Основы эксплуатации центробежных насосов

Содержание

1. История насосов

2. Определение и классификация  насосов

3. Основы эксплуатации центробежных  насосов

Список используемой литературы.

1.  История насосов

XVII - XVIII вв. подготовили почву для  небывалого научно-технического  прогресса. Большие успехи науки позволили достичь значительных результатов и в создании пожарно-технического оборудования. Начиная со второй половины XVIII в., появляется техника, изменившая тактику и способы борьбы с огнем. Меняется и облик пожарных формирований. Начинается период повсеместного образования профессиональных команд.

До 30-х годов XIX столетия ручные водозаливные (водоливные) трубы были основным техническим  средством тушения пожаров. Над  их созданием работал ряд выдающихся механиков того времени. Только в  России использовалось свыше 20 типов ручных насосов собственного производства. Тщательное хранение секретов производства, отсутствие обмена информацией приводило к тому, что изобретатели независимо друг от друга создавали несовершенные насосы.

Например, насос английского производства 1766 г. и немецкий образца 1785г. объединял один недостаток- вода из них выбрасывалась через стационарный ствол, который мог вращаться только вокруг своей оси. А так как дальность действия водяной струи этих насосов составляла примерно 6-7 метров, то приходилось их устанавливать на минимальном расстоянии от очага пожара. По этой причине очень много воды попадало на огонь. Большая ее часть разливалась бесцельно. В то же время еще в 1672 г. братья Ван дёр Хейде предложили заменить неудобную поворотную шейку рукавами, при этом дальность действия водяной струи уже составляла примерно 10 метров.

Заливные пожарные трубы (не насосы, а именно трубы, т.к. под трубой подразумевали  устройство только для тушения огня, тогда как термин “насос” употребляли для обозначения механизма для перекачивания не только воды, но и других жидкостей) не имели рукавов для всасывания воды из естественных водоисточников, а снабжались специальными заливными ящиками, куда вода подавалась ведрами. Подача воды на пожарах с помощью подобных насосов требовала больших затрат ручного труда. Например, в середине XVIII в. для обслуживания одной трубы необходимо былопримерно 50 человек. Из них 30 человек ведрами носили воду в короб, 12 - в две смены качали коромысло насоса, и 8 - обслуживали выкидные рукава и ствол.

Различали большие, средние и мелкие заливные трубы, производительность которых  была соответственно 18, 15 и 12 ведер в  минуту (в литрах соответственно 216, 180 и 144 л/мин). В комплект большой  и средней труб входили рукава длиной 40 м, а малой - длиной 16 м. Малая труба - это одноцилиндровый поршневой насос, переносимый двумя пожарными. Ее использовали для тушения огня на верхних этажах зданий. Воду к ней подавали большой и средней трубами, первая из которых устанавливалась возле здания и подавала воду в короб средней трубы. В зависимости от местонахождения очага пожара средняя труба устанавливалась либо на первом этаже, либо выше. А уже отсюда воду качали в короб малой трубы. Позднее ведра заменили бочками, которые вместе с трубами перевозились на повозках. Компоновка таких повозок была разной. В Венгрии, например, трубно-бочечный ход запрягали парой лошадей, а насос размещали между сиденьем кучера и бочкой. Такая компоновка имеет ряд недостатков.

Во-первых, площадку для перевозки насоса целесообразно устраивать позади бочки-легче снимать трубу с хода. Кроме того, при этом имеется возможность использовать для перевозки людей и другого снаряжения три свободных стороны (слева, справа и сзади). В Польше получили широкое распространение (особенно в малонаселенных районах) одноконные двухколесные конно-бочечныехода. С их помощью доставляли емкости, рассчитанные на 180 - 216л воды. Использовались также и четырехколесные пароконные повозки с большой бочкой, вмещавшей 48 л воды. На таких повозках перевозили также лестницы и пожарных. В России в XIX в. перевозку людей и инструментов осуществляли на конных линейках, представляющих собой четырехколесную рессорную повозку, в которую впрягали четверку или тройку лошадей. В начальный период использования их изготовляли почти целиком из древесины, а затем ряд элементов стали делать из металла. Это повысило прочность линеек и сделало их более легкими. Этими и другими усовершенствованиями добивались сокращения времени прибытия на пожары.

У американских пожарных в 1882 г. использовался для перевозок трубо-линеечный ход. В отличие от известных у этого хода больше диаметр колес, а под скамейками на уровне задней оси предусматривалось место для ручной трубы. Такая компоновка позволила перевозить больший набор пожарных инструментов.

