Пожарные центробежные насосы (ПЦН)

Пожарные насосы этого типа – насосы нового поколения. Основные конструктивные элементы и системы, обеспечивающие их функционирование, аналогичны элементам и системам насосов ПН. Однако в конструкции насосов ПЦН имеется ряд принципиальных особенностей, отличающих их от насосов ПН.

В этих насосах герметизация внутренних полостей осуществляется уплотнениями торцового типа. Элементы этих уплотнений изготовлены из силицированного графита. Этот материал характеризуется высокой износостойкостью и, следовательно, обеспечивает долговечность уплотнений.

Уплотнения рабочих колес пожарных насосов могут быть и комбинированными. Так, по желанию заказчика изготавливаются насосы, в которых уплотнения рабочих колес и межступенчатые уплотнения выполняются щелевыми, а концевые уплотнения вала – торцовыми.

Существенным является также и то, что струйные насосы в вакуумных системах заменены пластинчатыми насосами с механическим приводом.

Важным является то, что в конструкции насосов реализованы автоматические системы управления забором воды из естественных водоисточников. Ручной привод является дублирующим.

Внесены изменения и в систему подачи пенообразователя. Так, предусматривается автоматическое выключение подачи пенообразователя при выключении пенных стволов или ГПС. На некоторых ПЦН предусмотрен автоматический контроль и поддержание концентрации пенообразователя в воде.

На насосах предусмотрена установка счетчиков продолжительности их работы.

Пожарный центробежный насос низкого давления – ПЦНН-40/100.Продольный разрез насоса представлен на рис. 2.24. Вал 4 насоса установлен в корпусе 5 на двух подшипниках 13. Левый подшипник в осевом направлении закреплен шайбой 15, привинченной к корпусу привода тахометра. Червячное колесо 3 этого привода в осевом направлении закреплено втулкой шкива 1. Шкив закреплен на валу гайкой. На металлической основе шкива завулканизирована резиновая оболочка. Этот шкив является приводом вакуумного насоса.

Подшипники вала смазываются маслом из масляной ванны. Масло заливается через отверстие, закрываемое пробкой а с щупом. Сливается масло через отверстие, закрываемое пробкой 14. Вытекание масла предотвращается резиновыми маслостойкими манжетами 2.

На коническом хвостовике вала 4 на шпонке закреплено рабочее колесо 10 насоса. Уплотнение колеса от корпуса обеспечивается уплотнениями 8 и 11 торцового типа, а уплотнение внутренней полости насоса от внешней среды обеспечивается торцовым уплотнением 12. Слив воды из полости А насоса и корпуса насоса производится через сливной кран 9 шарового типа.

Корпус насоса закрывается крышкой 6 с установленной на нем сеткой 7 с размерами ячеек 3 мм.

Размещение элементов конструкции насоса, арматуры и приборов представлено на рис. 2.25, а, б. На коллекторе 15, установленном на насосе 1, размещены четыре напорных вентиля 5 и вентиль 7 заполнения цистерны. Производятся насосы и с двумя напорными патрубками.

Непосредственно на насосе установлены сливной кран 2, вакуумный кран 3, масляный бак 21 и вакуумный насос 20. Внутри коллектора находятся падающий клапан 17 и датчик концентрации пенообразователя 18. К коллектору присоединен гидроблок 16 с тягой 19, управляющий включением и выключением вакуумного насоса 20.

На приборную панель выведены рукоятки управления автоматической системой дозирования (АСД) 13 пенообразователя, тахометр 12, счетчик времени наработки 9 и ручка 10 слива воды из дозатора пеносмесителя.

Уровень масла в масляной ванне контролируется маслоуказателем 4.

Напорные вентили 5 и вентиль 7 заполнения цистерны (рис. 2.25) идентичны. На винте 8 размещен клапан 3 (рис. 2.26). При вращении маховичка 12 винт 8 ввинчивается во втулку 10, открывая путь воде из коллектора в рукавную линию.

