 |
Пожарные центробежные насосы.
|
|
|
|
Основным агрегатом, предназначенным для подачи воды и раствора пенообразователя на пожар, является центробежный насос, устанавливаемый на большинство пожарных автоцистерн, мотопомп и др.
Широкое применение центробежных насосов объясняется следующими достоинствами:
· относительно небольшие габариты и масса;
· удобство привода;
· сравнительная простота конструкции и надежность в эксплуатации;
· равномерная подача жидкости и простота регулирования её в широких пределах;
· возможность работы "на себя" – т.е. при временном прекращении отбора воды из напорной линии;
· высокий КПД;
· возможность перекачивания загрязненных жидкостей.
Однако имеются и недостатки:
· во время запуска в работу самостоятельно забрать воду они не могут, поэтому требуется установка вакуумных систем;
· при увеличении подачи снижается создаваемый насосом напор;
· при определенных условиях работы в центробежных насосах наблюдается кавитация;
· при увеличении числа ступеней снижается КПД.
Центробежные насосы классифицируются по следующим признакам:
· по числу рабочих колес (одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые);
· по способу подвода воды к рабочему колесу (с односторонним и двухсторонним подводом);
· по способу отвода воды от рабочего колеса (спиральные и турбинные, т.е. с направляющим аппаратом);
· по развиваемому напору (низконапорные – с напором до 20 м вод.ст.; средненапорные – 20…60 м вод.ст. и высоконапорные – более 60 м вод.ст.);
· по быстроходности (тихоходные, нормальные, быстроходные).
Внутри корпуса насоса, на валу жестко закреплено рабочее колесо (рисунок 9). Оно, как правило, состоит из заднего и переднего дисков, между которыми установлены лопасти. Они отогнуты от радиального направления в сторону, противоположную направлению вращения рабочего колеса. С помощью патрубков корпус насоса соединяется с всасывающим и напорным трубопроводами.
|
|
|
Рисунок 9. Рабочее колесо центробежного насоса ПН-40 УВ.
1 – задний диск рабочего колеса, 2 – передний диск рабочего колеса, 3 – лопатка (лопасть) рабочего колеса, 4 – втулка приводного вала, 5 – разгрузочное отверстие.
При полностью заполненном корпусе насоса и вращении рабочего колеса, жидкость, которая находится в каналах рабочего колеса (между его лопастями), под действием центробежной силы, будет отбрасываться от центра колеса к его периферии. Это приводит к тому, что в центральной части колеса создается разрежение, а на периферии повышается давление. Соответственно жидкость из насоса начинает поступать в напорный трубопровод, а вследствие разрежения в центральной части, жидкость через всасывающий патрубок начнёт поступать в насос. Таким образом, происходит непрерывная подача жидкости центробежным насосом.
Если построить направление течения жидкости в рабочем колесе, то получится схема, представленная на рисунке 10. Жидкость в центробежном насосе входит в рабочее колесо через приемное окно 1 вдоль оси насоса со скоростью С0. У входа С0 увеличивается до С1, причем движение жидкости переходит из осевого в радиальное.
Рисунок 10. Устройство рабочего колеса пожарного насоса:
1 – приемное окно; 2 – разгрузочное отверстие; 3 – выпускное окно;
4 – покрывающий диск; 5 – ведущий диск; 6 – лопатка рабочего колеса
В каналах рабочего колеса по мере удаления жидкости от центра к концу лопаток происходит дальнейшее увеличение скорости до величины С2 на внешней окружности рабочего колеса. Если в воде будут находиться посторонние примеси в виде горных пород, то в связи с тем, что объемная масса горных пород в 2…3 раза больше массы воды, центробежная сила будет относить их к внутренней поверхности лопатки, тем самым интенсивно изнашивая её (место износа показано точками).
|
|
|
Пожарные насосы серии ПН
(ПН-40 и модификации, ПН-60, ПН-110)
Насосы серии ПН-40 устанавливают на автоцистерны различных классов (легкие, средние и тяжелые), автомобилях насосно-рукавных (АНР), автомобилях пенного тушения (АПТ) и на некоторые модели аэродромных пожарных автомобилей (АА).
