1.3 Определение, общее устройство, принцип действия и сравнительная характеристика простейших насосов (поршневых, ротационных, струйных и центробежных). Применение насосов в пожарной охране.

Поршневые насосы классифицируются по различным признакам. По способу приведения в действие их можно разделить на приводные и ручные. Приводные поршневые насосы действуют от отдельно расположенного двигателя (эл. двигателя, двигателя внутреннего сгорания и др.).

Поршень у этих насосов приводится в движение кривошипношатунным механизмом. По расположению цилиндров насосы делятся на вертикальные и горизонтальные.

Различают насосы простого, дифференциального, двойного и многократного действия. Кратность действия насоса зависит от числа рабочих камер.

У поршневого насоса простого действия за один двойной ход поршня происходит одно всасывание и одно нагнетание. У поршневого насоса двойного действия за один двойной ход поршня происходит два всасывания и два нагнетания, т.е. всасывание и нагнетание совершаются при каждом ходе поршня.

У поршневого насоса дифференциального действия за один двойной ход поршня происходит одно всасывание и два нагнетания по половине объема, т.е. всасывание осуществляется периодически, а нагнетание непрерывно.

Производительность поршневого насоса простого действия определяют по формуле

Q = F  S  n  k no / 60,

где F - площадь поршня;

S - ход поршня;

n - число двойных ходов поршня в 1 мин.

к - число рабочих камер;

no - объемный к.п.д. насоса принимают 0.85 - 0.98.

Отношение действительной подачи Q к теоретической Qт называется объемным к.п.д. насоса или коэффициентом наполнения

no = Q / Qт.

Допустимая высота всасывания поршневых насосов при температуре воды до 30 С не превышает 5 - 6 м. Особое значение имеет скорость перемещения поршней, влияющая на допустимую высоту всасывания через инерционные силы и гидравлические сопротивления полости всасывания. Достоинством поршневых насосов является:

• пригодность для перекачивания самых разнообразных жидкостей - горячих и холодных, вязких и весьма текучих, чистых и имеющих примеси;

• независимость подачи от развиваемого напора, что делает их приспособленными для перекачивания жидкостей с меняющейся в зависимости от температуры вязкостью;

• хорошая всасывающая способность;

• возможность достижения весьма высоких напоров при любых, даже незначительных подачах;

• высокий к.п.д.

К недостаткам поршневых насосов относится:

• тихоходность и большая масса насоса;

• относительно сложная конструкция;

• неравномерность подачи, для уменьшения которой в ряде случаев приходится устанавливать воздушные колпаки;

• неприспособленность без специальных устройств для регулирования подачи при данном числе двойных ходов.

В пожарной охране поршневые насосы применяются: для заполнения огнетушителей и баллонов стационарных установок углекислотой, наполнения кислородом баллончиков КИПов, испытания корпусов огнетушителей и т.д.

Центробежные насосы - устанавливаемые на шасси пожарных автомобилей, при всем разнообразии их конструкций имеют общие основные элементы, отличающиеся только конструктивными формами и размерами. Такими общими элементами являются: подвод, рабочее колесо, вал с подшипниками, уплотнение, корпус с крышкой и отвод.

• Подвод обеспечивает равномерное распределение скорости жидкости по сечению канала при входе ее в рабочее колесо.

• Рабочее колесо осуществляет непосредственное воздействие на протекающую жидкость и тем самым передает ей механическую энергию двигателя. Рабочее колесо состоит из двух дисков, между которыми располагаются шесть - восемь лопаток, загнутых в сторону, противоположную направлению вращению колеса. Имеются два типа формы профилей лопаток рабочих колес - цилиндрическая (ПН-25) и двоякой кривизны (ПН-30, ПН-40У).

• Вал и подшипники насоса должны обладать большой прочностью, поэтому их изготавливают из специальных сталей.

• Сальниковые уплотнители устанавливаются между валом и корпусом насоса для предотвращения утечки жидкости и подсоса атмосферного воздуха в полость насоса. Обычно применяют два вида уплотнителей (набивные и самоуплотняющиеся). Рабочее колесо с корпусом насоса и крышкой уплотняют уплотнительными кольцами.

• Корпус насоса представляет собой сложную отливку из чугуна или алюминиевого сплава.

• Отвод корпуса насоса предназначен для сбора жидкости выбрасываемой из рабочего колеса.

