автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Повышение работоспособности системы насосных установок пожарных автомобилей

МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РФ ВЫСШАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ПОЖАРНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ШКОЛА

На гтрярах рукописи

РГб од

: ; 1ч'

ЕГОРОВ ГРИГОРИЙ ИВАНОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СИСТЕМ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК ПОЖАРНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

Специальность 05.26.01 Охрана труда и пожарная безопасность

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1993

Работа выполнена в Высшей инженерной пожарно-техни-> ческой школе МВД РФ

Научный руководитель - доктор технических наук

профессор Безбородько М.Д.

Официальные оппоненты - д.т.н., профессор Коваленко В. Г.

к.т.н., доцент Макаров В.Е.

Ведущая организация - ВНИИПО МВД РФ

Защита состоится 199^г. ча-

, сов на заседании диссертационного совета Д 052.03.01 в Высшей инженерной пожарно-технической школе МВД РФ по I адресу: 129366, Москва, ул. Б.Галушкина, д.4, ауд. 503.

! С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

вигаш мвд рф.

Автореферат разослан 199^"ода

исх. № .

Отзыв на автореферат с заверенной подписью и печатью просим направить в ВИГОИ МВД РФ по указанному адресу.

Телефон для справок: 283-19-05

Ученый секретарь диссертационного совета

К«Т«Н«| с.н. с. Т.Г.Меркушкина

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В пожарной охране страны накоплен громадный опыт эксплуатации пожарных насосов (ПН), устанавливаемых на автоцистернах (АЦ) и автонасосах (АН) На протяжении многих лет во ВНДОПО, ВИГГШ, ОКБ "Пожарная машина" в г. Прилуки выполнялись исследования, позволившие непрерывно совершенствовать центробежный ПН. В результате этого к настоящему времени созданы насосы, характеризующиеся достаточно высокими рабочими параметрами и высоким коэффициентом полезного действия. Созданные ПН успешно эксплуатируются на всей территории страны. В эксплуатации, вследствие изнашивания рабочих поверхностей деталей насосов (например, деталей щелевых уплотнений), ухудшения работоспособности и низкой надежности газоструйных вакуумных аппаратов (ГСВА1 и других причин, изменяется ряд параметров насоса. ¡Так, в эксплуатации увеличиваются потери насоса вследствие:циркуляции воды через изнашивающиеся щелевые ушютнения йасо-са, ухудшается всасывающая способность ПН.| Это нередко приводит к срыву столба жидкости во всасывающей рукавной линии (ВРЛ) и необходимости повторных Заборов воды, что, естественно, нежелательно при тушении пожаров.1 Кроме, того, 'используемая на пожарном автомобиле (ПА) вакуумная система забора воды имеет два недостатка. Прежде всего, ее надежность в эксплуатации очень низка, ^роме того1 она требует ежедневной проверки на сухой вакуум. Это| сопряжено как с неоправданным расходом топлива; так й с загрязнением атмосферы в гаражах размещения ПА1 ! !

I Изложенное выше требовало путей совершенствования ПН с целью повышения их работоспособности й экономичности. | | : | | | , | '

Цель работы и задачи исследования. Целью настоящей работы является обоснование направлений! совершенствования

систем ПН для повышения его работоспособности.

Для реализации этой цели следовало решить ряд задач:

проанализировать результаты исследовательских работ и опыта эксплуатации ПН и определить возможные направления работы;

разработать методику исследования; исследовать особенности работы системы всасывания при низких температурах;

обосновать и экспериментально подтвердить целесообразность изменения системы заполнения водой EPJI;

доказать возможность замены щелевых радиальных уплотнений рабочего колеса ПН радиально-торцовыми из износостойких материалов.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые произведено обобщение и анализ причин, обусловливающих срыв столба жидкости в BPJI при пуске насоса в работу. Проведено обоснование и экспериментально проверена возможность замены вакуумной системы ПН системой ее заполнения водой под напором. Изготовлен образец закачивающей системы заполнения водой НРЛ, который опробо-/ ван на практике и признан изобретением.

