Характеристики центробежных насосов. Насо-

ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ ПОЖАРНЫЕ НАСОСЫ

сосы, включая пожарные, имеют несколько видов характеристик: гидравлические; характеристики само-всасывання (для самовсасывающих насосов); вибраци­онные и шумовые; характеристики надежности и специ­альные параметрические характеристики. Из перечис­ленных характеристик наиболее часто приходится сталкиваться с гидравлическими характеристиками.

Гидравлические характеристики насоса — это взаи­мозависимости между основными параметрами насосов:

(о или п, Н, Q, Aft, Ne, N. Для упрощения эти зависимо­сти строят не на одном графике, а на нескольких. Наи­больший интерес представляют зависимости //, Ne,i),Дй==ДО) при постоянной частоте вращения п. Такие характеристики называются нормальными (рис. 4.15).

В некоторых случаях строят группу нормальных ха­рактеристик, например, для пожарных насосов—это характеристики H=f{Q) (часто их обозначают Q—Н) для нескольких постоянных частот вращения рабочего колеса (рис. 4.16).

Наиболее полно технические данные насоса можно оценить при построении совмещенной характеристики. На рис. 4.16 кроме группы нормальных характеристик Q—Н представлена характеристика Q—Н, соответству­ющая полному открывайте дроссельной заслонки кар­бюратора (кривая 3}. Параметры работы насоса зави­сят от характеристик рукавных линий (кривые 2' и 4), а также от кавнтационных характеристик 5 при раз­личной высоте всасывания.

Существует понятие,,поле возможной работы насоса"на группе характеристик Q—Н. Например, при работе насоса на два разветвления от водоисточника с высотой всасывания 5,5 м поле возможной работы насоса (рис. 4.16) ограничено: сверху—линией, соответствующей наибольшему допустимому давлению на насосе 6; спра-

ва—характеристикой Q—Н при полной подаче топлива 3 и навигационной характеристикой при высоте всасы­вания 5,5 м; снизу — кривой требуемого напора для данной рукавной системы (кривая 4}; слева—осью ор­динат (заштрихованная зона).

При работе на насосе необходимо знать, как будут изменяться его параметры на графической характерис­тике при открывании задвижек и изменении положения рукоятки «Газ» (регулирование подачи топлива изме­нением положения дроссельной заслонки карбюратора).

Допустим, что насос работал с параметрами на и qa, при частоте вращения вала па положение дрос­сельной заслонки было кд, положение задвижки соот­ветствовало сопротивлению системы на (рис. 4.17). Ес­ли открывать задвижки только на насосе, не трогая ру­коятку «Газ», сопротивление системы уменьшится и подача будет возрастать, а напор на насосе падать. Параметры Q и Я насоса будут изменяться по кривой

АВ с соответствующим положением дроссельной заслон­ки tt==const.

Если далее открывать дроссельную заслонку карбю­ратора только рукояткой «Газ», не изменяя положения рукояток на напорных задвижках, частота вращения вала насоса п будет возрастать, и за счет этого будут увеличиваться напор Н и подача Q насоса. Изменение напора и подачи насоса произойдет по кривой ВС, со­ответствующей постоянному значению сопротивления системы (положению задвижек на напорном коллекто­ре насоса) A==const.

Чтобы построить характеристику насоса при посто­янной частоте вращения рабочего колеса /2==const, не­обходимо открывать (закрывать) задвижки на напор­ном коллекторе насоса и управлять рукояткой «Газ», поддерживая по тахометру постоянную частоту враще­ния рабочего колеса. На графике рис. 4.17 изменение параметров Q я Н при постоянной частоте вращения обозначено кривой АС.

Кавитационная характеристика— это зависимость необходимого надкавитационного напора от подачи на­соса ДЛ==/(0). Часто она совмещается с нормальными характеристиками (см. рис. 4.15 и 4.16).

При кавитационных испытаниях насосов строят част­ные кавитационные характеристики, которые представ­ляют в координатах Н, Afa при различных подачах Q или в координатах Н, Ne, Q, 1-1===^ (Яве) (рис. 4.18).

