Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса. задачи исследования 10
1.1. Системы водоза пол нения пожарных машин 10
1.2. Обзор конструкций и анализ работы насосов вакуумных систем ... 13
1.2.1. Общие положения 13
1.2.2.Системы с газоструйными вакуум-насосами 13
1.2.3. Системы с поршневыми вакуум-насосами 17
1.2.4. Системы с водокольцевыми вакуум-насосами 20
1.2.5. Системы с шиберными вакуум-насосами 24
І.З.Анализ конструкций вакуумных систем центробежных насосов пожарных автомобилей 26
1.3.1. Общие положения 26
1.3.2. Автоматические системы водозаполнения центробежных пожарных насосов 26
1.3.3.Выбор типа вакуумной системы для пожарно-насосного агрегата 32
1.4. Методы расчета и испытания насосов 36
1.4.1. Работа вакуумного насоса на сеть 36
1.4.2. .Расчет насосов. Теория подобия 39
1.4.3. Испытательные стенды 43
1.5. Задачи исследования 46
Глава 2. Теоретические основы создания и испытания вакуумной системы центробежных насосов пожарных автомобилей 49
2.1. Физическое моделирование вакуумной системы и всасывающей рукавной линии. Критерии подобия 49
2.1.1. Общие представления
2.1.2. Условия подобия движения жидкости по всасывающим рукавным линиям 52
2.1.3. Общие требования к моделям 55
2.1.4. Правила приближенного моделирования 57
2.2. Вакуум рическая высота всасывания пожарного насоса 58
2.3.Теоретический расчет вакуумной системы пожарно-насосного агрегата 60
2.3.1. Основные расчетные показатели 60
2.3.2. Пропускная способность элементов вакуумной системы 61
2.3.3. Определение характеристик и размеров элементов вакуумной системы 63
Глава 3. Экспериментальные стенды для испытаний пожарно-технического оборудования и анализ результатов исследований 6В
3.1. Стенд для определения коэффициента гидравлического сопротивления всасывающей сетки 68
3.2. Стенды, методики испытаний и экспериментальные исследования макетных образцов 71
3.2.1. Экспериментальные исследования макетных образцов 71
3.2.2. Определение расходных характеристик макетных образцов вакуумного насоса 76
3.2.3. Определение самовсасывающей способности вакуумных насосов 80
3.2.4. Испытания системы автоматического отключения и включения вакуумного насоса 87
3.3. Основные параметры вакуумной системы водозаполнения пожарно-насосного агрегата 89
3.3.1. Оптимизация параметров насосно-рукавных линий 89
3.3.2. Расчет производительности вакуумной системы 91
3.3.3. Расчет геометрических размеров вакуум-насоса 96
3.3.4. Определение мощности, потребляемой вакуум-насосом 98
3.3.5. Расчет фрикционного привода вакуум-насоса 100
3.4. Обобщение результатов экспериментальных исследований 102
3.4.1. Обработка результатов экспериментальных исследований основных параметров всасывающих насосно-рукавных линий 102
3.4.2. Оценка погрешности результатов определений 107
3.5. Стенд испытаний пожарных насосных агрегатов и гидравлического оборудования 110
3.5.1 Общие положения 110
3.5.2. Стенд СИ-2( 189/4500) для испытания пожарно-технического оборудования 111
Глава 4. Разработка конструкции насосного агрегата с вакуумной системой водозаполнения 118
4.1. Схема, устройство и рабочие характеристики вакуумной системы пожарно-насосного агрегата 118
4.2. Опытный образец автономной вакуумной системы водозаполнения 122
4.2.1. Схема и устройство автономной вакуумной системы водозаполнения 122
4.2.2. Результаты испытаний ABC... 128
4.3. Насосные агрегаты нового поколения с автоматической вакуумной системой водозаполнения, вакуумный насос АВС-01Э...135
Заключение 144
Литература 146
Приложения 156
- Обзор конструкций и анализ работы насосов вакуумных систем
- Вакуум рическая высота всасывания пожарного насоса
- Стенды, методики испытаний и экспериментальные исследования макетных образцов
- Опытный образец автономной вакуумной системы водозаполнения
Введение к работе
На современном этапе развития России пожарная безопасность приобретает масштабы «национальной проблемы» /1/. По данным ill только в 2003 году в России ежедневно происходило более 600 пожаров, при которых погибало 60 человек и 41 получали травмы. В последнее время число жертв от пожаров неуклонно растет: в 2000г. погибло 14 тыс. человек; в 2001г. — 16 тыс. человек; в 2002 г. - 18 тыс., а за первое полугодие 2003г. более 10 тыс. человек.
