Классификация пожарных насосов

Классификация пожарных насосов

Насосами называются гидравлические машины, предназначенные для перемещения жидкости и сообщения ей механической энергии. По принципу действия насосы разделяются на три группы: объемные, струйные и лопастные (рис. 1.). Действие объемных насосов основано на применении потенциальной энергии перекачиваемой жидкости, а струйных и лопастных – на применении кинетической энергии.

Насосы могут классифицироваться по назначению, конструктивному исполнению, величинам подачи перекачиваемой жидкости и напора и т. д. На оперативных машинах пожарной и аварийно-спасательной службы применяются насосы всех трех видов (область А, обозначенная на рис. 1.). Насосы, устанавливаемые на пожарных автомобилях, выполняют различные функции. Они прежде всего обеспечивают подачу воды из автоцистерн на тушение пожаров. Ряд из них выполняют вспомогательные функции: обеспечивают забор воды центробежными насосами из естественных и искусственных водоисточников, на специальных ПА они используются в качестве приводов механизма в гидравлических системах управления, например, автолестниц и автоколенчатых подъемников (рис.2.).

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

Подачей насоса называется объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени, Q, л/с. Напором насоса называется разность удельных энергий жидкости после и до насоса. Его величину измеряют в метрах водяного столба Н, м. Напор Н, развиваемый насосом, должен преодолеть подъем воды на высоту Нг и сопротивление перемещению во всасываемых рукавах hвс и напорных рукавах hн, а также обеспечить требуемый напор на стволе Нств (рис. 3.3). Учитывая незначительное расстояние между z1 и z2, принимают z2 – z1 = 0, тогда высоту всасывания по рукавной линии, м, принимают равной расстоянию от поверхности воды до центра насоса. Можно записать:

Потери во всасывающей и напорной линиях определяют по формуле:

где Sвс и Sн – коэффициенты сопротивления рукавов линий всасывания и нагнетания. Эффективная мощность насоса, Вт, расходуется на совершение работы по перемещению определенного объема жидкости Q плотностью ρ c напором Н, м:

Мощность, потребляемая насосом, равна:

Полный КПД η насоса определяют по формуле:

где ηо, ηг и ηм – КПД объемный, гидравлический и механический.

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

Подача Q, м 3 /с, насоса определяется по формуле:

где d – диаметр поршня, м; S – ход поршня, м; n – частота перемещения поршня, с–1. Поршневые насосы перекачивают 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 испытаний и т. д.

Аксиально-поршневые насосы (рис. 4.). Несколько поршневых насосов 2 размещены в одном барабане 3, вращающемся на оси распределительного диска 1. Штоки поршней 4 шарнирно закреплены на диске, вращающемся на оси 5. При вращении вала 6 поршни перемещаются в осевом направлении и одновременно вращаются с барабаном.

В распределительном диске 1 выполнены два серповидных окна. 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 Dб – 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 насосы используются и как гидромоторы и как гидронасосы.

Шестеренчатый насос (рис. 5.) состоит их корпуса 2 и зубчатых колес 1. Одно из них приводится в движение, второе в зацеплении с первым свободно вращается на оси. При вращении шестерен жидкость, находящаяся во впадинах 3 зубьев, перемещается 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 достигает 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 = 1 500 об/мин. Подача насоса определяется по формуле:

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.

Пластинчатый (шиберный) насос (рис. 6.) состоит из корпуса с запрессованной в него гильзой 1. В роторе 2 размещены стальные пластины 3. Приводной шкив закреплен на роторе 2. Ротор 2 размещен в гильзе 1 эксцентрично. При его вращении пластины 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, см3 /мин, пластинчатых насосов определяется по формуле:

где n – частота вращения ротора, об/мин; rc2 rp2 – 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 вследствие разрежения, создаваемого самим насосом.

Струйные насосы

Струйные насосы используются как водоструйные, так и газоструйные.