В некоторых случаях строят универсальную характе­ристику насоса.Универсальные характеристики насоса—это группа напорных характеристик, на поле которых нанесены линии определенных одинаковых значений КПД и необходимого надкавитационного напора.

Для пожарных насосов получены аналитические за­висимости между напором и подачей при номинальных частотах вращения рабочего колеса

Н^а—biy, (4.23)

где а и Ь — коэффициенты, определяющие место и форму кривой Q—H (параболы с ветвями, направленными вниз); Q—подача на­соса, л/с.

Значения коэффициентов а и Ъ для различных насо­сов представлены в табл. 4.2.

Этой формулой удобно пользоваться при расчете на-сосно-рукавных систем.

4.2.2. Основные конструктивные элементы центро-

бежных пожарных насосов — это рабочие органы, кор­пус, опоры вала, уплотнение.

Рабочие органы—это рабочие колеса, подводы и от­воды.

Рабочее колесо насоса нормального давления выпол­нено из двух дисков—ведущего и покрывающего. Меж­ду дисками расположены лопасти, загнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса. До 1983 г. лопасти рабочих колес имели двоякую кривизну, что обеспечивало минимальные гидравлические потери и рысокие кавитациопные свойства. Однако из-за того, что изготовление таких колес трудоемко и они имеют значительную шероховатость, в современных пожарных насосах применяют рабочие колеса с цилиндрической формой лопаток (ПН-40УБ, ПН-110Б, 160.01,35, ПНК-40/3). Угол установки лопастей на выходе рабоче­го колеса увеличен до 65.-.70 °, лопасти в плане имеют S-образную форму. Это позволило увеличить напор на­соса на 25...30 % и подачу на 25 % при сохранении ка-витационных качеств и КПД примерно на том же уров­не. Масса насосов уменьшена на 10 %.

При работе насосов на рабочее колесо действует гидродинамическая осевая сила, которая направлена по оси в сторону всасывающего патрубка и стремится сме­стить колесо по оси, поэтому важным элементом в насо­се является крепление рабочего колеса.

Осевая сила возникает за счет разности давлений на рабочее колесо (рис. 4,19), так как со стороны всасыва­ющего патрубка на него действует меньшая сила давле­ния, чем справа. Величину осевой силы приближенно определяют по формуле

Г-0,6Рл(^-^), (4.24)

где F—осевая сила,Н; Р—давление на насосе, Н/м³ (Па); r)— радиус входного отверстия, м; Рв — радиус вала, м.

Для уменьшения осевых сил, действующих на рабо­чее колесо насоса, в ведущем диске высверлены отвер­стия, через которые жидкость перетекает из правой час­ти в левую (рис. 4.20). При этом величина утечек рав­няется утечкам через целевое уплотнение за колесом, КПД насоса снижается. С износом элементов целевых уплотнении будет увеличиваться утечка жидкости и уменьшаться КПД насоса.

В двух- и многоступенчатых насосах рабочие колеса на одном валу могут размещаться с противоположным направлением входа — это также компенсирует или сни­жает действие осевых сил.

Кроме осевых сил на рабочее колесо при эксплуата­ции насоса действуют радиальные силы. Эпюра ради­альных сил, действующих на рабочее колесо насоса с одним отводом, показана на рис. 4.21. Из рисунка вид­но, что на рабочее колесо и вал насоса при вращении действует неравномерно распределенная нагрузка.

В современных пожарных насосах разгрузка вала и рабочего колеса от действия радиальных сил осуще­ствляется путем изменения конструкций отводов. Отво­ды в большинстве пожарных насосов спирального типа.

Рис. 4.21, Эпюра радиальных сил, действующих на рабочее колесо насоса с одним отводом

Рис. 4.22. Эпюра радиальныхсил, действующих на рабочее колесо насоса с двумя отводами

В насосе I60.0I.35 (марка условная) применен отвод лопаточного типа (направляющий аппарат), за которым расположена кольцевая камера. В этом случае дейст­вие радиальных сил на рабочее колесо и вал насоса сводится до минимума.