Для успешной борьбы с пожарами и их трагическими последствиями наряду с целым комплексом мер обеспечения пожарной безопасности необходимо решать задачу совершенствования пожарной техники, и в том числе - повышать эффективность работы пожарных автомобилей - автоцистерн и автонасосов - основных технических средств при ликвидации возникшего пожара, находящихся на вооружении пожарной охраны. Это обстоятельство подтверждается глубоким анализом состояния пожарной техники /3/.
Основной задачей насосных установок пожарных автомобилей (ПА) считается обеспечение требуемой подачи и напора воды и водных растворов пенообразователя, необходимых для эффективного тушения пожара. Отечественные ПА комплектуются в основном центробежным насосом ПН-40, выпускаемым с семидесятых годов ОАО «Ливенский машиностроительный завод». Кроме этого, отечественные ПА не оборудованы автоматическими системами водозаполнения. Используемые в пожарной технике центробежные насосы могут начать подачу воды в пожарные рукава только после предварительного заполнения водой их рабочей полости и всасывающей линии. Вместе с тем в нашей стране более чем на 30% всех пожаров подача воды ПА производится из открытого водоисточника. Заливка и пуск насоса ПА, определяющие во многом время подачи воды на пожаротушение, не автоматизированы и слагаются в общей сложности из
511 операций. Это требует высокой тренированности обслуживающего пер сонала и не исключает ошибок, приводящих к задержке начала подачи во- *' ды или к срыву водяного столба на всасывающей линии и прекращению подачи воды на пожаротушение.
В этой связи в последнее время перед отечественными учеными, конструкторами, производителями была поставлена задача создания насосных агрегатов нового поколения, удовлетворяющих современным требованиям по расходно-напорным характеристикам и оборудованных высокоэффективной системой водозаполнения.
В нашей стране разработка высокоэффективных насосных агрегатов началась с середины 90-х годов. Значительный вклад в решение данной проблемы внесли Кузнецов Л.М., Варганов В.А., Майоров В.Е. и другие исследователи. Головной организацией по созданию насосов нового поко ления стал Всероссийский научно-исследовательский институт противо пожарной обороны (ФГУ ВНИИПО). За этот период институтом совмест- ^ но с ЗАО «Пожгидравлика» (г. Миасс, Челябинской области) и при непо- средственном участии автора была разработана серия насосов типа НЦП (нормального давления, высоконапорных и комбинированных). Однако для создания пожарно-насосного агрегата, соответствующего современным требованиям, пожарные насосы должны быть оборудованы высокоэффективной автоматизированной вакуумной системой водозаполнения.
В связи с этим целью работы является: ^ создание и использование общего методологического подхода к ис- следованию гидродинамических параметров пожарных насосов и систем водозаполнения, основанного на физических аналогиях и теории подобия, позволяющего получать параметры реальных насосно-рукавных систем на физических моделях различного масштаба; разработка и внедрение на пожарных автомобилях отечественных пожарно-насосных агрегатов с высокоэффективной системой водозаполнения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: X' 1, Разработать методику физического моделирования всасывающих насосно-рукавных линий при совместной работе с насосами ПА.
Определить требуемые расходно-напорные характеристики системы водозаполнения, разработать конструкцию автономной вакуумной системы для пожарного насосного агрегата и создать макетные образцы.
Провести экспериментальные исследования гидродинамических параметров всасывающих насосно-рукавных линий, определить их конкретные значения (в том числе вакуумметрическую высоту всасывания насосов и значения местных сопротивлений).
4. Определить оптимальные параметры всасывающих насосно- рукавных линий.
Обобщить результаты экспериментальных исследований в крите-риальном виде.
Разработать натурный испытательный стенд и определить реальные расходно-напорные характеристики насосного агрегата с автоматической вакуумной системой водозаполнения; определить необходимые функциональные зависимости его параметров.
Провести испытания насосного агрегата с автоматической вакуум-ной системой водозаполнения и автономной вакуумной системы (ABC) в реальных условиях эксплуатации, обобщить полученные экспериментальные данные.
