Основы насосов

    1.Основы теории насосов

    Для борьбы с неконтролируемым процессом  горения, сопровождающимся уничтожением материальных ценностей и создающим опасность для жизни людей – пожаром, человечество издавна использовало воду. Поэтому вопросы противопожарного водоснабжения всегда были в центре внимания при борьбе с этой грозной стихией.

    Классификация насосов.

    Насосами  называются гидравлические машины, предназначенные для перемещения жидкостей и сообщения им механической энергии. Насосы подразделяются на две основные группы : объемные и динамические .

    Объемными называются насосы, в которых жидкость перемещается путем периодического изменения объёма камеры, попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса (поршневые, роторные и мембранные (диафрагменные). Динамическими называются насосы, в которых под воздействием гидродинамических сил перемещается с камерой (незамкнутом объеме) жидкость, постоянно сообщающейся со входом и выходом насоса. К ним относятся струйные и лопастные насосы.

    Подача  и напор насоса.

    Подачей насоса называется объем жидкости, перемещаемой насосом за единицу времени.

    Напором насоса называется полная удельная энергия, сообщаемая им единице веса перемещаемой жидкости, т.е. напор насоса – это разность полных удельных энергий потока жидкости на выходе и на входе в насос.

    Мощность  насоса. Баланс энергии  и КПД насоса.

    Мощность  насоса. Энергия, передаваемая насосом жидкости за единицу времени, или полезная (эффективная) мощность насоса равна: Ne Q gH ,

    Потери  мощности в насосе делятся на механические, гидравлические и объемные.

    Гидравлический  КПД характеризует правильность проектирования и качество изготовления насоса, в частности правильность выбора формы и количества лопастей рабочего колеса центробежного насоса, правильность выбора формы и размеров подводящей и отводящей камер и патрубков, качество изготовления лопастей и патрубков и т.д.

    Объемный  КПД насоса представляет отношение  количества жидкости, подаваемой в напорный трубопровод, к количеству жидкости, протекающей через рабочее колесо, т.е. объемный КПД характеризует качество уплотнений и условия работы насоса.

    Высота  всасывания и явление  кавитации.

    Нарушение сложности потока жидкости, обусловленное  появлением в ней пузырьков или  полостей, заполненных паром, называется кавитацией.

    Кавитацию сопровождают следующие основные явления.

    1. Конденсация пузырьков пара, которые  увлекаются потоком жидкости  в область повышенного давления.

    2. Эрозия материала стенок межлопастного  канала в рабочем колесе насоса.

    3. Звуковые явления (шум, треск,  удары) и вибрация насоса, являющиеся следствием конденсации пузырьков пара, приводящей к мгновенным местным повышениям давления и ударам жидкости о стенки каналов.

    4. В лопастных насосах кавитация  сопровождается падением подачи, напора, мощности КПД.

    Центробежные  насосы.

    Центробежные  насосы классифицируются по следующим  основным признакам: создаваемому напору; числу рабочих колес; способу  подвода жидкости к рабочему колесу; способу отвода жидкости из рабочего колеса; расположению вала; направлению  потока на выходе из рабочего колеса; назначению.

    Законы  подобия позволяют получить зависимость  подачи, напора и мощности центробежного  насоса от числа оборотов, т.е. соотношения  подобия для одного и того же насоса.

    Рабочие характеристики центробежных насосов  и работа насосов на сеть.

    Графически  изображённые зависимости H = f1(Q), N = f2(Q), = f3(Q) при постоянном числе оборотов называются рабочими характеристиками насоса.

    Действительные  рабочие характеристики центробежных насосов отличаются от теоретических  тем больше, чем больше подача насоса, ввиду увеличения потерь напора в проточной части насоса и отклонения картины течения от струйной модели.

    Точка А характеристики насоса Q - , отвечающая максимальному значению КПД, называется оптимальной точкой и насосы должны подбираться так, чтобы они работали в режиме, близком к оптимальной точке.

    Характеристика  Q = H называется главной рабочей характеристикой насоса. При расчёте насосно-рукавных систем удобно пользоваться аналитическими характеристиками, которые с точностью вполне приемлемой для практических расчётов можно представить в виде:

    Выражение 2 H A SQ , представляющее уравнение параболы, называется характеристикой системы трубопроводов (сети) или характеристикой ?lнасосной установки. Построим главную рабочую характеристику насоса Q-H и характеристику системы трубопроводов на одном и том же графике в одинаковом масштабе. В силу условий равенства Q и H для насоса и сети напор и подача определяются однозначно точкой А пересечения характеристик насоса и сети. Эта точка А называется рабочей точкой.

    Регулирование работы насоса.

