Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пожарные насосы

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.

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.

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/мі 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.

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.

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. Это обусловливает возникновение осевой силы, которая направлена по оси в сторону всасывающего патрубка и стремится сместить колесо по оси. Величину этой силы приближенно вычисляют по формуле:

где: S - коэффициент сопротивления щелевого уплотнения (S = 0,6); Р - давление на насосе, Р, Па; R₁ - 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 имеет стопорное кольцо, воспринимающее осевое усилие и предотвращающее смещение вала в осевом направлении.

Работоспособность центробежных насосов во многом определяется совершенством его герметизации.

Внутренняя герметизация рабочего колеса от корпуса и крышки осуществляется уплотнительными кольцами в корпусе и крышке (они изготовлены из чугуна) и на колесе (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, размещаемыми в специальном уплотнительном стакане.

В уплотнительном стакане ПН-40УВ смонтированы три манжеты АСК-45. Одна из них обеспечивает герметизацию при разряжении в насосе. Две другие - при давлении. Для обеспечения долговечности уплотнения в него по шлангу 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 между уплотнительным стаканом и манжетой образует масляную ванну. В ней имеется щуп и сливная пробка. В корпусе привода тахометра размещены червячная шестерня привода и червяк, изготовленные из стали. Масляная ванна и корпус привода тахометра изолированы от внешней среды манжетой и защитным колпаком.

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

Коллектор предназначен для распределения воды в рукавные линии или цистерну. Кроме этого, на нем крепится напорная задвижка, пеносмеситель и вакуумный кран для соединения внутренней полости насоса с атмосферой или вакуумным насосом.

Корпус 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, клапана в сборе и прокладки. Шпиндель закреплен на клапане полукольцами, позволяющими ему вращаться относительно клапана. Шпиндель имеет винтовую нарезку и при вращении маховичка и перемещается по резьбе втулки. При соприкосновении прокладки с седлом клапана вращение штока не тормозится, благодаря полукольцам. Этим предотвращается разрушение прокладки.

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

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

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

Положение дозатора фиксируется стрелкой на диске. Обратный клапан установлен в патрубке с отверстием.

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. В корпусе и крышке размещен клапан на оси и шпиндель, соединенный рычагом с гайкой. При вращении маховичка гайка будет навинчиваться на шпиндель и поворачивать рычагом клапан. На клапане имеется резиновая прокладка.

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 высокого давления ПЦНВ-20/200

Центробежный насос выполнен трехступенчатым с осевым подводом и проходным валом. В качестве отводящих устройств на первых двух ступенях использованы направляющие аппараты с переводными каналами. Они выполнены в крышках направляющих аппаратов.

Внутри корпуса насоса установлен ротор, в состав которого входит вал и три рабочих колеса. Уплотнения рабочих колес, межступенчатые и концевые уплотнения - торцового типа. Элементы уплотнений выполнены из силицированного графита.

Разгрузка ротора от осевой силы обеспечивается наличием у рабочих колес задних уплотнений и разгрузочных отверстий.

Для слива воды из полости насоса на его корпусе установлен сливной кран, а в нижней части крышек направляющих аппаратов размещены обратные клапаны. Они открываются при сливе воды и закрываются при работе насоса. Напорный коллектор установлен на корпусе насоса и включает в себя обратный падающий клапан, вентиль для заполнения цистерны такого же типа как на ПЦНН-40/100 и два шаровых крана с выходными патрубками.

Напорные шаровые краны насоса - левый и правый - объединены с червячными редукторами, идентичны по конструкции и отличаются только вариантом сборки. В корпусе крана помещен шар с отверстием. Шар уплотнен фторопластовыми кольцами. Поджатие их производится резиновыми кольцами. В вертикальной плоскости кран уплотняется резиновыми кольцами. На оси крана закреплен сектор червячного колеса. Он приводится в движение маховичком (на чертеже не показан) червяка. Для слива воды из полостей уплотнения предусмотрены сливные краники.

Приборная панель крепится на крышке насоса над пеносмесителем. На ней установлены мановакуумметр, тахометр, показывающий частоту вращения вала насоса и время наработки, а также манометр. На ней установлены также четыре индикатора на контрольные значения давления

-0,6; -0,75; 7,5 и 30 кгс/смІ, управляемые моновакуумметром и насосом.

На панели имеется индикатор нулевой подачи, вилка разъема для подключения насоса к системе электропитания пожарного автомобиля, а также тумблер для включения и переключения напряжения питания насоса и ручка сброса контрольной наработки. На ней предусмотрены гнезда для установки приборов контроля давления масла и температуры охлаждающей жидкости двигателя, приборов контроля уровня воды в цистерне и уровня пенообразователя в пенобаке, а также гнезда для установки выключателя освещения насосного отсека, выключателя прожектора и привода насоса.

Порядок включения насоса. Перед началом работы все краны должны быть закрытыми, а вакуумный насос отключен. Подача воды с подпором (из цистерны, гидранта, от другой автоцистерны) осуществляют в такой последовательности. Собирают рукавные линии и органами управления цистерны подают воду в насос. Затем включают привод насоса и плавно открывают напорные краны. Регулируя частоту вращения вала двигателя, устанавливают давление на входе в пределах от минус 0,08 до 0,6 МПа, а на выходе - не более 3,5 МПа.

Подача воды с открытого водоема производится с предварительным включением напорных кранов или напорного вентиля подачи воды в цистерну. Вакуумный насос включают вручную и открывают вакуумный кран. Включая привод насоса, одновременно автоматически включится вакуумная система. При частоте вращения вала насоса в пределах 2500…2900 об/мин достигается избыточное давление в насосе 1,2 МПа, при котором автоматически отключится вакуумный насос.

Регулируя частоту вращения вала двигателя, устанавливают необходимое давление на выходе из насоса 1,2…3,5 МПа.

При необходимости снизить давление до уровня менее 1,2 МПа следует предварительно вручную отключить вакуумную систему и закрыть вакуумный кран.

По окончании работы сливают воду из насоса, открыв все краны. В зимний период следует включить насос и поработать им без воды 10…20 с для удаления влаги из полости насоса, включая при этом на 3…5 с вакуумный насос. После этого закрывают все краны и ставят заглушки на патрубки.

Для обеспечения безопасной работы насоса следует:

при необходимости временно прекратить подачу воды - приоткрыть вентиль подачи воды в цистерну;

не допускать работу насоса при давлении на выходе более 3,43 Мпа и частоте вращения вала более 3000 об/мин;

не допускать работу насоса «всухую» продолжительностью более 1 минуты;

в случае полного расхода воды из цистерны загорается индикатор «подачи нет», при этом насос немедленно остановить.

Система подачи пены включает пеносмеситель, клапан пеносмесителя.

Клапан пеносмесителя предназначен для предотвращения и перерасхода пенообразователя при работе автоматической вакуумной системы и при неработающем насосе. Это может быть, когда при включенном дозаторе происходит слив напора, и автоматически включается вакуумная система или в случае, когда останавливает насос, не закрыв предварительно кран подачи пенообразователя из пенобака в насос.

Функционально клапан пеносмесителя включает в себя отсекатель магистрали «пенобак-пеносмеситель», управляемый давлением напорной полости центробежного насоса и обратный клапан лепесткового типа.

При работе центробежного насоса давлением из гидрокамеры вакуумной системы в полости В деформируется диафрагма 2. Вследствие этого будут разобщены полости А и Б. При включенном кране дозатора пенообразователь, преодолевая сопротивление лепесткового клапана, будет поступать в пеносмеситель.

Клапан пеносмесителя и пеносмеситель закреплены на коллекторе насоса.

Принципиальная схема системы подачи пенообразователя и пеносмесителя.

Устройство пеносмесителя принципиально не отличается от пеносмесителя ПС-5. Однако его дозатор имеет три положения: «0» - закрыт, 1 и 2 - на один или два пеногенератора. Кроме этого, на пеносмесителе имеется сливной кран пробкового типа для сообщения полости насоса с атмосферой при сливе воды. Особенностью является также то, что к пеносмесителю подключена магистраль вакуумной системы с вакуумным краном 9 шарового. Подача водного раствора пенообразователя к пеногенераторам производят в такой последовательности. Органами пожарного автомобиля подать ПО из пенобака в насос, перевести рукоятку крана пеносмесителя в положение «ОТК», установить давление на выходе из насоса от 1 до 2 МПа, плавно открыть напорные краны и установить дозатор в требуемое положение.

После окончания работы органами управления пожарного автомобиля следует перекрыть поступление ПО в насос и уменьшить подачу насоса до 0,2…1,0 л/с и произвести промывку дозатора и насоса. Для этого следует переключить магистраль пенообразователя на подсос воды из посторонней емкости и установить рукоятку дозатора в положение «2». В этом положении необходимо поработать 3…5 мин при давлении на выходе из насоса от 1 до 2 МПа. В процессе промывки необходимо несколько раз повернуть рукоятку крана пеносмесителя из положения «ОТК» в положение «ЗАКР» и обратно. Следует также поворачивать рукоятку дозатора.

Пожарный центробежный насос высокого давления ПЦНВ-4/400

Насос ПЦНВ 4/400 предназначен для тушения пожаров водой или пеной, забирая воду только из цистерны или от гидранта. Насос четырехступенчатый, со встречно расположенными колесами 3-й и 4-й ступеней по отношению к первым двум колесам.