Шаровые краны используются для слива воды из насоса и включения вакуумной системы.

Устройство сливного крана показано на рис. 2.27. В корпусе 5 крана находится шарик 6 с двумя отверстиями. Он уплотняется резиновыми кольцами 7. В положении, указанном на рисунке, вода непрерывно по трубке 8 поступает из канала А зоны уплотнения центробежного насоса (см. рис. 2.24, поз. А и 9) и из корпуса насоса и выливается за борт автомобиля. При повороте рукоятки 1 на себя вода сливается только из полости А.

Падающий клапан тарельчатого типа. Его устройство показано на рис. 2.28. Он предназначен для предотвращения обратного тока воды при остановке насоса, когда рукава поданы в верхние этажи, а также для герметизации полости насоса при работе вакуумной системы.

На штоке 7 клапана установлен по-
стоянный магнит 3, необходимый для
индицирования нулевой подачи насоса.
Она осуществляется магнитно-электри-
ческим контактом 4, установленном на
направляющей 2.

При работе насоса поток воды переместит клапан в верхнее положение. При прекращении подачи воды под тяжестью собственного веса он опустится вниз. Установленный на штоке магнит обеспечивает замыкание электрической цепи и на панели 13 (см. рис. 2.25, а) загорается лампочка “Нет подачи воды”.

Пеносмеситель является частью автоматической системы дозирования, включающей датчик концентрации и электронный блок управления (см. рис. 2.25, поз. 18 и 13). Пеносмеситель (рис. 2.29) закреплен на напорном коллекторе. Основные его части: водоструйный эжектор 1 с краном включения 2, дозатор 3, обратный клапан 7 и сливной 9 кран.

Рис. 2.29. Пеносмеситель:

1 – эжектор; 2 – кран включения эжектора; 3 – дозатор; 4 – шток клапана отсекающего; 5 – электромотор; 6 – шток клапана дозирующего; 7 – обратный клапан;
8 – кран впуска воздуха; 9 – сливной кран

Диффузионный (выходной) конец эжектора вставлен в крышку центробежного насоса, а сопловой (входной) конец эжектора крепится к крану включения эжектора.

На схеме 2.29 пеносмеситель представлен в исходном (нерабочем) положении. При тушении пеной, открыв кран 2, из пожарного насоса поступит вода в эжектор 1. В камере В будет создано разрежение. Одновременно с этим в дозаторе 3 приподнимутся штоки 4 и 6 с клапанами. Тогда пенообразователь из пенобака будет поступать из камеры А в камеру Б (обратный клапан 7 при этом откроется) и В, а затем в пожарный насос (это показано стрелками).

Обратный клапан 7 лепесткового типа предотвращает доступ воды в пенобак при работе от гидранта в случаях, когда закрывают кран эжектора или останавливают насос, не закрыв предварительно кран подачи пенообразователя из пенобака в насос.

Сливной кран 9 предназначен для слива пенообразователя из полостей А и Б дозатора по окончании работы насоса. Ручка крана выведена на приборную панель (поз. 10 на рис. 2.25, а).

При открытом положении крана 9 и приподнятом положении клапана 6 проточная полость Б дозатора через специальное отверстие в области крана 9 сообщается с эжектируемой полостью В и через эжектор 1 со всасывающей полостью насоса. В этом положении кран 8 должен быть поставлен в положение «открыто» для поступления воздуха в насос при сливе пенообразователя, а также и воды.

Шток 4 клапана и шток 6 дозирующего клапана управляются специальными механизмами.

Механизм управления штоком 4 отсекающего клапана работает следующим образом (рис. 2.30).

Механизм управления дозирующим клапаном может работать в автоматическом режиме и при ручном управлении. Дозирующий клапан 1 (рис. 2.31) закреплен на зубчатой рейке 2, которая посредством редуктора, включающего детали 3, 4 и 5, приводится в движение электродвигателем 6. Последний управляется электронным блоком. При перемещении дозирующего клапана относительно проточного отверстия в корпусе изменяется проходное сечение проточной полости дозатора. Вследствие этого происходит изменение подачи пенообразователя в эжектор.