Спиральные отводы в пожарных насосах выполняют одно- (ПН-40УА, ПН-60) и двухзавитковыми (ПН-110, МП-1600). В пожарных насосах с однозавитковым от­водом разгрузку от радиальных сил не производят, ее воспринимают вал и подшипники насоса. В двухза-витковых отводах действие радиальных сил в спираль­ных отводах уменьшается и компенсируется (рис. 4.22).

Подводы в пожарных центробежных насосах, как правило, осевые, выполненные в виде цилиндрической трубы. В насосе 160.01.35 предусмотрен предвключенный шнек. Это способствует улучшению кавитационных свойств насоса.

Корпус насоса является базовой деталью, изготовля­ют его, как правило, из алюминиевых сплавов. Форма и конструкция корпуса зависят от конструктивных осо­бенностей насоса.

Опоры вала применяют для пожарных насосов встроенного типа. Валы в большинстве случаев устанав­ливают на двух подшипниках качения.

Уплотнения в пожарных насосах различают двух ви­дов: для уплотнения неподвижных деталей (стыки кор­пусных деталей крышки и т. д.) и уплотнения вращаю­щихся частей. Для уплотнения неподвижных деталей

применяют прокладки и резиновые кольца различных сечений. Уплотнение вала в корпусе насоса осуществля­ется при помощи специальной пластичной набивки, со­стоящей из смеси антифрикционного и пропиточного компонентов или набора каркасных резиновых манжет ^(сальников). Устанавливают сальники таким образом, чтобы они работали как при давлении перед ними, так и при вакууме. В настоящее время ведутся исследова­ния по разработке торцевых уплотнений вместо сальни­ковых, однако имеются трудности по созданию материа­ла для торцевых уплотнений, способных работать на загрязненной воде и в режиме «сухого трения». Уплот­нения между рабочим колесом и корпусом '(передние и задние) в пожарных насосах бесконтактные (щеле­вые). Материал деталей уплотнений «корпус—колесо», как правило, чугун—бронза, что уменьшает окисление и эрозионный износ.

4.2.3. Конструкция центробежных пожарных насосов. В нашей стране на пожарных автомобилях устанавлива­ют в основном насосы нормального давления типа ПН-40, 60 и 110, параметры которых регламентированы ОСТ 22-929-76. Кроме этих насосов для аэродромных автомобилей тяжелого типа па шасси МАЗ-543, МАЗ-7310 используют насосы 160.01.35 (по номеру чер­тежа). Из комбинированных насосов на пожарных авто­мобилях используют насос марки ПНК 40/3. В настоя­щее время разработан и готовится к выпуску насос вы­сокого давления ПНВ 20/300.

Технические характеристики пожарных насосов нор­мального давления приведены в табл. 4.3.

Пожарный насос ПН-40УА. Унифицированный по­жарный насос ПН-40УА выпускался серийно с начала 80-х годов вместо насоса ПН-40У и хорошо зарекомен­довал себя на практике.

Модернизированный насос ПН-40УА в отличие от ПН-40У выполнен со съемной масляной ванной, распо­ложенной в задней части насоса, Это намного облегча­ет ремонт насоса и технологию изготовления корпуса '(корпус разделен на две части). Кроме того, в насосе ПН-40УА применен новый способ крепления рабочего колеса на двух шпонках (вместо одной), что увеличило надежность этого соединения.

Насос ПН-40УА является унифицированным для большинства пожарных автомобилей н приспособлен

для заднего и среднего расположения на шасси автомо­билей ГАЗ, ЗИЛ, Урал.

Насос ПН-40УА показан на рис. 4.23. Насос состоит из корпуса насоса 4, напорного коллектора 8, пеносме-сителя 2 (марка ПС-5) и двух задвижек /,

На рис. 4.24 представлен продольный разрез насоса. Он состоит из двух частей корпуса 6, крышки 2, вала 8, рабочего колеса 5, подшипников 7, 9, уплотнительного стакана 13, червячного привода тахометра 10, манже­ты 12, муфты фланца //, винта 14, пластичной набивки 15, шланга 16. Рабочее колесо 5 закреплено на валу при помощи двух шпонок ./, стопорной шайбы 4 и гай­ки 3.