7 Основные научные положения, выносимые на защиту
Разработка и использование методологического подхода к исследованию гидродинамических параметров пожарных насосов и систем водозаполнения, основанного на физических аналогиях и теории подобия, позволяющего получать параметры реальных насосно-рукавных систем на физических моделях различного масштаба.
Результаты экспериментальных исследований по определению параметров и их взаимосвязи при совместной работе всасывающих насосно-рукавных линий и центробежных насосов пожарных автомобилей (ПА).
Результаты оптимизации параметров всасывающих систем насосов ПА.
Результаты разработки и внедрения пожарно-насосных агрегатов с высокоэффективной системой водозаполнения.
Научная новизна работы заключается в следующем. Впервые разработана методика физического моделирования насосно-рукавных систем, позволяющая на разномасштабных моделях получать реальные характеристики пожарных насосов, работающих совместно с всасывающими рукавными линиями. Получены конкретные значения отдельных параметров насосно-рукавных линий в широком диапазоне изменения расхода и числа оборотов вала насоса. Экспериментально установлены взаимосвязи гидродинамических характеристик насосно-рукавной системы водозаполнения и центробежного насоса при совместной работе; проведена оптимизация параметров всасывающих систем при работе с центробежными насосами ПА. Экспериментальные напорно-расходные зависимости обработаны в критериальном виде.
Разработана конструкция вакуумной системы водозаполнения и созданы макетные образы насосного агрегата, с помощью которых определены расходно-напорные характеристики насосных агрегатов ПА, оборудованных автоматической системой водозаполнения.
Практическая значимость работы. Результаты работы легли в основу создания насосных агрегатов с автоматической вакуумной системой водозаполнения, а также автономной вакуумной системы водозаполнения (ABC).
По результатам исследований разработаны конструкции изделий и технические условия, на основании которых серийно выпускаются пожар-но-насосные агрегаты НЦПВ 20/200, НЦПН-40/100, НЦПН-70/100, НЦПН-100/100, НЦПК 40/100-4/400 с автоматической вакуумной системой водозаполнения и автономная вакуумная система ABC. Названные агрегаты сертифицированы в системы ССПБ.
Результаты работы использовались при разработке ряда нормативно-технической документации: ГОСТ Р «Техника пожарная. Насосы центробежные пожарные. Общие технические требования. Методы испытаний»; НПБ 176-98 «Насосы центробежные пожарные. Общие технические требования. Методы испытаний» - ГУГПС МВД России, ФГУ ВНИИПО МВД России; НПБ 315-2002 «Мотопомпы пожарные. Общие технические требования. Методы испытаний»; НПБ 306-2002 Сетки всасывающие. Общие технические требования. Методы испытаний» - ГУГПС МЧС России, ФГУ ВНИИПО МЧС России.
Реализация результатов работы. На основании результатов исследований была создана конструкция автоматической системы водозаполнения насоса, которой были оснащены современные пожарно-насосные агрегаты НЦГТВ-20/200, НЦПК-40/100 - 4/400, НЦПН-40/100, НЦПН-70/100, НЦПН 100/100, а также автономная вакуумная система водозаполнения (ABC).
В настоящее время указанные изделия серийно выпускаются ЗАО «Пожгидравлика» и к настоящему моменту выпущено более 300 насосных агрегатов и 470 шт. ABC, которыми оборудуется мобильная пожарная техника на территории России.
9 Публикации. По теме диссертации имеется 17 публикаций. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались: на XII Всероссийской научно-практической конференции ВНИИПО МВД России «Научно-техническое обеспечение противопожарных и аварийно-спасательных работ» (г. Москва, 1993 г.), на XIII Всероссийской научно-практической конференции ВНИИПО МВД России «Пожарная безопасность 95» (г. Москва, 1995 г.), на XIV Всероссийской научно-практической конференции ВНИИПО МВД России «Пожарная безопасность - история, состояние, перспективы» (г. Москва, 1997 г.), на научно-практической конференции МИЛЬ МВД России, УГПС ГУВД г. Москвы, УЖКХ и благоустройства г. Москвы, Префектуры Северо-Восточного административного округа г. Москвы «Противопожарная защита жилого комплекса города Москвы» (г. Москва, 1998 г.), на отраслевой научно-практической конференции ГУГПС МВД России, МИПБ МВД России, ВНИИПО МВД России «Современные проблемы тушения пожаров» (г. Москва, 1999 г.), на XV научно-практической конференции ВНИИПО МВД России «Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков» (г. Москва, 1999 г.)» на XVI научно-практической конференции ВНИИПО МВД России «Крупные пожары: предупреждение и тушение» (г. Москва, 2001 г.), на международной научно-практической конференции ФГУ ВНИИПО МЧС России «Снижение риска гибели людей при пожарах» (г, Москва, 2003 г.).