Включение пеносмесителя осуществляется следующим образом. На приборной панели насоса (см. поз. 1 на рис. 2.25, а) показано, что эжектор пеносмесителя включился (см. поз. 2 на рис. 2.29). На приборной панели указаны концентрации пенообразователя – 3 и 6 %. Такие концентрации пенообразователя можно подавать в 1 – 5 пеногенераторов. При этом будет устанавливаться соответствующее положение дозирующего клапана ручным приводом. Схема привода дозирующего клапана представлена на рис. 2.32.

Червячное колесо 3 вмонтировано во фрикционную муфту 5. Основная ее часть закреплена шплинтом на оси рукоятки 6, а вторая прижимается к первой (основной) пружинами 7. Вследствие этого при повороте рукоятки 6 червячное колесо 3, удерживаемое червяком 4 (см. поз. 4 на рис. 2.31), не будет вращаться. При этом зубчатое колесо 2 переместит рейку 1 (см. поз. 2 на рис. 2.31) с ее дозирующим клапаном в необходимое положение, обеспечивающее требуемую подачу пенообразователя.

Автоматическая система дозирования (АСД) пенообразователя поддерживает на требуемом уровне его концентрацию. На лицевой панели электронного блока управления (рис. 2.33) размещены переключатели и индикаторы контроля работы системы.

Включение в работу осуществляется следующим образом. При включении тумблера 2 загорается индикаторная лампочка 1. Затем включается переключателем 3 тип пенообразователя, а переключателем 4 – коррекция его концентрации. При подаче пенообразователя будет гореть лампочка 6.

Принцип работы АДС основан на сравнении электрической проводимости раствора пенообразователя с электрическим эквивалентом раствора заданной концентрации. При изменении концентрации раствора пенообразователя изменится его электрическая проводимость. Ее рассогласование с электрическим эквивалентом зафиксируется в электронном блоке и будет выработан управляющий сигнал на электрический двигатель дозатора (см. поз. 6 на рис. 2.31). Двигатель изменит обороты и через систему зубчатых колес изменится положение клапана 1 и, следовательно, концентрация пенообразователя.

Пожарный центробежный насос высокого давления ПЦНВ-20/200.Центробежный насос выполнен трехступенчатым с осевым подводом и проходным валом. В качестве отводящих устройств на первых двух ступенях использованы направляющие аппараты с переводными каналами. Они размещены в крышках направляющих аппаратов.

Внутри корпуса насоса установлен ротор, в состав которого входит вал 1 и три рабочих колеса 2 (рис. 2.34). Уплотнения рабочих колес, межступенчатые и концевые уплотнения – торцового типа. Элементы уплотнений выполнены из силицированного графита.

Разгрузка ротора от осевой силы обеспечивается наличием у рабочих колес задних уплотнений и разгрузочных отверстий.

Для слива воды из полости насоса на его корпусе установлен сливной кран, а в нижней части крышек направляющих аппаратов размещены обратные клапаны. Они открываются при сливе воды и закрываются при работе насоса. Устройство сливного крана показано на рис. 2.35.

Напорный коллектор установлен на корпусе насоса и включает в себя обратный падающий клапан, вентиль для заполнения цистерны такого же типа, как на ПЦНН-40/100 и два шаровых крана с выходными патрубками.

Напорные шаровые краны насоса – левый и правый – объединены с червячными редукторами, идентичны по конструкции и отличаются только вариантом сборки. Устройство шарового крана показано на рис. 2.36.

В корпусе 1 крана помещен шар 2 с отверстием. Шар уплотнен фторопластовыми кольцами 3. Поджатие их производится резиновыми кольцами 5. В вертикальной плоскости кран уплотняется резиновыми кольцами 4. На оси 8 крана закреплен сектор 7 червячного колеса. Он приводится в движение маховичком (на чертеже не показан) червяка 6. Для слива воды из полостей уплотнения предусмотрены сливные краники по типу, представленному на рис. 2.35.