Маркировка ПН-40УВ означает:
ПН – пожарный насос;
40 – максимальная подача насоса в л/с при номинальном режиме работы;
У – универсальный (т.е. устанавливается на АЦ различных классов);
В – модификация.
Также можно добавить: консольный, одноступенчатый.
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.
Пожарный центробежный насос ПН-40УВ (рис. 4.7) 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. 4.8. В корпусе 7, закрытом крышкой 2, на подшипниках 8 и 16 установлен вал насоса 9. В корпусе на конической части вала размещено рабочее колесо 5, которое сопряжено с валом шпонкой и закреплено гайкой со шплинтом.
Рис. 4.7. Пожарный насос ПН-40 УВ:
1 – насос; 2 – напорный патрубок; 3 – напорная задвижка; 4 – пеносмеситель ПС-5; 5 – коллектор; 6 – задвижка коллектора; 7 – отвод насоса
На насосах ПН-40У и ПН-40 УА рабочее колесо размещено на цилиндрическом шипе вала. В осевом направлении оно закреплено гайкой и стопорится стопорной шайбой. От проворачивания оно крепится одной шпонкой для ПН-40У и двумя шпонками для ПН-40УА.
В пожарных насосах ПН-40У корпус насоса 1 и масляная ванна 10 выполнены в виде одной детали. Все корпусные детали насосов и рабочие колеса изготовлены из алюминиевого сплава АЛ9В. Валы насосов изготовлены из стали 45Х и термически обработаны.
|
|
|
Рис. 4.8. Продольный разрез насоса ПН-40 УВ:
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 пара привода тахометра; 12 – муфта-фланец; 13 – предохранительный клапан; 14 – манжета; 15 – корпус привода тахометра; 16 – подшипник; 17 – масляный шланг
Важным элементом в насосе является крепление вала. Это обусловлено особенностями конструкции рабочего колеса. Оно выполнено из 2-х дисков – ведущего и покрывающего. Между ними расположены лопатки (лопасти), загнутые в сторону вращения. Размеры дисков колес различны (рис. 4.9, а). Это обуславливает возникновение осевой силы, которая направлена по оси в сторону всасывающего патрубка и стремится сместить колесо по оси (рис. 4.9, б).
Рис. 4.9. Эпюра осевых сил на колесе
Для уменьшения этого давления в ведущем диске колеса предусмотрены отверстия. Через эти отверстия жидкость перетекает из левой части в правую. Кроме того, подшипник 16 (рис. 4.8) имеет стопорное кольцо, воспринимающее осевое усилие и предотвращающее смещение вала в осевом направлении (рис. 4.10).
Рис. 4.10. Крепление подшипника:
1 – корпус привода тахометра; 2 – прокладка; 3 – полукольцо верхнее;
4 – корпус насоса; 5 – вал насоса; 6 – подшипник; 7 – втулка
Работоспособность центробежных насосов во многом определяется совершенством его герметизации. Внутренняя герметизация рабочего колеса 5 (см. рис. 4.8) от корпуса и крышки 2 осуществляется уплотнительными кольцами 3 в корпусе 4, в крышке (они изготовлены из чугуна) и на колесе 5 (они изготовлены из бронзы БрОЦС-6-6-3). Радиальный зазор между кольцами находится в пределах 0,2…0,3 мм. Эти щелевые уплотнения предназначены для уменьшения циркуляции 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 (сальниками), размещаемыми в специальном уплотнительном стакане (сальниковый стакан) 7 (см. рис. 4.8).
|
|
|
В уплотнительном стакане ПН-40УВ смонтированы три манжеты АСК-45 (АСК-45 расшифровывается следующим образом: армирующий сальник каркасный, 45 – внутренний диаметр сальника или диаметр уплотняемого вала, в мм). Одна из них (рис. 4.11, б – правая) обеспечивает герметизацию при разряжении в насосе. Две другие – при давлении.
