УДК 614.846

Пожарные насосы: технический аспект, основные виды, принцип действия

Аксенов Сергей Геннадьевич – доктор экономических наук, профессор Уфимского университета науки и технологий

Рафиков Артём Флоридович – студент Уфимского университета науки и технологий

Мирзоходжаев Далер Хуршедович – студент Уфимского университета науки и технологий

Аннотация: В этой статье рассматриваются основы пожарных насосов, основное внимание уделяется их истории, функциональным принципам и практическому применению в противопожарном оборудовании. В тексте подчеркивается различие между динамическими и объемными насосами, обсуждаются их соответствующие подкатегории и реализации.

Ключевые слова: пожарная безопасность, пожарные насосы, виды пожарных насосов.

Пожарные насосы являются важной составляющей в защите людей и имущества, эффективно распределяя воду и огнетушащие вещества на месте пожара. Они бывают различных видов, каждый из которых по своему эффективен в зависимости от поставленных задач.

 

Рисунок 1. Пожарный насос.

Гидравлические насосы создают потоки жидкости для специализированных систем, таких как водяные завесы, которые предотвращают распространение огня.

Пожарный насос является важнейшим инструментом, который подает воду и огнетушащие вещества для борьбы с пожарами. Эти насосы широко используются в различном противопожарном оборудовании, таком как пожарные автоцистерны, мотопомпы, насосные станции и другие подобные устройства, обеспечивая подачу необходимых жидкостей для эффективного тушения пожаров.

Насосный агрегат, представляющий собой пожарный насос, включает в себя необходимые компоненты для операций пожаротушения, включая функции всасывания, впрыска, нагнетания, а также задачи по смешиванию и дозированию пенообразователей.

Они происходят из древности, жидкостные двигатели появились еще до нашей эры, упоминания о них относятся к третьему веку до нашей эры. Самый ранний известный пожарный насос, созданный около 2400 лет назад, был разработан древнегреческим инженером Ктесибием из Александрии – учеником Герона. Его изобретение включало в себя два деревянных цилиндра, выпускной и всасывающий клапаны, а также выравнивающий воздушный колпачок – все компоненты, которые до сих пор присутствуют в современных поршневых насосах.

В пожарных автомобилях различные типы насосов обеспечивают подачу средств пожаротушения, поддерживают вакуумные системы и управляют гидравлическим управлением.

Рисунок 2. Виды насосов.

Обычные напорные насосы могут быть классифицированы как одноступенчатые или многоступенчатые агрегаты, способные подавать воду и огнетушащие вещества при давлении до 1,6 мегапаскалей. Эти насосы предназначены для эффективной работы, обеспечивая необходимое давление для тушения пожаров и обеспечения надлежащего функционирования противопожарного оборудования.

Комбинированные насосы состоят из обычных насосов и насосов высокого давления, которые последовательно соединены между собой и имеют общую движущую силу для эффективной работы.

Насосы, оснащенные механизированным приводом, функционируют посредством двух основных процессов: всасывания, при котором жидкость всасывается, и подачи жидкости, при которой жидкость подается. Эффективность любого насоса, независимо от его типа, определяется такими факторами, как объем подаваемой жидкости, создаваемое давление, высота всасывания и коэффициент полезного действия. Эти параметры в совокупности определяют производительность и надежность насоса.

Насосы классифицируются на основе множества критериев, включая принципы, регулирующие их работу, конструкцию, предполагаемое назначение, конкретные отрасли, которые они обслуживают, а также характеристики подачи и давления.

Пожарные насосы в первую очередь классифицируются на основе фундаментальных принципов, регулирующих их работу, что приводит к их разделению на две основные категории: динамические насосы и объемные насосы.

Первый тип насосов использует гидродинамические силы для транспортировки жидкости внутри камер, которые представляют собой открытые объемы, непрерывно взаимодействующие с притоком и оттоком жидкости из насоса. Этот процесс основан на принципах гидродинамики для создания потока, который продвигает жидкость через насосную систему. Используя гидродинамические силы, эти насосы могут эффективно перекачивать жидкости из одной точки в другую, что делает их пригодными для различных применений, где требуется непрерывный поток.

Насосы второго типа работают за счет циклического изменения объема камеры для перекачки жидкости. Этот механизм включает циклическое изменение объема камеры, что приводит к периодическому взаимодействию с впуском и выпуском насоса. Изменяя объем камеры, эти насосы создают перепады давления, которые проталкивают жидкость через систему. Этот циклический процесс позволяет насосу эффективно всасывать и вытеснять жидкость, обеспечивая контролируемый и постоянный расход.

Динамические насосы включают лопастные насосы и насосы, использующие трение и инерцию.

Лопастные насосы оснащены вращающимися лопастями, которые сообщают жидкости скорость, в то время как фрикционные и инерционные насосы полагаются на внутреннее трение и массовое ускорение для продвижения жидкости вперед.

Фрикционные и инерционные насосы используют силы трения и инерции для перемещения жидкости. В эту категорию входят такие насосы, как дисковые насосы, вихревые насосы, червячные насосы и насосы без деталей (не считая клапанов). В этом классе выделяются насосы без частей, включая струйные насосы, гидравлические толкатели, вытеснители и эрлифты.

Классификация объемных насосов охватывает множество типов насосов, начиная от возвратно-поступательных, таких как поршневые, плунжерные и диафрагменные насосы, и заканчивая роторными насосами, такими как зубчатые, пластинчатые, винтовые и другие подобные варианты.

