Пожарные насосные установки. Пожарные насосы. Вакуумная система

Насосные установки состоят из пожарного насоса, привода к нему и органов управления, а также системы трубопроводов и специальной арматуры. Трубопроводы и арматура образуют водопенные коммуникации. Они составляют систему, обеспечивающую регулирование величин подачи насосов и развиваемого ими напора. Насосная установка является главной частью пожарной надстройки, во многом определяющей компоновку автоцистерн.

Требования к насосным установкам

К насосным установкам пожарных автомобилей предъявляется ряд специфических требований, обусловленных НПБ 163-97, способствующих обеспечению эффективной подачи воды при эксплуатации насоса в различных условиях работы и в различных режимах.

Изложенные требования являются основными, а по желанию заказчика они могут быть изменены или устранены.

Установленные на автоцистернах насосы и системы к ним должны обеспечивать подачу воды и раствора пенообразователя с водородным показателем (рН от 7 до 10, плотностью 1000 кг/м³ и массовой концентрацией твердых частиц до 0,5 % при максимальном размере 3 мм).

Привод насоса передает мощность от двигателя к насосу через дополнительную трансмиссию. Во избежание перегрева двигателя потребляемая мощность насосной установки не должна превышать 70 % номинальной мощности двигателя.

Привод должен обеспечивать работу насоса во время стоянки и в движении. Он должен обеспечить включение насоса при холостых оборотах двигателя и выключение при частичной нагрузке на насос.

Насосная установка может размещаться в специальном кормовом отсеке (заднее размещение) или в средней части автомобиля (в салоне). При заднем расположении насосной установки должен предусматриваться обогрев насосного отсека для предотвращения замерзания воды в насосе или трубопроводах в зимних условиях. В различных условиях эксплуатации насосная установка должна эффективно работать без перегрева привода насоса в течение не менее 6 ч.

Специальные требования предъявляются к органам управления насосной установкой. Рукоятки (рычаги) на пульте управления вне кабины боевого расчета должны располагаться слева направо:

- рычаг включения вакуумного насоса;

- рычаг выключения сцепления;

- рычаг регулирования частоты вращения вала насоса.

При расположении насоса в задней части автомобиля органы управления должны быть размещены с левой стороны по ходу движения ПА.

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.

 

Рис. 2.1. Область применения насосов

 

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 = (z₂ – z₁) + , (2.1)

где е₂ и е₁ – энергия на входе и выходе из насоса; Р₂ и Р₁ – давление жидкости в напорной и всасывающей полости, Па; ρ – плотность жидкости, кг/м³; v₂ и v₁ – скорость жидкости на выходе и входе в насос, м/с; g – ускорение свободного падения, м/с. Разность z₂ и z₁, а также невелики, поэтому для практических расчетов ими пренебрегают.

Значения и выразим через показания манометра Н_ман и вакуумметра Н_вак на насосе, измеренные в м вод. ст.

 

и . (2.2)

На основании изложенного напор Н насоса приближенно оценивают как сумму показаний манометра и вакуумметра:

Н = Н_ман + Н_вак. (2.3)

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. (2.4)

Потери во всасывающей и напорной линиях определяют по формуле

h_вс = S_вс Q² и h_н = S_н Q², (2.5)

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. (2.6)

Эффективная мощность, Вт, насоса расходуется на совершение работы по перемещению определенного объема жидкости с плотностью ρ на высоту Н, м:

N_e = ρgQH. (2.7)

Мощность, потребляемая насосом, равна

. (2.8)

Полный КПД η насоса определяют по формуле

η = η_о η_г η_м, (2.9)

где η_о , η_г и η_м – 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 рН от 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.

 

Принципиальная схема вакуумной системы показана на рис. 4.10. Корпус вакуум-аппарата имеет заслонку, которая перекрывает поступление отработавших газов либо к струйному насосу, либо к глушителю. Струйный насос соединен трубопроводом с вакуумным клапаном. Вакуумный клапан установлен на насосе. Внутри корпуса вакуумного клапана к седлам пружинами прижимаются два клапана. При перемещении рукоятки с осью эксцентрик отжимает клапаны от седел. Работа системы происходит следующим образом.