Конструкции центробежных насосов. Широкое распространение в настоящее время получили насосы нормального давления типа ПН-40, ПН-60, ПН-110. Кроме этих насосов используют комбинированные насосы марки ПНК-40/3. В настоящее время разработан и изготавливается насос высокого давления ПНВ 20/300.

Пожарные насосы.

ПН-40УА. Унифицированный пожарный насос ПН-40УА выпускается с начала 80-х годов вместо насоса ПН-40У. Модернизированный насос ПН-40УА в отличии от ПН-40У выполнен со съемной масляной ванной, расположенной в задней части насоса. Это на много облегчает ремонт насоса. Корпус насоса разделен на две части, кроме того в насосе ПН-40УА применен новый способ крепления рабочего колеса на двух шпонках (вместо одной).

ПН-60 центробежный нормального давления, одноступенчатый, консольный, без направляющего аппарата. ПН-60 является подобной моделью ПН-40У. Поэтому конструктивно не отличается от него.

ПН-110 центробежный, нормального давления, одноступенчатый, консольный, без направляющего аппарата, с двумя спиральными отводами и напорными задвижками на них. Основные рабочие органы ПН-110 так же подобны насосу ПН-40У.

Комбинированные пожарные насосы. К комбинированным насосам относятся такие, которые могут подавать воду под нормальным давлением (напор до 10 атм) и высоким давлением до 30 атм. Насос ПНК-40/3 состоит из насоса нормального давления, который по конструкции и размещению соответствует ПН-40УА, редуктора повышающего обороты и насоса высокого давления, который имеет рабочее колесо открытого типа. Вода от напорного коллектора насоса нормального давления по специальному трубопроводу подается во всасывающую полость насоса высокого давления и к напорным патрубкам нормального давления. От напорного патрубка насоса высокого давления вода подается по шлангам к специальным напорным стволам для получения тонкораспыленной струи.

Технические характеристики пожарных насосов

нормального давления

Параметр	ПН-40УА	ПН-40УБ	ПН-60	ПН-60Б	ПН-110	ПН-110Б
Напор, атм	10	10	10	10	10	10
Подача, л/с	40	40	60	60	110	110
Частота вращения, об/мин	2700	2700	2500	2500	1350	1350
КПД	0.58	0.61	0.60	0.58	0.60	0.60
Число и диаметр патрубков: всасывающего	1 х 125	1 х 125	2 х 125	2 х 125	1 х 200	1 х 200
напорного	2 х 70	2 х 70	2 х 80	2 х 80	2 х 100	2 х 100
Габариты, мм: длина	700	680	800	710	850	790
ширина	1000	750	1000	800	1400	1170
высота	700	650	1000	800	1000	840
Масса, кг	75	60	200	180	700	620

Техническая характеристика ПНК-40/3

Параметр	Насос нормального давления	Насос высокого давления	Совместная работа
Подача, л/с	40	11,52	15/1.6
Напор, атм	10	32.5	9.5/32.5
Частота вращения, об/мин	2700	6120
КПД	0.58	0.15
Габариты, мм: длина	600
ширина	350
высота	650
Масса, кг	140

1.4 Объемные и струйные насосы. Назначение, устройство, принцип действия, техническая характеристика ротационных насосов (шиберно-роликового, шиберного и водокольцевого), навесного шестеренчатого насоса НШН-600. Техническое обслуживание при эксплуатации и хранении. Возможные неисправности, их причины и способы устранения. Область применения в пожарной охране. Коэффициенты, характеризующие работу насосов и их практическое значение.

Ротационные насосы являются насосами объемными, действующие по принципу вытеснения. Они преобразуют механическую энергию, подведенную к их приводному валу, в энергию применяемой жидкости при помощи специальных вытеснителей, совершающих вращательное или вращательно-поступательное движения.

У водокольцевого насоса в цилиндрическом корпусе экцентрично размещен ротор с радиальными лопатками, заклиненными на валу. К торцевой плоскости примыкают всасывающий и нагнетательный трубопроводы. Корпус насоса предварительно должен быть заполнен водой. При вращении, образуя водяное кольцо, концентричное корпусу насоса, в которое погружаются концы радиальных лопаток. Серповидное пространство, образованное двумя радиальными лопатками, внутренней поверхностью ротора и двумя боковыми крышками, сначала увеличивается, потом уменьшается. При увеличении объема происходит всасывание, при уменьшении нагнетание. У шестеренчатого насоса ведущая и ведомая шестеренки помещены с малыми зазорами в корпусе. При вращении шестерен по направлению стрелок жидкость, заполняющая впадины зубьев, переносится из полости всасывания в полость нагнетания и входит в зацепление.