Конструкции насосов отличаются значительным разнообразием, однако в устройствах пожаротушения используются лишь несколько избранных насосов из каждой категории. Следовательно, нет необходимости во всеобъемлющей классификации, основанной на других критериях. В противопожарном оборудовании чаще всего используются: центробежные, струйные, шестерёночные, шиберные, шиберно-роликовые, водокольцевые, поршневые, плунжерные и диафрагменные насосы.

В центробежном пожарным несоосном агрегате есть корпус спиральной формы, в котором расположено рабочее колесо с лопастями. При прокручивании крыльчатки жидкость, которая движется в корпус в осевом направлении, закручивается лопастями и выталкивается через напорное сопло насоса из-за центробежной силы. Эти насосы несложны по конструкции, подвергаются минимальному износу, поскольку имеют мало фрикционных деталей, и могут перекачивать умеренно загрязненные жидкости. Они не требуют технического обслуживания и могут функционировать даже при закрытом напорном трубопроводе, работая независимо.

Струйный насос собран из сопла, диффузора и камеры. Рабочая жидкость подается к соплу. Выходя из сопла жидкость с избытком кинетической энергии достигает наибольших значений скорости. Увеличение расхода рабочей жидкости провоцирует снижение давления внутри форсунки и камеры ниже атмосферного. Выбрасываемая жидкость идёт в камеру под воздействием атмосферного давления и выходит оттуда струей рабочей жидкости в диффузор, где скорость потока уменьшается, а давление увеличивается. Благодаря этому осуществляется выпуск жидкостей на определенное расстояние.

Шестеренный насос выполнен из корпуса, внутри которого, открытого с обоих концов, находится набор зубчатых колес с наименьшим зазором на концах. При вращении этих шестерен их зубья входят в зацепление с жидкостью, двигая ее со стороны всасывания на сторону нагнетания. Эти насосы отличаются простой конструкцией и им не нужна предварительная заправка перекачиваемой жидкостью. Однако они демонстрируют значительные внутренние потери из-за трущихся компонентов, повышенного износа, требуют послерабочей смазки механизмов, непригодны для использования с загрязненными жидкостями и потребляют значительное количество металла.

Шиберные и шиберно-роликовые насосы состоят из ротор расположенного не по центру внутри цилиндрического корпуса, а пластины или ролики свободно размещены в его пазах. При вращении ротора центробежные силы прижимают пластины (или ролики) к внутренней поверхности корпуса, позволяя им улавливать жидкость в зоне всасывания и перемещать ее в секцию нагнетания. Минимальное пространство между корпусом и ротором предотвращает обратное вытекание жидкости.

Водокольцевой насос выполнен из ротора, как в шиберном насосе, расположенного не по центру корпуса и имеющего прочно прикрепленные к нему радиальные лопасти. Одна торцевая крышка корпуса содержит всасывающую и нагнетательную камеры. Корпус насоса изначально заполняется водой. По мере прокручивания ротора вода выталкивается к периферии корпуса, создавая равномерное водяное кольцо. В результате образуется замкнутое пространство между ротором и кольцом из воды. Следовательно, при вращении ротора он попеременно увеличивает и уменьшает рабочее пространство между своими лопастями, облегчая всасывание и выпуск жидкостей.

Поршневой насос состоит из рабочей камеры, содержащей всасывающий и нагнетательный клапаны, а также цилиндра с поршнем, который совершает возвратно-поступательное движение. Когда поршень движется в одном направлении, он создает вакуум, позволяя жидкости втягиваться в камеру через открытый всасывающий клапан. Когда поршень меняет направление, выпускной клапан открывается, и жидкость выталкивается из камеры, что приводит к доставке жидкости в нужное место назначения. Этот простой, но эффективный механизм позволяет поршневым насосам обеспечивать последовательную и надежную перекачку жидкости, что делает их широко используемым и универсальным инструментом.

Диафрагменные насосы функционируют на основе механизма, аналогичного поршневым насосам, при этом традиционный поршень заменен гибкой мембраной. Эта инновационная конструкция позволяет мембранным насосам создавать низкое давление, обеспечивая при этом точную и контролируемую подачу точно отмеренных количеств жидкостей или веществ. Благодаря использованию гибкой мембраны, которая перемещается взад и вперед внутри насосной камеры, эти насосы эффективно вытесняют желаемый объем жидкости или газа с точностью и надежностью.

Таким образом, пожарные насосы важными инструментами для защиты жизней и имущества, так как они распределяют воду и огнетушащие вещества во время пожара. Эти насосы, доступные в различных типах, эффективно выполняют определенные функции в зависимости от решаемых задач. Понимание классификации насосов, основанной на принципах работы, нужно, чтобы выбрать нужный тип.

Список литературы

1. Аксенов С.Г., Корнеев В.С., Синагатуллин Ф.К., Пермяков А.В. Анализ обеспечения пожарной безопасности в резервуарном парке // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. 2023. № 1. С. 31-47.
2. Аксенов С.Г., Михайлова М.Ю. К вопросу обеспечения в жилых помещениях системы пожарной безопасности // Экономика строительства. 2023. № 5. С. 90-92.
3. Пожарные насосы [Электронный ресурс] URL: https://clck.ru/38ygYE (Дата обращения 22.02.2024).
4. Пожарные насосы и мотопомпы [Электронный ресурс] URL: https://clck.ru/38ygaH (Дата обращения 22.02.2024).
5. Пожарные насосы [Электронный ресурс] URL: https://clck.ru/38ygat (Дата обращения 22.02.2024).