Насосами называют гидравлические машины предназначенные для забора выдачи жидкостей

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРАВЛИЧЕСКИХ МАШИНАХ

Гидравлическими машинами называют механизмы, где от движущегося/вращающегося твердого тела, т.е. узла машины, потоку жидкости передается направленная энергия (такие гидравлические машины называются насосами), либо наоборот, потоком жидкости твердому телу (узлу машины) сообщается определенная энергия (гидравлические турбины).

Как явно видно из предыдущего параграфа, гидравлические машины делятся, в основном, на два основных класса:

• гидравлические насосы
• гидравлические турбины

Гидравлическими насосами называются машины для создания потока жидкой среды. По принципу действия насосы могут быть разделены на две основные группы:

Объемные насосы работают по принципу вытеснения жидкости. Эти насосы в свою очередь делятся на

К возвратно-поступательным насосам относятся поршневые и плунжерные.

Роторные включают в себя целую группу насосов: шестеренные, винтовые, шиберные, пластинчатые и т.д.

Возвратно-поступательные насосы состоят из цилиндра, в который набирается жидкость в процессе всасывания; поршня, который, двигаясь в цилиндре, осуществляет всасывание и нагнетание; клапанов, управляющих ходом работы насоса; всасывающего и нагнетательного патрубков. Эти насосы изготавливаются одиночными и спаренными. Трехпоршневые насосы обеспечивают практически равномерную подачу жидкости, тогда как в одно- и двухпоршневых насосах подача крайне неравномерна (пульсирующая).

В шиберных пластинчатых насосах роль поршня выполняет подвижная пластинка переменной площади поперечного сечения, а роль цилиндра выполняет пространство между эксцентрично посаженными цилиндрами и торцевыми стенками.

Шестеренные (шестеренчатые) насосы (см. рисунок ниже) предназначены преимущественно для перекачивания вязких жидкостей. Две шестерни, одна из которых ведущая, а другая ведомая, вращаясь в хорошо подогнанном корпусе, перемещают масло, заполняющее впадины между зубьями по части окружности из полости всасывания в полость нагнетания.

Рабочими органами винтового насоса (см. рисунок ниже) являются три винта: центральный ведущий и замыкающие ведомые, помещенные в корпусе. Расточка выполнена так, что зазор между корпусом и внешней поверхностью винта как можно меньше мал. Винты имеют специальную форму резьбы, при которой обеспечивается непрерывное касание между сопрягающими поверхностями, благодаря этому между гребнями винтов и корпусов создаются три группы замкнутых полостей, перемежающихся при вращении винтов по стрелке слева направо. Жидкость из входного патрубка через отверстия в корпусе попадает к винтам, заполняет полости, выносится в первую часть и далее подается к напорному патрубку.

Лопастные насосы делятся на центробежные насосы и осевые. Изготавливаются они как с постоянным положением лопастей, так и с поворотными лопастями. По конструктивным данным и эксплуатационным особенностям насосы различают по частоте вращения рабочего колеса, подаче, по ступеням давления, по условиям подвода жидкости к рабочему колесу, по расположению вала и т.д.

Центробежные насосы (см. рисунок ниже) имеют различные частоты вращения вала. В основном, закономерность такова, что чем больше размеры насоса, тем меньше частота вращения. Сравнительно малые насосы работают с частотой вращения 1450-2950 об/мин. С увеличением частоты вращения как подача, так и напор центробежного насоса возрастают. При определенной частоте вращения центробежный насос развивает определенный напор. Иногда требуется получить напор в несколько раз больший, чем это дает определенный типоразмер насоса, без увеличения частоты вращения. В этом случае изготавливается многоступенчатый насос, в котором жидкость из выходного отверстия одного колеса переходит во всасывающее отверстие второго и т.д. до тех пор, пока не получит нужного напора. Все колеса насажены на один общий вал и вращаются синхронно. По количеству ступеней насосы разделяются на одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые.

Для увеличения подачи центробежного насоса при неизменной частоте вращения применяются рабочие колеса с двухсторонним подводом жидкости. Расположение валов насосных агрегатов может быть горизонтальным или вертикальным.

