Общие сведения о теоретических основах процессов всасывания и нагнетания при работе насосов. Классификация, устройство и принцип действия центробежных пожарных насосов. Их сравнительные технические характеристики. Дополнительный

Высота всасывания и нагнетания насосов

Основные сведения о центробежных насосах

В центробежных насосах движение перекачиваемой жидкости осуществляется за счёт возникающей при работе насоса центробежной силы частиц жидкости, т.е. центробежные насосы работают по принципу использования центробежной силы:

• F = m . а = m . ω2 . R,
• где: F – центробежная сила;
• m – масса жидкости;
• а – ускорение движения жидкости;
• ω – угловая скорость;
• R – радиус рабочего колеса.

Центробежный насос (рис. 1) состоит из следующих основных конструктивных элементов: вал, рабочее колесо, всасывающитй патрубок, напорный патрубок (спиральный отвод, корпус, спиральная камера.

Рис. 1. Схема центробежного насоса.

1 – вал; 2 – рабочее колесо; 3 – всасывающий патрубок; 4 – напорный патрубок; 5 – корпус; 6 – спиральная камера.

Основной частью насоса является рабочее колесо 2 с профилированными лопатками. При вращении колеса, посаженного на вал 1, вода, находящаяся в каналах колеса (корпус насоса предварительно заполняется жидкостью), также начинает вращаться, под действием центробежной силы перемещаться от центра рабочего колеса к периферии и собираться в напорном патрубке (спиральном отводе) 4.В результате перемещения воды в центре рабочего колеса создаётся разрежение, куда через всасывающий патрубок 3 под действием атмосферного давления непрерывно поступает вода. В расширяющемся напорном патрубке 4 и в расположенном за ним диффузоре скорость движения потока жидкости уменьшается, и кинетическая энергия потока преобразуется в потенциальную (энергию давления).

Характерными признаками центробежного насоса является общее направление потока жидкости от центра к периферии.

Обязательное условие работы центробежных насосов – предварительная заливка их водой перед пуском в работу. При наличии внутри корпуса и рабочего колеса воздуха центробежная сила будет недостаточной для перемещения его по каналам рабочего колеса и создания разрежения, т.к. масса воздуха в 775 раз меньше массы воды.

Основные рабочие параметры насосов

Работа насосов состоит из двух процессов: всасывания и нагнетания. Насос любого вида характеризуется следующими параметрами: высотой всасывания, высотой нагнетания, полным напором, подачей, мощностью и полным коэффициентом полезного действия (КПД).

Высота всасывания

Различают теоретическую, вакуумметрическую и геометрическую (практическую) высоту всасывания.

Рис. 2. Схема насосной установки.

Подъём воды во всасывающем патрубке насоса происходит под действием разности атмосферного давления и давления (разряжения) в самом насосе. Поэтому теоретическая высота всасывания насоса (Н_Т) равная 1-ой атмосфере и составляющая 10,33 метра водного столба, или 760 мм ртутного столба, или 1 кгс/см², или 10⁵ Па практически недостижима.

Улучшая конструкцию и материалы насоса, высоту его всасывания можно приближать к значению Нт .

Вакуумметрическая высота всасывания (Нв) – это величина вакуума, создаваемая насосом, а в энергетическом смысле – это энергия, выраженная в метрах, которая необходима жидкости для подъёма на высоту всасывания. Н_В зависит, как правило, от мощности насоса, создающего вакуум, и измеряется в метрах водного столба. Показания вакуумметра, установленного на насосе, соответствуют вакуумметрической высоте всасывания. Для пожарного насоса серии ПН-40 и его аналогов Н_В = 8 м. вод. ст.

Геометрической (практической) высотой всасывания Н_Г называется разность отметок между поверхностью воды и осью насоса. Геометрическая высота всасывания зависит от значений и величин нескольких параметров:

• прямое влияние на величину Н_Г оказывает атмосферное давление, которое заметно меняется в зависимости от высоты над уровнем моря. Например, при высоте над уровнем моря 0 метров атмосферное давление равно 10,33 м. вод. ст., а на высоте над уровнем моря 2000 метров – 7,95 м. вод. ст.
• Н_Г сильно зависит от давления насыщенных паров всасываемой жидкости. Давление насыщенных паров – это давление, при котором жидкость при данной температуре закипает (речь идёт о давлении жидкости ниже атмосферного). Давление насыщенных паров и, следовательно, высота всасывания в значительной степени зависят от температуры и вида перекачиваемой жидкости. Известно, что с уменьшением давления понижается температура кипения жидкости. Если давление всасывания (оно естественно ниже атмосферного) Р_ВС будет ниже давления насыщенных паров всасываемой жидкости Рn, то начнется образование пара и произойдет срыв в работе насоса.