Автор выражает искреннюю признательность руководству ЗАО «Пожгидравлика» В.Е., Майорову (генеральному директору) и А.М. Бурдину (зам. директора) за воплощение идей в реальные изделия; сотруднику ГУГПС МЧС России В.В. Ильину (начальнику учебного отдела) за консультации и ценные советы; сотрудникам ФГУ ВНИИПО МЧС России В.А. Варганову (зам. нач. отдела) и Г.И. Пунчику (с.н.с.) за участие в испытаниях и ценные советы.
Обзор конструкций и анализ работы насосов вакуумных систем
В практике отечественной и зарубежной пожарной охраны используются различные виды вакуумных систем. Они обеспечивают достаточно высокую надежность и малую продолжительность заливки. В частности, в соответствии с требованиями /17/ при длине всасывающей рукавной линии 8 м и высоте расположения оси ПН 7 м над уровнем воды время заполнения не должно превышать 40 с.
Вакуумные системы ПА могут быть классифицированы в зависимости от типа используемого вакуум-насоса, способа заливки (при неподвижном или вращающемся роторе пожарного насоса) и типа управления (ручное, полуавтоматическое, автоматическое). Отдельную группу представляют автономные вакуумные системы, которые могут быть смонтированы на ПН или в насосном отсеке и работают независимо от других агре гатов и систем ПА.
Основным элементом вакуумных систем являются вакуум-насосы. На отечественных и зарубежных ПА используются вакуумные насосы нескольких типов: газоструйные, поршневые, водокольцевые и шиберные. Для выбора типа вакуумного насоса представляется целесообразным обратиться к опыту их использования в практике пожарной охраны.
Газоструйные вакуум-насосы, представляющие собой газовые инжекторы, работают без механического привода. Перемещение жидкости в них осуществляется за счет энергии газа. Этот тип насосов нашел самое широкое применение как на отечественных ПА, так и на зарубежных -Германии, США, Чехии, Польши и других.
Как правило, газоструйные вакуум-насосы на ПА работают от энер-гии отработанных газов двигателя. К их преимуществам следует отнести простоту конструкции, постоянную готовность к работе, невысокую стоимость, невосприимчивость к загрязнению воды и низким температурам, а также отсутствие вращающихся деталей /18/.
Наибольшее распространение получил одноступенчатый газоструйный вакуум-аппарат (рис. 1.2.) /32,33/. Его устанавливают на распределительной камере с двусторонней заслонкой, которая в транспортном положении закрывает вход в эжектор, а при работе вакуумного устройства сообщает его с распределительной камерой, одновременно перекрывая выхлопной тракт. Система создает разрежение до 0,7 МПа и за 10-50 с (в зависимости от высоты всасывания) обеспечивают подачу воды в центробежный насос. Вакуумная система имеет вакуумный затвор ручного управления, который располагают на центробежном насосе и соединяют трубопроводом с камерой разрежения эжектора. В зависимости от условий заполнения центробежного насоса (при неподвижном или вращающемся рабочем колесе) вакуумный затвор соединяют с его напорной или всасывающей полостью. В отечественной практике вакуумный агрегат устанавливается перед штатным глушителем шасси, то есть в непосредственной близости от двигателя. За рубежом преобладает установка вакуумного агрегата в самом конце выхлопного тракта /16, 34/.
На отечественных ПА с дизельным двигателями КамАЗ-740 и ЯМЗ-236 в качестве струйного вакуум-насоса установлен двухступенчатый газовый эжектор УВГ (рис. 1.3) /32, 35, 36/. В его конструкцию входят: воздушное сопло 8, промежуточное сопло 3, диффузор 2, промежуточная камера, через воздушное сопло сообщающаяся с атмосферной. Эжектор работает при вращающемся рабочем колесе центробежного насоса, поэтому после заполнения насоса водой в нем создается давление, которое фиксируется манометром. Для выключения эжектора в распределительной камере открывают отверстие для выхода отработавших газов в атмосферу. Одновременно закрывают вакуумный затвор, после чего полость насоса и камера разрежения эжектора разобщаются.