По условиям отвода потока от рабочего колеса центробежные насосы делятся на насосы с направляющим аппаратам и без него. Наибольшее распространение получили центробежные насосы с горизонтальным валом и спиральной камерой. Насос состоит из рабочего колеса с лопастями, вала, корпуса, всасывающего и нагнетательного патрубков, сборного канала.

Установка центробежного насоса (см. рисунок ниже) состоит из всасывающей трубы с фильтром и обратным клапаном, насоса, задвижки, нагнетательного трубопровода. Большие насосы снабжаются контрольно-измерительными приборами: манометрами, вакуумметром и т.д. Приводится в действие центробежный насос при помощи двигателя, турбины, ременной передачи и пр. Насос и двигатель агрегатируются.

Жидкость под действием атмосферного давления из приемного резервуара поднимается по всасывающей трубе на высоту в области вакуума — к центральной части рабочего колеса насоса на вращающиеся лопасти. Под действием центробежных сил она перемещается вдоль лопастей к периферии, где собирается в сборном канале, называемом улиткой. Из улитки жидкость нагнетается в напорный трубопровод. Таким образом, благодаря воздействию лопастей рабочего колеса, жидкость получает механическую энергию от двигателя и поднимается на требуемую высоту.

В осевых насосах (см. рисунок ниже) основным рабочим органом является рабочее колесо с лопастями. Вода в этих насосах подводится в направлении его оси. При входе на рабочее колесо абсолютная скорость направлена вдоль оси, а при сходе с рабочего колеса абсолютная скорость направлена под некоторым углом к оси. Это означает, что жидкость, перемещаясь вдоль оси, одновременно вращается, т.е. имеет место винтовое движение жидкости, что приводит к дополнительным потерям энергии. Чтобы выправить закрученный поток и заставить его двигаться только вдоль оси, за рабочим колесом иногда устанавливается так называемый выправляющий аппарат. Рабочее колесо со стороны входа потока снабжается плавным обтекателем. Вал насоса с помощью жесткой муфты соединен с валом двигателя.

В поворотно-лопастных насосах угол установки лопастей (поворот лопастей) может изменяться с помощью штанги, проходящей в пустотелом валу. Это улучшает эксплуатационные качества насоса, его КПД.

Вихревой насос (см. рисунок ниже) состоит из рабочего колеса и корпуса с кольцевым каналом, имеющим перемычку. Короткие прямолинейные лопасти рабочего колеса частично перекрывают цилиндрический канал, при вращении жидкость увлекается лопастями и одновременно действием центробежных сил закручивается. Таким образом, по кольцевой камере движется спаренный вихревой валец, создающий «сцепление» жидкости с рабочим колесом и заставляющий ее двигаться от входного отверстия к выходному.

В струйном насосе (эжекторе) отсутствуют механические подвижные части. Он состоит из трубы с насадкой, камеры, смесительной камеры и диффузора. Жидкость, выходящая из насадки в виде струи расходом увлекает за собой жидкость из камеры, создавая в ней вакуум, благодаря чему снизу вверх обеспечивается постоянное подсасывание жидкости расходом. В камере смешения кинетическая энергия от потока расходом передается потоку. В диффузоре жидкость движется одним общим потоком, кинетическая энергия преобразуется в потенциальную и давление на выходе возрастает.

Водокольцевой вакуум-насос (см. рисунок ниже) состоит из цилиндрического корпуса с плоскими боковыми стенками, в который помещают вращающийся барабан с лопастями. В боковой стенке имеются канавки, к которым присоединены всасывающий и нагнетательный патрубки. Барабан смонтирован эксцентрично по отношению к корпусу.

Эрлифт (воздухоподьемник), (см. рисунок ниже) состоит из вертикальной или наклонной трубы, нижний конец которой заглублен под уровень воды, и воздухоподводящей трубы, нижний конец которой находится в заборном оголовке эрлифта. При нагнетании воздуха через трубу он в виде пузырьков будет подниматься вверх по трубе, вследствие чего плотность водо-воздушной смеси в эрлифте будет меньше плотности воды водоема. Это обеспечивает подьем водо – воздушной смеси.