Таким образом, обязательным условием нормальной работы насоса является:

Рn < Рвс < Ратм

Например, при температуре воды 100 ⁰С Рn = Ратм = 1 кг/см² (10 м. вод. ст.), а при температуре воды 20 ⁰С Рn = 0,024 кг/см² (0,24 м. вод. ст.), следовательно, чем выше температура жидкости, тем сложнее забрать её насосом. С этим явлением связана кавитация – процесс образования пузырьков воздуха в жидкости.

При кавитации происходит самовскипание жидкости, пузырьки пара увлекаются движущимся потоком и, встречая твёрдые поверхности корпуса и рабочего колеса, разрушаются («схлопываются»). При этом выделятся большая энергия, из-за чего повреждаются и даже при длительном воздействии разрушаются поверхности внутренней полости насоса (явление кавитационной эрозии). Кавитация сопровож-дается шумом и треском внутри насоса. Во избежание преждевременного износа рабочих органов насоса не допускается его работа в кавитационном режиме.

Значение кавитационного запаса устанавливается таким, чтобы не было значительного снижения напора, и была ограничена скорость кавитационной эрозии. Например, для насосов серии ПН-40 кавитационный запас составляет 3 метра.

Кавитационные явления могут также возникать при больших подачах насоса, вследствие понижения давления (увеличения вакуума) во входном патрубке насоса. Поэтому при появлении кавитации необходимо уменьшить подачу насоса.

Высота нагнетания

Различают геометрическую и манометрическую высоту нагнетания.

Геометрическая высота нагнетания – это расстояние в метрах по вертикали от оси насоса до наивысшей точки нагнетания Н_Н.

Манометрической высотой нагнетания называется давление, создаваемое насосом Н_МАН. Манометрическая высота нагнетания (показание манометра) всегда больше геометрической высоты нагнетания (реальной точки подачи жидкости) из-за возникающих потерь в напорной линии.

Н_МАН = Н_Н + h_Н,

где: hн – потери напора в напор ной линии, hн = S·Q²;

S – сопротивление напорной линии;

Q – подача насоса.

Для высоты нагнетания теоретически пределов не существует, а практически она ограничивается прочностью отдельных деталей насосов и трубопроводов, а также мощностью двигателей привода насосов.

Полный напор

Полный напор Н, развиваемый насосом, расходуется на подъем жидкости, преодоление сопротивлений во всасывающем и напорном трубопроводе и на создание свободного напора.

Н = Н_Г + h_ВС + h_Н + Н_СВ

где: Нг – геометрическая высота подъема воды (м);

h_ВС + h_Н – потери напора во всасывающей и напорной линии (м);

Н_СВ – свободный напор (м).

На практике полный напор, развиваемый насосом, оценивают по показаниям манометра и вакуумметра.

Подача насоса

Подача насоса – это количество жидкости, перекачиваемое насосом в единицу времени. Различают массовую подачу (кг/с) и объёмную подачу (м³/мин или л/с). Чаще всего подачу пожарных насосов указывают в объёмных единицах: м³/мин или л/с.

Существует соотношение между количеством жидкости, входящей в насос Q₁ и жидкости, выходящей из насоса Q₂:

Q₁ = Q₂ + Q_У,

где: Q_У – объёмные утечки жидкости через щелевые уплотнения.

Мощность насоса

Рабочие органы насоса во время работы предают энергию потоку жидкости. Эта энергия подводится от двигателя.

Для правильной оценки энергетических показателей мотор-насосной установки следует различать полезную (эффективную) и потребляемую мощность.

Полезная (эффективная) мощность (N_е) насоса идет на совершение работы по перемещению определенного объема жидкости Q на высоту Н и определяется по формуле:

где: ρ – плотность жидкости, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

Q – подача насоса, м³/с;

Н – напор насоса, м.