Крепление крышки к корпусу насоса осуществлено шпильками и гайками, для обеспечения герметизации соединения установлено резиновое кольцо.

Щелевые уплотнения (переднее и заднее) между ра­бочим колесом и корпусом насоса выполнены в виде уплотнительных колец из бронзы (Бр ОЦС 6-6-3) на рабочем колесе (напрессовка) и чугунных колец в кор­

пусе насоса. Уплотнитсльпые кольца в корпусе насоса закреплены винтами.

Уплотнение вала насоса достигается применением пластичной набивки или каркасных резиновых сальни­ков, которые размещены в специальном уплотнительном стакане (рис. 4.25). Стакан прикреплен к корпусу насо­са болтами через резиновую прокладку. Болты через специальные отверстия зафиксированы проволокой во избежание их раскручивания.

При использовании в уплотнении вала пластичной набивки ПЛ-2 существует возможность восстановления герметизации узла без его разборки и замены деталей. Это осуществляется путем прессования набивки винтом.

При использовании для уплотнения вала насоса кар­касных сальников АСК-45 и их замене необходимо пом­нить, что из четырех сальников один (первый к рабоче­му колесу) работает на разрежение и три — на давление. Для распределения смазки в сальниковом стакане пред­усмотрено маслораспределительное кольцо, которое сое­динено каналами со шлангом и пресс-масленкой. Водо­сборное кольцо стакана соединено каналом с дренаж­ным отверстием, обильная утечка воды из которого ука­зывает на износ сальников.

Полость в корпусе насоса между уплотнительным стаканом и сальником муфты фланца служит масляной ванной для смазки подшипников и привода тахометра. Вместимость масляной ванны 0,5 л. Масло заливают через специальное отверстие, закрываемое пробкой. Сливное отверстие с пробкой находится в нижней части корпуса масляной ванны.

Воду из насоса сливают путем открытия крана, рас­положенного в нижней части корпуса насоса. Для удоб­ства открывания и закрывания крана его рукоятка удлиняется рычагом.

На диффузоре корпуса насоса расположен коллектор '(алюминиевый сплав АЛ-9), к которому прикреплены

Рис.4.25, Уплотнительный ста­

Кан

Рис. 4.26. Напорная задвижка коллектора •насоса ПН-40УА /_ клапан; 2 - ось; 3 - корпус;

4 — шпиндель

пеносмеситель и две задвижки. Внутри коллектора смон­тирована напорная задвижка для подачи воды в цис­терну (рис. 4.26). В корпусе коллектора предусмотрены отверстия для подсоединения вакуумного клапана, тру­бопровода к змеевику системы дополнительного охлаж­дения двигателя и отверстие с резьбой для установки манометра. Напорные задвижки прикреплены шпилька­ми к напорному коллектору. Клапан / отлит из серого чугуна (СЧ 15-32) и имеет проушину для стальной ;[(СтЗ) оси 2, концы которой установлены в пазы корпу-

са 3 из алюминиевого сплава АЛ-9. К клапану винтами и стальным диском прикреплена резиновая прокладка. Клапан закрывает проходное отверстие под действием собственной массы. Шпиндель 4 прижимает клапан к седлу или ограничивает его ход, если он открывается напором воды из пожарного насоса.

Пожарный насос ПН-60 (рис. 4.27) центробежный нормального давления, одноступенчатый, консольный, без направляющего аппарата. Насос ПН-60 является геометрически подобной моделью насоса ПН-40У, по­этому конструктивно не отличается от него.

Корпус насоса 4, крышка насоса и рабочее колесо 5 отлиты из чугуна. Отвод жидкости от колеса происхо­дит по спиральной однозавитковой камере 3, заканчи­вающейся диффузором 6. Рабочее колесо 5 с наруж­ным диаметром 360 мм насажено на вал диаметром

38 мм по месту посадки. Крепление колеса осуществля­ется при помощи диаметрально расположенных двух щпонок, шайбы и гайки.