В работе впервые исследовано влияние износа щелевых уплотнений на всасывающую способность ПН. Для обеспечения работоспособности насоса обоснована и опытным путем проверена система радиально-торцовых уплотнений рабочего колеса, выполненная из износостойкого неметаллического материала. Использование этих уплотнений предотвращает циркуляцию воды в насосе, которая достигала 13 л-с""* от подачи при применяющихся щелевых уплотнениях.

Практическая ценность работы. Разработанные в диссертации мероприятия по повышению надежности забора воды способствуют и увеличению срока службы всасывающих рука-1 вов. Предложенная система заполнения ВРЛ может быть ис-

пользована для откачки пролитой воды из помещений при тушении пожаров. Она может также использоваться для заполнения цистерн пожарных машин в случае подвоза воды для целей пожаротушения.

Замена вакуумной системы всасывания рекомендуемой системой позволяет экономить топливо. Использование такой системы позволяет полностью исключить загрязнение воздуха в гаражах, так как предлагаемая система является экологически чистой вследствие возможности замены ежедневных проверок на сухой вакуум контролем работоспособности и периодическим проведением опрессовок ПН.

Радиально-торцовые уплотнения предотвращают увеличение в процессе эксплуатации циркуляции жидкости внутри ПН через щелевые уплотнения. Таким образом, уменьшаются внутренние потери, сохраняется всасывающая способность насосу, предотвращается увеличение .осевой силы на рабочее колесо. |

Реализация на практике. Обоснованные в работе пути улучшения работоспособности ПН были проверены экспериментально. Они обсуждались в отделе пожарной и аварийно-спасательной техники СПАСР МВД РФ и на их оснбвании разработаны два технических задания для практической реализации. Эти задания приняты НПО "Электромеханика" для создания новых ПН, опытная партия которых изготовлена.

Апробация работы. Результаты работы обсуждались \ специалистами отдела пожарной и аварийно-спасательной техники СПАСР МВД РФ и представителями НПО "Электромеханика" с целью практической их реализации. Они докладывались также конструкторам НПО "Электромеханика" в г.Ми-ассе. Доклад о путях совершенствования ПН был сделан на областном совещании руководящего состава пожарной охраны Челябинской области и на заседании кафедр ВИТТОВ МВД РФ. ! ;

Публикации. По результатам исследования опубликова-

\ ' I

!: : 5 : ' !

ны статья и материалы по одному изобретению, по второй? заявке получено решение о признании изобретением.

Объем диссертации и структура. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературных источников, включающего перечень библиографических наименований и приложений. Материал диссертации изложен на 170 страницах машинописного текста, содержит 45рисунков, 12 таблиц, 4 приложений, 122 наименования использованной литературы.

На защиту выносятся:

результаты анализа работоспособности ПН, используемых в пожарной охране;

результаты аналитического исследования всасывающей способности ПН;

обоснование и результаты экспериментального исследования системы заполнения ВРЛ перед пуском ПН;

обоснование и результаты экспериментального исследования работоспособности радиально-торцовых уплотнений из износостойких материалов.

Содержание работы

В первой главе показано, что в стране при ликвидации крупных пожаров около 11,556 объектов не имеет противопожарного водоснабжения и, примерно, на 12$ объектов противопожарное водоснабжение оказывается неисправным либо не обеспечивает требуемый расход воды. В связи с этим нередко организуется подвоз воды, который, в среднем, применяется при тушении 4056 крупных пожаров. Однако более распространено тушение пожаров с установкой ПА на водоисточники. Так более 60^ крупных пожаров были потушены с установкой ПА на водоисточники. При этом следует отметить, что около ЗОЯ пожаров в сельской местности тушится с установкой пожарных АЦ на открытые водоисточники.

На основании изложенного можно утверждать, что важна безотказная работа ПН не только от водопроводной сети,

/

но и при заборе и подаче воды из искусственных и есест-венных водоисточников. Еместе с тем, как показал анализ эксплуатации ПА в Челябинской области, на их пожарное оборудование, также как и в других регионах страны, приходится наибольшее количество отказов. Из них 16,9% составляют отказы вакуумной системы, 14,8$ - отказы системы подачи воды, 12% - неисправности цистерны.