Приборная панель крепится на крышке насоса над пеносмесителем. На ней установлены мановакуумметр, тахометр, показывающий частоту вращения вала насоса и время наработки, а также манометр. На ней установлены также четыре индикатора на контрольные значения давления -0,6; -0,75; 7,5 и 30 кгс/см², управляемые мановакуумметром и насосом.

На панели имеется индикатор нулевой подачи, вилка разъема для подключения насоса к системе электропитания пожарного автомобиля, а также тумблер для включения и переключения напряжения питания насоса и ручка сброса контрольной наработки. На ней предусмотрены гнезда для установки приборов контроля давления масла и температуры охлаждающей жидкости двигателя, приборов контроля уровня воды в цистерне и уровня пенообразователя в пенобаке, а также гнезда для установки выключателя освещения насосного отсека, выключателя прожектора и привода насоса.

Порядок включения насоса. Перед началом работы все краны должны быть закрытыми, а вакуумный насос отключен. Подача воды с подпором (из цистерны, гидранта, от другой автоцистерны) осуществляется в следующей последовательности. Собирают рукавные линии и органами управления цистерны подают воду в насос. Затем включают привод насоса и плавно открывают напорные краны. Регулируя частоту вращения вала двигателя, устанавливают давление на входе в пределах от 0,08 до
0,6 МПа, а на выходе – не более 3,5 МПа.

Подача воды с открытого водоема производится с предварительным включением напорных кранов или напорного вентиля подачи воды в цис-
терну. Вакуумный насос включают вручную и открывают вакуумный кран. Включив привод насоса, одновременно автоматически включится вакуум-
ная система. При частоте вращения вала насоса в пределах 2500–
2900 об/мин достигается избыточное давление в насосе 1,2 МПа, при котором автоматически отключится вакуумный насос.

Регулируя частоту вращения вала двигателя, устанавливают необхо-
димое давление на выходе из насоса 1,2–3,5 МПа.

При необходимости снизить давление до уровня менее 1,2 МПа сле-
дует предварительно вручную отключить вакуумную систему и закрыть вакуумный кран.

По окончании работы сливают воду из насоса, открыв все краны. В зимний период следует включать насос для того, чтобы он поработал без воды 10–20 с. Это необходимо сделать для удаления влаги из полости насоса, включая при этом на 3–5 с вакуумный насос. После этого закрывают все краны и ставят заглушки на патрубки.

Для обеспечения безопасной работы насоса следует:

при необходимости временно прекратить подачу воды: приоткрыть вентиль подачи воды в цистерну;

не допускать работу насоса при давлении на выходе более 3,43 МПа и частоте вращения вала более 3000 об/мин;

не допускать работу насоса «всухую» продолжительностью более
1 мин;

в случае, если вода из цистерны полностью израсходована, загорается индикатор «подачи нет», при этом насос следует немедленно остановить.

Система подачи пены включает пеносмеситель, клапан пеносмесителя.

Клапан пеносмесителя (рис. 2.37) предназначен для предотвращения перерасхода пенообразователя при работе автоматической вакуумной системы и при неработающем насосе. Это возможно, когда при включенном дозаторе происходит уменьшение напора, и автоматически включается вакуумная система или в случае, когда останавливают насос, не закрыв предварительно кран подачи пенообразователя из пенобака в насос.

Функционально клапан пеносмесителя включает в себя отсекатель магистрали «пенобак-пеносмеситель», управляемый давлением напорной полости центробежного насоса, и обратный клапан 7 лепесткового типа.

При работе центробежного насоса давлением из гидрокамеры вакуумной системы в полости В деформируется диафрагма 2. Вследствие этого будут разобщены полости А и Б. При включенном кране дозатора пенообразователь, преодолевая сопротивление лепесткового клапана 7, будет поступать в пеносмеситель.