Уплотнение вала насоса осуществляется каркасными сальниками типа АСК-50 (50—диаметр вала в мм). Сальники размещены в специальном стакане. Смазка сальников производится через масленку.

Для работы от открытого водоисточника на всасыва­ющий патрубок насоса навинчивается водосборник с двумя патрубками для всасывающих рукавов диамет­ром 125 мм.

Сливной краник насоса расположен в нижней части насоса и направлен вертикально вниз (в насосе ПН-40УА сбоку).

Пожарный насос ПН-110, центробежный нормально­го давления, одноступенчатый, консольный, без направ­ляющего аппарата с двумя спиральными отводами и на­порными задвижками на них (рис. 4.28).

Основные рабочие органы насоса ПН-110 также гео­метрически подобны насосу ПН-40У. В насосе ПН-110 имеются лишь некоторые конструктивные отличия, кото­рые рассмотрены ниже.

Корпус 3 насоса, крышка 2, рабочее колесо 4, вса­сывающий патрубок / изготовлены из чугуна (СЧ 24-44).

Диаметр рабочего колеса насоса 630 мм, диаметр ва­ла в месте установки сальников 80 мм (сальники АСК-80). Сливной краник находится в нижней части насоса и направлен вертикально вниз.

Диаметр всасывающего патрубка 200 мм, напорных патрубков — 100 мм.

Напорные задвижки насоса ПН-110 имеют конструк­тивные отличия (рис. 4.29). В корпусе 7 размещен клапан с резиновой прокладкой 4. В крышке корпуса 8 установлен шпиндель с резьбой 2 в нижней части и ма­ховичком 9. Уплотнение шпинделя осуществляется саль­никовой набивкой /, которая уплотняется накидной гайкой.

При вращении шпинделя гайка 3 поступательно пе­ремещается по шпинделю. К цапфам гайки прикрепле­ны две планки 6, которые соединены с осью клапана 5 задвижки, поэтому при вращении маховичка происхо­дит открытие или закрытие клапана.

Комбинированные пожарные насосы. К комбиниро­ванным пожарным насосам относятся такие, которые могут подавать воду под нормальным (напор до 100) и высоким давлением (напор до 300 м и более).

ВНИИПО МВД СССР в 80-е годы разработал и из­готовил опытно-экспериментальную серию самовсасыва­ющих комбинированных насосов ПНК.-40/2 (рис. 4.30). Всасывание воды и подача ее под высоким напором осу­ществляется вихревой ступенью, а под нормальным дав­лением—рабочим колесом центробежного типа. Вихре­вое колесо и рабочее колесо нормальной ступени насоса ПНК-40/2 размещены на одном валу и в одном корпусе.

Прилукским ОКБ пожарных машин разработан ком­бинированный пожарный насос ПНК-40/3, опытная партия которых находится на контрольной эксплуатации в гарнизонах пожарной охраны.

Насос ПНК-40/3 (рис. 4.31) состоит из насоса нор­мального давления /, который по конструкции и разме­рам соответствует насосу ПН-40УА; редуктора 2, повы­шающего обороты (мультипликатора), насоса '(ступени) высокого давления 3. Насос высокого давления имеет рабочее колесо открытого типа. Вода от напорного кол­лектора насоса нормального давления по специальному трубопроводу подается во всасывающую полость насоса

Рис. 4 30. Пожарный насос ПН-40/2

высокого давления и к напорным патрубкам нормально. ^го ^напорного патрубка -оса ^о^ Гор^

^^^^^^еп- ^стру-Техническая характеристика насоса ПНК-40/3

Насос нормального давления: ^ ^д подача, л/с..••--•••''' _' 100 Sa" вращения вала насоса, об/мин ; : . . ^

КПД •••.••••••••'''.'.'.., 3 ^;1^Т^^ (при номинальном режиме)^ ^

кВт ...•••••••'''

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: