - это динамический насос, в котором жидкость перемещается под действием центробежной силы, возникающей при вращении рабочего колеса с профильными лопатками

Основной частью центробежного насоса является рабочее колесо 2, соединенное с валом 1. Внутри рабочего колеса имеются лопасти изогнутые в сторону вращения. Корпус насоса 5 выполнен в виде спиральной камеры 6 переходящей в напорный патрубок 4.

Перед началом работы насос и всасывающий трубопровод заполняют водой при помощи вакуум-аппарата, иногда воду заливают из цистерны или другой емкости.

Схема центробежного насоса:

1-вал, 2 - рабочее колесо; 3 - всасывающий патрубок: 4 - напорный патрубок; 5 - корпус; 6 – спиральная камера; 7 – уплотнение вала рабочего колеса.

Классификация центробежных насосов:

По числу рабочих ступеней (одноступенчатые, многоступенчатые);

По расположению вала - горизонтальные и вертикальные насосы и насосы с наклонным расположением вала;

По величине развиваемого напора (применительно к пожарным центробежным насосам) - нормального (до 200 м.в.с.) и высокого (свыше 200м.в.с.);

По конструкции рабочего колеса - с открытым или закрытым рабочим колесом;

По виду подводов с одно или двухсторонним входом;

Пожарные насосы по их расположению в автомобиле могут быть с передним, средним и задним расположением.

Принцип действия центробежных насосов

При вращении рабочего колеса вода, заполняющая каналы между его лопатками, под действием центробежной силы отбрасывается от центра колеса с большой скоростью, поступает в спиральную камеру и далее в нагнетательный трубопровод - выкидную линию. В центральной части насоса, т. е. перед входом воды в рабочее колесо, создается разрежение (вакуум).

Под атмосферным давлением вода из водоема по всасывающему пожарному рукаву устремляется к насосу. Таким образом, вода непрерывно подается насосом.

Пожарный насос ПН-40У. Насосы этой серии устанавливают на автоцистернах и автонасосах. Они обозначаются так: ПН-40У. В этом обозначении ПН – пожарный насос; 40 – максимальная подача насоса 40 л/с; У – универсальный.

Состоит из:

1. корпуса насоса
2. рабочего колеса
3. шарикоподшипников
4. масляной ванны
5. сальниковых уплотнителей
6. коллектора
7. напорных задвижек
8. газоструйно- вакуумного аппарата
9. пеносмесителя с обратным клапаном
10. дозатора
11. вакуумного крана
12. сливного краника
13. всасывающего трубопровода

Насос оборудован манометром, мановакуумметром и тахометром. Разрежение в насосе и всасывающем пожарном рукаве создают при помощи вакуум-аппарата, который приводится в действие струей отработавшего газа (газоструйного эжектора).

Эксплуатация.

В процессе эксплуатации следят за показаниями контрольно-измерительных приборов, своевременно смазывают трущиеся детали, проверяют надежность крепления и сальниковые уплотнения, герметичность насоса. После работы воду из насоса выпускают через сливной краник.

Существует несколько способов подачи воды пожарным насосом: из цистерны, открытых водоемов, от водопроводной сети, в перекачку. Им можно также подавать воздушно-механическую пену различной кратности.

Пеносмеситель. На насосах ПН-40У установлены пеносмесители ПС-5. Регулируя маховичком 4 положение дозатора 2, возможно подавать 5 различных доз пенообразователя (ПО). При включении рукояткой 7 крана 8 вода из коллектора поступит в сопло 9, а затем в диффузор 10 и во всасывающий патрубок насоса.

Образующееся в камере ПС разрежение обеспечит поступление ПО из пенобака через отверстие 6.

Положение дозатора 2 фиксируется стрелкой 5 на диске 3. Обратный клапан установлен в патрубке с отверстием 6.

Пеносмеситель ПС-5:

1 – корпус; 2 – дозирующий кран; 3 – диск; 4 – маховичок; 5 – стрелка; 6 – отверстие в штуцере подвода; 7 – рукоятка; 8 – кран включения; 9 – сопло; 10 – диффузор

Техническая характеристика насоса ПН-40У

Максимально геометрическая высота всасывания 8м,

Практическая высота всасывания -7 м.

число рабочих колес - одно.

Обозначение насосов ПН-40У;

КПД более 0,58

напор: – до 100 м.

подача 40 л/с.

номинальная частота вращения 2700 об/ мин.

Потребляемая мощность при при номинальном режиме – 64,4 кВт. (92 л.с.)

Условный проход всасывающего патрубка -125 мм.

Условный проход напорных патрубков -70 мм.

Диаметр рабочего колеса – 320 мм.

Длина- 700 мм.

Ширина – 960 мм.

Высота- 660 мм.

Масса- около 80 кг.

Кавитация

Кавитация (от лат. cavitas - пустота), образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных газом, паром или их смесью. Кавитация разрушает поверхность рабочих колес насосов, гребных винтов, гидротурбин, акустических излучателей и др.

В центробежных насосах вследствие кавитации снижаются напор, подача и КПД, разрушаются (эрозия) лопатки рабочего колеса. Кавитация ведет к быстрому износу насоса или к его разрушению из-за вибрации (чаще всего подшипниковых узлов).

Явлению кавитации способствуют растворенный в воде воздух, повышенная температура воды в источнике водоснабжения, большая высота всасывания и негерметичность, малый диаметр и большая протяженность всасывающей линии, эксплуатация насоса на максимальном режиме работы.

При большой высоте всасывания может произойти разрыв сплошного потока всасываемой воды и прекращение работы насоса. Признаком возникновения кавитации служит появление характерного шума и треска и полости насоса.

Снижения возможности появления кавитации в центробежных пожарных насосах достигают выбором источника водоснабжения с минимальной высотой всасывания и минимальной температурой воды, а также обеспечением надежной герметичности всасывающей линии и насоса и уменьшением частоты вращения вала насоса.

Основным средством предупреждения кавитации, обеспечивающим надежную работу насоса, является поддержание достаточного избыточного давления на входе в насос над давлением парообразования, то есть соблюдение такой высоты всасывания насоса, при которой кавитация не возникает.

Достоинствами

Быстроходность;

Возможность привода от ДВС или электродвигателя;

Конструктивная простота и надежность в эксплуатации;

Низкая чувствительность к механическим примесям;

Непрерывность подачи огнетушащих веществ и возможность ее регулирования в широких пределах;

Возможность работы на себя, что очень важно при временном прекращении подачи воды или при низких температурах в зимнее время;

Высокий КПД при больших значениях подачи огнетушащих веществ по сравнению с другими динамическими насосами (не менее 0,6 для пожарных центробежных насосов (ПЦН) и до 0,9 у центробежных насосов других конструкций).

Недостатками центробежных насосов являются:

Необходимость предварительного заполнения перекачиваемой жидкостью, как самого насоса, так и всасывающей линии (необходимость в устройстве вакуумных или иных заливных систем для предварительного заполнения насоса);

Падение напора с увеличением подачи жидкости;

Подверженность рабочих органов насоса кавитационной эрозии на максимальных режимах работы;

Ограничение частоты вращения рабочего колеса кавитационными явлениями.