Проведенным анализом известных способов и систем заполнения ВРЛ и ПН установлено, что работы совершенствования систем забора воды пожарных машин ведутся постоянно как в нашей стране, так и за рубежом. Однако современные ПА, как правило, обеспечиваются вакуумными системами, основные отличия в которых составляют типы вакуумных насосов. Вместе с тем все применяющиеся в настоящее время системы забора воды в ПН не полностью соответствуют требованиям эксплуатации, особенно в неблагоприятных условиях тушения пожара.

Особое внимание уделялось исследованию эксплуатации наиболее широко применяемого з нашей стране вакуумного насоса - ГСВА. Рассмотрены причины быстрого выхода из строя деталей ГСВА и мероприятия по повышению его работоспособности. В частности, предложено неподвижные детали изготавливать полностью из такого термо- и коррозион-ностойкого материала как силицированный графит, а подвижные - экранировать этим материалом. Опытная эксплуатация подтвердила целесообразность проведения такого мероприятия.

Вместе с тем известно, что включенный ГСВА создает значительное противодавление в выхлопном коллекторе, что отрицательно влияет, в первую очередь, на работу дизельного двигателя. Однако, не менее значимыми недостатками ГСВА является то, что подавляющая часть их включений приходится на ежедневные проверки на сухой вакуум. Это во многом обусловливает выход из строя деталей ГСВА, сопровождается расходом топлива на максимальных оборотах

двигателя и сопровождается выбросом в зону гаража отработавших газов со значительным содержанием вредных веществ. Так, в карбюраторных двигателях содержание окиси углерода достигает 10... 12% при допустимой норме 1,5... 2,055, дымнооть дизелей достигает 6($ при норме не более 15^ при максимальной частоте вращения коленчатого вала.

Анализ применяющихся в настоящее время систем забора воды показал, что они недостаточно приспособлены для работы в условиях низких температур.

Большую часть территории России составляют регионы с устанавливающимися на продолжительное время низкими температурами. В Челябинской области продолжительность зимы составляет 4,5 месяца с достижением абсолютного минимума температуры -52°С. При этом в зимние месяцы происходит 25,556 пожаров, которыми причиняется 28,8% общегодового ущерба и погибает на пожарах 41,555 людей. Отсюда следует, что частость использования ПА в зимние месяцы достаточно велика и вопрос исследования работоспособности основных узлов оборудования в условиях низких температур является актуальным. Результаты исследований должны послужить для разработки мероприятий по повышению работоспособности насосов.

Во второй главе указаны наиболее характерные факторы, определяющие возможность осуществления забора и подачи воды. На основании экспериментальных данных определены вероятности забора и подачи воды в напорную линию ПА с ГСВА в летних условиях и зимой при температуре наружного воздуха -30...-35°С. Полученные результаты представлены на рис.1. Из них следует, что с увеличением высоты всасывания вероятность забора и подачи вода уменьшается. Однако, наиболее низкая она в условиях низких температур.

Для выявления причин уменьшения вероятности забора и подачи воды в условиях низких температур проводились

Рис. 1. Вероятность заоора воды вакуумной системой и подачи ее в напорную линию: I - в датняи период; 2 - в зимьий период, (щт. Ь = -Э0...-35°с] с цсАхиткои. Ш ся посторонней. емкости.; о-в зимнии шриод (при ^ = -30.. .-35°с) традиционным способом

