Лекция 8. Объемные и струйные насосы

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 29Следующая ⇒

Объемные насосы – насосы, в которых перемещение жидкости (или газа) осуществляется в результате периодического изменения объема рабочей камеры. К ним относятся поршневые насосы, пластинчатые, шестеренчатые, водокольцевые.

Поршневые насосы (рис.2.3.). В поршневых насосах рабочий орган (поршень) совершает в цилиндре возвратно-поступательное движение, сообщая перекачиваемой жидкости энергию.

Подача Q м³/с насоса определяется

Q = м³/с (2.10)

где: d – диаметр поршня, м; S – ход поршня, м; n – частота перемещения поршня, с^-1.

Поршневые насосы обладают рядом достоинств. Они могут перекачивать различные жидкости, создавая большие напоры (до 15 МПа), обладают хорошей всасывающей способностью (до 7 м) и высоким КПД – η = 0, 75…0, 85.

Их недостатками являются: тихоходность, неравномерность подачи жидкости и невозможность ее регулировать.

Поршневые насосы применяют для заполнения огнетушителей, газовых баллонов, их испытания и т.д.

Аксиально-поршневые насосы (рис.2.4). Несколько поршневых насосов 2, размещены в одном барабане 3, вращающемся на оси распределительного диска 1. Штоки поршней скалками 4 шарнирно закреплены на диске, вращающемся на оси 4. При вращении вала 6 поршни перемещаются в осевом направлении и одновременно вращаются с барабаном.

Эти насосы применяются в гидравлических системах и перекачивают масла.

В распределительном диске выполнены два серповидные окна 7. Одно из них соединено с масляным баком, а второе с магистралью, в которую подается масло.

За один оборот вала барабана каждый поршень совершает ход вперед и назад (всасывание и нагнетание).

Подача насоса определяется по формуле:

(2.11)

где: D_б - диаметр барабана, м; d - диаметр поршня, м; i - число поршней; n - скорость вращения вала, об/мин.

Достоинством насосов является равномерность подачи жидкости, высокое развиваемое давление (40…50 МПа) и КПД η = 0, 85…0, 9.

В системах управления автолестниц и подъемников они используются как гидромоторы, так и гидронасосы.

Поршневые насосы двойного действия. Насосы этого типа применяются в качестве вакуумных насосов на ряде пожарных насосов, выпускаемых иностранными фирмами. Принципиальная схема такого насоса представлена на рис.2.5. Поршни насоса 5 объединены болтовым соединением 3 в единое целое. Они перемещаются смонтированным на оси 2 эксцентриком 1 посредством ползуна 4.

Частота вращения валика эксцентрика одинакова с частотой вращения вала насоса. Вал эксцентрика приводится во вращение клиновым ремнем от коробки отбора мощности. При вращении эксцентрика 1 ползуны 4 воздействуют на поршни 5. Они совершают возвратно-поступательное движение. В положении, указанном на рисунке, левый поршень будет сжимать воздух, ранее поступивший в камеру. Сжатый воздух преодолеет сопротивление манжеты 7 и будет удаляться через патрубок 6 в атмосферу. Синхронно с этим в правой камере будет создаваться разряжение. При этом будет преодолено сопротивление первой малой манжеты 8. В пожарном насосе будет создаваться вакуум, он начнет заполняться водой. Когда вода начнет поступать в вакуумный насос, он отключается.

За каждую половину оборота эксцентрика поршни совершают ход, равный 2е. Тогда подача насоса может быть вычислена по формуле:

℮ ∙ ℮ ∙ n, м³/мин (2.12)

где: d - диаметр цилиндра, м; ℮ - эксцентриситет, м; n - частота вращения валика, об/мин.

При частоте вращения, равной 4200 об/мин, насос обеспечивает заполнение пожарного насоса с глубины всасывания 7, 5 м за время меньше 20 с.

Шестеренчатый насос (рис.2.6) состоит их корпуса 9 и зубчатых колес 2. Одно из них приводится в движение, второе в зацеплении с первым свободно вращается на оси. При вращении шестерен жидкость перемещается впадинами 3 зубьев по окружности корпуса.

Они характеризуются постоянной подачей жидкости и работают в диапазоне 500…2500 об/мин. Их КПД в зависимости от частоты вращения и давления составляет 0, 65…0, 85. Они обеспечивают глубину всасывания до 8 м и могут развивать напор более 10 МПа. Используемый в пожарной технике насос НШН-600 обеспечивает подачу Q = 600 л/мин и развивает напор Н до 80 м при n = 1500 об/мин.

Подача насоса определяется

(2.13)

где: R и r – радиусы шестерен по высоте и впадинам зубьев, см; b – ширина шестерен, см; n – частота вращения вала, об/мин; η - КПД.

В этих насосах предусматривается перепускной клапан. При избыточном давлении через него перетекает жидкость из полости нагнетания во всасывающую полость.

В пазы ротора 2 вставлены пластины 3, изготовленные из нержавеющей стали. На валу ротора закреплен шкив для привода.

Пластинчатый насос (шиберный) насос (рис.2.7) состоит из корпуса с запрессованной с него гильзой 1. В роторе 2 размещены лопатки 3, выполненные из водостойкого материала. Приводной шкив закреплен на роторе 2.

Ротор 2 размещен в гильзе 1 эксцентрично. При его вращении лопатки 3 под действием центробежной силы прижимаются к внутренней поверхности гильзы, образуя замкнутые полости. Всасывание происходит за счет изменения объема каждой полости при ее перемещении от всасывающего отверстия к выпускному.

Подача (см³/мин) пластинчатых насосов равна

(2.14)

где: n - частота вращения ротора, об/мин; r² _c и r² _p - радиусы статора и ротора, см; b - ширина пластины.

Пластинчатые насосы могут создавать напоры 16…18 МПа, обеспечивают забор воды с глубины до 8, 5 м при КПД равном 0, 8…0, 85.

Смазка вакуумного насоса осуществляется маслом, которое подается в его всасывающую полость из масляного бака за счет разряжения, создаваемого самим насосом.

Водокольцевой насос может использоваться как вакуумный насос. Принцип его работы легко уяснить из рис.2.8. При вращении ротора 1 с лопатками жидкость под влиянием центробежной силы прижимается к внутренней стенке корпуса насоса 4. При повороте ротора от 0⁰ до 180⁰ рабочее пространство 2 будет увеличиваться, а затем уменьшаться. При увеличении рабочего объема образуется вакуум и через отверстие 3 будет всасываться воздух. При уменьшении объема он будет выталкиваться через окно 5 в атмосферу.

Водокольцевым насосом может создаваться вакуум до 9 м вод.ст. этот насос имеет очень низкий КПД, равный 0, 2…0, 27. Перед началом работы в него необходимо заливать воду, это его существенный недостаток.

Л и т е р а т у р а:

1. Боевой устав пожарной охраны. – М.: МВД Российской Федерации, 1996. – 46 с.

2. Наставление по технической службе. – М. – МВД Российской Федерации, 1996. – 170 с.

3. Средства обеспечения аварийно-спасательных работ. Вып.4. – М.: ВНИИПО МВД РФ, 1999. – 148 с.

4. Нормы пожарной безопасности. ВНИИПО, утвержденные приказом ГУГПС МВД РФ, 1996. – 2000.

5. Брушлинский Н.Н. Моделирование оперативной деятельности пожарной службы. – М.: Стройиздат, 1989. – 96 с.

6. Безбородько М.Д. и др. Пожарная техника. – М.: ВИПТШ МВД СССР, 1989. – 236 с.

7. Яковенко Ю.Ф., Зайцев А.И. и др. Эксплуатация пожарной техники. – М.: Стройиздат, 1991. – 414 с.

8. Волков В.Д., Ерохин С.П. и др. Справочное пособие по работе на специальных пожарных автомобилях. – М.: ВНИИПО, 1999. – 236 с.

9. Безбородько М.Д., Брежнев А.А. и др. Охрана труда пожарных. Современные требования. – М.: Стройиздат, 1993. – 184 с.

10. Технические описания и инструкции по эксплуатации пожарной техники: ОАО «Пожтехника» г.Торжок; АМО ЗИЛ г.Москва; Варгашинского завода противопожарного и специального оборудования, г.Варгаши.