Рабочие колеса насоса выполнены с полуоткрытыми цилиндрическими лопатками без переднего покрывающего диска. Рабочие колеса разделены направляющими аппаратами.

К выходному патрубку насоса крепится напорный коллектор. Внутри его расположен обратный (падающий) клапан, как в ранее описанных насосах. На коллекторе установлены два вентиля тарельчатого типа, пеносмеситель и перепускной клапан. Для слива воды из коллектора установлены два шаровые крана. Такой же кран установлен для слива воды из коллектора.

Пеносмеситель по конструкции аналогичен ПС-5. Однако его дозатор рассчитан на подачу пенообразователя на работу 1 или 2 стволов с 3 или 6% его концентрации.

Перепускной клапан (ПК) обеспечивает частичный переток воды из насоса в цистерну при закрытых вентилях или выключенных стволах в цистерну, предотвращая перегрев насоса. Он также управляет работой отсечного клапана, перекрывающего поступление пенообразователя в насос.

Силой пружины на оси заслонка перемещена в горизонтальное положение. В этом положении упором клапан, укрепленный на рычаге откроет отверстие в штуцере. Вода в небольшом количестве будет перетекать из полости А коллектора по отверстию штуцера через отсечной клапан в цистерну пожарного автомобиля.

При включении стволов в работу поток Б воды переместит заслонку в другое положение. Рычаг силой пружины на оси клапаном перекроет отверстие в штуцере, при этом перетекание воды прекратится.

Отсекающий клапан (ОК) выполняет несколько функций: регулирует количество воды, перетекающее из ПК, автоматически перекрывает поступление пенообразователя из пенобака в насос в случае отключения подачи стволами и, наконец, используется для промывки системы подачи пенообразователя.

Из перепускного клапана вода поступает через штуцер в полость А и из нее в полость сильфона. В зависимости от количества поступающей воды сильфон, деформируясь, будет перемещать шток вверх. При этом изменяется проходное сечение в горизонтальном отверстии клапана, чем и регулируется перетекание воды в цистерну пожарного автомобиля.

При тушении пожара пеной в случае отключения пенных стволов клапаном будет перекрыто поступление пенообразователя через штуцер, полости будут разобщены и поступление пенообразователя к пеносмесителю прекратится. При возобновлении работы стволов поступление воды из ПК прекратится. Сильфон, занимая исходное положение, вытолкнет воду через полость и штуцер в цистерну.

Слив воды из системы ПК и ОК осуществляется через кран, установленный на штуцере, для слива воды.

Промывку системы подачи пенообразователя осуществляется водой, подаваемой к штуцеру. Вода поступает в полость В отсекающего клапана и через штуцер в пеносмеситель.

Пожарный центробежный насос комбинированный ПЦНК-40/100-4/400. Насос комбинированный, двухступенчатый. На валу насоса нормального давления укреплено рабочее колесо, механизм включения ведущего зубчатого колеса мультипликатора.

При включенной второй ступени насос работает при нормальном напоре 100 м и подаче 40 л/с как насос ПЦНН-40/100. При этом вода поступает во всасывающий патрубок «а», подается в коллектор, а затем в рукавную линию «в».

При включенной второй ступени и отсутствии напорной линии «в» нормального давления, вода из коллектора первой ступени поступает по трубопроводу «с» во всасывающий патрубок колеса насоса второй ступени, а затем, как показано стрелками, в коллектор насоса высокого давления и в напорную линию «d».

Первая ступень насоса конструкции отличается от ПЦНН-40/400 только наличием механизма включения мультипликатора. Передаточное отношение мультипликатора равно 2,33. Смазка всех деталей осуществляется маслом из масляной ванны.

К выходному патрубку ступени высокого давления присоединен коллектор 7. На нем установлены два вентиля тарельчатого типа и перепускной клапан как на насосе ПЦНВ-4/400. Он соединен трубкой с цистерной. На коллекторе имеется патрубок для соединения рукава на рукавной катушке со стволом распылителем. На нем также предусмотрен отвод с обратным клапаном для продувки рукава катушки сжатым воздухом из рессивера тормозной системы.

насос пожарный центробежный



Наименование показателя	Размер-ность	ПЦНН-40/100	ПЦНВ-20/200	ПЦНВ-4/400	ПЦНК 40/100-4/400
Номинальная подача	л/с	40	20	4	40 и 4
Номинальный напор	м	100	200	400	100 и 400
КПД	-	0,6	0,6	0,4	0,6 и 0,215*
Потребляемая мощность	кВт	65.4	65,5	39,2	65,5 и 73,6*
Частота вращения	об/мин	2700	2700	6400	2700 и 6300
Высота всасывания	м	7,5	7,5	-	7,5
Время всасывания	с	40	40	-	40
Масса	Кг	100	150	40	150

Размещено на Allbest.ru