Водоструйный насос – гидроэлеватор пожарный входит в комплект ПО каждого пожарного автомобиля. Он используется для забора воды из водоисточников с уровнем воды, превышающим 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. 7) 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. В камере смешения 2 создается разрежение, чем обеспечивается всасывание подаваемой жидкости. Затем в диффузоре давление смеси рабочей и транспортируемой жидкостей значительно повышается в результате снижения скорости движения. Это позволяет осуществлять нагнетание воды.

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. 8.). С их помощью обеспечивается заполнение всасывающих рукавов и центробежных насосов водой.

Рис. 8. Газоструйный эжектор: 1 – диффузор; 2 – камера смешения; 3 – камера разрежения; 4 – корпус насоса; 5 – сопло высокого давления

Рабочим телом этого насоса являются отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания АЦ. Они поступают в сопло 5 высокого давления, затем в камеру 3 корпуса насоса 4, в камеру смешения 2 и диффузор 1. Как и в жидкостном эжекторе, в камере 3 создается разрежение. Эжектируемый из пожарного насоса воздух обеспечивает создание в нем вакуума и, следовательно, 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 до 7 м в течение 30–60 с. 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.

Общее устройство насоса.

В конструкции насоса применяется ряд элементов, раньше не использовавшихся в насосах. Поэтому следует описать их назначение и устройство.

Падающий клапан тарельчатого типа устанавливается в коллекторе на входе в него воды из ступени нормального давления. На рассматриваемом насосе отсутствуют напорные задвижки. Поэтому обратный клапан предназначен для предотвращения обратного тока воды при остановке насоса, когда рукава проложены в верхние этажи зданий, а также для герметизации полости насоса при работе вакуумной системы. В некоторых насосах с его помощью осуществляется индикация подачи воды. Устройство клапана показано на рис. 13.

На штоке 7 клапана установлен постоянный магнит 3, необходимый для индуцирования нулевой подачи насоса, которая осуществляется магнитно-электрическим контактом 4, установленным на направляющей 2. При работе насоса поток воды переместит клапан в верхнее положение. При прекращении подачи воды под тяжестью собственного веса он опустится вниз и перекроет путь воде из насоса в коллектор.

Напорный вентил ь предназначен для перекрытия трубопроводов в водопенных коммуникациях насоса. Устройство напорного вентиля показано на рис. 14. На винте 8 размещен клапан 3. При вращении маховика 12 винт 8 ввинчивается во втулку 10, открывая путь воде из коллектора в рукавную линию. Пресс-масленка 9 предназначена для введения смазочного материала внутрь корпуса вентиля при техническом обслуживании насоса.

Фильтр. Ступени нормального и высокого давления включены последовательно. Вода из напорного коллектора ступени нормального давления поступает во всасывающий патрубок ступени высокого давления через специальный фильтр.

Клапан перепускной. Устройство клапана показано на рис. 15. Усилие пружины 4 обеспечивает открытие клапана при давлении свыше 20 кг/см2. Поэтому при работе ступени низкого давления клапан закрыт. Он открывается при включении в работу ступени высокого давления только в случае, когда закрыты стволы-распылители или вентили. При этом вода, частично, через штуцер 1 перетекает по трубопроводу, соединяющему его с цистерной. Этим предотвращается перегрев насоса при нулевой подаче воды.