Отличительной особенностью насоса является наличие в его промежуточной камере отверстия с поворотной крышкой, посредством которых регулируется противодавление.
Несомненным преимуществом двухступенчатого газового эжектора является его способность работать при низком избыточном давлении эжек-тирующего газа, а также охлаждением сопла и диффузора атмосферным воздухом.
Аналогичные насосы устанавливаются на ПА фирмы "Magirus». Недостатками газоструйных вакуум-насосов считаются: возникновение значительного противодавления в выхлопном тракте двигателя (до 0,22 МПа), а также большое количество отказов вследствие коррозии осей и деформации заслонок, расположенных в распределительной камере и постоянно подверженных тепловому и химическому воздействию отработавших газов. По данным /20,21,22/ отказы этих элементов появляются уже в первый год эксплуатации; заклинивание и разрушение заслонок (33%), прогорание и коробление самих заслонок (22%), прогорание и разрушение шпилек и гаек (10%). Следует также отметить еще один важный эксплуатационный недостаток газоструйных вакуум-насосов: увеличение выброса в окружающую среду токсичных газов. В результате противодавления, возникающего в выхлопном тракте двигателя, в последнем происходит неполное сжигание топлива, вследствие чего концентрация токсичных газов, выбрасываемых в атмосферу, возрастает на 10 % у карбюраторных двигателей и на 60% - у дизельных /29-31/. При ежедневной проверке на сухой вакуум при смене караулов в гаражах пожарных частей концентрация оксида углерода превышает предельно допустимые концентрации в десятки раз /24-28/.
Вакуум рическая высота всасывания пожарного насоса
В соответствии с (1.1) вакуумметрическая высота всасывания Нтк рассматривается как сумма геометрической высоты всасывания Нг, динамического напора и потерь напора. Последние, в свою очередь, определяются суммированием линейных потерь напора. Линейные потери напора ЛЪЛ определяются по известной зависимости Дарси-Вейсбаха /107/: где Я - коэффициент гидравлического трения. Количественное значение Я может быть определено по формуле Никурадзе/108/: где Д - в данном случае шероховатость всасывающей линии. Местные потери напора Дпм рассчитываются по зависимости: где - коэффициент местного сопротивления всасывающей сетки. Коэффициент местного сопротивления всасывающей сетки не установлен. В настоящее время единственным приемом его определения является эксперимент. В соответствии с приведенной зависимостью (2.12) где Н} и Нг- напоры перед сеткой и за сеткой, м; и - скорость движения жидкости по всасывающей рукавной линии, м-с 1. Показатели Н} и Н2 определяются экспериментально. Скорость движения жидкости устанавливается из технических требований по времени заполнения всасывающей рукавной линии, и тогда где L - длина всасывающей рукавной линии, м; г - требуемое время заполнения рукавной линии, с. Таким образом, для проведения дальнейших расчетов и исследований по определению коэффициента местного сопротивления всасывающих сеток необходимо изготовить специальный стенд.
Экспериментальному (модельному) испытанию насосов предшествует теоретический расчет его основных параметров. Для вакуумных систем пожарных насосов одним из основных параметров считается время заполнения системы. В действующей нормативно-технической документации /24, 101/ на пожарные автомобили и мотопомпы время заполнения всасывающего патрубка насосного агрегата является единственным критерием оценки технического уровня системы заполнения. Вместе с тем этот параметр относится к результирующему показателю, значение которого {как было показано в главе ]) зависит от рабочих характеристик самого насоса, технических условий эксплуатации, характеристик всасывающей рукавной линии и других. Упрощенно расчетную схему вакуумной системы можно представить состоящей из трех элементов (рис. 2.1): камеры 1, объемом V, трубопровода 2, вакуум насоса 3. Исходными данными для расчетов явились величина максимальной геометрической высоты всасывания и требования к скорости заполнения центробежного насоса водой, изложенные в имеющихся нормативных документах/24, 101/. Вакуумные системы пожарных автомобилей, как было сказано выше, относятся к низковакуумным. Для ориентировочных расчетов пропускной способности трубопроводов круглого сечения, при течении газа при низком вакууме, можно воспользоваться зависимостью /19/: Из формулы 2.16 видно, что пропускная способность трубопровода прямопропорциональна диаметру в четвертой степени и среднему давлению газа, обратно пропорциональна длине, пропорциональна скорости теплового движения молекул газа и зависит от его рода. Для воздуха при температуре 20 С и при давлении, выраженном в мм рт.ст. формула принимает вид; Приведенной формулой можно пользоваться с достаточной точностью при расчете трубопроводов вакуумных систем. Пропускная способность отверстий при низковакуумных режимах течения воздуха определяется следующей формулой /19/: где: А - площадь отверстия, см2. В случае круглого отверстия диаметром формула 2.19 приобретает следующий вид: р Если — 0,1, то с допустимой погрешностью можно полагать: "\ где dt - диаметр отверстия. Пропускная способность вакуумной системы определяется как сумма пропускных способностей отдельных ее элементов: и Uc = /Ul - при параллельном соединении элементов, 1 1 — = У при последовательном соединении элементов.
