Автор: Пользователь скрыл имя, 28 Февраля 2013 в 14:19, доклад
В настоящее время на вооружении пожарной охраны используются разные типы основных пожарных машин. Независимо от шасси, на которых монтируют пожарные машины, все они имеют общие агрегаты и системы: пожарные насосы, емкости, вакуумные системы и т. п.
Насосами называются устройства, предназначенные для перемещения жидких или газообразных веществ в результате сообщения им энергии.
В настоящее время на вооружении пожарной охраны используются разные типы основных пожарных машин. Независимо от шасси, на которых монтируют пожарные машины, все они имеют общие агрегаты и системы: пожарные насосы, емкости, вакуумные системы и т. п.
Насосами называются устройства, предназначенные для перемещения жидких или газообразных веществ в результате сообщения им энергии.
Насосы, устанавливаемые на пожарных машинах, различаются по принципу действия и конструктивному оформлению. Их применяют как для подачи огнетушащих средств к месту пожара, так и для выполнения различных вспомогательных операций (дозировки огнетушащих добавок, создания разрежения, заполнения цистерны и т. п.),
Насосы, устанавливаемые на пожарных машинах, можно разделить на следующие группы:
Схема 1
Лопастные
Объемные
Струйные
газоструйные
поршневые
центробежные
вихревые
осевые
водоструйные
роторные
Основные характеристики пожарных насосов – высота всасывания, напор, создаваемый насосом, подача.
Геометрической высотой всасывания называют разность отметок оси насоса и уровня поверхности воды в водоеме, из которого жидкость забирают насосом.
Чтобы насос мог поднять жидкость до уровня, расположенного ниже оси насоса, он должен создать разряжение (вакуум) во всасывающей линии. Подъем жидкости происходит в результате разности давлений на поверхности водоема и внутри всасывающей рукавной линии, точнее на уровне оси насоса.Эту разность давлений называют вакуумметрической высотой всасывания.
Теоретически вакуумметрическая высота всасывания при атмосферном давлении 0,1 МПа (1 кг/см2) может быть 10,33 мм вод. ст., практически она не превышает 8 м вод. ст. Высоту всасывания уменьшают сопротивления во всасывающей линии, сальниках и кранах насоса, неплотности соединений, повышения температуры жидкости и другие причины.
Напор, создаваемый пожарными насосами, расходуется на подъем жидкости на высоту от приемного уровня до выхода из спрыска, на преодоление разности давлений на конце всасывающего рукава и у спрыска, на преодоление гидравлических сопротивлений во всасывающей и напорной линиях. Подача (расход) насоса зависит от его конструктивных характеристик и частоты вращения вала (для поршневых насосов – частоты движения поршня).
Центробежные пожарные насосы
Широкое распространение центробежных насосов для пожаротушения обусловлено их достоинствами:
- равномерной (без пульсации) подачей жидкости;
- относительно малыми габаритами и массой;
- способностью обеспечивать работу «на себя» при закрытых напорных линиях без повышения давления сверх допустимого;
- возможностью работы на загрязненной воде;
- достаточно высокой
надежностью и
Принципиальным недостатком центробежных насосов является то, что они не являются самовсасывающими при работе с открытого водоисточника. Перед началом работы необходима заливка внутренней полости насоса водой, что усложняет управление и конструкцию насосной установки.
Принцип действия центробежного насоса основан на перемещении массы перекачиваемой жидкости от центра к периферии под действием центробежной силы при вращении рабочего колеса. В связи с этим в центре (приемном окне) рабочего колеса и в пространстве подводящего канала создается разрежение, которое обеспечивает подъем жидкости из водоисточника по всасывающему рукаву под действием атмосферного давления.
Основные элементы конструкций пожарных центробежных насосов
Особенности работы пожарных центробежных насосов, а также место их расположения на раме базового шасси с приводом от автомобильного двигателя обусловливают ряд требований к их конструкциям.