Рис. 4.10. Схема вакуумной системы:

1 — корпус вакуумного аппарата; 2 — заслонка; 3 — струйный насос; 4 — трубопровод; 5 — насос; 6 — пружина; 7 — клапан; 8 – эксцентрик; 9 — ось эксцентрика; 10 — рукоятка; 11 — вакуумный клапан; 12 — отверстие вакуумного клапана; 13 — глушитель

Исходное положение — двигатель работает, насос выключен (рис. 4.10, а). Заслонка в горизонтальном положении. Клапаны пружинами прижаты к седлам. Отработавшие газы двигателя проходят через корпус, глушитель и выбрасываются в атмосферу.

Заполнение насоса водой происходит с помощью всасывающих рукавов, которые присоединяют к насосу. Рукояткой вакуумного клапана отжимают нажимной клапан вниз (рис. 4.10, б). При этом полость насоса через полость вакуумного клапана и трубопровод соединяется с полостью струйного насоса. Заслонку переводят в вертикальное положение. Отработавшие газы будут направлены в струйный насос. Во всасывающей полости насоса будет создаваться разрежение, и насос будет заполнен водой под атмосферным давлением.

Выключение вакуумной системы происходит после заполнения насоса водой, перемещая рукоятку, отжимают от седла верхний клапан. При этом нижний клапан будет прижат к седлу. Всасывающая полость насоса, таким образом, будет отключаться от атмосферы. Но теперь с атмосферой через отверстие будет соединен трубопровод и струйный насос удалит воду из вакуумного клапана и соединительных трубопроводов. Это особенно необходимо проделать на зимний период для предотвращения замерзания воды в трубопроводах. Затем рукоятку и заслонку ставят в исходное положение.

Вакуумный клапан (рис. 4.11). Вакуумный клапан предназначен для соединения всасывающей полости насоса с газоструйным вакуум-аппаратом при заборе воды из открытых водоемов и удаления воды из трубопроводов после заполнения насоса. В корпусе клапана, отливаемого из чугуна или алюминиевого сплава, размещены два клапана. Они прижимаются пружинами к седлам. При положении рукоятки, указанном на рисунке, эксцентрик на валике отжимает от седла верхний клапан. В этом положении насос отсоединен от струйного насоса. Перемещая рукоятку в крайнее левое положение, можно отжать от седла нижний клапан и всасывающая полость насоса соединится со струйным насосом. При вертикальном положении рукоятки оба клапана будут прижаты к своим седлам.

Рис. 4.11. Вакуумный клапан:

1 — глазок; 2 — платик; 3 —упор рукоятки; 5, 7, 12 — гайки; 6 — корпус электролампочки; 8 — верхний клапан; 9 — рукоятка; 10 — уплотнение; 11 — кулачковый валик; 13 — нижний клапан; 14 — пружина

В средней части корпуса выполнен платик с отверстием для присоединения фланца соединительного трубопровода. В нижней части расположены два отверстия, закрытые глазками из органического стекла. К одному из них прикрепляется корпус 6 лампочки. Через глазок контролируют заполнение насоса водой. Вакуумные клапаны на различных машинах мало отличаются Друг от друга. Так, в некоторых конструкциях [например, на автонасосе АН-40(130)-127 ] контроль заполнения насоса осуществляется с помощью электрического датчика и указателя.

На автоцистерне АЦ-40(131)-42Б в вакуумном клапане устроена камера с поплавком. При заполнении насоса вода заполняет камеру, а поплавок перекрывает трубопровод к струйному насосу. Это предотвращает попадание воды в трубопровод и ее замерзание зимой.