Общей деталью всех ходов являлась их яркая окраска. В начале XX в. конные хода тщательно отделывали и использовали для покраски красные эмали. Отдельные  металлические части окрашивались в черный цвет, а деревянные детали покрывали лаком. Германские мастера, например, украшали ободья двухметровых деревянных колес, кузова и дышла ходов затейливым орнаментом и резьбой, сам насос расписывали. Словом, конный ход своим обликом напоминал дворянскую карету.

Весь пожарный обоз в начале XXI в. был выкатным. По тревоге повозки выкатывались вручную на улицу; одновременно выводились из конюшен лошади. При этом способе закладки обоза время сбора по тревоге составляло 90 - 105 секунд. С помощью различных усовершенствований (подвесная сбруя и т.п.) время сбора было снижено и составило 50 секунд. Эта работа требовала постоянных тренировок и была очень тяжелой, так как типовой обоз пожарных команд был очень громоздким. Например, обоз петербургской команды состоял из линейки для боевого расчета и инструмента (отсюда название: линеечный или трубо-линеечный ход при наличии ручной трубы); насосно-бочечных или бочечных ходов (40-ведерной бочки с ручным насосом или без него) и повозки для багров (багорного хода). Позднее в состав обоза включили и механические лестницы.

Работы по модернизации поршневых  насосов в конце XVIII -начале XX вв. не внесли принципиальных изменений. Их дальнейшее усовершенствование касалось, в основном, конструктивных элементов. Появляются шлифованные латунные поршни, шаровые клапаны, заливные коробки из листового железа взамен деревянных, обшитых медью и т.п. Например, в шестидесятых годах XIX столетия французская труба имела чугунные цилиндры, резиновые шаровые клапаны, кожаные поршни. Российский инженер Густав Лист, трубам которого неоднократно присуждались медали высшего достоинства, отказался от применения кожаных клапанов и поршней, заменив их медными. Это усовершенствование повысило надежность трубы и ее работоспособность.

Основное направление совершенствования  переносных насосов - снижение их веса, что позволяло ускорить подачу “первого ствола” при тушении пожаров в многоэтажных зданиях. В 60-х годах прошлого века большой интерес вызвала новинка -гидропульт, который предназначался для пользования населением. Печать того времени уделяла гидропульту много внимания. Но как было показано выше, в 1450г. в Вюрцбурге уже имелись устройства, имевшие с гидропультом больше общего, нежели отличий. Поэтому можно говорить лишь о создании брандспойтов нового поколения, их модернизации. Различали два вида гидропультов: гидропульт-ведро и гидропульт-костыль. В отличие от брандспойта в его поршне имелся открывающийся клапан. В верхней части насоса, ниже сальника для прохода штока поршня, имелся штуцер, к которому присоединялся выкидной рукав с металлическим стволом. В первом случае жидкость всасывалась насосом из ведра, а во втором - гидропульт конструктивно не был соединен с резервуаром. Подобный насос использовался во многих странах. Один из создателей гидропульта нового поколения - русский механик Павел Зарубин, получивший в 1864 г. за этот насос золотую медаль Экономического общества. Вот что он писал о своем изобретении: “Бесспорно, что гидропульт по своему внешнему устройству есть такой ручной насос, удобнее которого до сих пор не было, и что он может принести большую пользу каждому домовладельцу, если случится тушить не вполне еще развившийся пожар...” Подобные насосы применялись около ста лет.

В XVIII - XIX вв. создается большое количество центробежных насосов различного типа. Причем их конструкции зачастую не учитывали имеющихся достижений. Так случилось, например, с Эйлером, предложившим худшую по сравнению с насосом Папена конструкцию центробежного насоса. В 1838 г. русским инженером А. Саблуковым вторично изобретается насос Папена. Основу его конструкции составляет цилиндрический корпус, соединенный посредством патрубка с резервуаром, наполняемым водой. Внутри корпуса устанавливалось четырехлопастное колесо с радиальными лопатками. Принцип действия насоса был основан на отбрасывании воды вращающимися лопатками от центра насоса к цилиндрическому патрубку с выкидным отверстием. Все устройство насоса отличалось простотой, так как в нем не было трущихся частей, кроме вала с насаженными на нем лопатками. По мнению автора, преимущество подобных насосов перед поршневыми заключалось в простоте конструкции, небольших габаритах, небольшими потерями на трении. Кроме того, насосы могли работать при наличии в воде примесей песка и глины.