Общее устройство насоса представлено на рис. 16. Для облегчения его изучения на рис. 17 представлена принципиальная схема размещения на нем аппаратуры, механического привода и водопенных коммуникаций. На этом рисунке цифровые обозначения приняты такими же, как и на рис. 16. На коллекторе 2 насоса ступени нормального давления 14 имеется три вентиля. Вентиль 1 – для соединения с прокладываемыми рукавными линиями, вентиль 10 – для заполнения цистерны водой из водоисточников. Вместо заглушки 26 может быть установлен вентиль для подачи огнетушащих веществ в лафетный ствол. Вентили нормального давления аналогичны по конструкции, представленной на рис. 14. Внутри коллектора размещен падающий клапан (см. рис. 13). На коллекторе установлен вакуумный шаровой кран 25 с патрубком 24 для соединения с вакуумным насосом. На коллекторе установлен также пеносмеситель 6 (см. рис. 17), к которому из пенобака подводится пенообразователь. Во всасывающую полость рабочего колеса 14 он подается по трубе б (см. рис. 17). В ступень насоса 17 высокого давления вода подводится из коллектора 2 через фильтр 30 (см. рис. 16). Пройдя оба рабочих колеса под высоким напором, она поступает в коллектор высокого давления 22. На коллекторе установлен клапан перепускной 21 и шаровой кран высокого давления 23, к его патрубку присоединен рукав (на рукавной катушке), на конце которого закрепляется ствол-распылитель. Заполнение цистерны водой из водоисточников производится включением вентиля 10. Из анализа рис. 16 и 17 следует, что подача воды из ступени нормального давления осуществляется при открытых вентилях 1 и 26, если включен лафетный ствол. Включение в работу ступени 17 высокого давления осуществляется механизмом включения а (см. рис. 17), показанным также на рис. 11 (поз. а, б, 5 и 8). При этом вода из коллектора 2 ступени нормального давления поступает через фильтр 30 к колесам ступени 17 высокого давления, как показано на рис. 16 и рис. 17. Пенообразователь после пеносмесителя 6 поступает во всасывающую полость по трубе б (см. рис. 17), а затем в смеси с водой подается в рукавные линии. На панели 3 управления размещены: рукоятка включения эжектора 4, показывающий прибор тахометра 5, рукоятка дозатора пенообразователя 7 и счетчик времени наработки 8. Кроме того, на насосе установлен мановакуумметр 19 и два манометра 12 и 18 в ступенях нормального и высокого давления.

Комбинированный пожарный насос может подавать на тушение огнетушащие вещества в режимах: – нормального давления, когда подача осуществляется только ступенью низкого давления; – высокого давления, когда подача производится только ступенью высокого давления; – совместной работы, когда подача осуществляется двумя ступенями. При работе в указанных режимах, естественно, будут различными показатели технических характеристик ступеней насоса. Основные их значения при номинальных частотах вращения приводного вала насоса приводятся в таблице.

Примечание. В графе совместная работа приводятся данные ступени нормального и высокого давления. Рабочие характеристики различных ступеней насоса получены при частоте вращения приводного вала (вала насоса ступени низкого давления) 2 700 об/мин и глубине всасывания 3,5 м. Наибольшая геометрическая высота всасывания равна 7,5 м. При этой глубине всасывания подача воды при напоре первой ступени должна быть не менее 20 л/с.

Конструкция ступени высокого давления является аналогом пожарного насоса НЦПВ-4/400. В нем только не имеется привода ступени высокого давления и, естественно, элементов, связывающих обе ступени. Параметры технической характеристики и рабочая характеристика соответствуют данным таблицы.

Классификация пожарных насосов

Насосами называются гидравлические машины, предназначенные для перемещения жидкости и сообщения ей механической энергии. По принципу действия насосы разделяются на три группы: объемные, струйные и лопастные (рис. 1.). Действие объемных насосов основано на применении потенциальной энергии перекачиваемой жидкости, а струйных и лопастных – на применении кинетической энергии.

Насосы могут классифицироваться по назначению, конструктивному исполнению, величинам подачи перекачиваемой жидкости и напора и т. д. На оперативных машинах пожарной и аварийно-спасательной службы применяются насосы всех трех видов (область А, обозначенная на рис. 1.). Насосы, устанавливаемые на пожарных автомобилях, выполняют различные функции. Они прежде всего обеспечивают подачу воды из автоцистерн на тушение пожаров. Ряд из них выполняют вспомогательные функции: обеспечивают забор воды центробежными насосами из естественных и искусственных водоисточников, на специальных ПА они используются в качестве приводов механизма в гидравлических системах управления, например, автолестниц и автоколенчатых подъемников (рис.2.).