Рис. 4.11. Уплотнительный стакан:
а: 1 – вал насоса; 2 – манжета; 3 – стальной каркас; 4 – пружина;
б: 1 – манжета; 2 – кольцо; 3 – корпус; 4 – упорное кольцо;
5 – стопорное кольцо; 6 – резиновые кольца
Для обеспечения долговечности уплотнения в сальниковый стакан по шлангу 17 (см. рис. 4.9) примерно каждый час работы с помощью пресс-масленки поступает консистентная смазка (Литол 24, Солидол). На пожарных насосах ПН-40 УА и других конструкций в стакане монтируют четыре манжеты. Изнашивание манжет вала ухудшает герметизацию насоса. Как следствие, затрудняется забор воды и увеличиваются ее утечки.
Полость в корпусе насоса (см. рис. 4.8) между уплотнительным стаканом 7 и червячной парой привода тахометра 11 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, ёмкостью 0,5 литра, заливается трансмиссионное масло (ТАп-15В или аналоги) через отверстие для щупа. Слив масла производится через сливную пробку. После каждого применения насоса и перед проверкой на "Сухой вакуум" необходимо полностью слить воду из ПН-40УВ путем открытия крана 6, расположенного в нижней части корпуса.
Коллектор (поз. 5 на рис. 4.7) предназначен для распределения воды в рукавные линии или цистерну. Кроме того, на нем крепится напорная задвижка 6, пеносмеситель 4 и вакуумный кран (затвор) для соединения внутренней полости насоса с атмосферой или вакуумной системной ПН.
Поперечный разрез коллектора с напорной задвижкой показан на рис. 4.12.
Рис. 4.12. Коллектор ПН-40УВ:
1 – корпус; 2 – седло клапана; 3 – клапан в сборе; 4 – прокладка;
5 – полукольца; 6 – втулка; 7 – шпиндель; 8 – корпус задвижки;
9 – колпачок; 10 – маховичок
Корпус 1 коллектора с фланцем с отверстием Ø 90 мм крепится к диффузору пожарного насоса. В лафетный ствол или цистерну вода подается через отверстие Ø 78 мм. Проходное сечение этого отверстия регулируется задвижкой, состоящей 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 Ø 70 мм) шпильками крепятся две напорные задвижки (рис. 4.13).
Рис. 4.13. Напорная задвижка ПН-40УВ:
1 – клапан; 2 – ось клапана; 3 – корпус; 4 – втулка; 5 – винт;
6 – уплотнение; 7 – гайка; 8 – маховик
При вращении маховичка 8 шпиндель с винтовой нарезкой 5 перемещается по втулке 4. Под напором воды клапан 1 поворачивается вокруг оси 2 и вода поступает в рукавную линию. При прекращении подачи воды в напорный рукав клапан 1 под её напором закроет вход в коллектор.
На насосе ПН-40УВ установлен пеносмеситель ПС-5, предназначенный для получения водного раствора пенообразователя и его дозировки (рис. 4.14).
Рис. 4.14. 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
Регулируя маховичком 4 положение дозатора 2, возможно подавать пять различных доз пенообразователя, что соответствует работе до 5 генераторов пены средней кратности ГПС-600. 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 пеносмесителя разряжение (см. главу 3 "Пожарные струйные насосы") обеспечит поступление пенообразователя из пенобака через отверстие 6. Положение дозатора 2 фиксируется стрелкой 5 на диске 3. Обратный клапан установлен в патрубке с отверстием 6.
Насос ПН-40УВ на ряде ПА применяется как источник дополнительного охлаждения двигателей.
Вспышка рабочей смеси в камерах сгорания бензинового двигателя ПА достигает 2000 0С. Следующие друг за другом вспышки сильно нагревают двигатель. Для автоцистерн, насосно-рукавных автомобилей в стационарных условиях работы (при работе пожарного насоса) эффективность штатной системы охлаждения базового шасси сильно снижается, так как в этом случае отсутствует встречный поток воздуха и, следовательно, уменьшается отвод теплоты от радиатора, что приводит к перегреву, особенно бензинового ДВС в летних условиях. Отсутствие внешнего обдува приводит к перегреву коробок передач, коробок отбора мощности и т.д. Вследствие этого надежность работы двигателя и механизмов трансмиссии снижается.
Для обеспечения надежной работы ДВС в штатную систему охлаждения вводится дополнительная система охлаждения (не устанавливается на мощных бензиновых двигателях (например, АЦ-4,0-40 (375)) и большинстве дизелей), которая использует для охлаждения воду, подаваемую для тушения пожарным насосом серии ПН.