Мощность, потребляемая насосом, всегда больше, чем полезная, т.к. часть энергии затрачивается на механические, гидравлические и объемные потери в насосе. Потребляемой мощностью называется мощность N, подводимая к рабочим органам насоса. Она определяется по формуле:

N = M • ω,

где: М – крутящий момент на валу насоса (двигателя), Н•м;

ω – угловая скорость вращения вала, с^–1.

Полный КПД насоса

При передаче энергии от насоса к перекачиваемой жидкости происходят объемные, гидравлические и механические потери энергии.

Объёмный КПД

Известно, что фактическая подача насоса всегда меньше теоретической подачи, т.е. количество жидкости, выходящей из насоса всегда меньше количества жидкости, входящей в насос. Это происходит вследствие:

• просачивания жидкости через сальники, клапаны и поршни, причем степень просачивания зависит от точности изготовления и состояния указанных деталей насоса;
• запоздания открытия и закрытия клапанов;
• наличия воздуха в жидкости.

Величина объемного КПД характеризует степень герметичности насоса, и определяется по формуле:

• где: Q – количество жидкости выходящей из насоса;
• Qу – утечки жидкости в насосе;
• Q + Qу – количество жидкости входящей в насос.

Гидравлический КПД

Гидравлический КПД – это потери напора в насосе на трение и местные сопротивления. Результатом гидравлических потерь является уменьшение напора.

Значение гидравлического КПД показывает меру расхода энергии в насосе на преодоление сопротивления движения жидкости, и определяется по формуле:

• где: Н – действительный (развиваемый) напор насоса;
• ΔН – потери напора на преодоление сопротивлений внутри насоса;
• Н + ΔН – теоретический напор насоса.

Механический КПД

Механический КПД – это потери мощности на трение в подшипниках, уплотнениях вала и т.п. Значение механического КПД характеризует качество изготовления и рациональность конструкции подшипников, сальников (манжет) и других узлов, где происходит трение деталей.

Механический КПД определяют по формуле:

• где: N – мощность на рабочем колесе насоса;
• ΔN – потери мощности на трение в подшипниках и сальниках насоса;
• N + ΔN – мощность на валу насоса.

Полный КПД насоса учитывает все потери, которые возникают в нем при перекачивании жидкости. Он представляет собой произведение трех частных коэффициентов и характеризует отношение полезной мощности Nе к потребляемой N:

Классификация центробежных пожарных насосов

Классификация:

• – нормального давления
• – высокого давления
• – комбинированного давления

Насосы центробежные пожарные нормального давления

В настоящее время в нашей стране широкое распространение на пожарных автомобилях имеют пожарные насосы нормального давления, обеспечивающие подачу 40 л/с с напором 1,0 М Па (100 м. вод. ст.).

АО «Ливенский машиностроительный завод» уже много лет серийно выпускает унифицированный для большинства пожарных автомобилей центробежный одноступенчатый консольный пожарный насос ПН-40УВ (рис. 4), предназначенный для подачи воды или водных растворов. Аналогичную конструкцию имеет насос НПЦ-40/100, выпускаемый ФГУП «Варгашинский завод противопожарного и специального оборудования».

Пожарный насос ПН-40УВ (НПЦ-40/100) в сборе состоит из насоса, коллектора 1 (рис. 5), пеносмесителя 2 и трех напорных задвижек 13.

Рис. 5. Пожарный насос ПН-40УВ с коллектором и пеносмесителем.

1 – коллектор; 2 – пеносмеситель ПС-5; 3 – корпус насоса; 4 – крышка насоса; 5 – вал; 6 – рабочее колесо; 7 – подшипники; 8 – червяк привода тахометра; 9 – комплект уплотнительных манжет (сальниковый стакан); 10 – муфта-фланец; 11 – шланг от колпачковой масленки; 12 – сливной краник; 13 – напорная задвижка.

Собственно насос состоит из следующих основных частей: корпуса 3, крышки 4, вала 5, рабочего колеса 6, подшипников 7, уплотнительного стакана с комплектом манжет 9 (сальниковый стакан), червячного привода тахометра 8, муфты-фланца 10. Муфта-фланец соединяется с карданным валом привода насоса.

Корпус насоса и его крышка изготовлены из алюминиевого сплава. Рабочее колесо закреплено на валу с помощью конического соединения и шпонки, а в осевом направлении удерживается гайкой. Рабочее колесо ПН-40УВ, наружный диаметр которого 289 мм, имеет семь лопаток и семь разгрузочных (перепускных) отверстий. Щелевые уплотнения между рабочим колесом и корпусом насоса выполнены в виде уплотнительных колец из серого чугуна.