эксперименты по определению времени замерзания остатков воды в узлах ПН. Исследованиями установлено, что вероятг-ность замерзания воды в вакуумном клапане (ВК) при открытой дверке насосного отсека ПА с задним расположением ПН достигает своего максимального значения на 14-ой минуте. Вероятность же замерзания остатков воды в трубопроводе, соединяющем ВК с ГСВА, достигает своего максимального значения на 10-ой минуте. Основными мероприятиями по удалению остатков воды из трубопровода являются его наклонная пространственная ориентация и возможность продувки в зимних условиях после осуществления забора воды работающим ГСВА при соответствующем переключении ВК. Однако в реальных условиях тушения пожара эта операция нередко либо не выполняется, либо не всегда оказывается эффективной. Следует заметить, что в трубопроводе и в ВК при нахождении ПА в гараже могут находиться остатки воды, как ранее закачиваемой, так и конденсатной. При выезде такого автомобиля на пожар при среднем времени движения 10...15 минут он прибывает к месту вызова нередко с неработоспособной вакуумной системой.

Вместе с тем, в условиях низких температур ухудшаются элластичные свойства резиновых уплотнений, что приводит к повышенным трудностям при создании разрежения в ПН из-за возрастания притока воздуха через уплотнения. С понижением температуры вязкость воздуха уменьшается, вследствие чего возрастает его проникающая способность через уплотнения. Экспериментами установлено, что скорость падения разрежения в ПН и ВРЛ после движения ПА при температуре наружного воздуха -35°С возрастает до 20% по сравнению с гаражными условиями.

Следует иметь в виду, что разрежение не только повышает температуру плавления льда, но и увеличивает силу сцепления между его частицами. Это приводит к усилению ледообразования и росту числа отказов в работе вакуумной системы.

На подачу воды от ПН в напорную линию существенное влияние оказывает нестационарность течения жидкости в БРЛ при открывании напорной задвижки. Конструкция напорных задвижек большинства ПН такова, что они открываются при вывинчивании штока напором жидкости, создаваемым в насосных установках. Резкое открывание напорной задвижки нередко приводит к срыву потока. Установлено, что при открывании напорной задвижки при большой высоте всасывания, в зависимости от состояния ВРЛ, и обратного клапана всасывающей сетки, время открывания обратного клапана отстает от времени открытия напорной задвижки и может достигать значений 0,8...1,0 с. При величинах разности времени открытия более I с, как правило, воду насосом подать было нельзя.

Предотвратить отказ в подаче воды удавалось подпиткой ее из штатной цистерны до выхода ПН на выбранный режим. На рисЛ линией 2 представлена вероятность забора и подачи воды в напорную линию от ПН в условиях низких температур с применением подпитки.!

Теоретический анализ причин обрыва столба воды при открывании напорной задвижки позволил' обосновать влияние инерционных потерь напора Ьм и времени открытия обратного клапана всасывающей сетки при различных высотах всасывания насоса ПА. Возможность подачи воды зависит при этом от времени открывания напорной задвижки.

Вместе с тем при пуске воды в рукавные линии в на-, чальный момент времени значительные потери напора происходят во всасывающей сетке, так как сопротивление ее обратного клапана при открытии изменяется в широких пределах. За время полного открытия обратного клапана нередко нарушается баланс масс отводимой от ПН воды и подводимой. В интегральной форме уравнение баланса масс выглядит следующим образом: г

где £ - плотность жидкости, кг-м^

С - время, с;

& - скорость течения жидкости, м»с-*;

Л - массовый расход жидкости источников-стоков, расположенных в рассматриваемом объеме приходящийся на единицу объема, кг-с" • м

При выбросе, наблюдаемом во время экспериментов, запозданием поступления в систецу определенного количества воды для выполнения условия баланса масс до притока требуемого количества жидкости должна изменяться плотность перекачиваемого вещества. Но так как вода при механическом воздействии на нее практически не изменяет свою плотность, то изменения приобретает скорость потока, в результате чего столб жидкости, по-видимому, подвергается значительным волнообразным возмущениям, в потоке жидкости возникает пульсация давления. Это может приводить к местному понижению давления на входе в насос о возникновением в нем кавитации.