Рис. 4.12. Газоструйный вакуум-аппарат (а) и схема привода (б): 1 — резонатор; 2 — распределитель; 3, 14 — заслонки; 4 — корпус; 5, 9 — рычаги; 6 —фланец для присоединения трубопровода от вакуумного клапана; 7 — ось; 8 — крышка; 10 — пружина; 11 — сопло; 12 — диффузор; 13 — рычаг заслонки; 15 — рычаг рукоятки; 16 — тяги; 17 — рычаг привода

Газоструйные вакуум-аппараты (рис. 4.12) предназначены для создания разрежения в полости всасывающих пожарных рукавов и насосов при заборе воды из открытых водоемов, их делают совмещенными с газовыми сиренами или раздельными.

Пожарные автомобили на базе ЗИЛ-130, ЗИЛ-131, «Урал-375» оборудуются газоструйными вакуум-аппаратами в одном блоке с газовой сиреной. Пожарные автомобили на базе ГАЗ-66 и ГАЗ-бЗА оборудуются раздельными конструкциями вакуум-аппаратов и газовых сирен. Блок газоструйного вакуум-аппарата и газовой сирены (рис. 4.12, а) состоит из корпуса и крышки, изготовленных из серого чугуна. Внутри корпуса на осях установлены заслонки. На концах осей закреплены рычаги. Пружиной заслонки прижаты к своим седлам. В этом положении выхлопные газы свободно проходят по трубопроводам к глушителю. К корпусу присоединены распределитель и резонатор газовой сирены. Условия работы газоструйного вакуум-аппарата очень тяжелые. Все его детали омываются горячими отработавшими газами. Поэтому большой и малый диски заслонок выполнены из легированной стали и приварены к стальному кольцу. Заслонки установлены на рычагах так, что могут отклоняться от их осей на 5—6°. Этим обеспечивается плотное прилегание заслонок к седлам. Рычаги жестко соединяются с осями, поворачивающимися в стальных втулках. Сопло и диффузор крепятся к фланцу корпуса газоструйного вакуум-аппарата. Герметичность в месте соединений корпуса и крышки обеспечивается постановкой прокладок из асбостального полотна и подмоткой шнурового асбеста в выточках осей. Оси заслонок собирают на графитной смазке Б8Н-1. Они должны свободно вращаться без заеданий. К фланцу диффузора присоединяется трубопровод от вакуумного клапана.

Включение газоструйного вакуум-аппарата производят из насосного отделения при заднем размещении насоса. Схема привода на АЦ-40(131)-137 приведена на рис. 4.12, 6. В кабине водителя установлены рычаг рукоятки, соединенный тягами и рычагами привода с рычагом от газоструйного вакуум-аппарата. При перемещении рычага на себя заслонка устанавливается в вертикальное положение. Отработавшие газы, проходя через сопло, создадут в вакуум-камере разрежение. По трубке, идущей от вакуумного клапана, будет удаляться воздух из насоса, и в насос начнет поступать вода из водоема. При среднем размещении насоса привод осуществляется из кабины водителя.

Сирену включает водитель в кабине. При этом заслонка займет вертикальное положение, отработавшие газы будут проходить через резонатор. Изменяя обороты двигателя и, следовательно, количество выходящих отработавших газов, изменяют силу и тон звука, издаваемого сиреной.

На пожарных автоцистернах АЦ-30(53А)-106А и АЦ-30(66)-146 применяются раздельные конструкции газоструйного вакуум-аппарата и газовой сирены (рис. 4.13). На этих машинах струйный насос используется не только для заполнения всасывающей линии и насоса при заборе воды из открытых водоемов. В случае работы от цистерны или гидранта вакуумный насос используется для ускорения заполнения насоса водой. Корпус и крышка аппарата изготовлены из серого чугуна, диффузор — из стали. Эти детали соединены шпильками и уплотнены прокладками из асбостального полотна. Внутри диффузора находится сопло из стали. Заслонка из ковкого чугуна с помощью рычага закреплена на оси. Ось посредством рычага поворачивается закрывая отверстие корпуса или струйного насоса заслонкой.