Для эффективной работы насоса важно разделение напорной и всасывающей полостей насоса. Чем больше зазоры между рабочим колесом и корпусом, тем большее количество жидкости будет циркулировать в насосе. Это приведет к уменьшению подачи воды насосом и снижению его коэффициента полезного действия, поэтому в насосе устанавливаются щелевые уплотнения с очень малыми зазорами. Так, номинальный зазор между уплотнительными кольцами корпуса и рабочего колеса насоса 0,13 мм, а допустимый – 0,8 мм.

Вал насоса изготовлен из закаленной легированной стали, и установлен на двух шарикоподшипниках. Направление вращения вала по часовой стрелке, если смотреть со стороны привода насоса. Уплотнение вала насоса достигается применением трех каркасных резиновых манжет 1.1-45×65-1, расположенных в съемном стакане (рис. 6), причем две манжеты работают на давление, а одна (первая от рабочего колеса) на разряжение, т.е. манжеты располагаются таким образом, что препятствуют утечке воды из насоса и подсосу воздуха в него. С целью повышения надежности манжет на корпусе насоса установлена колпачковая масленка, с помощью которой через шланг производится подпрессовка солидола Ж ГОСТ 1033-79 в съемный стакан.

Рис. 6. Съемный стакан с комплектом уплотнительных манжет.

• 1 – манжета 1.1-45×65-1;
• 2 – маслораспределительное кольцо;
• 3 – стакан;
• 4 – упорное кольцо;
• 5 – стопорное кольцо;
• 6 – резиновое кольцо.

Для распределения смазки в съёмном стакане предусмотрено маслораспределительное кольцо 2 (рис. 6), которое соединено каналами со шлангом колпачковой масленкой и дренажным отверстием. Обильная утечка воды из этого отверстия при работе насоса указывает на износ уплотнительных манжет. Для смазки подшипников и червячной пары привода тахометра полость в корпусе насоса между уплотнительным стаканом и манжетой муфты фланца, служащая масляной ванной, заполняется трансмиссионным маслом ТАп-15В ГОСТ 23652-79 в количестве 0,5 л. Масло заливают через специальное отверстие в масляной ванне, закрываемое пробкой со щупом. Уровень масла должен быть между верхней и нижней метками на щупе. Удаление масла из масляной ванны производится через сливное отверстие с пробкой в нижней части корпуса масляной ванны.

Рабочее колесо насоса в корпусе закрывается крышкой, к которой крепится всасывающий патрубок. В крышке предусмотрено отверстие с резьбой для установки мановакуумметра и специальный прилив для присоединения диффузора пеносмесителя. Воду из насоса сливают путем открытия крана, расположенного в нижней части корпуса насоса.

Улиткообразный отвод корпуса насоса выполнен в виде диффузора и заканчивается фланцем, к которому крепится коллектор (рис. 7). Коллектор предназначен для распределения воды, подаваемой насосом, и, в какой-то мере, выполняет роль направляющего аппарата. К фланцам торцевых поверхностей коллектора крепятся две напорные задвижки и пробковый кран пеносмесителя.

Рис. 7. Коллектор пожарного насоса ПН-40УВ.

1 – напорная задвижка; 2 – корпус; 3 – отверстие для монтажа манометра.

Внутри коллектора смонтирована напорная задвижка 1 для подачи воды от насоса в цистерну пожарного автомобиля или в лафетный ствол. На корпусе 2 коллектора предусмотрены отверстия для подсоединения вакуумного клапана, трубопровода к змеевику системы дополнительного охлаждения двигателя и отверстие 3 с резьбой для установки манометра. Напорные задвижки насоса (рис. 8) снабжены шарнирными клапанами 1, удерживаемыми в закрытом положении с помощью шпинделя 4 с резьбой.

Рис. 8. Напорная задвижка коллектора насоса.

1 – клапан; 2 – корпус; 3 – втулка; 4 – шпиндель; 5 – уплотнение; 6 – гайка; 7 – маховик.

Проходное отверстие закрывается клапаном под действием его собственной массы или под давлением жидкости извне, а открывается напором воды из пожарного насоса; при этом шпиндель ограничивает ход клапана.