11. Яковенко Ю.Ф., Кузнецов Ю.С. Техническая диагностика пожарных автомобилей. – М.: Стройиздат, 1984. – 288 с.

12. Техническая эксплуатация автомобилей // Под ред. д.т.н., профессора Кузнецова Ю.С.. – М.: Транспорт, 2000. - с.

Лекция 9. Вакуумные системы пожарных насосов

Для подачи воды центробежными насосами их рабочие полости и всасывающие рукава необходимо заполнить водой. Это осуществляется вакуумными системами. Их основу составляют вакуумные насосы и краны, трубопроводы и приводы управления.

На АЦ, АНР и мотопомпах в качестве вакуумных насосов применяют газоструйные, шиберные, поршневые и иногда водокольцевые насосы. Приводы к ним могут ручными и комбинированными: ручными и автоматическими. Последние обеспечивают автоматический забор воды при пуске насоса и восстановление обрыва водяного столба.

Газоструйные вакуумные системы. Эти системы применяются на АЦ и АНР с насосами ПН-40, ПН-60 и ПН-110.

В их систему входят газоструйные вакуумные аппараты (ГСВА), вакуумные краны, трубопроводы.

Вакуумный кран предназначен для соединения внутренней полости насоса с газоструйным вакуумным аппаратом. Он устанавливается на коллекторе насоса. В этом положении пружина верхнего клапана 8 прижмет его к седлу и разобщит полости Б и В. При таком положении клапанов 8 и 11, отсасываемый из насоса ГСВА воздух, пройдет в полость А и Б и по трубке «б» к струйному насосу. Это показано сплошными стрелками. По заполнении насоса водой кулачковый валик поворачивают так, чтобы нижний клапан 13 разобщил полости А и Б, а верхний клапан 8 соединил полость Б и В. В этом положении струйный насос отсосет из полости Б и трубки, соединяющей вакуумный клапан с ГСВА, попавшую туда воду. Воздух по отверстию «а» поступит в полость В и Б и в трубку «б».

В нижней части крана имеются два отверстия, закрытые глазками 1 из органического стекла. К одному из них крепится корпус 4 электрической лампочки. Через глазок контролируют заполнение насоса водой.

Газоструйные вакуумные аппараты устанавливают в системе выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания АЦ или АНР.

ГСВА состоит из корпуса с заслонками, струйного газового насоса и газовой сирены.

Блок газоструйного вакуум-аппарата и газовой сирены состоит из корпуса 5 и крышки 10, изготовленных из серого чугуна. К корпусу 5 присоединены резонатор 1 и распределитель 2, составляющих газовую сирену и струйный насос 12. Внутри корпуса на осях 6 установлены заслонки 3 и 14. На концах осей закреплены рычаги 7 и 11. Пружиной 13 заслонки прижаты к своим седлам. В этом положении отработавшие газы проходят от двигателя к глушителю.

Условия работы ГСВА очень тяжелые. Все его детали омываются горячими отработавшими газами двигателя. Поэтому большой и малый диски заслонок выполнены из жаростойкой легированной стали и приварены к стальным цилиндрам.

Заслонки устанавливаются на рычагах 4 так, что могут отклоняться от их осей на 5-6⁰. Этим обеспечивается плотное прилегание заслонок к седлам. Рычаги 4 жестко соединены с осями 6, поворачивающимися в стальных втулках. Струйный насос 12 крепится к фланцу ГСВА. К фланцу 8 диффузора присоединяется трубопровод от вакуумного крана.

Герметичность в месте соединения корпуса и крышки обеспечивается прокладками из асбостального полотна и подмоткой шнурового асбеста в выточках осей. Оси заслонок собирают на графитной смазке.

Включение ГВСА производят из насосного отделения при заднем размещении насоса. При этом заслонка 13 займет вертикальное положение и будет открыт путь отработавшим газам в струйный насос 12.

Сирену включает водитель в кабине. При этом заслонка 3 займет вертикальное положение, отработавшие газы будут проходить через распределитель 2 в резонатор 1. Изменяя обороты двигателя и, следовательно, количество выходящих отработавших газов изменяют силу и тон звука, издаваемого сиреной.