При вертикальном положении заслонки отработавшие газы проходят, как показано стрелкой. Вследствие разрежения в диффузоре по трубе отсасывается воздух из насоса при открытом вакуумном клапане. Труба от вакуумного клапана соединяется с трубой штуцером. Если заслонка перекрывает отверстие в крышке, то газы проходят через корпус аппарата в глушитель и далее в атмосферу. Газовая сирена по существу устроена так же, как и описанный вакуум-аппарат, только вместо диффузора и сопла на крышке корпуса устанавливаются распределитель газа и резонаторы. Распределитель газа и резонаторы однотипны во всех газовых сиренах.

Рис. 4.13. Раздельная конструкция газоструйного вакуум-аппарата: 1 — камера смешения; 2 — диффузор; 3 — сопло; 4 — прокладка; 5 — корпус; 6 — пружина; 7 — рычаг; 8 — штуцер; 9 — труба; 10 — фланец; 11 — кронштейн; 12 — ось заслонки; 13 — рычаг заслонки; 14 — заслонка; 15 — крышка

Дозирующие вставки

Дозирующие вставки предназначены для введения пенообразователя в поток воды из цистерны пожарного автомобиля пенного пожаротушения. Дозирующие вставки устанавливают чаще всего в напорных рукавных линиях в тех случаях, когда необходимо обеспечить большие расходы пенообразующего раствора, например для питания пеноподъемников с 2...3 пеногенераторами ГПС-600 или одного ГПС-2000. Дозирующая вставка состоит из цилиндрического корпуса 2 с соединительными головками 3 для пожарных рукавов, по которым поступает вода. Пенообразователь во вставку поступает от насоса пожарного автомобиля пенного тушения по пожарному рукаву через дозирующую шайбу 5, расположенную в приемном патрубке 4.

При подаче пенообразователя в дозирующую вставку насос, подающий пенообразователь, должен создавать напор от 2 до 30 м (в зависимости от числа подключенных пеногенераторов) и всегда должен быть выше напора в рукавной линии.

Дозирующие вставки можно устанавливать и на всасывающей линии. В этом случае они должны быть оборудованы соответствующими присоединительными головками.

 

Водопенные коммуникации ПА

Водопенные коммуникации - это совокупность трубопроводов и водопроводной арматуры (кранов, вентилей, задвижек, клапанов), соединяющих с насосом емкости, заполненные огнетушащими веществами.

Водопенные коммуникации. Пожарные насосы, цистерны и баки для огнетушащих веществ на пожарных автоцистернах соединены системой трубопроводов с перекрывной арматурой. Образовавшуюся систему называют водопенными коммуникациями (ВПК).

ВПК обеспечивают выполнение следующих функций:

- заполнение цистерны водой из водоема, от гидранта, а также из других цистерн;

- подачу воды в рукавные линии или лафетный ствол при ее заборе из цистерны, гидранта, водоема;

- подачу пенообразователя из пенобака к смесителю;

- подачу раствора пенообразователя в рукавные линии, лафетный ствол;

- забор пенообразователя из другой цистерны;

- забор пенообразователя из цистерны, если она заполнена им вместо воды;

- промывку водой системы подачи пенообразователя.

К насосу и ВПК предъявляются ряд общих требований. Они должны выдерживать статическое пробное давление не менее 1,5 Р_ном в течение трех минут без разрушений и остаточных деформаций. В системе и цистернах должен полностью обеспечиваться слив воды и удаление пенообразователя.

Принципиальные схемы ВПК на всех автоцистернах практически одинаковы. На различных автоцистернах они могут иметь разное конструктивное исполнение. Управление водопенными коммуникациями может осуществляться заслонками или вентилями. В последнем случае их привод может быть смешанным, т.е. он может осуществляться вручную или с помощью пневмо- или гидропривода. В зависимости от типа установленного пожарного насоса могут использоваться различные вакуумные насосы. На АЦ могут отсутствовать отдельные элементы, например лафетные стволы и т.д.

Принципиальная схема ВПК автоцистерн представлена на рис. 7.5. Насос 1 соединен серией трубопроводов с цистерной 6, пенобаком 4, лафетным стволом 5. Они при включении находящихся на них задвижек, клапанов и вентилей обеспечивают выполнение всех функций ВПК.