Применение данной конструкции позволяет при подаче воды на высоты использовать шарнирный клапан в качестве обратного и обезопасить основные элементы насоса от возможного гидравлического удара.

Сравнительные технические характеристики пожарных насосов ПН-40УВ и НПЦ-40/100 представлены в табл. 1.

Таблица 1

Технические характеристики пожарных насосов нормального давления ПН 40УВ и НПЦ 40 100

Примечание.

• Пожарные насосы ПН-40УВ установлены на АЦ-3,2-40(433124), АЦ-40(130)63Б, АЦ-40(131)137А, АЦ-2,5-40(433362)ПМ590.
• Пожарные насосы НПЦ-40/100 установлены на АНР-40-1500(433112)35ВР и АЦ-5,0-40(43253)22ВР.

Пожарный насос НЦПН-40/100 В1Т производства ООО «Пожгидравлика»

Рис. 9. Пожарный насос НЦПН-40/100 В1Т

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ И ОСОБЕННОСТИ:

• Общая конфигурация и габаритно-присоединительные размеры насоса НЦПН-40/100В1Т полностью соответствуют насосу старой конструкции, что позволяет применять его в пожарных автоцистернах старой конструкции.
• Путем особого профилирования рабочих органов насоса (рабочего колеса и «улитки») получены существенные запасы по напорно-энергетическим показателям.
• Имеется возможность дополнительного форсирования режимов. В частности, на частоте вращения 2800 об/мин. напор 100 м обеспечивается при подачах до 60 л/с и высокий КПД (в 1,2 раза выше, чем у насоса старой конструкции), что дает экономию ГСМ (примерно 2 литра за 1 час работы).
• Уплотнение вала насоса (сальник) выполнено на основе специальных графитосодержащих материалов, которые обеспечивают большой ресурс работы при малом трении, сохраняют работоспособность в условиях мощных механических и температурных воздействий и не требуют обслуживания при работе за все время эксплуатации насоса.
• Дозатор ПО усовершенствованной конструкции обеспечивает возможность плавной (бесступенчатой) регулировки уровня дозирования в пределах от 0 до 10 %. Управление дозатором осуществляется рукояткой со встроенным редуктором, за счет чего обеспечиваются малые усилия при управлении.
• Наличие автономного электропривода вакуумного насоса обеспечивает удобство работы и позволяет производить проверку насоса и коммуникаций на «сухой вакуум» без запуска двигателя автомобиля. Отключение вакуумного насоса по окончании процесса водозаполнения осуществляется автоматически (дополнительно предусмотрен ручной режим управления).

Примечание.

Пожарные насосы НЦПН-40/100В1Т установлены на АЦ-3,0-40(433362)006МИ, АЦ-5,5-40(5557)005МИ, АЦ-7,5-40(4320)006МИ производства холдинга «Урало-Сибирская пожарно-техническая компания».

Насосы центробежные пожарные комбинированные

Комбинированные пожарные насосы, состоящие из последовательно соединённых насосов нормального и высокого давления, объединённых общим приводом, отличаются своей универсальностью. Они способны подавать огнетушащую жидкость под нормальным и высоким давлениями одновременно.

Принцип создания повышенных напоров в таких насосах аналогичен пожарным насосам высокого давления: огнетушащая жидкость из напорной полости насоса (ступени) нормального давления уже под напором поступает во всасывающую полость насоса (ступени) высокого давления, где рабочим колесом (рабочими колёсами) и создаётся повышенный напор.

В последнее время основные пожарные автомобили отечественного производства начали комплектоваться центробежным пожарным комбинированным насосом НЦПК-40/100-4/400 (рис. 13) производства ЗАО «УСПТК-Пожгидравлика» (г. Миасс).

Рис. 13. Внешний вид насоса НЦПК-40/100-4/400.

Насос НЦПК-40/100-4/400 предназначен для подачи воды и водных растворов пенообразователей температурой до 30 0С, плотностью до 1010 кг/м3 и массовой концентрацией твёрдых частиц до 0,5 % при их максимальном размере 3 мм.

