7.3. Вакуумные системы водозаполнения центробежных пожарных насосов

Центробежные насосы не являются самовсасывающими (плотность воздуха меньше плотности воды, приблизительно в 775 раз), для забора воды из естественных или искусственных водоисточников необходимо их полости заполнять водой. Оно осуществляется созданием в насосах разрежения (вакуума). В практике водозаполнения получили два способа: с помощью газоструйных насосов или пластинчатых (шиберных) насосов.

7.3.1. Системы водозаполнения с газоструйными насосами

Рабочим органом в газоструйных вакуумных аппаратах (ГСВА) являются газоструйные насосы. Источниками их энергии являются отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания пожарного автомобиля.

ГСВА состоят из трех основных частей (рис.7.6): корпуса аппарата 6, заслонки 7 и газоструйного насоса (эжектора) 9. Трубка 10 соединяет ГСВА с вакуумным краном 4 пожарного насоса.

В горизонтальном положении заслонка 7 перекрывает трубку 10 и отработавшие газы двигателя Q_р пройдут через корпус в атмосферу.

При вертикальном положении заслонки 7 отработавшие газы с высокой температурой будут поступать в газоструйный насос, создавая в нем разрежение. При открытом вакуумном кране 4 на насосе воздух из его корпуса и всасывающих рукавов (Q₇) будет удаляться в атмосферу (Q_∑).

Под влиянием разности атмосферного давленияР_а и разрежения поднимется обратный клапан во всасывающей сетке 1 и вода заполнит всасывающую линию. При выключении вакуумного крана камера струйного насоса будет соединена с атмосферой. Это позволит ГСВА удалить воду из трубки 10, если она туда попала при несвоевременном выключении вакуумного крана.

ГСВА обеспечивает забор воды с глубины до 7,5 м в течение 40 с, не более.

Проверка работоспособности вакуумной системы производится по величине создаваемого разрежения в насосе за нормативное время. Его величина 0,073–0,076 МПа должна достигаться за 20 с. Герметичность насоса оценивается по падению разрежения в насосе. Оно не должно превышать 0,013 МПа за 2,5 мин.

Проверка осуществляется в такой последовательности. Всасывающий патрубок насоса должен быть закрыт заглушкой, вакуумный кран включен. Запустив двигатель, увеличивая его обороты, создают вакуум, оцениваемый по мановакуумметру. Выключив вакуумный кран, по секундомеру фиксируют время падения вакуума. Если в течение 2,5 мин оно будет меньше 0,013 МПа, насос и всасывающая система исправны и работоспособны.

7.3.2. Вакуумные системы с пластинчатыми (шиберными) насосами

Принципиальное отличие этих систем водозаполнения от ГСВА состоит в том, что в них применяются пластинчатые насосы с приводом электрического двигателя и с питанием от аккумулятора батарей пожарного автомобиля. Второй их особенностью является то, что их эксплуатация может осуществляться в ручном и автоматическом режимах управления. На некоторых ПА применяются эти системы только с ручным управлением.

Вакуумная система водозаполнения включает: вакуумный (шиберный) насос 7, электродвигатель 6, блок управления (БУ) 3 и дополнительные элементы, указанные на рис.7.7.

Рис.7.7. Принципиальная схема вакуумной системы: 1 – аккумуляторная батарея; 2 – выключатель; 3 – блок управления; 4 и 5 – кабели; 6 – электромотор; 7 – вакуумный насос; 8 – сосуд с маслом; 9 – вакуумный кран; 10 – фрагмент коллектора двигателя нормативного давления; 11 – электрод; 12 – изолятор.

Вакуумный насос. Вакуумный насос пластинчатого типа. Его устройство показано на рис.7.8.

Рис.7.8. Вакуумный насос: 1 – выходной патрубок; 2 – лопатки; 3 – ротор; 4 – гильза; 5 – входной патрубок; 6 – корпус.