Стенды, методики испытаний и экспериментальные исследования макетных образцов
Экспериментальные зависимости S = f 0р), S = / (т) определялись для макетов различной величины. Предварительные исследования и проведенный анализ по определению оптимальной установки вакуумной системы на пожарном насосе показали, что наиболее рациональным решением является установка вакуум-насоса на качающейся оси (рис. 3.2, 3.3). Для проведения испытаний были изготовлен макетный образец, где шиберный вакуум-насос монтировался на пожарном насосе ПН-40УА. Доработка ПН-40УА заключалась в замене надставки корпуса насоса, корпуса привода тахометра и приводной муфты фланца, которую выполняют совместно с ведущим шкивом фрикционной передачи. Шиберный вакуум-насос шарнирно установливали на кронштейне корпуса привода тахометра, его шкив вводили в зацепление со шкивом, объединенным с приводной муфтой насоса ПН-40УА. При помощи пружины, которая имеется в гидрокамере, жестко закрепленной на корпусе привода тахометра, шкивы прижаты друг к другу. Всасывающая полость вакуум-насоса соединена резинотканевым рукавом с автоматическим вакуумным затвором, а последний - металлическим трубопроводом со всасывающей полостью ПН-40УА. При этом вакуумный затвор установлен на коллекторе ПН-40УА на своем штатном месте. Гидрокамера соединена с напорной полостью ПН-40УА двумя трубопроводами: одним через тройник, установленный на месте сливного краника, а другим - через штуцер, установленный на коллекторе в отверстии, предназначенном для присоединения линии дополнительного охлаждения двигателя ПА. При запуске насоса ПН-40УА шиберный вакуум-насос начинает вращаться и производит отсос воздуха из полости центробежного насоса через трубопроводы и вакуумный затвор. Выброс воздуха в атмосферу производится через обратный клапан и трубку, установленные на напорной полости вакуум-насоса. После заполнения насоса ПН-40УА водой, в его напорной полости появится избыточное давление, под действием которого гидрокамера приподнимет и выключит вакуум-насос, т.к. шкивы фрикционной передачи разомкнутся.
Одновременно закроется вакуумный затвор, в результате чего всасывающие полости вакуумного и центробежного насоса окажутся разобщенными. При остановке насоса или срыве напора из-за исчезновения избыточного давления в напорной полости центробежного насоса вся система займет первоначальное положение. Для проверки центробежного насоса на сухой вакуум служит лепестковый обратный клапан, установленный на напорной полости шиберного вакуум-насоса. Внешний вид макетного образца вакуумной системы на пожарном насосе ПН-40 УА (макет № 1) представлен на рис. 3.4. Конструкция и принцип работы макетного образца вакуумной системы насоса НЦС-15 (макет № 2) аналогичны приведенным выше. Внешний вид макетного образца № 2 представлен на рис. 3.5. Исследования макетных образцов проводили с целью определения характеристик вакуумных насосов. Кроме того, определялась работоспособность собственно самой автоматической системы включения и отключения вакуумного насоса. На основании полученных результатов в ходе проведения испытаний производили доработку и вносили изменения в конструкцию отдельных элементов системы. Испытания проводились на специально изготовленных стендах по разработанной программе и методике испытаний.
