2.1. Основные определения и классификация насосов

Первое упоминание о насосах относится к III-IV векам до нашей эры. В это время грек Ктесибий предложил поршневой насос. Однако точно не известно использовался ли он для тушения пожаров.

Изготовление поршневых пожарных насосов с ручным приводом осуществлялось в XVIII веке. Пожарные насосы с приводом от паровых машин производились в России уже в 1893 г.

Идея использовать центробежные силы для перекачки воды была высказана Леонардо да Винчи (1452-1519 гг.), теория же центробежного насоса была обоснована членом Российской Академии наук Леонардом Эйлером (1707…1783 гг.).

Создание центробежных насосов интенсивно развивалось во второй половине XIX века. В России разработкой центробежных насосов и вентиляторов занимался инженер Саблуков А.А. (1703…1857 гг.) и уже в 1840 г. им был разработан центробежный насос. В 1882 г. был произведен образец центробежного насоса для Всероссийской промышленной выставки. Он подавал 406 ведер воды в минуту.

В создание отечественных гидравлических машин и, в том числе насосов, большой вклад внесли советские ученые И.И.Куколевский, С.С.Руднев, А.М.Караваев и др.

Пожарные центробежные насосы отечественного производства устанавливались на первых пожарных автомобилях (ПМЗ-1, ПМГ-1 и др.) уже в 30-х годах прошлого столетия.

Исследования в области пожарных насосов на протяжении многих лет проводились во ВНИИПО и ВИПТШ.

В настоящее время на пожарных машинах применяются насосы различных типов (рис.2.1.). Они обеспечивают подачу огнетушащих веществ, функционирование вакуумных систем, работу гидравлических систем управления.

Работа всех насосов с механическим приводом характеризуется двумя процессами: всасывания и нагнетания перекачиваемой жидкости. При этом насос любого типа характеризуется величиной подачи жидкости, развиваемой напором, высотой всасывания и величиной коэффициента полезного действия.

Подачей насоса называется объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени и измеряется в л/с (Q, л/с). Напором насоса называется разность удельных энергий жидкости после и до насоса. Его величину выражают в метрах водяного столба (Н, м). Для определения сущности определения напора рассмотрим схему работы насосной установки (рис.2.2.). На основании уравнения Бернулли запишем

℮₂ - ℮₁ = (z₂ – z₁) + (2.1)

где: ℮₂ и ℮₁ - энергия на входе и выходе из насоса; Р₂ и Р₁ - давление жидкости в напорной и всасывающей полости, Па; ρ - плотность жидкости, кг/м³; υ₂ и υ₁- скорость жидкости на выходе и входе в насос, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с. Разность z₂ и z₁, а также невелики, поэтому для практических расчетов ими пренебрегают.

Значения и - показания манометра Н_ман и вакуумметра Н_вак на насосе выразим в метрах водяного столба

и (2.2)

На основании изложенного напор Н насоса приближенно оценивают как сумму

Н = Н_ман + Н_вак (2.3)

В этой формуле знак «плюс» ставят, если во всасывающей полости вакуум, т.е. при работе с открытого водоисточника. В случае забора воды из водопроводной сети или при работе последовательно включенных насосов ставят знак «минус».

В соответствии с рис.2.2 напор, развиваемый насосом Н, должен обеспечить подъем воды на высоту Н_г, преодолеть сопротивления во всасывающей h_вс и напорной линии h_н и обеспечить требуемый напор на стволе Н_ств. Тогда можно записать

Н = Н_г + h_вс + h_н + Н_ств (2.4)

Потери во всасывающей и напорной линиях определяют

h_вс = S_вс · Q² и h_н = S_н· Q² (2.5)

где: S_вс и S_н - коэффициенты сопротивлений линий всасывания и нагнетания.

На практике используют понятие «напор на насосе» – это манометрический напор. Он равен

Н_ман = Н_под + h_н + Н_ств (2.6)

Эффективная мощность насоса идет на совершение работы по перемещению определенного объема жидкости с плотностью ρ на высоту Н, м

N_e = ρgQH, Вт (2.7)

Мощность, потребляемая насосом, равна

(2.8)

Полный η насоса определяют по формуле

η = η_о · η_г · η_м (2.9)

где: η_о , η_г и η_м - КПД объемный, гидравлический и механический.

Центробежные насосы обладают рядом крупных достоинств. При постоянной скорости вала насоса n_ном об/мин, изменяя подачу Q л/с в широких пределах (до 10 раз), напор Нм, развиваемый им, изменяется на 10…15%. Следовательно, напор при изменении подачи всегда будет достаточно высоким. Центробежные насосы подают жидкость равномерно без пульсаций. Важным является и то, что они способны работать «на себя». При перекрытии ствола, засорении его или заломе напорных рукавов насос не выключатся.

Центробежные насосы не требуют сложного привода от двигателя, надежны в работе и просты в управлении. Существенным их недостатком является то, что они не могут забирать воду из открытых водоисточников. Поэтому их оборудуют специальными вакуумными системами с ручным или автоматическим включением.

К центробежным насосам для целей пожаротушения предъявляется ряд специфических требований. Они должны обеспечивать подачу воды и водных растворов пенообразователя с водородным показателем рН от 7 до 10, плотностью 1010 кг/м³ и массовой концентрацией твердых частиц до 0,5% при их максимальном размере 3 мм. Насос может потреблять не более 70% мощности, развиваемой двигателем шасси, и обеспечивать работу непрерывно в течение 6 часов при любых температурах окружающей среды.

Струйные и объемные насосы, применяемые на пожарных автомобилях, должны обеспечивать надежную и эффективную работу основных агрегатов во всем диапазоне условий эксплуатации. Они должны быть просты в управлении и обслуживании.