В корпусе 6 насоса запрессована гильза 4. Внутри ее размещен ротор 3 с вставленными в него пластинами 2. При вращении ротора пластины под влиянием центробежных сил прижимаются к внутренней поверхности гильзы 4. При этом образуются замкнутые рабочие полости различного объема. При вращении ротора (против часовой стрелки) полости перемещаются от всасывающего окна, сообщающегося с входным патрубком Б к выходному окну, которое сообщается с выходным патрубком 1.

Каждая рабочая полость в области всасывающего окна всасывает воздух и перемещает его, сжимая, к выходному окну, выбрасывая в атмосферу.

При работе насоса в него поступает масло для смазывания рабочих поверхностей пластин, находящихся в контакте с внутренней поверхностью гильзы. Масло поступает во всасывающую полость насоса из, находящегося рядом, бачка за счет разрежения создаваемого в нем всасываемым воздухом. Требуемый расход масла регулируется разрежением. Масло в насос поступает через калиброванное отверстие в трубке.

Вакуумный насос создает максимальное разрежение не менее 0,08 МПа. Время заполнения насоса при высоте всасывания h_вс = 3,5 м не более 20 с и при h_вс = 7,5 м – не более 40 с.

Датчик заполнения. Он представляет собой электрод 11 (рис.7.7), установленный через изолятор 12 в верхней части коллектора 10. Он срабатывает следующим образом. При заполнении верхней части коллектора водой изменяется электрическое сопротивление между электродом 11 и корпусом 10. Это изменение фиксируется блоком управления 3. При этом формируется сигнал на отключение электродвигателя 6 вакуумного насоса 7.

Электродвигатель. В системе вакууммирования используется двигатель постоянного тока, который при напряжении 12 В потребляет ток до 150 А. За один цикл водозаполнения потребляется энергия 0,5...2,0 А· час.

Электродвигатель и вакуумный насос соединены муфтой. Вакуумный насос, в свою очередь, соединен шлангом с вакуумным краном, установленном на коллекторе ступени нормального давления. При вакууммировании масло из сосуда эжектируется внутрь насоса и смазывает зоны контакта пластин с поверхностью гильзы насоса.

Блок управления (БУ). Блок управления предназначен для обеспечения работы вакуумной системы в ручном и автоматическом режимах и визуальной индикации о состоянии системы (рис.7.9).

Рис.7.9. Блок управления: 1 – тумблер «Питания»; 2 – тумблер «Режим»; 3 – кронштейн для крепления блока; 4 – кабель соединения с вакуумным агрегатом; 5 – кабель соединения с датчиком заполнения; 6 – кнопка «Стоп»; 7 – световые индикаторы; 8 – кнопка «пуск».

Тумблер 1 «Питание» служит для подачи питания к цепям управления вакуумным агрегатом и для задействования световых индикаторов о состоянии вакуумной системы.

Тумблер «Режим» служит для изменения режима работы системы – автоматического («Авт») или ручного («Ручн»).

Кнопка «Пуск» служит для включения двигателя вакуумного агрегата.

Кнопка «Стоп» служит для выключения двигателя вакуумного агрегата и для снятия блокировки после загорания индикатора «Не норма».

Кабели 4 и 5 служат для соединения блока управления, соответственно, с двигателем вакуумного агрегата и с датчиком заполнения.

Световые индикаторы предназначены для визуального контроля за состоянием вакуумной системы.

Назначение индикаторов указано ниже.

«Питание»	- питание блока управления включено;
«Вакууммирование»	- электродвигатель вакуумного агрегата включен, вакуумный насос работает
«Насос заполнен»	- пожарный насос полностью заполнен водой, сработал датчик заполнения;
«Не норма»	- зафиксировано наличие одной или нескольких неисправностей системы: 1) превышено максимальное время непрерывной работы вакуумного насоса (45...55 секунд) вследствие недостаточной герметичности всасывающей магистрали или иной причины; 2) отсутствует или плохой контакт тягового реле вакуумного агрегата вследствие подгорания контактов тягового реле; 3) электродвигатель перегружен (заклинило ротор вакуумного насоса вследствие замерзания попавшей воды или посторонними предметами)

В зависимости от комбинации положений тумблеров «Питание» и «Режим» вакуумная система может находиться в четырех возможных состояниях.