Работу системы всасывания рассмотрим по схеме, представленной на рис.2.47. При вертикальном положении заслонки 7 ГСВА и включенном вакуумном кране 4 отработавшие газы двигателя Q_p поступят в струйный насос 9. В его камере будет создано разряжение и из полости насоса 3 и всасывающих рукавов 2 начнется удаление воздуха Q_э. под влиянием разности атмосферного давления Р_а и разрежения поднимется обратный клапан во всасывающей сетке 1 и вода заполнит всасывающую линию. При выключении вакуумного крана камера струйного насоса будет соединена через отверстие «а» с атмосферой. Это позволит ГСВА удалить воду из трубки 10, если она туда попала при несвоевременном выключении вакуумного крана.

Проверка работоспособности вакуумной системы производится по величине создаваемого разряжения в насосе за нормативное время. Его величина 0, 073…0, 0076 МПа должна достигаться за 20 с. Герметичность насоса оценивается по падению разряжения в насосе. Оно не должно превышать 0, 013 МПа за 2, 5 мин.

Проверка осуществляется в такой последовательности. Всасывающий патрубок насоса должен быть закрыт заглушкой, вакуумный кран включен. Запустив двигатель, увеличивая его обороты, создают вакуум, оцениваемый по мановакуумметру. Выключив вакуумный кран, по секундомеру фиксируют время падения вакуума. Если в течение 2, 5 мин оно будет меньше 0, 013 МПа, насос и всасывающая система – исправны и работоспособны.

Вакуумные системы с пластинчатыми насосами. Эти системы предназначены для обеспечения забора воды из открытых водоемов, автоматического восстановления подачи воды при обрыве водяного столба и проверки работоспособности системы и герметичности пожарного насоса. Включение ее в работу может осуществляться вручную или автоматически. Геометрическая высота всасывания этих систем до 7, 5 м. Время всасывания 40 с. такие системы используются на пожарных насосах ПЦНН-40/100, ПЦНВ-20/200.

Вакуумная система ПЦНН-40/100. Эта система включает пластинчатый вакуумный насос, вакуумный шаровой кран и гидроблок. Гидроблок служит для передачи давления напорной полости насоса в рабочую полость механизма автоматического отключения вакуумного насоса и вакуумного затвора.

Механизм отключения предназначен для автоматического отключения и включения вакуумного насоса при заборе воды из открытых водоисточников. Он работает следующим образом. При увеличении давления в коллекторе насоса будет деформироваться мембрана 6. Гидравлическая жидкость, заполняющая пространство между корпусом 1 и сильфоном 4, воздействуя на основание 5 сильфона 4, поднимет шток 3 и рычаг 7 вверх. При уменьшении давления в насосе пружина 2 преодолеет усилие сильфона, и механизм займет исходное положение.

Вакуумный затвор предназначен разъединения и соединения полостей вакуумного насоса и пожарного насоса. Его устройство и работа отличается от механизма отключения наличием дополнительного клапана 3 с пружиной 4. При повышении давления в корпусе 1 шток 2, поднимаясь, будет сжимать пружину, а затем плотно прижмет клапан к его седлу. При уменьшении давления в корпусе механизма шток постепенно обеспечит перемещение клапана и разъединяемые полости будут соединены.

Стабильная работа вакуумной системы обеспечивается тем, что порог срабатывания механизма отключения выше, чем порог срабатывания вакуумного затвора. Это обеспечивается регулированием затвора D. Принципиальная схема вакуумной системы ПЦНН-40/100 представляет собой шкив вакуумного насоса 5 силой собственного веса и пружиной 16 прижат к шкиву 2 пожарного насоса. Шкивы можно разобщить вручную, что показано стрелками. В разобщенном состоянии шкивов рычаг стопорится. Разобщение шкивов 2 и 5 и их соединение может осуществляться также и автоматически. При заборе воды из цистерны или от пожарного водопровода вакуумный насос выключается вручную. Работа в автоматическом режиме осуществляется следующим образом. После установки рукавной всасывающей линии включают вакуумный кран 16 и включают пожарный насос. От шкива 2 к шкиву 5 будет передаваться крутящий момент. Пластинчатый насос будет создавать вакуум во всасывающей системе. В вакуумный насос непрерывно будет подаваться масло из резервуара 6. Под влиянием давления воды, поступающей из пожарного насоса по трубопроводу 8, в вакуумном затворе 10 клапан отключит вакуумный насос. Затем сработает механизм отключения 12 и системой рычагов 11 и 4 разобщит шкивы 5 и 2. В случае прекращения подачи воды насосом (обрыв водяного столба) механизм отключения примет исходное положение и шкив 5 вакуумного насоса под тяжестью собственного веса и силой пружины 16 будет прижат к шкиву 2 насоса. Процесс всасывания воды восстановится.

