Работа насоса сопровождается действием осевых усилий. Это приводит к увеличению нагрузки на подшипники, уменьшению их долговечности, возможности смещения колеса насоса к крышке насоса и даже их касания. Обычно, при конструировании насосов стремятся уменьшить эти силы с помощью разгрузочных отверстий во втулке колеса, что уменьшает коэффициент полезного действия насоса.

В ряде случаев на валах насоса применяют радиально-упорные подшипники.

На некоторых режимах работы в центробежных насосах возможна кавитация, ее возникновение предотвращается конструктивными мерами. Наиболее важными из них являются следующие: ограничение высоты всасывания; высокая степень герметизации всасываемого тракта; рациональные формы колеса и корпуса; выбор кавитационностойких материалов.

На пожарных автомобилях используются центробежные одноступенчатые консольные насосы. Максимальная геометрическая высота всасывания 7 м, число рабочих колес — одно. Обозначение насосов ПН-ЗОК, ПН-40У, где ПН — пожарный насос; 30 или 40 — подача в л/с; К — консольный; У — унифицированный.

Некоторые насосы имеют обозначение ПН-30КФ, где буква «Ф» указывает, что этот насос форсированный. На нем установлено колесо большего диаметра, чем на основной модели.

Насосы могут иметь и обозначение ПН-40УА, где буква «А» указывает на непринципиальные конструктивные особенности.

Все пожарные насосы создают напор 100 м вод. ст. и рассчитаны на максимальную геометрическую высоту всасывания 7 м.

Различаются они по значению подачи. Лучшими характеристиками обладает насос Г1Н-40УА. Этот насос легче других насосов по массе, потребляет меньшую мощность, чем, например, насос ПН-40К с такой же подачей. Насос ПН-40УА является наиболее совершенным в настоящее время. Тщательно отработанная конструкция колеса и корпуса обеспечивает минимальные потери в этом насосе. Его коэффициент полезного действия превышает 0,58.

Пожарный насоо ПН-40УА устанавливается на всех современных пожарных автоцистернах и насосах, создаваемых на шасси ЗИЛ-130, ЗИЛ-131, ГАЗ-66, «Урал-375», ЗИЛ-133Г1.

Пожарные насосы 1ТН-40К, а также ПН-ЗОК и ПН-30КФ устанавливались на ранее выпускавшихся пожарных автомобилях. В настоящее время они сняты с производства. Однако в гарнизонах пожарной охраны эксплуатируются пожарные автомобили с этими насосами. Так, пожарные насосы ПН-ЗОКФ эксплуатируются на пожарных автоцистернах АЦ-30(130)-63А и пожарных автонасосах АН-30(130)-64А. Пожарный насос ПН-ЗОК устанавливался на более ранних моделях пожарных автомобилей.

Устройство пожарных насосов. Принципиальная схема пожарного насоса представлена на рис. 1. Рабочее колесо на валу размещено в корпусе насоса. Корпус насоса закрыт крышкой. К крышке крепится всасывающий патрубок, закрываемый заглушкой. Колесо насоса на валу зафиксировано шпонкой, а в осевом направлении крепится гайкой. Вал насоса установлен в корпусе на подшипниках качения. На валу установлен привод тахометра для измерения частоты вращения колеса насоса. В масляную ванну насоса, через отверстие, закрываемое пробкой, заливают масло. Масляная ванна изолирована от полости корпуса, в которой размещено колесо, и от внешней среды уплотнениями. Для обеспечения работы уплотнения, размещенного между колесом и масляной ванной, оно должно смазываться. Смазочный материал подается с помощью масленки. Разрежение во всасывающей полости измеряется мановакуум-метром. Слив воды, остающейся в корпусе насоса после выключения насоса, производится через краник. Масло или вода, просочившаяся в масляную ванну, сливаются через отверстие, закрываемое пробкой.

Работа насоса осуществляется следующим образом. К всасывающему патрубку, сняв заглушку, присоединяют всасывающий рукав. После заполнения всасывающей линии водой включают насос. Колесо, вращаясь, обеспечивает подачу воды из всасывающей линии в напорный патрубок и далее в рукавную линию.