Наиболее целесообразным мероприятием для предотвращения описанного явления может быть также подпитка ПН до выхода его на определенный режим. Известными вакуумными системами невозможно обеспечить такую подпитку. Нецелесообразно и размещение в пожарной надстройке ПА специальных емкостей для хранения для этой цели запаса воды. Наиболее приемлемым может быть предусмотрение системы забора воды, не использующей вакуума, подобной системе мотопомпы МП-13, у которой устройством для заполнения БРЛ и основного насоса является дополнительный водокольцевой насос, установленный во всасывающей сетке и приводимый в действие через гибкий вал, проложенный в центре ВРЛ. Такая система позволяет не только осуществлять подпитку до вывода на рабочий режим основного насоса, но и лишена всех недостатков, присущих системам забора воды с исполь-

зованием вакуума. Однако, привод дополнительного насоса через гибкий вал сложен, требует постоянного обслуживания при эксплуатации. В условиях низких температур возможно обледенение гибкого вала, приводящее к отказу в работе.

В третьей главе для предварительного заполнения водой ПН и ВРЛ при заборе воды из открытого водоисточника предложена система с автономным приводом. Такая система наиболее рациональна при использовании электропривода дополнительного насоса заполнения с питанием от бортовой электросети ПА. Для системы забора воды ПН такая система является новой, и ее новизна подтверждается авторским свидетельством на изобретение # 1618427.

Система имеет дополнительный насос, который установлен снаружи всасывающей сетки ПН и связан с ВРЛ посредством трубопровода с установленным в нем обратит клапаном. Трубопровод дополнительного насоса присоединен выше обратного клапана всасывающей сетки. Дополнительный насос имеет электрический привод, подключенный к бортовой электросети ПА. При этом система имеет датчик давления, установленный на напорном коллекторе ПН. Система заполняет ПН подачей воды под напором. Поэтому целесообразнее говорить не о высоте всасывания, а о высоте наполнения. Произведенным анализом и вычислениями определены основные параметры дополнительного насоса и электропривода в зависимости от времени заполнения ПН и ВРЛ.

Были созданы 2 макетных образца насосов с рлек|гро-приводами. По величине мощности электродвигателя обозначили их: образец "600" и образец "300". р

Основные параметры насосов и электропривода представлены в табл. I. ' ! 1

I I г

п/п Наименование показателя Образец -600я Образец "300"

I 2 3 4

I. Центробежный насос

1.1. Напор, м»вод.ст. 10 5

1.2. Подача, м3- с-* 5 Ю~3 3,33 -ИГ3

1.3. Пасса, кг:

серийного узла 5 3

достигаемая доработкой 3 2,5

2. Электродвигатель

2.1. Марка СТ-355 МВП-2

2.2. Максимальная мощность,Вт 600 300

2.3. Напряжение питания, В 12 27

2.4. Масса, кг:

серийного узла 4,5 9

достигаемая доработкой 3,5 7

Экспериментально было установлено, что испытуемые системы оказались работоспособны при положительных и отрицательных температурах окружающего воздуха. Время подготовки к работе практически не изменялось. Однако, в опытных образцах масса переносимого оборудования увеличилась на 14%.

Полученные результаты по определению продолжительности забора воды с помощью ГСВА, а также с образцами насосов заполнения "300" и "600" представлены на рис. 2.

Анализ энергетического обеспечения работы системы под необходимой нагрузкой за время до 30 с при подключении ее к бортовой электросети базовых шасси ПА показал, что наиболее мощный потребитель - образец "600" при напряжении питания 12 В потребляет из сети энергию с максимальным током 135 А. Причем, при оборотах двигателя,

Рис. 2. Результаты испытаний по определению времени заполнения ПН-40УА и ВРЛ диаметром 125 мм длиной 8 м в зависимости высоты расположения оси насосной установки: I - ГСВА; 2 - образцом "600"; 3 - образцом "300" \

I

/

близких к максимальным, ток силой от 40 до 85 А потребляется от генератора бортовой электросети. Установлено, что заряд наименее энергоемких аккумуляторных батарей АД (6СТ-90) при обеспечении их подзарядки генераторами Г-250 и Г-287 востанааливается от 30 до 90 с. При этом следует отметить, что генераторы современных базовых шас*> си ПА с напряжением в электросети 24 В не только полностью обеспечивают питание привода насоса заполнения, но одновременно осуществляют и подзарядку аккумуляторных батарей. Таким образом, бортовая электросеть современных базовых шасси с напряжением питания 24 В может обеспечивать продолжительную работу привода насоса заполнения. Это может быть важным в случае применения этого устройства для уборки излишне пролитой воды при тушении пожаров внутри зданий или при заполнении цистерн, обеспечивающих подвоз воды для целей пожаротушения. При этом напряжение питания электропривода безопасно для жизни человека.