Подачу воздуха вакуумным насосом SH, измеренную при атмосферных условиях, приводили к условиям всасывания и номинальной частоте вращения по формуле: где поп.— рабочая частота вращения вала вакуум-насоса, об/мин; пном_ - номинальная частота вращения вала вакуум-насоса, об/мин. Величину разрежения на входе в насос Рн приводили к нормальному атмосферному давлению по формуле: Снятие характеристики начинали при разрежении на входе в вакуумный насос не более 0,5 м. С помощью дросселя, установленного на входе вакуумного насоса, разрежение увеличивали до максимальной величины, а затем уменьшали до минимальной величины через интервалы, обеспечивающие получение не менее пяти точек в каждом направлении. Испытания проводили до разрежения, превышающего на 10 % величину давления, соответствующего номинальной высоте всасывания. При проведении испытаний определяли также величину максимально создаваемого вакуум-насосом разрежения. Привод шиберного вакуум-насоса осуществлялся от вала пожарного насоса через фрикционную пару; привод вала пожарного насоса - от балан-сирной машины постоянного тока с бесступенчатым регулированием частоты вращения. Частота вращения вала основного насоса измерялась стендовым ферродинамическим тахометром ТСФУ-1, с ценой деления 10 об/мин. Разрежение на входе в вакуум-насос измерялось образцовым вакуумметром типа ВО.
Опытный образец автономной вакуумной системы водозаполнения
По результатам проведенных исследований и испытании макетного образца автономной вакуумной системы водозаполнения (ABC), общий вид которого приведен на рис. 4.3, был сконструирован опытный образец ABC.
ABC является законченным изделием, представляющим собой вакуумную систему водозаполнения насосной установки пожарной автоцистерны. Схема ABC представлена на рис. 4.4. Изделие включает: вакуумный агрегат 9, вакуумный клапан 4, трос управления вакуумным клапаном 2, блок датчиков 6, пульт (блок) управления 1 с электрокабелями, два гибких воздухопровода 3.
Вакуумный агрегат предназначен для создания необходимого при водозаполнения разрежения в полости ПН и всасывающих рукавов. Вакуумный клапан предназначен для автоматической отсечки (перекрывания) полости ПН от вакуумного агрегата при окончании водозапол-нения.
Блок датчиков предназначен для подачи сигналов в блок управления о завершении процесса водозаполнения или срыве напора ПН. Блок управления предназначен для обеспечения работы вакуумной системы в различных режимах (ручном и автоматическом).
Воздухопроводы предназначены для соединения полости ПН с вакуумным агрегатом и для направления выхлопа вакуумного агрегата за пределы насосного отсека автоцистерны.
Вакуумный агрегат (рис.4.5) состоит из вакуум-насоса 6 шиберного типа, несущего кронштейна и блока электропривода, включающего, электродвигатель 4, и тяговое реле 3, к которому присоединяются трос 1 управления вакуумным клапаном. Соединение ротора вакуумного насоса с валом электродвигателя осуществляется через втулочную муфту 5. Шиберный насос системы разработан в соответствии с параметрами, расчеты которых приведены в подразделе 3.3. Его конструкция (рис. 4.6) состоит из корпусной части, образованной корпусом 12, кронштейном 6 и крышкой 2, ротора 11 с четырьмя лопатками 20, установленного в корпусной части на двух шарикоподшипниках 8, системы смазки, включающей в себя масляный бачок 10, трубку 23 и регулировочный винт 14, и двух патрубков 16 и 21 для присоединения воздухопроводов. При вращении ротора 11 лопатки 20 под действием центробежных сил прижимаются к гильзе 13 и образуют таким образом замкнутые рабочие полости. Рабочие полости за счет вращения ротора перемещаются от всасывающего окна, сообщающегося с входным патрубком 16, к выхлопному окну, сообщающемуся с выходным патрубком 11. При прохождении через область всасывающего окна каждая рабочая полость захватывает порцию воздуха и перемещает ее к выхлопному окну, через которое воздух выбрасывается в атмосферу. всасывающего окна в рабочие полости и из рабочих полостей в выхлопное окно происходит за счет перепадов давлений, которые образуются из-за на личия эксцентриситета между ротором и гильзой, приводящего к сжатию (расширению) объема рабочих полостей.
Смазка трущихся поверхностей осуществляется маслом, которое попадает в его всасывающую полость из масляного бак 10 за счет разрежения, создаваемого самим шиберным насосом во входном патрубке 16. Расход масла регулируется винтом 14.
Опытный образец по своему принципиальному устройству и параметрам соответствует ранее проведенным техническим решениям и расчетам.