На пожарном насосе ПН-40УВ (на рис. 4.15 показана система дополнительного охлаждения автоцистерны на шасси ЗИЛ-4333 с бензиновым карбюраторным двигателем модели ЗИЛ-508.1) имеются два вентиля: один - на коллекторе, другой - на всасывающем патрубке. Открытие данных вентилей приводит к включению системы дополнительного охлаждения (при температуре охлаждающей жидкости ДВС около 100 0С). Количество воды, протекающей в системе дополнительного охлаждения, составляет 5…10 % от подачи пожарного насоса.
Корпус 13 теплообменника смонтирован на ДВС. Змеевик 12 теплообменника соединен трубопроводами с всасывающей и напорной полостями насоса. Вода из двигателя через корпус теплообменника поступает в радиатор, омывает змеевик и охлаждается за счет передачи тепла холодной воде, циркулирующей по трубопроводу из насоса. Регулируя открытие вентилей, добиваются установления требуемого температурного режима работы двигателя. Чтобы удалить воду из системы, необходимо при работающем насосе закрыть вентиль 6 и сделать выдержку, затем закрыть вентиль 7. Для очистки системы рекомендуется открыть заглушку 11 и продуть трубопроводы сжатым воздухом.
Рис. 4.15. Система дополнительного охлаждения АЦ-2,5-40 (4333):
1 – радиатор; 2 – теплообменник; 3 – ДВС; 4 – трубопроводы в теплообменник; 5 – трубопровод к всасывающему патрубку ПН; 6 – вентиль напорного патрубка; 7 – вентиль всасывающего патрубка; 8 – ПН-40УВ; 9 – рама АЦ; 10 – трубопровод напорный от коллектора; 11 – заглушка; 12 – змеевик; 13 – корпус теплообменника
Систему дополнительного охлаждения и совокупность соответствующих вентилей ПН-40УВ подвергают гидравлическому испытанию при давлении 1400 кПа – в течение 5 мин не должно быть течи.
Ресурс работы насоса ПН-40УВ до первого капитального ремонта (по паспорту) составляет 950 часов.
Пожарный насос ПН-60 применяется в основном на автоцистернах тяжелого класса и аэродромных пожарных автомобилях. ПН-60 (рис. 4.16) центробежный насос нормального давления, одноступенчатый, консольный, без направляющего аппарата, с подачей, равной 60 л/с. Насос ПН-60 является геометрически подобной моделью насоса ПН-40УВ, поэтому конструктивно не отличается от него.
Рис. 4.16. Продольный разрез ПН-60:
1 – вал; 2 – гайка; 3 – спиральная камера;
4 – корпус; 5 – рабочее колесо; 6 – диффузор
Корпус насоса 4, крышка насоса и рабочее колесо 5 отлиты из чугуна. Отвод жидкости от колеса происходит по спиральной однозавитковой камере 3, заканчивающейся диффузором 6. Рабочее колесо 5 с наружным диаметром 360 мм насажено на вал диаметром 38 мм по месту посадки. Крепление колеса осуществляется при помощи диаметрально расположенных двух шпонок, шайбы и гайки.
Уплотнение вала насоса осуществляется каркасными сальниками типа АСК-50 (50 – диаметр вала в мм). Сальники (4 шт.) размещены в уплотнительном стакане. Смазка сальников производится через пресс-масленку, аналогично ПН-40УВ. Для работы от открытого водоисточника на всасывающий патрубок насоса навинчивается водосборник с двумя патрубками для всасывающих рукавов диаметром 125 мм.
Следующей ступенью развития насоса ПН-60 явилась модификация Пожарный насос ПН-60Б (рис. 4.17). Основными отличиями для новой модификации будут следующие элементы: направляющий аппарат 12 и предвключенное колесо 17.