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

Подачей насоса называется объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени, Q, л/с. Напором насоса называется разность удельных энергий жидкости после и до насоса. Его величину измеряют в метрах водяного столба Н, м. Напор Н, развиваемый насосом, должен преодолеть подъем воды на высоту Нг и сопротивление перемещению во всасываемых рукавах hвс и напорных рукавах hн, а также обеспечить требуемый напор на стволе Нств (рис. 3.3). Учитывая незначительное расстояние между z1 и z2, принимают z2 – z1 = 0, тогда высоту всасывания по рукавной линии, м, принимают равной расстоянию от поверхности воды до центра насоса. Можно записать:

Потери во всасывающей и напорной линиях определяют по формуле:

где Sвс и Sн – коэффициенты сопротивления рукавов линий всасывания и нагнетания. Эффективная мощность насоса, Вт, расходуется на совершение работы по перемещению определенного объема жидкости Q плотностью ρ c напором Н, м:

Мощность, потребляемая насосом, равна:

Полный КПД η насоса определяют по формуле:

где ηо, ηг и ηм – КПД объемный, гидравлический и механический.

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

Подача Q, м 3 /с, насоса определяется по формуле:

где d – диаметр поршня, м; S – ход поршня, м; n – частота перемещения поршня, с–1. Поршневые насосы перекачивают 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 испытаний и т. д.

Аксиально-поршневые насосы (рис. 4.). Несколько поршневых насосов 2 размещены в одном барабане 3, вращающемся на оси распределительного диска 1. Штоки поршней 4 шарнирно закреплены на диске, вращающемся на оси 5. При вращении вала 6 поршни перемещаются в осевом направлении и одновременно вращаются с барабаном.

В распределительном диске 1 выполнены два серповидных окна. 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 Dб – 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 насосы используются и как гидромоторы и как гидронасосы.

Шестеренчатый насос (рис. 5.) состоит их корпуса 2 и зубчатых колес 1. Одно из них приводится в движение, второе в зацеплении с первым свободно вращается на оси. При вращении шестерен жидкость, находящаяся во впадинах 3 зубьев, перемещается 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 достигает 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 = 1 500 об/мин. Подача насоса определяется по формуле:

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.

Пластинчатый (шиберный) насос (рис. 6.) состоит из корпуса с запрессованной в него гильзой 1. В роторе 2 размещены стальные пластины 3. Приводной шкив закреплен на роторе 2. Ротор 2 размещен в гильзе 1 эксцентрично. При его вращении пластины 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, см3 /мин, пластинчатых насосов определяется по формуле:

где n – частота вращения ротора, об/мин; rc2 rp2 – 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 вследствие разрежения, создаваемого самим насосом.

Струйные насосы

Струйные насосы используются как водоструйные, так и газоструйные.

Водоструйный насос – гидроэлеватор пожарный входит в комплект ПО каждого пожарного автомобиля. Он используется для забора воды из водоисточников с уровнем воды, превышающим 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. 7) 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. В камере смешения 2 создается разрежение, чем обеспечивается всасывание подаваемой жидкости. Затем в диффузоре давление смеси рабочей и транспортируемой жидкостей значительно повышается в результате снижения скорости движения. Это позволяет осуществлять нагнетание воды.

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. 8.). С их помощью обеспечивается заполнение всасывающих рукавов и центробежных насосов водой.

Рис. 8. Газоструйный эжектор: 1 – диффузор; 2 – камера смешения; 3 – камера разрежения; 4 – корпус насоса; 5 – сопло высокого давления

Рабочим телом этого насоса являются отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания АЦ. Они поступают в сопло 5 высокого давления, затем в камеру 3 корпуса насоса 4, в камеру смешения 2 и диффузор 1. Как и в жидкостном эжекторе, в камере 3 создается разрежение. Эжектируемый из пожарного насоса воздух обеспечивает создание в нем вакуума и, следовательно, 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 до 7 м в течение 30–60 с. 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.