ПОЖАРНЫЕ НАСОСЫ
Из всего многообразия пожарно-технического вооружения насосы представляют наиболее важный и сложный их вид. В пожарных автомобилях различного назначения используется разнообразная номенклатура насосов, работающих по различным принципам. Насосы, прежде всего, обеспечивают подачу воды на тушение пожаров, работу таких сложных механизмов, как автолестницы и коленчатые подъемники. Насосы применяются во многих вспомогательных системах, таких, как вакуумные системы,
гидроэлеваторы и др. Широкое применение насосов обусловлено не только
их устройством, но и рабочими характеристиками, особенностями режимов их работы, это обеспечивает эффективное применение их для тушения пожаров.
Основные определения и классификация насосов
Первое упоминание о насосах относится к III – IV вв. до нашей эры. В это время грек Ктесибий предложил поршневой насос. Однако точно не известно использовался ли он для тушения пожаров.
Изготовление поршневых пожарных насосов с ручным приводом осуществлялось в XVIII в. Пожарные насосы с приводом от паровых машин производились в России уже в 1893 г.
|
|
Идея использовать центробежные силы для перекачки воды была высказана Леонардо да Винчи (1452 – 1519 гг.), теория же центробежного насоса была обоснована членом Российской Академии наук Леонардом Эйлером (1707 – 1783 гг.).
Создание центробежных насосов интенсивно развивалось во второй половине XIX в. В России разработкой центробежных насосов и вентиляторов занимался инженер А.А. Саблуков (1703 – 1857 гг.) и уже в 1840 г. им был разработан центробежный насос. В 1882 г. был произведен образец центробежного насоса для Всероссийской промышленной выставки. Он подавал 406 ведер воды в минуту.
В создание отечественных гидравлических машин, в том числе
насосов, большой вклад внесли советские ученые И.И. Куколевский,
С.С. Руднев, А.М. Караваев и др.
Пожарные центробежные насосы отечественного производства устанавливались на первых пожарных автомобилях (ПМЗ-1, ПМГ-1 и др.) уже в 30-х гг. прошлого столетия.
Исследования в области пожарных насосов на протяжении многих лет проводились во ВНИИПО и ВИПТШ.
В настоящее время на пожарных машинах применяются насосы различных типов (рис. 2.1). Они обеспечивают подачу огнетушащих веществ, функционирование вакуумных систем, работу гидравлических систем управления.
НАСОСЫ |
ПОДАЧА ОВ |
ВАКУУМНЫЕ СИСТЕМЫ |
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ |
Центробежные |
Струйные |
Шестеренные |
Струйные |
Шиберные |
Поршневые |
Водокольцевые |
Шестеренные |
Аксиально-поршневые |
Работа всех насосов с механическим приводом характеризуется двумя процессами: всасывания и нагнетания перекачиваемой жидкости. При этом насос любого типа характеризуется величиной подачи жидкости, развиваемой напором, высотой всасывания и величиной коэффициента полезного действия.
|
|
Подачей насоса называется объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени, Q, л/с. Напором насоса называется разность удельных энергий жидкости после и до насоса. Его величину измеряют в метрах водяного столба, Н, м. Для выяснения сущности определения напора рассмотрим схему работы насосной установки (рис. 2.2). На основании уравнения Бернулли запишем
е2 - е1 = (z 2 – z 1) + ,
где е2и е1 – энергия на входе и выходе из насоса; Р 2и Р 1 – давление жидкости в напорной и всасывающей полости, Па; ρ– плотность жидкости, кг/м3; v 2и v 1 – скорость жидкости на выходе и входе в насос, м/с; g – ускорение свободного падения, м/с. Разность z 2 и z 1, а также невелики, поэтому для практических расчетов ими пренебрегают.
Значения и выразим через показания манометра Н мани вакуумметра Н вакна насосе, измеренные в м вод. ст.
и .
Рис. 2.2. Схема насосной установки: 1 – насос; 2 – всасывающий патрубок; 3 – коллектор; 4 – напорная задвижка; 5 – рукавная линия; 6 – ствол |
6 |
5 |
4 |
3 |
1 |
2 |
Н ств |
Н = Н ман + Н вак.
В этой формуле знак «плюс» ставят, если во всасывающей полости вакуум, т.е. при работе с открытого водоисточника. В случае забора воды из водопроводной сети или при работе последовательно включенных насосов ставят знак «минус».
В соответствии с рис. 2.2 напор, развиваемый насосом Н, должен обеспечить подъем воды на высоту Н г, преодолеть сопротивления во всасывающей h вс и напорной линии h н и обеспечить требуемый напор на стволе Н ств. Тогда можно записать
Н = Н г + h вс + h н + Н ств.
Потери во всасывающей и напорной линиях определяют по формуле
h вс = S вс Q2 и h н = S н Q 2,
где S вс и S н – коэффициенты сопротивления линий всасывания и нагнетания.
На практике используют понятие «напор на насосе» – это манометрический напор. Он равен
Н ман = Н под + h н + Н ств
Эффективная мощность, Вт, насоса расходуется на совершение работы по перемещению определенного объема жидкости с плотностью ρна высоту Н, м:
Ne = ρ gQH.
Мощность, потребляемая насосом, равна
Полный КПД ηнасоса определяют по формуле
η = ηо ηг ηм,
где ηо , ηг и ηм – КПД объемный, гидравлический и механический.
Центробежные насосы обладают рядом достоинств. При постоянной скорости вала насоса n ном, об/мин, изменяя подачу Q, л/с, в широких пределах (до 10 раз), напор Н, м, развиваемый им, изменяется на 10–15 %. Следовательно, напор при изменении подачи всегда будет достаточно высоким. Центробежные насосы подают жидкость равномерно без пульсаций. Важным является и то, что они способны работать «на себя». При перекрытии ствола, засорении его или заломе напорных рукавов насос не выключается.
Центробежные насосы не требуют сложного привода от двигателя, надежны в работе и просты в управлении. Существенным их недостатком является то, что они не могут забирать воду из открытых водоисточников. Поэтому их оборудуют специальными вакуумными системами с ручным или автоматическим включением.
К центробежным насосам для целей пожаротушения предъявляется ряд специфических требований. Они должны обеспечивать подачу воды и водных растворов пенообразователя с водородным показателем рНот 7 до 10 плотностью 1010 кг/м3 и массовой концентрацией твердых частиц до
0,5 % при их максимальном размере 3 мм. Насос может потреблять не более 70 % мощности, развиваемой двигателем, расположенным на шасси, и обеспечивать работу непрерывно в течение 6 ч при любых температурах окружающей среды.
|
|
Струйные и объемные насосы, применяемые на пожарных автомобилях, должны обеспечивать надежную и эффективную работу основных агрегатов во всем диапазоне условий эксплуатации. Они должны быть просты в управлении и обслуживании.