Установлено, что масса насоса заполнения с электроприводом зависит от требуемого времени заполнения ПН и ВРЛ и выражается следующей зависимостью:

где 'С* - необходимое время заполнения ПН и ВРЛ при высоте расположения насоса 7<л^над7урошдм^ды в водоеме^"с;

К«,К*- коэффициенты (К«=1 кг; К»=1 с"*)

Эксперименты с использованием насоса заполнения с электроприводом показали, что 60^ всасывающих пожарных рукавов, выбракованных по признаку недостаточной герметичности в соответствии с существующей методикой, оказались работоспособными при применении указанного агрегата.

Оценка экономической эффективности от внедрения системы показала, что в эксплуатации при замене ежедневной

проверки на сухой вакуум проверкой работоспособности системы без работы двигателя внутреннего сгорания на 10000 ПА экономится 73 тонны бензина в год. При этом достигается и социальный эффект, так как исключается загрязнение рабочей зоны гаража отработавшими газами, поступающими из ГСВА при его работе.

В четвертой главе исследована всасывающая способность ПН-40УА при зазорах в щелевых уплотнениях 0,3 мм и 1,0 мм. Эксперименты показали, что при высоте всасывания ПН более 4 м и при превышении расхода воды более 7 л-с-^ наиболее часто возникают отказы в подаче воды из-за обрыва потока. При установлении причины возникновения этого явления применялся специальный зонд для исследования влияния циркулирующего через передние щелевые уплотнения потока жидкости на поток всасываемой воды в зоне входа в рабочее колесо. Известно, что это? поток в |ПН встречается с потоком всасываемой воды перед рабочим колесом под углом, близким к прдаому. Поэтому зонд имел два отверстия, расположенные под углом 90! Каждое отверстие служило для замера соответственно полного напора всасываемой воды и полного напора утечек через щеле(вые уплотнения. Проведением ряда измерений было показано следующее: перемещая зонд в направлении утечек через щелевые уплотнения при входе в рабочее колесо была найдена точка, в которой полные напоры становились равны меовду собой. Эта точка принималась граничной для "живого"! сечения потока всасываемой жидкости на входе в рабочее колесо ПН. Если сечение-потока при зазоре в передних щелевых уплотнениях 0,3 мм составляет 100%, то при зазоре, равном 1,0 мм, "живое" сечение уменьшится по площади до 60%. Вследствие этого возрастет скорость воды перед входом в насос, отчего максимально допустимая высота всасывания ПН снизится согласно:

н

I И«*С.

где

Ра

Рп

\-jfS ■ £9

атмосферное давление, Па;

давление паров жидкости, Па; р - плотность воды, кг»м-^;

а - ускорение свободного падения,м-с' 2л - сумма гидравлических сопротив лений ВРЛ, м;

скорость движения воды перед входом в насос, м с ; - падение динамического напора,

«2

м

Подсчет потерь напора вследствие сужения "живого" сечения потока при входе в рабочее колесо ПН циркулирующим через передние щелевые уплотнения потоком и местного возрастания скорости движения воды на входе показал, что при увеличении зазора с 0,3 мм до 1,0 мм они возрастают с 0,54 м до 1,07 м при номинальной подаче.

По принятой методике определения технического состояния ПН величина щелевого зазора 1,0 мм может приводить к уменьшению напора до 15%, и насос пригоден к эксплуатации. Однако, всасывающая способность его даже при небольших расходах воды снижается более, чем на 30%.

