Пожарные насосы

В XVIII - XIX вв. создается большое количество центробежных насосов различного типа. Причем их конструкции зачастую не учитывали имеющихся достижений. Так случилось, например, с Эйлером, предложившим худшую по сравнению с насосом Папена конструкцию центробежного насоса. В 1838 г. русским инженером А. Саблуковым вторично изобретается насос Папена. Основу его конструкции составляет цилиндрический корпус, соединенный посредством патрубка с резервуаром, наполняемым водой. Внутри корпуса устанавливалось четырехлопастное колесо с радиальными лопатками. Принцип действия насоса был основан на отбрасывании воды вращающимися лопатками от центра насоса к цилиндрическому патрубку с выкидным отверстием. Все устройство насоса отличалось простотой, так как в нем не было трущихся частей, кроме вала с насаженными на нем лопатками. По мнению автора, преимущество подобных насосов перед поршневыми заключалось в простоте конструкции, небольших габаритах, небольшими потерями на трении. Кроме того, насосы могли работать при наличии в воде примесей песка и глины.

В 1851 г. на Всемирной выставке в Лондоне уже был представлен целый ряд центробежных насосов, прошедших испытания. В таблице приведены их основные технические характеристики.

Однако возможности и этих насосов были ограничены, не говоря уже о заливных пожарных трубах, производительность которых составляла порядка 3 л/с. По данным американских и английских практиков, для успешного тушения наружного пожара требовалось подавать 42000 ведер в час (140 л/с).

Определение и классификация насосов

Насосы – это машины, преобразующие подводящую энергию в механическую энергию 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 классифицируют в зависимости от природы преобладающих сил, под действием которых происходит перемещение перекачиваемой среды в насосе.

Таких сил бывает три: массовая сила (инерция), жидкостное трение (вязкость) и сила поверхностного давления.

Насосы, в которых преобладает действие массовых сил и жидкостное трение (или то и другое), объединены в группу динамических насосов, в которых преобладают силы поверхностного давления, составляют группу объемных насосов. Требования к насосным установкам пожарных автомобилей.

Насосы пожарных автомобилей работают от двигателей внутреннего сгорания – это одна из основных технических особенностей, которую необходимо учитывать при разработке и эксплуатации насосов. К насосным установкам предъявляются следующие основные требования.

Насосы пожарных автомобилей должны работать от открытых водоисточников, поэтому при контрольной высоте всасывания не должно наблюдаться явлений кавитации. В нашей стране контрольная высота всасывания составляет 3 .3,5 м, в странах Западной Европы – 1,5. Напорная характеристика Q – Н для пожарных насосов должна быть пологой, иначе при перекрывании кранов на стволах (уменьшение подачи) резко возрастет напор на насосе и в рукавных линиях, что может привести к разрыву рукавов. При пологой напорной характеристике легче управлять насосом при помощи рукоятки “газ” и изменять при необходимости параметры насоса.

По энергетическим параметрам насосы пожарных автомобилей должны соответствовать параметрам двигателя, от которого они работают, иначе не будут полностью реализованы технические возможности насосов или двигатель будет работать в режиме низкого значения КПД и большого удельного расхода топлива.

Насосные установки некоторых пожарных автомобилей (например, аэродромных) должны работать на ходу при подаче воды из лафетных стволов. Вакуумные системы насосов пожарных автомобилей должны обеспечивать забор воды за контрольное время (40 .50 с) с максимально возможной глубины всасывания (7 .7,5 м).

Стационарные пеносмесители на насосах пожарных автомобилей должны в установленных пределах производить дозировку подачи пенообразователя при работе пенных стволов. Насосные установки пожарных автомобилей должны без снижения параметров работать длительное время при подаче воды в условиях низких и высоких температур. Насосы должны иметь по возможности малые габариты и массу для рационального использования грузоподъемности пожарного автомобиля и его кузова.

Управление насосной установкой должно быть удобным, простым и при возможности автоматизированным, с низким уровнем шума и вибрации при работе. Одно из важных требований, обеспечивающих успешное тушение пожара, - надежность насосной установки. Основные конструктивные элементы центробежных 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 года 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.

Осевая сила возникает за счет разности давлений на рабочее колесо, так как со стороны всасывающего патрубка на него действует меньшая сила давления, чем справа. Величину осевой силы приближенно определяют по формуле F = 0,6 Р? (R21 – R2в), где F – осевая сила, Н; Р – давление на насосе, Н/м2 (Па); R1 – радиус входного отверстия, м; Rв – радиус вала, м.