Насос устанавливается в закрытых отсеках пожарных автомобилей, в которых во время работы обеспечивается положительная температура воздуха, и обеспечивает подачу воды (водных растворов пенообразователя) от цистерны пожарного автомобиля, пожарного гидранта водопроводной сети или открытого водоисточника в трех режимах:

• подача огнетушащей жидкости насосом нормального давления при отключённом насосе высокого давления;
• подача огнетушащей жидкости насосом высокого давления на один или два высоконапорных ствола-распылителя (СРВД 2/300) при нулевой подаче насоса нормального давления;
• одновременная подача огнетушащей жидкости насосами нормального и высокого давления.

Пожарный насос НЦПК-40/100-4/400 (рис. 14) представляет собой агрегат, состоящий из ступени (насоса) нормального давления 14, ступени (насоса) высокого давления 17 с приводным редуктором и механизмом включения, напорного коллектора нормального давления 2, напорного коллектора высокого давления 22, полуавтоматической вакуумной системы водозаполнения (см. выше), пеносмесителя 6 и контрольно-измерительных приборов.

Рис. 14. Насос центробежный пожарный комбинированный НЦПК-40/100-4/400.

1 – напорный вентиль нормального давления; 2 – коллектор нормального давления; 3 – панель управления; 4 – рукоятка включения эжектора пеносмесителя; 5 – указатель тахометра; 6 – пеносмеситель; 7 – рукоятка дозатора пеносмесителя; 8 – счетчик моточасов; 9 – дозатор пеносмесителя; 10 – напорный вентиль подачи воды в цистерну; 11 – патрубок подвода пенообразователя; 12 – манометр нормального давления; 13 – рукоятка включения привода высокого давления; 14 – ступень нормального давления; 15 – сливной кран ступени нормального давления; 16 – рукоятка управления сливными кранами ступени высокого давления; 17 – ступень высокого давления; 18 – манометр высокого давления; 19 – мановакууметр; 20 – проушина для переноски насоса; 21 – клапан перепускной; 22 – коллектор высокого давления; 23 – кран высокого давления; 24 – патрубок всасывающий; 25 – вакуумный кран; 26 – заглушка выхода на лафетный ствол; 27 – механизм управления сливными кранами ступени высокого давления; 28 – сливные краны ступени высокого давления; 29 – первичный преобразователь тахометра; 30 – фильтр.

Ступень нормального давления (рис. 15) представляет собой центробежный одно-ступенчатый насос консольного типа с осевым подводом, выполненным в крышке 12, и спиральным отводом, выполненным в корпусе 18.

Рис. 15. Ступень нормального давления насоса НЦПК-40/100-4/400.

1 – полумуфта; 2, 10, 11, 21 – кольца уплотнительные; 3 – подшипник 307 ГОСТ 8338; 4 – прокладки регулировочные; 5 – муфта фрикционная; 6 – гайка регулировочная; 7 – болт стопорный; 8 – вилка; 9 – подшипник 309 ГОСТ 8338; 12 – крышка насоса; 13 – рабочее колесо; 14 – сливной кран; 15 – блок уплотнительный; 16 – сливная пробка; 17 – втулка нажимная; 18 – корпус насоса; 19 – кольцо упорное; 20 – кольцо прижимное; 22 – червяк; 23 – корпус задней опоры; 24 – манжета 2-55х80-3 ГОСТ 8752.

По своему устройству ступень нормального давления НЦПК-40/100-4/400 напоминает пожарный насос ПН-40УВ (НПЦ-40/100). Принципиальным отличием является установка на валу ступени нормального давления фрикционной муфты 5 привода ступени высокого давления. В крышке 12 ступени нормального давления установлена защитная сетка для предотвращения попадания в насос посторонних предметов. Уплотнение рабочего колеса 13 щелевого типа (как и на насосах ПН-40УВ и НПЦ-40/100); уплотнение вала – торцевого типа. Торцевое уплотнение состоит из двух уплотнительных колец, одно из которых вращается вместе с рабочим колесом, а второе неподвижно и установлено в уплотнительном блоке (рис. 16). Уплотнение обеспечивается за счёт плотного прилегания рабочих поверхностей уплотнительных колец друг к другу и сжатия их между собой набором пружин 8. Уплотнительные кольца выполнены из силицированного графита, обладающего высокой износостойкостью и низким коэффициентом трения в воде. В то же время, графит является достаточно хрупким, поэтому уплотнительные кольца вклеены в металлические обоймы. Работа насоса без воды приводит к сильному нагреву узла, что влечёт за собой нарушение прочности клеевого соединения и растрескивание или даже полное разрушение колец.