Клапан пеносмесителя и пеносмеситель закреплены на коллекторе насоса.

Принципиальная схема подачи пенообразователя и пеносмесителя показана на рис. 2.38.

Устройство пеносмесителя принципиально не отличается от пеносмесителя ПС-5. Однако его дозатор 5 имеет три положения: 0 – закрыт, 1 и 2 – на один или два пеногенератора. Кроме того, на пеносмесителе имеется сливной кран 6 пробкового типа (см. рис. 2.35) для сообщения полости насоса с атмосферой при сливе воды. Особенностью является также то, что к пеносмесителю подключена магистраль вакуумной системы с вакуумным краном 9 шарового типа (см.рис. 2.27).

Подача водного раствора пенообразователя к пеногенераторам производится в такой последовательности. Подать ПО из пенобака в насос, перевести рукоятку крана пеносмесителя в положение «ОТК», установить давление на выходе из насоса от 1 до 2 МПа, плавно открыть напорные краны и установить дозатор в требуемое положение.

После окончания работы перекрыть поступление ПО в насос и уменьшить подачу насоса до 0,2–1,0 л/с и произвести промывку дозатора и насоса. Для этого следует переключить магистраль пенообразователя на подсос воды из посторонней емкости и установить рукоятку дозатора в положение 2. В этом положении необходимо поработать 3-5 мин при давлении на выходе из насоса от 1 до 2 МПа. В процессе промывки необходимо несколько раз повернуть рукоятку крана пеносмесителя из положения «ОТК» в положение «ЗАКР» и обратно. Следует также повернуть рукоятку дозатора.

Пожарный центробежный насос высокого давления ПЦНВ-4/400. Насос ПЦНВ-4/400 предназначен для тушения пожаров водой или пеной, забирая воду только из цистерны или от гидранта. Насос четырехступенчатый со встречно расположенными колесами третьей и четвертой ступени по отношению к первым двум колесам (рис. 2.39).

Рабочие колеса насоса выполнены с полуоткрытыми цилиндрическими лопатками без переднего покрывающего диска. Рабочие колеса разделены направляющими аппаратами.

К выходному патрубку насоса крепится напорный коллектор. Внутри его расположен обратный (падающий) клапан, как в ранее описанных насосах. На коллекторе установлены два вентиля тарельчатого типа, пеносмеситель и перепускной клапан. Для слива воды из коллектора установлены два шаровых крана. Такой же кран установлен для слива воды из коллектора.

Пеносмеситель по конструкции аналогичен ПС-5. Однако его дозатор рассчитан на подачу пенообразователя для работы 1 или 2 стволов с 3 или 6 % его концентрации.

Перепускной клапан (ПК) обеспечивает частичный переток воды из насоса в цистерну при закрытых вентилях или выключенных стволах в цистерну, предотвращая перегрев насоса. Он также управляет работой отсечного клапана, перекрывающего поступление пенообразователя в насос.

Схема ПК показана на рис. 2.40 для случая, когда стволы отключены, насос работает и из коллектора 1 нет поступления воды в рукавные линии. Силой пружины (на схеме не показана) на оси 3 заслонка 9 перемещена в горизонтальное положение. В этом положении упором 4 клапан 6, укрепленный на рычаге 7, откроет отверстие в штуцере 5. Вода в небольшом количестве будет перетекать из полости А коллектора по отверстию штуцера 5 через отсечной клапан в цистерну пожарного автомобиля.

При включении стволов в работу поток Б воды переместит заслонку 9 в положение, указанное пунктиром. Рычаг 7 силой пружины (она не показана) на оси 8 клапаном 6 перекроет отверстие в штуцере 5, при этом перетекание воды прекратится.

Отсекающий клапан (ОК) (рис. 2.41) выполняет несколько функций: регулирует количество воды, перетекающее из ПК, автоматически перекрывает поступление пенообразователя из пенобака в насос в случае отключения подачи стволами и, наконец, используется для промывки системы подачи пенообразователя.

