Глава 2. 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.

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 = (z₂ – z₁) + (2.1)

где: ℮₂ и ℮₁ - энергия на входе и выходе из насоса; Р₂ и Р₁ - давление жидкости в напорной и всасывающей полости, Па; ρ - плотность жидкости, кг/м³; υ₂ и υ₁- скорость жидкости на выходе и входе в насос, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с. Разность z₂ и z₁, 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

и (2.2)

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 · Q² и h_н = S_н· Q² (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

(2.8)

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/м³ 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 м³/с насоса определяется

Q = м³/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:

(2.11)

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, м³/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

(2.13)

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 (см³/мин) пластинчатых насосов равна

(2.14)

где: n - частота вращения ротора, об/мин; r² _c и r² _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 0⁰ до 180⁰ 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:

(2.15)

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 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.