Рис. 1. Принципиальная схема центробежного насоса:
1 — корпус; 2 — рабочее колесо; 3 — крышка; 4 — шпонка; 5 — мановакуумметр; 6 — всасывающий патрубок; 7 — заглушка; 8 — гайка; 9 — краник; 10 — уплотнение; 11 — подшипник; 12 — вал; 13 — отверстие для слива масла; 14—привод тахометра; 15—отверстие для заливки масла; 16 — масленка; 17 — напорный патрубок

По рассмотренной принципиальной схеме работают все пожарные центробежные насосы. Различаются пожарные насосы только конструкцией деталей.

Конструкция пожарного насоса ПН-40У. Пожарный насос ПН-40У — центробежный, одноступенчатый с улиткообразным корпусом (рис. 4.2). Корпус насоса и его крышка изготовлены из алюминиевого сплава. Рабочее колесо на валу насоса закреплено так, чтобы оно вращалось и исключалось его смещение в осевом направлении. Рабочее колесо закреплено на валу с помощью двух шпонок, а в осевом направлении удерживается гайкой. Колесо размещено на валу консольно и стопорится шайбой.

Вал насоса установлен на подшипниках средней серии, 50309 и 309 соответственно. Он изготовлен из закаленной легированной стали. Между корпусом насоса и корпусом привода тахометра закрепляется наружное кольцо подшипника от осевого перемещения. Крепление на валу насоса внутреннего кольца подшипника обеспечивается прижатием его муфтой фланца к заплечнику вала втулкой червяка привода тахометра. Муфта закреплена на конце вала гайкой. Отвинчивание гайки предотвращается шплинтом. Наружное кольцо подшипника не закреплено в корпусе насоса, и подшипник не воспринимает осевую нагрузку.

Рис. 2. Насос ПН-40У:
1 — краник сливной; 2 — рычаг; 3 — стакан уплотнительный; 4, 11 — подшипники; 5 — пробка; 6 — вал насоса; 7 — корпус привода тахометра; 8 — червяк привода тахометра; 9 — муфта фланца; 10 — уплотнение сальниковое; 12 — щуп; 13 — кольцо резиновое; 14 — шланг с масленкой; 15 — корпус насоса; 16 — кольцо; 17 — рабочее колесо; 18 — шайба стопорная; 19 — гайка; 20 — крышка насоса; 21 — патрубок всасывающий; 22 — шестерня привода тахометра; 23— манжета резиновая; 24 — кольцо сменное; 25 — винт

При изнашивании в деталях подшипников увеличивается осевой зазор. Под влиянием осевых усилий, возникающих при подаче воды колесом насоса, вал с колесом будут смещаться влево (по рисунку). При больших износах тыльная поверхность колеса может соприкасаться с выступами корпуса насоса. Это явление нежелательное, так как будет изнашиваться колесо, увеличатся потери на трение.

Уменьшение износа подшипников обеспечивается их смазыванием и защитой от внешней среды с помощью уплотнений.

Для обеспечения работоспособности пожарного насоса необходимо обеспечить надежную работу подшипников с минимальным износом. Поэтому полости корпуса насоса, используемые как масляная ванна, должны защищаться от проникновения в нее загрязнений. С этой целью в корпусе привода тахометра устанавливается манжетное уплотнение.

Масляная ванна со стороны рабочего колеса отделена набором манжетных уплотнений, размещенных в специальном стакане.

Уровень масла должен быть между верхней и нижней метками на щупе. Большое количество масла вредно, так как масло, сильно перемешиваясь, будет нагреваться и вытекать из ванны через уплотнения. Маслом смазываются подшипники качения, привод тахометра и кромки манжет. Удаление масла из масляной ванны производится через сливное отверстие, закрытое пробкой. С червяком привода тахометра находится в зацеплении шестерня. Ее ось с помощью гибкого вала соединена с тахометром, определяющим частоту вращения вала насоса. На фланце корпуса насоса крепится коллектор. Слив воды из насоса производят через краник, поворачивая его рычагом.

Рабочее колесо насоса в корпусе насоса закрывается крышкой, к которой крепится всасывающий патрубок, уплотняемый прокладкой. Патрубок закрывается заглушкой. Прокладки между корпусом и крышкой насоса, а также между крышкой и всасывающим патрубком обеспечивают герметизацию всасывающей полости насоса.