Примечание. Эти режимы полностью заимствованы из Руководства по эксплуатации КШИН.062223.00287 «Насос центробежный пожарный комбинированный НЦПК-40/100-4/400, 2003».

1) В нерабочем состоянии тумблер «Питание» должен находиться в положении «Откл», а тумблер «Режим» – в положении «Авт». Данное положение тумблеров является единственным, при котором нажатие на кнопку «Пуск» не приводит к включению электродвигателя вакуумного агрегата. Индикация отключена.

2) В автоматическом режиме (основной режим) тумблер «Питание» должен находиться в положении «Вкл.», а тумблер «Режим» – в положении «Авт». При этом электродвигатель включается кратковременным нажатием кнопки «Пуск». Отключение производится либо автоматически (при срабатывании датчика заполнения или одного из видов защиты электропривода), либо принудительно – нажатием кнопки «Стоп». Индикация включена и отражает состояние вакуумной системы.

3) В ручном режиме тумблер «Питание» должен находиться в положении «Вкл», а тумблер «Режим» – в положении «Ручн». Двигатель включается нажатием кнопки «Пуск» и работает до тех пор пока кнопка «Пуск» удерживается в нажатом состоянии, независимо от показаний световых индикаторов, которые отражают состояние процесса водозаполнения, свидетельствуют о ненормальном режиме работы системы, но не влияют на работу двигателя, т.к. электронная защита привода в этом режиме отключена. То есть, в случае ненормальной работы электропривода (перегрузка двигателя, отсутствует или плохой контакт в тяговом реле, превышение времени непрерывной работы) автоматического отключения не происходит, а только загорается индикатор «Не норма». Данный режим предназначен для возможности работы в случае сбоев в системе автоматики, при ложных срабатываниях блокировок. При этом режиме контроль момента окончания процесса водозаполнения и отключения двигателя вакуумного насоса осуществляется визуально по индикатору «Насос заполнен».

4) Для обеспечения выполнения оперативной задачи на пожаре в случае отказа электронного блока, когда в автоматическом режиме система не работает, а в ручном режиме световые индикаторы не отражают реально происходящих процессов, существует аварийный режим, при котором тумблер «Питание» необходимо выключить, а тумблер «Режим» перевести в положение «Ручн». При этом режиме электродвигатель управляется так же, как и в ручном режиме, но индикация при этом отключена, и контроль момента окончания процесса водозаполнения и отключения двигателя вакуумного насоса осуществляется по появлению воды из выхлопного патрубка. Систематическая работа в этом режиме недопустима, т.к. может привести к серьезным поломкам элементов вакуумной системы. Поэтому сразу же по возвращении в часть после возникновения необходимости использовать систему в этом режиме следует выяснить и устранить причину неисправности блока управления.

Порядок проверки работоспособности вакуумной системы. Последовательность проверки:

а. На всасывающий патрубок ПН установить заглушку и, закрыв все краны, открыть вакуумный кран;

б. Установить тумблер «Режим» блока управления в положение «Авт.»;

Тумблер «Питание» установить в положение «Вкл.»;

При этом загорается индикатор «Питание».

в. Нажать кнопку «Пуск» загорается индикатор «Вакууммирование». Разрежение должно нарастать. Во время работы вакуумного насоса масло в трубке от бачка к насосу должно подниматься.

г. По достижении разрежения не менее 0,75 кГс/см² закрыть вакуумный кран и отключить часть вакуумный насос, нажав кнопку «Стоп».

д. По истечении 3 минут произвести измерение повторно. Различие в показаниях больше 0,2 кГс/см² свидетельствует о неплотностях в ПН или коммуникациях. Неплотности обнаруживаются при работе пожарного насоса или его опрессовке.