Центробежные насосы должны иметь небольшие габариты и массу, быть простыми и удобными в обслуживании. Это позволяет рационально использовать грузоподъемность и объем кузова, а также важно при монтаже и демонтаже насоса. Насосы должны обладать высокими антикавитационными свойствами и надежностью даже при работе на загрязненной воде. При увеличении геометрической высоты всасывания с 3,5 м до 7 м уменьшение подачи насоса не должно быть более 20% от ее номинального значения. Число точек смазки насоса должно быть минимальным, слив воды из его корпуса и всех коммуникаций осуществляется через один сливной кран.
Разнообразные конструкции пожарных центробежных насосов (ПН – 30; ПН – 40; ПН – 60; ПН – 100 и их модификации) имеют ряд общих основных элементов, отличающихся друг от друга у насосов различных типов только формами и размерами.
Рис. 1
Принципиальная схема конструкции
центробежного насоса
1 – вал; 2 – отвод; 3 – уплотнения рабочих колес;
4 – уплотнение вала; 5 – подшипник; 6 – корпус; 7 – рабочее
колесо; 8 – подводящий канал.
Подводящий канал
Подводящий канал соединяет водоисточник с внутренней полостью насоса. Условно подводящий канал можно разделить на 2 участка:
- всасывающий трубопровод (рукав);
- всасывающий патрубок.
Всасывающий патрубок служит для формирования потока жидкости при входе в приемное окно рабочего колеса. При этом должно быть обеспечено равномерное распределение скорости потока по всей площади сечения патрубка. Принято считать, что скорость потока жидкости во всасывающем патрубке и рукаве не должна превышать 2 – 3 м/с. Это соответствует минимально допустимым гидравлическим сопротивлениям при минимально возможных геометрических размерах всасывающего рукава.
Наибольшее распространение в конструкциях пожарных насосов получил всасывающий патрубок, выполненный в виде прямоосного конфузора с углом раскрытия в сторону рабочего колеса 5 – 6°, что обеспечивает минимальные потери напора при всех других возможных формах.
Гидравлическая характеристика подводящего канала в значительной степени определяет такой важный тактико – технический параметр пожарного насоса, как допускаемая геометрическая высота всасывания.
Фактором, ограничивающим высоту всасывания и частоту вращения вала насоса, является кавитация. При больших высотах всасывания и увеличенных подачах остаточное давление на отдельных участках проточной части подводящего канала и внутренней полости рабочего колеса уменьшается настолько, что становится равным или даже меньшим давления упругости паров жидкости при данной температуре. При этом происходит образование кавитационных пузырьков. Внешними признаками кавитации являются резкое падение подачи и напора, появление шума в насосе, иногда переходящего в треск и вибрацию корпуса насоса. Возможность возникновения кавитации в насосе характеризуется кавитационными характеристиками, которые определяются при испытаниях на специальных стендах.
При эксплуатации пожарных центробежных насосов предотвращение кавитации достигается:
- выбором места установки пожарных машин с минимально возможной высотой всасывания;
- снижением потерь во всасывающем рукаве;
- уменьшением частоты вращения вала насоса;
-использованием подаваемой воды с минимально возможной температурой;
- обеспечением надежной
герметичности всасывающей
Рабочее колесо
Рабочее колесо с лопатками является основным элементом центробежного насоса. Оно крепится на валу внутри корпуса, который соединен со всасывающей линией.
Рабочее колесо передает механическую энергию от вала насоса к потоку перекачиваемой жидкости. Рабочее колесо состоит из двух дисков, между которыми располагаются лопатки, загнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Рабочие колеса проектируют с учетом получения минимальных потерь напора проточной части, механической прочности и рациональной технологии изготовления. Существуют две формы профилей лопаток рабочих колес:
- цилиндрическая ПН – 25;
- двоякой кривизны (ПН – 30, ПН – 40УА и их модификации).