Для эффективной работы насоса важно разделение напорной и всасывающей полостей насоса. Чем больше зазоры между рабочим колесом и корпусом, тем большее количество жидкости будет циркулировать в насосе. Это приведет к уменьшению подачи воды насосом, снижению его коэффициента полезного действия. Поэтому в насосах устанавливают щелевые уплотнения с очень малыми зазорами (0,3—0,4 мм).

Уплотнение устроено следующим образом. В корпусе и крышке насоса установлены сменные кольца из серого чугуна, закрепленные винтами. На рабочем колесе с обеих сторон смонтированы два латунных кольца, которые также стопорятся винтами. Образовавшиеся между этими кольцами щелевые зазоры проявляют уплотняющий эффект, оказывая большое сопротивление циркуляции воды.

Крепление подшипника 50309 приведено на рис. 3.

Уплотнение полости насоса со стороны колеса имеет сложную конструкцию. Оно должно надежно разделять напорную полость насоса и масляную ванну, поэтому в стакане манжетные уплотнения (рис. 4, а) размещают так, что часть из них предотвращает проникновение воды из напорной части насоса в масляную ванну. Другая часть должна исключить подсос воздуха рабочим насосом при создании разрежения при заборе воды.

Рис. 3. Крепление подшипника:
1 — корпус привода тахометра; 2 — прокладка; 3 — верхнее полукольцо; 4 — корпус насоса; 5 — вал насоса; 6 — подшипник; 7 — втулка

Стакан отлит из сплава алюминия (рис. 4.4, б). Последовательно в него заложены все остальные детали. Перед сборкой внутренние полости манжет заполняют солидолом. Все детали в стакане зажимаются гайкой 1. После затяжки гайка раскернивается в трех местах. Это предотвращает ее самоотвинчивание.

Рис. 4. Уплотнение вала центробежного насоса:
а — 1 — вал; 2 — стальные спиральные пружинные кольца; б — уплотнение в сборе: 1 — гайка; 2 — стакан; 3, 5, 7, 9, 11 — кольца; 4, 8, 10, 12 — резиновые манжеты; 6 — отверстие для смазки; 13 — канал для воды

Резиновые манжеты АСК45 имеют стальные спиральные пружинные кольца и размещены так, что манжеты препятствуют утечке воды из насоса, а — подсосу воздуха внутрь его. Манжета предотвращает проникновение воды в масляную ванну. Все кольца уплотнения и гайка — стальные, а кольцо — из сплава алюминия. Водосборное кольцо обеспечивает слив воды по каналу в стакане и корпусе насоса.

Смазка из колпачковой масленки через отверстие поступает через маслораспределительное кольцо в полость между валом и кромками манжет. Резиновая манжета частично может смазываться маслом, затекающим из масляной ванны.

Манжетные уплотнения относятся к типу контактных (уплотнение осуществляется прижатием кромки манжеты к валу). Они надежны и работоспособны только при условии, если в зоны контакта поступает смазка. При ее недостатке будут изнашиваться резиновая кромка манжеты и вал в зоне контакта.

Износ твердого стального вала обусловлен следующим. Все стальные поверхности покрыты слоем окисла. Твердость последних очень мала, и они легко удаляются кромкой манжеты. О чрезмерном износе уплотнений свидетельствует появление воды через канал. При этом необходима замена уплотнений.

Манжета охлаждается и смазывается водой. Для обеспечения ее долговечности насос необходимо включать только после заполнения его водой.

Уплотнительный стакан в сборе устанавливают в корпусе насоса и крепят болтами. Болты шплинтуются проволокой. Уплотнение стакана производится резиновым кольцом и паронитовой прокладкой.

Универсальная характеристика пожарного насоса ПН-40У.

Универсальные характеристики насосов показывают зависимость развиваемого ими напора, потребляемой мощности и изменение коэффициента полезного действия от подачи насоса.

Универсальная характеристика насоса ПН-40У при частотах вращения рабочего колеса, равных 2700 и 2600 об/мин, представлена на рис. 5 (кривые 1 и 2).

Наивыгоднейшим режимом работы насоса при 2700 об/мин рабочего колеса является режим с подачами от 36 до 44 л/с. При уменьшении частоты вращения рабочего колеса будет уменьшаться развиваемый насосом напор и коэффициент полезного действия.

При снижении мощности двигателя вследствие его износа или при низкой температуре охлаждающей жидкости в системе охлаждения насос может не обеспечить необходимых значений подачи воды и напора. Поэтому необходимо предпринимать все меры для содержания двигателей в надлежащем техническом состоянии.