Анализ отказов ПН-40У, проведенный в отряде технической службы ПАСС УВД Челябинской области показал, что наиболее часто выходят из строя вращающиеся и сопрягаемые с ними детали: сальники (27,65?), щелевые уплотнения (20,756), рабочее колесо с узлом крепления (17,3$), вал (10,3%), подшипники (10,3%). Основными причинами быстрого изнашивания этих деталей являются: переменные режимы работы ПН, консольное крепление вала рабочего колеса, материал и величина зазора щелевых уплотнений, значительная длина привода (для ПА с задним расположением насосной установки) и т.п.

Для уменьшения осевой силы из-за перетоков жидкости

через щелевые уплотнения, а также повышения всасывающей способности насосной установки необходимо зазор в уплотнениях выполнять минимально возможным с восприятием осевой силы упорным подшипником. Минимально возможного зазора в уплотнениях рабочего колеса можно достичь с использованием износостойких самосмазывающихся материалов. Одним из таких материалов является силицированный графит. Это эрозионно- и коррозионностойкий материал, состоящий из карбида кремния, углерода и небольших количеств примесей, сочетающий в себе уникальные свойства карбида кремния и графита. Из силицированного графита изготовляют уплотнительные кольца насосов и погружных электродвигателей самого широкого профиля, в том числе, перекачивающих агрессивные и эрозионные жидкости, пары трения в осевых и радиальных подшипниках и т.п. Свойства силицированного графита достаточно широко огтробированы в технике и представляли интерес для применения его в качестве деталей уплотнений рабочего колеса ПН. По нашему заказу на Челябинском электродном заводе были изготовлены кольца из силицированного графита радиальноторцового типа., Радиальный зазор в уплотнениях не превышал 0,15 мм. При разборке ПН после опытной эксплуатации более 100 часов работы в реальных условиях изменений в размерах колец не наблюдалось.

В настоящее время коллективом конструкторов НПО "Электромеханика" совместно с нами проводятся ОКР по созданию запатентованной нами конструкции с рабочим колесом, вращающимся в беззазорных радиально-торцовых уплотнениях-подшипниках из силицированного графита (рис. 3). При этом крепление вала рабочего колеса становится не консольным, и вал передает только крутящий момент, не подвергаясь действию изгибающего момента. Отпадает технологическая трудность центрирования установки подшипников и уплотнений. Достаточно центрирование только установки уплотнений-подшипников. Одновременно, почти в 2; раза уменьшается

/

Рис. 3. Конструкция ПН с контактными радиально-торцовыми уплотнениями-подшипниками: I - крышка; 2 - уплотнения-подшипники; 3 - уплотнения крышки; 4 - рабочее колесо; 5 - корпус; б - вал; 7 - уплотнения вала; 8 - разгрузочный трубопровод

осевой размер Ш.

Также совместно с нами проводится работа по нанесению полимерних материалов на внутренние поверхности ПН для защиты металла от коррозии и повышении коэффициента полезного действия насосной установки.

вывода

1. Во многих регионах России и особенно в сельской местности забор воды из открытых водоисточников производится заполнением системы всасывания ПН с помощью РСВА. В городах с развитой водопроводной сетью ГСВА используются мало.

ГСВА обладают хорошими техническими показателями, обеспечивая забор воды из глубины до 7,5 м в течение 30с. Вместе с тем они характеризуются низкой надежностью, при юс работе и ежедневной проверке расходуется много топлива. При этом загрязняется атмосфера гаражей большими количествами окиси углерода. Ее содержание в отработавших газах при измерении достигает 10...12%. Кроме того, забор воды с больших глубин, особенно зимой, часто сопровождается отказами в работе системы. Это потребовало разработки новых систем забора воды. ,

2. Обоснованный в .работе метод, заполнения ВРЛ и ПН

с помощью закачивающего дополнительного нясоса с¡электроприводом, установленными на всасывающей сетке, обеспечивает заполнение системы за 30 с, потребляя мощность около 0,5 кВт. При этом снижается расход топлива и Обусловленное им загрязнение помещений гаража, а также увеличиг вается ресурс двигателя. Предложенная система запрпцена авторским свидетельством на изобретение. • , |

3. Система из дополнительного насоса с электроприводом может применяться в качестве водооткачивающего насоса из помещений при тушении в них пожаров, когДа забор воды производится от АД или водопровода. Возможно также использование агрегата из резервного ПА.