Основными положительными качествами ротационных насосов является:

• компактность, малые габариты и масса;

• быстроходность, позволяющая использовать в качестве привода электродвигатели и двигатели внутреннего сгорания;

• обеспечение достаточной равномерности подачи без применения воздушных колпаков;

• возможность получения высоких напоров до 10 атм и более;

• надежность работы при высоте всасывания 6.5 - 7 м;

• пригодность для перекачивания разнообразных жидкостей;

• самовсасывание в отсутствии вакуумных систем.

К числу недостатков ротационных насосов относятся: сложность изготовления их рабочих органов; большие трудности в устройстве подшипников, из-за больших давлений; наличие осевых сил у винтовых и косозубых шестеренных насосов и т.д.

В пожарной охране ротационные насосы применяются: в качестве вакуумных аппаратов на пожарных машинах и мотопомпах для подачи воды на пожар и т.д.

Вакуум-аппарат мотопомпы МП-600А. Аппарат предназначен для создания разряжения и предварительного заполнения всасывающей линии и центробежного насоса водой из водоисточника.

Он представляет собой шиберно-роликовый насос и имеет следующее устройство: корпус; ротор, в пазах которого свободно вставлены ролики; имеется флянец для крепления к центробежному насосу и ряд соединительных отверстий.

Поворот корпуса на пробке-оси производится рукояткой с шаром, а плотность посадки - с помощью пружины.

Для включения вакуум-аппарата следует повернуть корпус за рукоятку до входа фрикционного колеса в зацепление с канавкой маховика двигателя. При этом ротор начнет вращаться. При работе вакуум-аппарат отсасывает воздух из насоса и всасывающей магистрали и заполняет насос водой. Сигналом о заполнении насоса водой служит появление струи из выкидного отверстия корпуса. Для выключения вакуум-аппарата необходимо рукоятку повернуть в исходное положение.

Шестеренные насосы в основном применяют как навесные, предназначенные для тушения пожаров в сельской местности. Навесные шестеренные насосы устанавливают на переднем бампере пожарных автомобилей, тракторах и других транспортных средствах.

Наибольшее распространение получил навесной шестеренный самовсасывающий насос НШН-600, работающий без вакуумного аппарата от водоисточников с глубиной всасывания не более 6 м.

Номинальная частота вращения вала, с^-1 25

Подача, л/мин 600

Напор, кПа (мм вод. ст.) 785 (785)

КПД 0.65

Наибольшая высота всасывания, м 6

Время всасывания, м 30

Условный диаметр всасывающего и напорного

патрубка 80/70

Струйные насосы - область применения в пожарном деле - гидроэлеваторы, пеносмесители, дозаторы, воздушно-пенные стволы, генераторы, газоструйные вакуум-аппараты и т.д. Сконструированы на основе струйных насосов. Принцип работы струйного насоса очень прост. По трубопроводу под большим давлением к насадку подается рабочая жидкость, проходя через сопло попадая в приемную камеру, благодаря вязкости поверхностного вихревого слоя струи рабочей жидкости она захватывает частицы воздуха или жидкости, находящиеся в приемной камере, образуется вакуум. В камере смешения потоки рабочей и подсасывающей жидкости смешиваются и поступают в диффузор. В расширяющем диффузоре скорость движения потока рабочей и подсасывающей жидкости уменьшается и возрастает напор.

Для насосов с механическим приводом вращательного движения исходным параметром энергетического питания является угловая скорость  (рад/ч) или частота вращения n, об/мин. Для струйных насосов параметром энергетического питания является давление подводимой (рабочей) жидкости.

Подача насоса - это количество жидкости, проходящей через насос в единицу времени. Чаще всего подачу пожарных насосов указывают в объемных единицах (м³/с или л/с).

Напор насоса - это разность удельных механических энергий жидкости на выходе из насоса и на входе в него. Напор насоса на практике можно приближенно оценить по показаниям манометра и вакууметра (мановакууметра):

Н = Н_ман + Н_вак .

В этой формуле знак (+) ставят, если во всасыващей полости вакуум (давление меньше атмосферного). Это наблюдается в том случае, если насос работает от открытого водоисточника или гидранта с низким давлением воды в водопроводе, знак (-) необходимо ставить в том случае, если насос работает с подпором на входе, например при подаче воды в перекачку, при установке насосов на водопроводную сеть с большим давлением.