Необходимо также обеспечивать работу на пожарах при оптимальных температурных режимах охлаждающей жидкости.

Универсальные характеристики насосов изменяются в процессе эксплуатации. Так, при изнашивании уплотнительных. колец увеличиваются щелевые зазоры. На насосах, отработавших большой срок, зазоры увеличиваются от 0,3 до 1,5 мм. Это приводит к увеличению циркуляции воды в насосе, и работа насоса ухудшается. Рассмотрим это на примере универсальных характеристик насосов нового (зазор с уплотнением 0,3 мм — кривая 1) и изношенного (зазор 1,5 мм — кривая), представленных на рис. 6. Из их сравнения следует, что при постоянной величине подачи (например, 40 л/с) напор, развиваемый насосом, уменьшился. Можно также показать, что при постоянном напоре (прямая а—а) значительно снижается расход (AQ).

Рис. 5. Универсальная характеристика нового насоса ПН-40У:
1 — напор, 2700 об/мин; 2 — напор, 2600 об/мин; 3 — мощность, 2700 об/мин; 4 — мощность, 2600 об/мин; 5 — к. п, д., 2500 об/мин

Рис. 6. Изменение универсальной характеристики насоса в эксплуатации:
1—3— новый насос ПН-40У; 4, 6 — износ щелевых уплотнений (зазор 1,5 мм); 5, 7 — проходные каналы забиты на 50%

Интенсивность изнашивания уплотнительных колец сильно увеличивается при работе насосов на загрязненной воде, особенно при заборе ее с открытых водоемов. Правильный забор воды с открытых водоемов способствует продлению сроков службы насоса и его эффективной работе.

В эксплуатации универсальные характеристики насосов ухудшаются вследствие забивания полостей насоса твердыми предметами, например, мелкими камешками. В насосах при неправильном заборе воды или несоблюдении правил установки пожарного автомобиля на водоисточник мелкими камешками могут забиваться несколько полостей рабочего колеса. Это уменьшает проходимые сечения полостей и, следовательно, подачу насоса и развиваемый им напор. Кривые на рис. 6 показывают, как изменяется характеристика насоса, если каналы колеса забиты на 50%.

Рис. 8. Коллектор пожарного насоса ПН-40У:
1 — корпус; 2, 11 — винт; 3 — седло; 4 — диск; 5 — прокладка; 6 — клапан; 7 — полукольцо; 8, 15 — шайбы; 9 — гайка; 10 — уплотнительное кольцо; 12 — втулка; 13 — шпиндель; 14 — крышка; 16 — сальник; 17 — капролактановая втулка; 18 — накидная гайка; 19 — маховичок

У изношенных насосов значения подачи и напора уменьшаются больше. Соблюдение правил эксплуатации насосов обеспечивает их длительную эффективную эксплуатацию.

Коллектор пожарного насоса ПН-40У. Улиткообразный отвод корпуса насоса заканчивается фланцем, к которому крепится коллектор. Коллектор предназначен для распределения воды, подаваемой насосом, в рукавные линии и лафетный ствол или цистерну для заполнения ее водой.

Рис. 7. Принципиальная схема коллектора

Принципиальная схема коллектора показана на рис. 7. Вода из насоса поступает в корпус коллектора. Открывая вентили, воду можно подавать в любую из рукавных линий и в лафетный ствол или цистерну.

Устройство коллектора пожарного насоса ПН-40У показано на рис. 4.8. Корпус коллектора отлит из сплава алюминия.

Фланцем с отверстием 90 мм коллектор крепится с помощью шпилек к фланцу корпуса насоса. К фланцам с отверстиями диаметром 70 мм крепятся напорные задвижки, обеспечивающие подвод воды к рукавным линиям. В лафетный ствол или в цистерну вода поступает через отверстие с диаметром 78 мм.

Проходное сечение этого отверстия регулируется задвижкой, которая состоит из клапана в сборе, шпинделя и крышки. Шпиндель имеет .винтовую нарезку и при вращении маховичка перемещается по резьбе втулки, закрепленной в крышке. Он крепится в корпусе клапана специальными полукольцами, входящими в выточку его конца. Это позволяет, вращая шток, прижимать клапан резиновой прокладкой (она приклеена к клапану) к седлу вращения.