В 1851 г. на Всемирной выставке в  Лондоне уже был представлен целый ряд центробежных насосов, прошедших испытания. В таблице приведены их основные технические характеристики.

Автор насоса Подача, л/с Напор, м 

Число оборотов

в минуту, об/мин

КПД,

%

Эпольд 93,6 5,9 788 68

Гвин 22,0 4,2 670 19

Бессемер 64,3 1,0 60 22,5

Однако возможности и этих насосов  были ограничены, не говоря уже о  заливных пожарных трубах, производительность которых составляла порядка 3 л/с. По данным американских и английских практиков, для успешного тушения наружного  пожара требовалось подавать 42000 ведер в час (140 л/с).

2.  Определение  и классификация насосов

Насосы  – это машины, преобразующие подводящую энергию в механическую энергию  перекачиваемой жидкости или газа. В пожарной технике применяют  насосы различного вида. Наибольшее применение находят, механические насосы, в которых механическая энергия твердого тела, жидкости или газа преобразуется в механическую энергию жидкости.

По принципу действия насосы классифицируют в зависимости  от природы преобладающих сил, под  действием которых происходит перемещение перекачиваемой среды в насосе.

Таких сил  бывает три: массовая сила (инерция), жидкостное трение (вязкость) и сила поверхностного давления.

Насосы, в  которых преобладает действие массовых сил и жидкостное трение (или то и другое), объединены в группу динамических насосов, в которых преобладают силы поверхностного давления, составляют группу объемных насосов. Требования к насосным установкам пожарных автомобилей.

Насосы  пожарных автомобилей работают от двигателей внутреннего сгорания – это одна из основных технических особенностей, которую необходимо учитывать при разработке и эксплуатации насосов. К насосным установкам предъявляются следующие основные требования.

Насосы  пожарных автомобилей должны работать от открытых водоисточников, поэтому при контрольной высоте всасывания не должно наблюдаться явлений кавитации. В нашей стране контрольная высота всасывания составляет 3...3,5 м, в странах Западной Европы – 1,5. Напорная характеристика Q – Н для пожарных насосов должна быть пологой, иначе при перекрывании кранов на стволах (уменьшение подачи) резко возрастет напор на насосе и в рукавных линиях, что может привести к разрыву рукавов. При пологой напорной характеристике легче управлять насосом при помощи рукоятки “газ” и изменять при необходимости параметры насоса.

По энергетическим параметрам насосы пожарных автомобилей  должны соответствовать параметрам двигателя, от которого они работают, иначе не будут полностью реализованы  технические возможности насосов  или двигатель будет работать в режиме низкого значения КПД и большого удельного расхода топлива.

Насосные  установки некоторых пожарных автомобилей (например, аэродромных) должны работать на ходу при подаче воды из лафетных стволов. Вакуумные системы насосов  пожарных автомобилей должны обеспечивать забор воды за контрольное время (40...50 с) с максимально возможной глубины всасывания (7...7,5 м).

Стационарные  пеносмесители на насосах пожарных автомобилей должны в установленных  пределах производить дозировку  подачи пенообразователя при работе пенных стволов. Насосные установки пожарных автомобилей должны без снижения параметров работать длительное время при подаче воды в условиях низких и высоких температур. Насосы должны иметь по возможности малые габариты и массу для рационального использования грузоподъемности пожарного автомобиля и его кузова.

Управление  насосной установкой должно быть удобным, простым и при возможности  автоматизированным, с низким уровнем  шума и вибрации при работе. Одно из важных требований, обеспечивающих успешное тушение пожара, - надежность насосной установки. Основные конструктивные элементы центробежных 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 года лопасти рабочих колес имели двоякую кривизну, что обеспечивало минимальные гидравлические потери и высокие кавитационные 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 кавитационных 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, так как со стороны всасывающего патрубка на него действует меньшая сила давления, чем справа. Величину осевой силы приближенно  определяют по формуле F = 0,6 Р? (R21 – R2в), где F – осевая сила, Н; Р – давление на насосе, Н/м2 (Па); R1 – радиус входного отверстия, м; Rв – радиус вала, м.

Для уменьшения осевых сил, действующих на рабочее  колесо, 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 уплотнений будет увеличиваться утечка жидкости и уменьшаться КПД насоса.