    Дроссельное регулирование (регулирование задвижкой), регулирование путём изменения числа оборотов рабочего колеса насоса, регулирование путём обточки рабочего колеса.

    Регулирование работы насоса дросселированием вызывает дополнительные потери энергии и этот способ регулирования не экономичен.

    Регулирование работы насоса изменением числа оборотов рабочего колеса более экономично, чем регулирование дросселированием. Этот способ используется для регулирования подачи пожарных насосов, установленных на пожарных автомобилях, мотопомп, т.е. там, где для привода используется двигатель внутреннего сгорания.

    При срезке колеса КПД изменяется незначительно, если срезка не превышает 15 %. 

    2. Насосно-рукавные системы

      2.1. Виды насосно-рукавных систем

  Воду  из водопровода отбирают через пожарный гидрант передвижными пожарными  автонасосами или мотопомпами (рис. 2.1). При отсутствии водопровода с  достаточным для тушения пожара расходом воду забирают передвижными пожарными насосами из естественных (реки, озера, пруды и т. п.) и искусственных водоемов (резервуары, копани и т. д.).

  Для нормальной работы передвижных пожарных насосов к водоемам устраивают специальные  подъезды и пирсы. Для подачи воды во время пожара предусматривают  прокладку насосно-рукавных систем.

  Выбор того или иного вида насосно-рукавных систем диктуется характеристикой  водопровода (водоотдачей, удаленностью гидранта от очага пожара), характером развития пожара и рядом других показателей, определяющих тактические схемы развертывания техники.

   Рисунок – 2.1 – Схема отбора воды из водопровода  пожарным насосом 

  1 — пожарная подставка, 2 — водопровод; 3 — водопроводный колодец; 4 —  пожарный гидрант, 5 — пожарная  колонка, 6 — рукавная линия, 7 —  пожарный автонасос; 8 — пожарный рукав, 9 — пожарный ствол

  Если  тушение пожара возможно при подаче небольшого расхода воды, то от передвижного пожарного насоса прокладывают одну рукавную линию. Такой вид насосно-рукавной системы называется простейшим соединением (рис. 2.2, а).

   Рисунок 2.2 - Виды насосно-рукавных систем

  а — простейшее соединение, б — последовательное соединение, в — смешанное соединение,

  1 — насос, 2 — магистральная рукавная  линия, 3 — рабочая рукавная линия, 4 — пожарный ствол

  Если  для тушения пожара воды, содержащейся в автоцистерне пожарного автомобиля, недостаточно, то от передвижного пожарного насоса прокладывают магистральную рукавную линию до места пожара и к ней подсоединяют рабочие рукавные линии.

  Если  к магистральной рукавной линии  подсоединена одна рабочая рукавная линия (см. рис. 2.2, б), то такой вид насосно-рукавной системы называется последовательным соединением.

   Если  к магистральной рукавной линии  подсоединяется несколько рабочих  рукавных линий (см. рис. 2.2, в), то такой вид насосно-рукавной системы называется смешанным соединением.

  Для борьбы с крупными пожарами применяют  лафетные стволы. К таким стволам  вода, как правило, подается одновременно по нескольким магистральным линиям. Такой вид насосно-рукавной системы  называется параллельным соединением. 

      2.2 Расчет насосно-рукавных  систем

       Расчет насосно-рукавных систем сводится к определению требуемого напора насоса в зависимости от расхода  воды, подаваемой к месту пожара. Для определения этих параметров строится расчетная схема (рис. 2.3).

Рисунок 2.3 – Расчетная схема насосно-рукавной системы

1 —  пожарный автонасос, 2 - рукавная  система; 3 — пожарный ствол 

  Гидравлические  расчеты насосно-рукавных систем сводят к решению трех основных задач.

  1. Определение напора насоса, если заданы расчетный расход воды (напор перед пожарным стволом), вид насосно-рукавной системы, а также длина и диаметр рукавов.

  2. Определенно расхода воды по  заданному напору насоса.

  3. Определение предельной длины  насосно-рукавной системы по расчетному расходу воды и напору насоса.

  1. Определение напора  насоса. Требуемый напор насоса Н (м) определяют по формуле

  Н=h_р+Н_с+z₁+z₂+h_в,                                       (5)

           h_р — потери напора в рукавной системе;

  Н_с — свободный напор перед стволом;

  z₁ — высота подъема стволов над осью насоса;

  z₂ —высота всасывания;

  h_в — потери напора во всасывающей линии.

  Для практических расчетов напор насоса определяют по формуле 

  H=S_сист Q²+z ,                                             (6)

  S_сист — сопротивление рукавной системы, зависящее от вида рукавной системы и диаметра установленных на ней пожарных стволов;