Из перепускного клапана вода поступает через штуцер 7 в полость А и из нее в полость сильфона 6. В зависимости от количества поступающей воды сильфон, деформируясь, будет перемещать шток 5 вверх. При этом изменяется проходное сечение в горизонтальном отверстии клапана 3, чем и регулируется перетекание воды в цистерну пожарного автомобиля.

При тушении пожара пеной в случае отключения пенных стволов клапаном 3 будет перекрыто поступление пенообразователя через штуцер 11, полости Г и В будут разобщены и поступление пенообразователя к пеносмесителю прекратится. При возобновлении работы стволов поступление воды из ПК прекратится. Сильфон, занимая исходное положение, вытолкнет воду через полость А и Б и штуцер 10 в цистерну.

Слив воды из системы ПК и ОК осуществляется через кран, установленный на штуцере 9 для слива воды.

Промывка системы подачи пенообразователя осуществляется водой, подаваемой к штуцеру 4. Вода поступает в полость В отсекающего клапана и через штуцер 11 в пеносмеситель.

Пожарный центробежный насос комбинированный ПЦНК-40/100-4/400. Насос комбинированный, двухступенчатый. На валу 2 насоса нормального давления укреплено рабочее колесо 1, механизм 3 включения ведущего зубчатого колеса мультипликатора 4 (рис. 2.42).

При включенной второй ступени, нормальном напоре 100 м и подаче
40 л/с насос работает как насос ПЦНН-40/100. При этом вода поступает во всасывающий патрубок а, подается в коллектор 8, а затем в рукавную линию b.

При включенной второй ступени и отсутствии напорной линии b нормального давления вода из коллектора 8 первой ступени поступает по трубопроводу с во всасывающий патрубок колеса 6 насоса второй ступени, а затем, как показано стрелками, в коллектор 7 насоса высокого давления и в напорную линию d.

Первая ступень насоса конструкции отличается от ПЦНН-40/100 только наличием механизма 3 включения мультипликатора. Передаточное отношение мультипликатора равно 2,33. Смазка всех деталей осуществляется маслом из масляной ванны.

К выходному патрубку ступени высокого давления присоединен коллектор 7. На нем установлены два вентиля тарельчатого типа и перепускной клапан, как на насосе ПЦНВ-4/400. Он соединен трубкой с цистерной. На коллекторе имеется патрубок для соединения рукава на рукавной катушке со стволом-распылителем. На нем также предусмотрен отвод с обратным клапаном для продувки рукава катушки сжатым воздухом из рессивера тормозной системы.

Параметры технических характеристик насосов серии ПЦН представлены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

* При работе одной или двух ступеней.

Примечания:

1. Потребляемая мощность и КПД ПЦНК указаны для случая подачи и напора нормального или высокого. При одновременной подаче воды секцией нормального и высокого напора ее величина равна соответственно 15 и 2 л/с (величины напоров номинальные). В этом случае общий КПД не менее 0,35, а потребляемая мощность не более 64,5 кВт.

2. Параметры характеристик в табл.2.2 получены при глубине всасывания 3,5 м и номинальных частотах вращения валов насосов. При максимальной глубине всасывания подача насосов уменьшается на 50 %.

Рабочие характеристики ПЦН были получены во ВНИИПО. Обрабатывая экспериментальные результаты, была получена общая формула зависимости напора Н, м, развиваемого насосами, потребляемой мощности N, кВт, и КПД в зависимости от величины подачи Q, л/с:

y_i = A_{i +} B_iQ – C_i Q² + DQ³. (2.16)

Значения индексов i и коэффициентов А, В, С и D приводятся в
табл. 2.3. Они получены при номинальных скоростях вращения валов насосов и высоте всасывания 3,5 м.

Таблица 2.3

Рабочие характеристики ПЦН, построенные в соответствии с данными табл. 2.3, приводятся на рис. 2.43.

При необходимости иметь характеристики насосов при скоростях, отличных от номинальных, производят пересчеты в соответствии с методом подобия.