4. Аналитически и экспериментально было установлено, что при открывании напорной задвижки из-за инерционных потерь напора и пульсации давления уменьшается напор на входе в рабочее колесо, что часто приводит к снижению надежности подачи воды из-за срыва потока в ВРЛ, особен"-, но в зимних условиях. Это явление можно предотвратить испрльзуя подпитку ПН работой дополнительного насоса с электроприводом до выхода ПН на рабочий режим.

5. Известно, что щелевые уплотнения изнашиваются. При этом уменьшается подача воды вследствие усиления ее циркуляции в насосе. Увеличение щели от 0,3 мм до 1,0 мм приводит к потере напора на 14...15$, уменьшению подачи на 13 л-с"*, увеличению расхода топлива на 5...6/5. Кроме того, было установлено, что циркулирующий поток воды под значительным напором фактически уменьшает "живое" сечение потока всасываемой насосом жидкости. Это ухудшает условия всасывания воды.

6. В работе предложено вместо щелевых уплотнений применять радиально-торцовые уплотнения из неметаллических материалов. Эти уплотнения воспринимают осевые усилия, возникающие в центробежных насосах.

Опытный образец такого уплотнения был выполнен из оилицированного графита и отработал более 100 часов без видимых следов износа поверхностей уплотнений.

Конструкция ПН с применением материалов с низкой износостойкостью признана изобретением и в настоящее время используется при разработке опытного образца насосов для ПА.

Веледетвие указанного технического решения становится возможным достижение общего коэффициента полезного действия насоса - 0,77 (при гидравлическом коэффициенте 0,88; объемном - 0,96; механическом - 0,91). Работоспособность уплотнений из силицированного графита обеспечиг вается технологическими мероприятиями. На рабочих поверхностях уплотнений контактного типа предусматриваются ка-

навки для пропуска воды в количестве 4 г с Это позво-» ляет трансформировать уплотнения рабочего колеса в уплотнения-подшипники скольжения. Технические задания на ПН тако* конструкции предусматривают ресурс до первого капитального ремонта не менее 1500 часов при сроке службы до списания 10 лет.

В настоящее время на испытания в Челябинский гарнизон пожарной охраны поступает образец ПН-40УВ, имеющи! уплотнения конструкторов НПО "Электромеханика" с учетом соответствующих расчетов и технологичности. Также готовится к испытаниям опытная партия из 10 комбинированных насосов НЦПК-40/100-4/400 с уплотнениями рабочих колес из силици-рованного графита.

Применение подшипников-уплотнений из силицированного графита может позволить й значительной степени1 изменить условия работы колеса, уменьшить зазоры между ним ä корпусом, а также свести к минимуму циркуляцию жидкости1 и способствовать уменьшению размеров насоса в осевом ^¡вправлении .

Естественно, что этот вопрос требует специальной проработки, выходящей за пределы настоящего исследования.

Основное содержание Диссертации опубликовано в )эабо-тах: | j :

1. A.C. I6I8427 СССР! А 62 С 25/00. Система заполнения водой пожарного насоса и всасывающей рукавной линии пожарного автомобиля / Егоров Г.И., Ильясов P.M., TriiroB H.B. // Открытия. Изобретения. - 1991. - №1. - с.29.,

2. О некоторых возможностях совершенствования пожарных насосов / Безбородько! М.Д., Егоров Г.И., Закиров' к.?.// Пожарная безопасность, информатика и техника. 2(6), 1993. -с. 65-66. 1 I I

Соискатель

¿¿Zjf Г.И.Егоров

Ротапринт ВИПТШ МВД РФ. Тир. экз. Зак.й

[