Из изложенного выше следовало, что вакуумные системы пожарных насосов серии ПН включаются в работу от двигателя внутреннего сгорания и центробежный насос заполняется водой при невращающемся валу с рабочим колесом.

В случае пожарных насосов серии ПЦН вакуумные системы включаются в работу от привода центробежного насоса. Следовательно, вал и рабочее колесо на нем должны приводиться во вращение от КОМ, при незаполненном насосе водой, т.е. элементы торцевого уплотнения не охлаждаются. В таком положении их нормальная работа допускается в течение не более одной минуты, как указывалось раньше. Это требует жесткой проверки работоспособности вакуумных систем.

Проверка работоспособности вакуумной системы осуществляется по двум параметрам.

Во-первых, проверяется герметичность насоса включением вакуумного насоса, при скорости вращения вала насоса 2000…2500 об/мин. Вакуум должен создаваться в течение 20 с. равным 0, 073…0, 076 МПа. Его уменьшение на 0, 0198 МПа не должно превышать 3, 5 мин. Превышение этого времени свидетельствует о наличии в системе неплотностей. Их обнаруживают по утечкам воды при работе или опрессовкой избыточным давлением 0, 6 МПа.

Во-вторых, производится проверка производительности вакуумного насоса. Ее проводят в такой последовательности:

– к всасывающему патрубку присоединяют два всасывающих рукава с заглушкой на свободном конце;

– отключают вакуумный насос и открывают вакуумный кран;

– запускают двигатель и при оборотах 2700±100 об/мин плавно включают вакуумный насос и секундомер;

– отмечают время достижения разрежения 0, 074 МПа; оно не должно превышать 40 с.

Если время разрежения будет больше 40 с, а его падение не превышает 3, 5 с (см. п.1), то это свидетельствует о потере производительности вакуумного насоса.

В этом случае следует проверить целостность трубопроводов вакуумной системы. При необходимости разбирают вакуумный насос, проверяют состояние лопаток, гильзы и уплотнительные кольца. Обнаруженные неисправности устраняют.

Производится также проверка элементов привода вакуумного насоса. Рабочие поверхности шкивов должны быть гладкими, без выкрашивания и признаков неравномерного износа. Усилие прижатия шкивов проверяется динамометром при неработающем насосе. Усилие размыкания, измеренное на рычаге, должно быть в пределах 18±3 кг. Регулирование его осуществляется путем поджатия или ослабления пружины на рычаге.

Вакуумная система насоса ПЦНВ-20/200. Она предназначена для включения пластинчатого вакуумного насоса, гидрокамеры, водоотделителя, механизма отключения, вакуумного затвора и вакуумного шарового крана.

Гидрокамера предназначена для управления элементами автоматической вакуумной системы: вакуумным затвором (ВЗ), механизмом автоматического отключения (МО) вакуумного насоса и управления клапаном пеносмесителя (ПС).

Гидрокамера работает следующим образом. При повышении давления в пожарном насосе и в полости между корпусом 1 и сильфоном 2 он будет, преодолевая усилие пружины 4, сжиматься. При этом давление гидравлической жидкости в полости 5 будет через тройник 3 подаваться в МО, ВЗ и клапан ПС.

Исходное положение сильфон займет при уменьшении давления в пожарном насосе.

Механизм отключения по устройству и принципу аналогичен МО ПЦНН 40/100. Различие состоит в том, что сильфон деформируется не под давлением воды из пожарного насоса, а под влиянием гидравлической жидкости, передающей давление из гидрокамеры.