Подача воды из цистерны. При открытом вакуумном кране д и вентиле на трубопроводе а вода заполняет насос 1. Перекрыв вакуумный кран и открыв задвижку 7, если к патрубку присоединены напорные рукава, возможно включать насос 1 и подавать воду к стволу.

Путь воды: 6, а, б, 1, 7, рукавная линия.

Подача воды из открытого водоема или водопроводной сети. Путь воды: всасывающие рукава, б, 1, 7 или б, 1, 7, е, 5 или б, 1, ж, 6.

Подача пенообразователя из бенобака 4. При включенных вентиле на трубопроводе г и кране на пеносмесителе 2 включится в работу струйный насос пеносмесителя водой, поступающей из коллектора насоса 1. Пенообразователь по трубопроводу г поступит к пеносмесителю 2 и далее во всасывающий трубопровод б. Раствор пеносмесителя из насоса 1 может поступать в лафетный ствол 5 или через задвижки 7 к рукавным линиям.

При закрытом вентиле на трубопроводе г пенообразователь может поступать в насос от другой цистерны, подсоединенный к штуцеру
тройника 3.

Промывка системы подачи пены. Промывка системы может осуществляться при включенном вентиле на трубопроводе з водой из цистерны 6. Путь воды: 6, з, г, б, 1, 7, рукавная линия (или лафетный ствол). При этом из насосной установки будут удалены остатки пенообразователя.

Промывка насосной установки может быть осуществлена и водой, подаваемой из другой емкости в штуцер тройника 3 на трубопроводе г.

Управление работой насосной установки и контроль ее функционирования осуществляются рядом приборов. К ним относятся: вакуумметр М, тахометр для измерения частоты вращения вала насоса, термометр и часы. На различных автоцистернах устанавливается разное число контрольно-измерительных приборов.

Водопенные коммуникации разных пожарных автомобилей и насосов имеют конструктивные и монтажные особенности, принципиальные же их схемы одинаковы. Управление водопенными коммуникациями в большинстве случаев ручное. Их устройство и управление ими рассмотрим на принципиальных схемах некоторых ПА.

 

Воздушно-пенные стволы, ТТХ

Воздушно-пенный ствол предназначен для получения из водного раствора пенообразователя воздушно-механической пены и направления ее на пожар.

Воздушно-пенный ствол СВП не имеет эжектирующего устройства и входит в комплект пожарных автомобилей и насосных установок, снабженных стационарными пеносмесителями.

Воздушно-пенный ствол СВП состоит из литого корпуса, с одной стороны которого присоединяется цапковая соединительная головка для присоединения ствола к рукавной линии, а с другой - труба, предназначенная для формирования воздушно-механической пены и направления ее на очаг пожара.

Рис. 140. Ствол воздушно-пенный СВП

1-корпус ствола; 2-отверстия; 3-конусная камера; 4-отверстия в кожухе; 5-кожух

 

Водный раствор пенообразователя, подаваемый в ствол под давлением, распыливается в конусном насадке ствола и создает разрежение, под действием которого происходит подсасывание воздуха через равномерно расположенные по окружности трубы отверстия и перемешивание его с раствором пенообразователя. В результате образуется воздушно-механическая пена, которая подается на очаг пожара.

Кратность пены для данного ствола определяется как среднее арифметическое между кратностью пены у среза ствола и в месте выпадения пены при максимальной дальности струи.

 

Техническая характеристика

Рабочее давление воды перед стволом, кгс/см2..................4-6

Подача по пене, м3/мин..................................................................4

Кратность пены................................................................................7-8

Расход раствора пенообразователя ПО-1, л/сек.....................5-6

Длина воздушно-пенной струи, м...............................................28

Габаритные размеры, мм, не более:

длина...............................................................................................706 ±5

ширина (наибольшая)...................................................................128 ±1

Масса ствола, кг, не более.............................................................1,6

Корпус воздушно-пенного ствола испытывают на прочность материала и герметичность соединений под действием гидравлического давления 9 кгс/см2 в течение не менее 1 мин.