Рис. 4.17. Пожарный насос ПН-60Б:
1 – муфта фланца; 2 – вал; 3 – червяк привода тахометра; 4 – кольцо; 5 – проставка корпуса; 6, 8 – подшипник; 7 – щуп; 9 – штуцер; 10 – шланг; 11 – рабочее колесо; 12 – направляющий аппарат; 13 – корпус; 14 – корпус крышки насоса; 15, 16, 20, 23 – уплотнительное кольцо; 17 - предвключенное колесо; 18 – стопорная шайба; 19 – гайка; 21 – сливной краник; 22 – прокладка; 24 – манжета; 25 – уплотнительный стакан; 26 – кольцо стопорное; 27 – ведомая шестерня привода тахометра; 28 – направляющая втулка; 29 – крышка; 30 – сальник
Предвключенное колесо обеспечивает лучшую всасывающую способность насоса, а направляющий аппарат значительно уменьшает радиальные нагрузки на вал. Направляющий аппарат имеет шесть отводных каналов, равномерно расположенных по окружности.
При работе насоса ПН-60Б вода от рабочего колеса 11 по каналам направляющего аппарата поступает в кольцевую камеру корпуса 13, далее к напорному патрубку, на котором крепится напорный коллектор водопенных коммуникаций. К корпусу крышки насоса 14 подсоединяется тройник всасывающей линии. Рабочее и предвключенные колеса закреплены на валу (рис. 4.16, поз. 2) шпонкой и стопорной шайбой 18 и гайкой 19.
Герметизация рабочего колеса внутри корпуса насоса, система всасывания и работа пеносмесителя (ПС-5) насоса ПН-60Б аналогичны модификации насоса ПН-60.
Пожарный насос ПН-110 устанавливается на пожарную насосную станцию ПНС-110. ПН-110 – центробежный насос нормального давления, с подачей, равной 110 л/с, одноступенчатый, консольный, без направляющего аппарата с двумя спиральными отводами и напорными задвижками на них (рис. 4.17).
Рис. 4.18. а: Продольный разрез пожарного насоса ПН-110:
1 – всасывающий патрубок; 2 – крышка; 3 – корпус; 4 – рабочее колесо
б: Напорная задвижка ПН-110:
1 – сальниковая набивка; 2 – шпиндель с резьбой; 3 – гайка; 4 – клапан с резиновой прокладкой; 5 – ось клапана; 6 – планка; 7 – корпус; 8 – крышка корпуса; 9 – маховичок
Основные рабочие органы насоса ПН-110 также геометрически подобны насосу ПН-40УВ. В насосе ПН-110 имеются лишь некоторые конструктивные отличия, которые рассмотрены ниже.
Корпус 3 насоса, крышка 2, рабочее колесо 4, всасывающий патрубок 1 изготовлены из чугуна (СЧ-24-44).
Диаметр рабочего колеса насоса 630 мм, диаметр вала в месте установки сальников 80 мм (сальники АСК-80). Сливной краник находится в нижней части насоса и направлен вертикально вниз.
Диаметр всасывающего патрубка 200 мм, напорных патрубков - 100 мм.
Напорные задвижки насоса ПН-110 имеют конструктивные особенности (рис. 4.17. б). В корпусе 7 размещен клапан с резиновой прокладкой 4. В крышке корпуса 8 установлен шпиндель с резьбой 2 в нижней части и маховичком 9. Уплотнение шпинделя осуществляется сальниковой набивкой 1, которая уплотняется накидной гайкой.
При вращении шпинделя гайка 3 поступательно перемещается по шпинделю. К цапфам гайки прикреплены две планки 6, которые соединены с осью клапана 5 задвижки, поэтому при вращении маховичка происходит открытие или закрытие клапана.
Насос ПН-110 оснащается пеносмесителем ПС-12.
Технические характеристики насосов серии ПН приводятся в табл. 4.1.
Таблица 4.1.
| Наименование показателей | Размерность | ПН-40УВ(УА) | ПН-60 | ПН-110 |
| Напор | м.вод.ст. | |||
| Подача | л/с | |||
| Частота вращения (номинальная) | об/мин | |||
| Диаметр рабочего колеса | мм | 280 (320) | ||
| Количество мажет в уплотнительном стакане | шт | 3 (4) | ||
| Потребляемая мощность | кВт | |||
| КПД | 0,60 | |||
| Максимальная высота всасывания | м | 7,5 | ||
| Масса | кг | 65 (75) |
|
|
|