Последняя форма лопаток обеспечивает минимальные гидравлические потери и лучшие антикавитационные свойства насоса.
Рабочие колеса крепят на валу шпонками со скользящей или плотной посадкой. От перемещения в осевом направлении колеса крепят стопорной гайкой.
Большинство рабочих колес изготавливают цельнолитыми, как правило, из сплавов алюминия АЛ9В и реже из чугуна СЧ – 18 – 36.
Перед началом работы насос и всасывающий трубопровод заполняют водой с помощью вакуум – аппарата, иногда воду заливают из цистерны или другой емкости.
При вращении рабочего колеса вода, заполняющая каналы между его лопатками, под действием центробежной силы отбрасывается от центра колеса с большой скоростью, поступает в спиральную камеру и далее в нагнетательный трубопровод – выкидную линию. В центральной части насоса, т. е. перед входом воды в рабочее колесо, создается разрежение (вакуум). Под атмосферным давлением вода из водоема по всасывающему пожарному рукаву устремляется к насосу. Таким образом, вода непрерывно подается насосом.
Центробежные насосы разделяются на одно – и много ¬колесные, низконапорные, создающие давление до 0,2 МПа (2 кгс/см2), средненапорные – 0,2 . . . 0,6 МПа (2 . . . 6 кгс/см2), высоконапорные – 0,6 МПа (6 кгс/см2).
Отвод
Отвод предназначен для сбора струй жидкости, выходящей из каналов рабочего колеса, и преобразования ее кинетической энергии в потенциальную энергию давления или напора, развиваемую насосом. Отводы пожарных центробежных насосов выполняются в виде спиральной камеры и диффузора (ПН – 30, 40, 60, 100 и их модификации) или с направляющим аппаратом и кольцевой напорной камерой (ПН – 45 и их модификации, а также насосы на мотопомпах М – 600, 800, МП – 13).
Большинство современных конструкций пожарных центробежных насосов имеют спиральный отвод. Такой отвод обладает рядом достоинств по сравнению с направляющим аппаратом: его конструкция проще, он менее чувствителен к механическим примесям в перекачиваемой жидкости, у него более плавная характеристика и выше значение КПД. Спиральный отвод имеет вид постоянно расширяющегося канала, охватывающего рабочее колесо по окружности и переходящего в прямоосный диффузор у напорного патрубка.
В конструкциях центробежных пожарных насосов со спиральным отводом для разгрузки вала от радиальной силы поток жидкости, выходящей из рабочего колеса, делят на 2 части. Такое деление позволяет получить равные и противоположно направленные напоры для каждой части потока, при этом общая равнодействующая радиальная сила равна нулю. Конструктивно деление потока в спиральном отводе может быть выполнено в двух вариантах.
Вариант 1
Рис. 2
Двойной спиральный отвод
Двойной спиральный отвод применяют в большинстве пожарных насосов. Однако уравновешивание радиальных сил в конструкциях насосов такого типа достигается только в том случае, если подача от каждого напорного патрубка будет одинаковой. В противном случае, радиальная сила достигает максимального значения.
Вариант 2
Рис. 3
Деление потока жидкости перегородкой в варианте 2 - жидкость делится на 2 потока перегородкой 1, установленной в спиральном отводе и соединяются в один поток в общем диффузоре.
Этот вариант применяется только в конструкциях насосов ПН – 110 и ПН – 60 и полностью разгружает вал и подшипники насоса от действия радиальной силы.
В насосах с направляющим аппаратом радиальная сила отсутствует.
Уплотнения рабочих колес
Уплотнения рабочих колес позволяют уменьшать перетекание перекачиваемой жидкости из напорной во всасывающую полость насоса. В конструкциях пожарных насосов наибольшее распространение получили уплотнительные кольца, устанавливаемые между рабочим колесом и корпусом насоса. Величина утечек через уплотнения в значительной степени определяет объемный КПД насоса и влияет на подачу огнетушащих жидкостей к месту тушения пожара.