Ступени нормального и высокого давления включены последовательно: вода с выхода (из напорного коллектора) ступени нормального давления через фильтр 30 поступает на вход (всасывающий патрубок) ступени высокого давления.

Ступень высокого давления (рис. 18) представляет собой центробежный двухступенчатый насос консольного типа со встречно расположенными рабочими колёсами 15, 17 и отводящими устройствами лопаточного типа (направляющими аппаратами) 14 и 16.

Уплотнение рабочих колёс и межступенное уплотнение – щелевого типа, концевое уплотнение вала – торцевого типа, конструкция которого аналогична уплотнительному блоку (рис. 16) ступени нормального давления.

Ввиду высокой частоты вращения вала ступени высокого давления (до 6300 об/мин.) подшипники и вал-шестерня могут сильно нагреваться. Для охлаждения задней опоры вала через корпус 3 подшипника (рис. 17) пропускается вода, которая через штуцеры 29 поступает по трубопроводу с выхода ступени нормального давления и сбрасывается затем на вход той же ступени. Охлаждение вала-шестерни также обеспечивается водой, которая прокачивается через полый вал за счёт разности давлений между выходом и входом первой ступени насоса высокого давления.

Слив воды из насоса обеспечивается сливными кранами 30 и 31.

Рис. 18. Ступень высокого давления насоса НЦПК-40/100-4/400.

1 – подшипник 308 ГОСТ 8338; 2, 8, 18, 24, 26 – кольца уплотнительные; 3 – корпус подшипника; 4 – вал-шестерня; 5 – корпус насоса; 6 – шайба упорная; 7 – винт фиксирующий; 9 – шайба; 10 – гайка корончатая; 11 – шплинт; 12 – втулка; 13 – корпус насоса; 14 – направляющий аппарат; 15 – рабочее колесо с лопатками, закрученными направо; 16 – направляющий аппарат; 17 – рабочее колесо с лопатками, закрученными налево; 19 – блок уплотнительный; 20 – кольцо регулировочное; 21 – колесо зубчатое (промежуточная шестерня); 22 – подшипник 304 ГОСТ 8338; 23 – ось; 25 – прокладка регулировочная; 27, 28 – крышки; 29 – штуцеры системы охлаждения; 30, 31 – краны сливные.

К выходному патрубку ступени высокого давления присоединён напорный коллектор 22 (рис. 14), на котором установлен один запорный кран 23 шарового типа и перепускной клапан 21. Штуцер 1 (рис. 19) перепускного клапана при монтаже насоса соединяется с цистерной пожарного автомобиля.

Рис. 19. Клапан перепускной.

1 – штуцер; 2 – кольцо уплотнительное; 3 – прокладки регулировочные; 4 – пружина; 5 – клапан; 6 – прокладка уплотнительная; 7 – втулка.

Перепускной клапан обеспечивает обмен воды в насосе за счёт частичного перетока воды в цистерну пожарного автомобиля, предотвращая тем самым перегрев насоса при нулевой подаче ступени высокого давления (при закрытом запорном кране или стволе-распылителе). Усилие пружины 4 обеспечивает открытие клапана при давлении свыше 2 МПа (20 кгс/см2). Поэтому при работе только ступени нормального давления клапан закрыт, а открывается только после включения ступени высокого давления.

К напорному коллектору высокого давления присоединён патрубок для соединения с напорной линией высокого давления. Патрубок имеет отвод с обратным клапаном для продувки пожарного насоса и напорной линии высокого давления сжатым воздухом.

Привод вала-шестерни 4 (рис. 18) ступени высокого давления осуществляется от вала ступени нормального давления через многодисковую фрикционную муфту и промежуточную (паразитную) шестерню 21. Шестерённый механизм представляет собой повышающий редуктор с передаточным отношением 2,33. Смазка редуктора и опорных подшипников насосов нормального и высокого давления осуществляется из масляной ванны. Уровень масла контролируется с помощью щупа.

Механизм включения ступени высокого давления состоит из фрикционной муфты 5 (рис. 15) и механизма включения фрикционной муфты, показанного на рис. 20 в положении «Отключено» (рукоятка 1 – в верхнем положении). При переводе рукоятки 1 в нижнее положение «Включено» вилкой 8 (рис. 15) происходит перемещение втулки 17 влево.