Водоотделитель предназначен для задержания воды, поступающей в вакуумную систему на конечной стадии заполнения водой центробежного насоса. При этом будет повышаться давление в ГК, поплавок 2 поднимется по стержню 3 и закроет проход к вакуумному затвору.

Вакуумный затвор предназначен для автоматического разобщения вакуумного насоса со всасывающей полостью ПЦНВ-20/200 при появлении избыточного давления в его напорной полости.

В исходном положении золотник 3 отжат пружиной 4, при этом открыт проход от ВО к ВН. При повышении давления в гидрокамере ГК мембрана 2 сожмет пружину 4 и золотник 3 перекроет проход от ВО к ВН.

Порог срабатывания вакуумного затвора, равный 0, 74 МПа (7, 5 кгс/см²) обеспечен конструкцией. Он меньше порога срабатывания механизма отключения.

Принципиальная схема вакуумной системы ПЦНВ-20/200 функционирует следующим образом.

Вручную рычагом 8 возможно разобщить шкивы 2 и 4. В этом положении вакуумный насос будет выключен и забор воды возможно осуществлять из цистерны или водопроводной сети.

При заборе воды из открытых водоисточников необходимо установить всасывающие рукава, включить вакуумный кран 12, а затем пожарный насос. Крутящий момент будет передаваться шкивами 2 и 4. Вакуумный насос начнет откачивать воздух из всасывающего патрубка насоса 1, через струйный насос 16 пеносмесителя 15, вакуумный кран 12, трубку «в», водоотделитель 10, вакуумный затвор 9 и через вакуумный насос 4 в атмосферу. Насос начнет забирать воду и она будет поступать в гидрокамеру 11. Когда давление воды достигнет 0, 74 МПа (7, 5 кГс/см²) сработает гидрокамера 11. При этом водой будет заполняться трубопровод «в» и водоотделителе 10 поплавок закроет ее доступ в вакуумный затвор. Повышенное давление и гидрокамере обеспечит срабатывание вакуумного затвора 9. Система всасывания будет отключена. Затем штоком механизм отключения 7 будет поднят рычаг 6. Шкивы 2 и 4 будут разъединены. При обрыве столба воды или уменьшении давления в пожарном насосе придут в исходное положение механизмы 7 и 9 и автоматически начнется процесс заполнения насоса водой. Работа вакуумного насоса сопровождается эжектрированием масла из резервуара 5.

Порог срабатывания, равный 0, 74 МПа, регулируется величиной зазора Г. Она должна быть в пределах 1, 5±5 мм.

Проверка работоспособности вакуумной системы этого насоса производится аналогично тому, как это делается для насоса ПЦНН-40/100.

Вакуумная система насоса частично задействована для регулирования подачи пенообразователя. В пеносмеситель 15, включающий дозатор 17, струйный насос 16, кран включния пеносмесителя 19 и сливной кран 18, пенообразователь поступает из пенобака через обратный клапан 14 к клапану пеносмесителя 13. При уменьшении напора в насосе давление от гидрокамеры 11 выключит клапан 13. При увеличении напора в насосе он будет включен.

Схема вакуумной системы МАВ 200 IVEKO

Вакуумный водокольцевой насос 3 автоматически включается при включении пожарного насоса 1. При этом на пульте управления насосом включается сигнализатор. При достижении в напорной линии достаточного давления вакуумный насос автоматически отключается и лампочка сигнализатора гаснет.

Для работы вакуумного насоса необходимо питание его водой из бачка 6. Бачок заполняется водой не менее, чем на 1/3 своего объема.

Зимой бачок заполняется смесью, состоящей из 20% глицерина и 80% воды. Можно использовать антифриз.

Работает система следующим образом. При включении вакуумного насоса 3 проходит его заполнение водой из бачка 6 по трубопроводу 4. При образовании водяного кольца в насосе 3, начнется образование вакуума в насосе 1. Воздух из насоса 1 будет поступать по трубопроводу 2 в насос 3, а затем по трубопроводу 5 и воздухоотводящей трубе 7 в атмосферу.