безбородко. Учебник для слушателей и курсантов высших пожарнотехнических образовательных учреждений

• Название: Учебник для слушателей и курсантов высших пожарнотехнических образовательных учреждений
• Анкор: безбородко.docx
• Дата: 12.02.2018
• Размер: 40.6 Mb.
• Имя файла: безбородко.docx
• Тип: Учебник; #15489
• страница: 5 из 32

2.3. Струйные насосы
Струйные насосы широко используются в 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 происходит обмен количества движения между частицами рабочей и всасываемой жидкости: при поступлении смешанной жидкости в диффузор 5 осуществляется переход кинетической энергии смешанной и транспортируемой жидкости в потенциальную. Благодаря этому в камере смешения создается разрежение. Этим 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.

Рис.2.9. Гидроэлеватор пожарный Г-600А:

1 – колено; 2 – камера; 3 – решетка;
4 – сопло; 5 – диффузор; 6 – головка соединительная ГМ-80; 7 – головка
соединительная ГМ-70

1

2

3

4

5

6

7

Рис. 2.10. Зависимость производительности гидроэлеватора от высоты всасывания и давления на насосе:

1 – высоты всасывания; 2 – дальность всасывания воды при высоте всасывания 1,5 м

1

2

h, м

S, м

H, МПа

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.

Рис. 2.11. Газовый струйный эжектор:

1 – сопло высокого давления; 2 – корпус насоса;
3– камера разрежения; 4 – камера смешения;
5 – диффузор

1

2

3

4

5

Qэ

Q_р

Q_р+э

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 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 7 м в течение 30–60 с.

Рис. 2.12. Струйный аппарат для вакуумных систем ПН с приводом от дизеля:

1 – экран; 2 – сопло; 3 – трубка от вакуумного
крана насоса; 4 – сопло большое; 5 – корпус;
6 – горловина диффузора; 7 – диффузор

1

2

3

4

5

6

7

а

б

в

г

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 ди-
зельными двигателями 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, со-
единяющая струйный и центробежный насосы. При поступлении отработавших газов дизеля по стрелке а большое сопло создает разрежение в камере в 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. Они 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.

Рис. 2.13. Пожарный насос ПН-40УВ:

1 – насос; 2 – напорный патрубок; 3 – напорная
задвижка; 4 – пеносмеситель; 5 – коллектор;
6 – задвижка коллектора; 7 – отвод насоса

1

2

3

4

5

6

7

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.

Рис. 2.14. Продольный разрез насоса ПН-40УВ:

1 – корпус; 2 – крышка; 3 и 4 – уплотнительные кольца; 5 – рабочее колесо;
6 – сливной краник; 7 – уплотнительный стакан с манжетами; 8 – подшипник;
9 – вал насоса; 10 – масляная ванна; 11 – червячная шестерня привода тахометра;
12 – муфта-фланец; 13 – предохранительный клапан; 14 – манжета; 15 – корпус
привода тахометра; 16 – подшипник; 17 – шланг

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

A

Б

Б

A

Рис. 2.15. Эпюра осевых сил на колесе

F

R_в

a

b

R₁

R₂

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, Па; R₁ – радиус входного отверстия, м; R_в – радиус вала, м.

Рис.2.16. Крепление подшипника:

1 – корпус привода тахометра;
2 – прокладка; 3 – полукольцо
верхнее; 4 – корпус насоса;
5 – вал насоса; 6 – подшипник;
7 – втулка

1

2

3

4

0

5

6

7

0

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 (см. рис. 2.14) от корпуса 1 и крышки 2 осуществляется уплотнительными кольцами 3 в корпусе 4, в крышке (они изготовлены из чугуна) и на колесе 5 (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.

Рис. 2.17. Уплотнительный стакан:

а: 1 – вал насоса; 2 – манжета; 3 – стальной
корпус; 4 – пружина;

б: 1 – манжета; 2 – кольцо; 3 – кольцо; 4 – упорное кольцо; 5 – стопорное кольцо; 6 – резиновые кольца

1

2

3

4

а

б

1

2

3

4

5

6

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

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

В уплотнительном
стакане ПН-40УВ смонтиро-
ваны три манжеты АСК-45. Одна из них (на рис. 2.17, б – правая) обеспечивает герметизацию при разрежении в насосе. Две другие – при давлении. Для обеспечения долговечности уплотнения в него по шлангу 17 (см. 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 (см. рис. 2.14) между уплотнительным стаканом 7 и манжетой 14 образует масляную ванну 10. В ней имеется щуп и сливная пробка. В корпусе привода тахометра 15 размещены червячная шестерня привода 11 и червяк, изготовленные из стали 20. Масляная ванна и корпус привода тахометра изолированы от внешней среды манжетой 14 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.

Рис. 2.18. Коллектор насоса:

1 – корпус; 2 – седло клапана; 3 – клапан в сборе; 4 – прокладка; 5 – полукольца;
6 – втулка; 7 – шпиндель; 8 – корпус
задвижки; 9 – колпачок; 10 – маховичок

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Коллектор (поз. 5 на рис. 2.13) предназначен для распределения воды в рукавные линии или цистерну. Кроме того, 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.

Рис. 2.19. Напорная задвижка ПН-40УВ:

1 – клапан; 2 – ось клапана;
3 – корпус; 4 – втулка; 5 – винт;
6 – уплотнение; 7 – гайка;
8 – маховик

1

2

3

4

5

6

7

8

В лафетный ствол или цистерну вода подается через отверстие диаметром 78 мм. Проходное сечение этого отверстия регулируется задвижкой. Она состоит из корпуса 1, 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 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 во втулке 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.

Рис. 2.20. 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

7

8

9

10

5

4

3

2

1

6

2

1

Пеносмеситель. На насосах ПН-40УВ установлены пеносмесители ПС-5 (рис. 2.20). 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.

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.

Рис. 2.21. Напорная
задвижка ПН-110:

1 – клапан; 2 – рычаг;
3 – ось заслонки; 4 – гайка; 5 – шпиндель; 6 – корпус; 7 – крышка; 8 – гайка;
9 – уплотнение;
10 – маховичок

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

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.

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 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 (см. 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.
Таблица 2.1

Наименование показателей	Размерность	ПН-40УВ	ПН-60	ПН-110
Напор	м	100	100	100
Подача	л/с	40	60	110
Частота вращения	об/мин	2700	2500	1350
Диаметр рабочего колеса	мм	320	360	630
КПД	-	0,61	0,6	0,6
Потребляемая мощность	кВт	65	98	150
Максимальная высота всасывания	м	7,5
Масса	кг	65	180	620

3

2

1
Рис. 2.22. Рабочие характеристики насосов:

1 – ПН-40УВ; 2 – ПН-60; 3 – ПН-110

100

50

50

100 Q, л/с

100

50

Н, м

0

Рис. 2.23. Мощность, потребляемая насосом:

1 – ПН-40УВ; 2 – ПН-60; 3 – ПН-110

160

100

50

100 Q, л/с

N, кВт

3

2

1