Насосы пожарных автомобилей

Основным оборудованием, которое устанавливают на пожарные автомобили, является пожарный насос. Это устройство для перекачки и подачи жидких или газообразных рабочих сред, используемых во время ликвидации возгораний. Функционал насоса включает две операции: засасывание огнетушащего вещества и его нагнетание. Существует несколько видов установок, различающихся между собой конструкцией, принципом действия и создаваемым ими давлением.

Классификация ПН

Пожарные машины комплектуются тремя видами агрегатов.

Струйные

Один из самых популярных видов оборудования, которое устанавливается на технику, задействованную во время тушения пожаров. Струйные ПН бывают двух типов:

1. Водоструйные, которые устанавливают на каждую спецмашину. Второе их название – гидроэлеватор. С его помощью производят забор воды из водоисточников с заболоченными берегами, которые представляют трудность для подъезда машин. Второе назначение ВПН – откачка воды из помещений. Гидроэлеватор относят к устройствам эжекторного типа с трансформацией потенциала в кинетическую энергию.
2. Газоструйные, которые обеспечивают заполнение всасывающих рукавов и центробежных агрегатов водой. Используют отработанные среды двигателя внутреннего сгорания. Газы проходят по корпусу, в результате создается разряженная зона, благодаря которой и возможен напор на насосе пожарного автомобиля.

Визуально работу водоструйного насоса можно представить на схеме:

Объемные

Это устройства, в которых передвижение воды или газа обеспечивается изменением объема рабочей камеры. Они также делятся на несколько типов:

• Водокольцевые. Объем камеры меняется при помощи использования роторной установки. Коэффициент полезного действия в них очень низкий, и перед началом в агрегат необходимо заливать дополнительную жидкость.

• Поршневые. В этих насосах для пожарного автомобиля изменение объема зависит от работы поршневого элемента. Главный плюс такого оборудования – высокий КПД и хорошая всасываемость, минус – невозможность регулировки подачи огнетушащих средств.

• Пластинчатые. В них работают лопатки ротора. За счет прижимания лопастей создается дополнительный объем. За счет их же движения жидкость проталкивается к выходу.

• Шестеренчатые. Их работа обеспечивается двумя колесами.

Центробежные

Это оборудование для автоцистерн и автонасосов. Оно различается по нескольким параметрам:

• Давлению: до 2 МПа, до 5 МПа и установки, создающие оба варианта.
• Количеству колес: стандартные 1-ступенчатые для создания нормального напора, 2-ступенчатые и выше – для поддержания высокого давления.
• Расположению вала: наклонный, вертикальный, горизонтальный.
• Напору: норма до 100 метров, высокий уровень – до 300, комбинированный тип – установки, создающие и нормальный, и высокий уровень напора.
• Расположению в ПА: впереди, посередине, сзади.

Принцип действия центробежного агрегата основан на вращении колеса, которое за счет своего движения передает энергию жидкости. Чем выше скорость вращения, тем больше давление, под которым «зуб» выдает воду в диффузор.

Для предупреждения закручивания воды на входе устанавливают разделитель. Чтобы увеличить скорость делают переход большего сечения в меньшее. Дополнительно устанавливают пенообразователь. Для распределения жидкости в рукава используют коллектор.

Одно из условий безопасности эксплуатации центробежных агрегатов – соблюдение температурного режима. Огнетушащее вещество нельзя охлаждать ниже 30°С. Именно поэтому на ПА насосы устанавливают в отделение, где поддерживается плюсовая температура.

Перед включением систему заполняют водой, чтобы предупредить появление примесей воздуха. Максимальный размер частиц, которые могут присутствовать при этом в воде, – 3 мм, а их концентрация на общий объем – менее 0.5%.

У центробежных агрегатов есть свои плюсы:

• постоянное давление сразу после подключения к водоисточнику;
• длительный срок эксплуатации;
• возможность подключения к различным типам ПА;
• высокий уровень КПД от 58%.

Минусы также присутствуют:

• изменение давление отражается на КПД;
• отсутствует возможность самостоятельного всасывания жидкости;
• не работает, если в воде присутствуют загрязнения крупных фракций (камни, тина).