1.5 Пожарный гидроэлеватор Г-600, принцип действия, техническая характеристика, порядок использования при уборке воды из помещений и забора воды из водоисточников. Возможные неисправности в водоемных системах и их устранение

Гидроэлеватор Г-600А. Предназначен для забора воды из открытых водоисточников, которые находятся ниже уровня насоса на 20 м и удалены от пожарного автомобиля на расстояние до 100 м. Гидроэлеватор может забирать воду из водоисточников с небольшой глубиной (5 - 10 см). Это свойство гидроэлеваторов позволяет использовать их для откачки воды, пролитой при тушении пожара.

Гидроэлеватор Г-600А состоит из корпуса, на котором шпильками закреплены колено 1 и диффузор 5 со смесительной камерой. Внутри корпуса установлен конический насадок 4, через который проходит поток рабочей жидкости, подаваемой от центробежного насоса ПА. Эжектируемая жидкость из открытого водоисточника через всасывающую сетку 3 поступает в вакуумную камеру и далее вместе с потоком рабочей жидкости перемещается в смесительную камеру и диффузор. Для соединения гидроэлеватора пожарными рукавами предусмотрены на колене гидроэлеватора и диффузора муфтовые соединительные головки.

Техническая характеристика:

Производительность при давлении в напорной линии перед гидроэлеватором 0.8 МПа (8 кгс/см²), л\мин, не менее 600

Рабочий расход воды при давлении 0.8 МПа (8 кгс/см²), л\мин 550

Рабочее давление, МПа (кгс/см²) 0.2 – 1.2

Наибольшая высота подъема подсасываемой воды, м при рабочем давлении, МПа: 1.2 (12 кгс/см²) 19

0.2 (2 кгс/см²) 1.5

Подача воды из автоцистерны от открытых водоисточников при помощи гидроэлеватора осуществляется по различным схемам. По наиболее распространенной схеме емкость для воды пожарной автоцистерны используют как промежуточную. Способ, показанный на рис. а, применяют для подачи на тушение одного ствола диаметром 19 или 13 мм.

Гидроэлеватор Г-600А.

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

В случаях, когда необходимо подавать воду на тушение пожаров через два ствола (расход до 10 л/с), а диаметр трубопровода из цистерны в насос недостаточен для поддержания уровня воды в емкости и стабильной работы насосной установки, необходимо всасывающий рукав от насоса опустить в емкость через люк (рис. б). Для насосов ПН-40 и ПН-30 в этом случае достаточно использовать водосборник, на один патрубок которого установлена заглушка, а к другому подсоединен рукав от гидроэлеватора (рис. в). Во время запуска вакуумный клапан должен быть открыт для выпуска воздуха. После запуска такой системы необходимо закрыть задвижку от цистерны и затем подать воду к стволам.

В некоторых случаях устанавливают разветвление перед водосборником, через которое выпускают воздух при запуске системы, воздух в насос не попадает, что ускоряет запуск системы.

При подаче воды на пожар в количестве 10 - 20 л/с используют два гидроэлеватора, включаемые параллельно (рис. г, д). Запускают в работу гидроэлеваторы поочередно: сначала один, потом другой.

Наиболее характерными ошибками при работе с гидроэлеваторами являются:

• перекручивание и перегибы рукавов при прокладке рукавных линий;

• резкое открывание напорных задвижек при подаче воды к стволам;

• снижение давления в рукавной линии от гидроэлеватора к водосборнику на всасывающей полости насоса;

• при использовании водосборника подача воды к стволам при открытой задвижке на трубопроводе от емкости цистерны;

• неполное открывание напорной задвижки на насосе при подаче воды к гидроэлеватору при запуске;

• превышение предельного расстояния до водоисточника.

При использовании гидроэлеваторов для забора и подачи воды к пожару необходимо знать количество воды, необходимое для запуска системы. Воды в емкости должно быть достаточно для заполнения всей рукавной системы до гидроэлеватора и от него к насосу. С учетом продолжительности запуска системы расчетный объем воды должен быть с коэффициентом запаса не менее двух.

Данные по объему воды в одном пожарном рукаве длиной 20 м при диаметре рукава: 51 мм - 40 л; 66 мм - 70 л и 77 мм - 95 л.

При техническом обслуживании гидроэлеваторов необходимо проверять: наличие и исправность резиновых прокладок в соединительных головках; крепление и чистоту решеток во всасывающем отверстии; плотность фланцевых соединений и затяжку гаек; чистоту отверстия конического насадка.