В результате этого сжимаются между собой фрикционные диски муфты 5, и ведомый муфтой зубчатый венец передаёт вращение от вала ступени нормального давления на промежуточную (паразитную) шестерню 21 (рис.18) привода ступени высокого давления. Для обеспечения требуемого передаваемого момента (16…18 кгс•м) производится регулирование фрикционной муфты привода ступени высокого давления. Регулирование передаваемого муфтой момента производится гайкой 4 (рис. 20) через специальное окно в корпусе ступени нормального давления, закрытое крышкой 5. Стопорение гайки производится тремя болтами 3, которые при регулировке должны подтягиваться или ослабляться равномерно.

Пеносмеситель (рис. 21) обеспечивает подсос пенообразователя и его дозированную подачу во всасывающую полость ступени нормального давления.

Он состоит из эжектора (струйного насоса), крана 1 включения эжектора, дозатора 2 и обратного клапана 4 лепесткового типа. Эжектор состоит из сопла 12, корпуса 11 и диффузора 8. Подача в эжектор осуществляется из напорной полости ступени нормального давления через кран эжектора пробкового типа, закреплённого на напорном коллекторе ступени нормального давления. Диффузор эжектора вставляется в крышку ступени нормального давления, а сопло крепится к крану включения эжектора. Дозатор через патрубок 7 крепится к корпусу эжектора. В дозаторе регулирование подачи пенообразователя обеспечивается изменением проходного сечения подающей магистрали при изменении угла поворота заслонки 5 от 0 до 900. Зубчатая передача, состоящая из колеса 24 и сектора 23 с передаточным числом 3, обеспечивает более плавную регулировку подачи пенообразователя за счет увеличения угла поворота рукоятки до 2700. Угол поворота рукоятки зубчатого колеса ограничивается упором 25. Резиновое кольцо 18 предназначено для увеличения момента трения с целью исключения самопроизвольного разворота регулирующей заслонки 5. Обратный клапан 4 предотвращает доступ воды в пенобак при работе насоса от пожарного гидранта водопроводной сети в тех случаях, когда закрывают пробковый кран эжектора или останавливают насос, не закрыв предварительно кран подачи пенообразователя из пенобака в насос. Рукоятки крана эжектора и дозатора выведены на панель управления 3 (рис. 14). Рукоятка крана эжектора имеет два положения: «ОТКР» и «ЗАКР». Шкала дозатора имеет несколько фиксированных положений, соответствующих заданной концентрации водного раствора пенообразователя 3% или 6% при работе с разным количеством подключённых пеногенераторов типа ГПС-600 (положения от «1» до «5») или при работе с высоконапорным стволом-распылителем типа СРВД-2/300 (положение «1В»). При необходимости концентрация пено-образователя может быть плавно изменена в любую сторону установкой рукоятки управления в промежуточное положение по отношению к отметкам на лимбе.

Рис. 21. Пеносмеситель насоса НЦПК-40/100-4/400.

1 – кран эжектора; 2 – дозатор; 3 – патрубок подвода пенообразователя; 4 – клапан обратный (лепестковый); 5 – заслонка регулирующая; 6, 9, 10, 17, 18, 20 – кольца уплотнительные; 7 – патрубок; 8 – диффузор; 11 – корпус пеносмесителя; 12 – сопло; 13 – корпус крана эжектора; 14 –пробка; 15 – винт ограничительный; 16 – крышка; 19 – диск; 21 – втулка опорная; 22 – штифт; 23 – зубчатый сектор; 24 – зубчатое колесо; 25 – упор.

Для контроля параметров работы насоса на нём установлены мановакуумметр 19 (рис. 14) на входе в насос и два манометра 12 и 18 для контроля давления на выходе, соответственно, ступеней нормального и высокого давления. Измерение частоты вращения приводного вала насоса осуществляет тахометр магнитоиндукционного типа. Тахометр состоит из первичного преобразователя 29 (рис. 14) и указателя (измеритель-ного прибора) 5, соединённых между собой электрическим кабелем. Первичный преобразователь закреплён на корпусе задней опоры вала ступени нормального давления и приводится во вращение от червяка 22 (рис. 15).

Пожарный насос НЦПК-40/100-4/400 оборудуется автономной вакуумной системой водозаполнения АВС-01Э или АВС-02Э (см. выше).

Таблица 2

Техническая характеристика пожарного насоса НЦПК-40/100-4/400