Принцип работы

Классификацию пожарных насосов по принципу действия можно представить схемой.

В объемных агрегатах движение жидкости происходит из-за изменения объема камеры устройства. Чаще всего из этого класса используют поршневые установки. Аналогичный им принцип действия имеют ручные устройства, которые применяют при ликвидации небольших очагов возгораний в лесу.

Динамические устройства работают на силе инерции. Процесс всасывания в них происходит непрерывно. Плюс таких агрегатов – перекачка даже сильно загрязненной воды.

Характеристики

Самое популярное оборудование современных ПА – центробежные насосы. Их используют для подачи воды, пены, создания вакуума или прокачки водопроводов. При этом независимо от вида ПН выделяют основные характеристики этого оборудования:

1. Объем подаваемого вещества, измеряемый в л/с или м 3 /с.
2. Высота выходящей струи (измеряется в метрах).
3. Расстояние от поверхности воды до горизонтальной оси самого насоса, или высота всасывания (в метрах).
4. Частота вращения вала (об/мин).
5. Коэффициент полезного действия.

Оборудование нормального давления, которым комплектуется большинство ПА, дает напор 100 м и работает на высоте всасывания 7-7.5 м. В среднем такой агрегат выдает 40 л/с. КПД при этом – 60%. Для высокого давления характерен напор 200-400 м при КПД 40% и более.

Техника безопасности

Заземление насоса пожарного автомобиля считается важной мерой по обеспечению техники безопасности во время работы оперативной бригады. Агрегаты имеют электромотор, из-за чего вероятно распространение по деталям ПА тока. При включении наноса проводят заземление с использованием внешних устройств. Это защищает от удара током при возникновении наведенного напряжения на машине и при заливе проводящей части электроустановки.

В практике пожарных используется два вида заземлений:

• Переносное для пожарных стволов. Используется для защиты от попадания на электроустановки воды. По устройству такие заземлители очень просты: проводник с опрессованными концами. С одной стороны крепится к струбцине, с другой – к стволу.

• Переносное заземление для пожарных машин. Для защиты спасателей от возникновения наведенного напряжения. Представляет собой гибкий медный провод в прозрачной оболочке. Наконечники при помощи болтов крепятся к заземляющей струбцине и пожарному стволу.

Испытание насосов пожарных автомобилей

Насосы пожарных автомобилей испытывают после каждых 5000 км пробега, но не реже одного раза в год. Общая инструкция прописана в Наставлении по технической службе ГПС. При проверке обязательно выполняются следующие условия:

• установка насосов и монтажа трубопроводов проведены в соответствии с требованиями техдокументации на ПА;
• вентили, задвижки, сливные краны открываются и закрываются без дополнительных усилий;
• отсутствует течь в местах основных соединений;
• диагностика частоты вращения вала не превышает 5% номинальной;
• подпор во всасывающем патрубке не превышает 0.4 МПа, а для насосов с уплотнителем пластинчатой набивкой – 0.8 МПа;
• напор на выходе – не более 1.1 МПа.

Методика проверки ПН забором и подачей воды из водоемов состоит в следующем:

• установка машины на водоисточник;
• включение устройства и подача воды при полном открытии задвижек;
• определение величины напора на основании показаний манометра и мановаккуумметра;
• сравнение фактических значений с нормативными показателями.

При испытании уменьшение напора не должно превышать 15% от номинальных показателей.

Во время проверки могут быть выявлены неисправности:

1. Отсутствие подачи воды при пуске. Причина – частичное или полное заполнение насоса воздухом. Для устранения проводят повторный забор при помощи вакуумной системы.
2. Уменьшение подачи воды во время работы. Причина – неплотности во всасывающей линии, мусор на всасывающей сетке или недостаточное ее заглубление.
3. Стук и вибрация во время работы. Причина – ослабли болты креплений, износ шарикоподшипников и шеек вала рабочего колеса.
4. Не прокручивается вал. Причина – засорение или промерзание узлов.
5. Протечка дренажного отверстия. Причина – износ манжет. Устраняется их заменой.
6. Попадание воды в масляную ванну. Причины – засорение дренажного отверстия или износ манжет.