ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ НАСОС СУДОВОЙ СИСТЕМЫ ПОЖАРОТУШЕНИЯ
SHIPBOARD FIRE EXTINGUISHING SYSTEM PNEUMATIC PUMP

Изобретение относится к области судового машиностроения. Пневматический насос предназначен для использования в составе системы пожаротушения объектов морской техники и служит для одновременного перекачивания воды и поверхностно-активного огнетушащего вещества с целью получения на выходе насоса водяного раствора поверхностно-активного огнетушащего вещества с заданным процентным соотношением и подачи его по трубопроводам системы к очагу пожара. Тип насоса является поршневым, двойным, прямодействующим. Привод насоса является пневматическим.
Известен мембранный пневматический насос (серия DZ) двойного действия (сайт www.pumpunion.ru). Содержит две нагнетательные камеры, которые работают попеременно. Сжатый воздух, который приводит насос в действие, поступает через воздушный распределительный клапан попеременно, то в правую, то в левую воздушную камеру, одновременно попеременно вытесняя жидкость с помощью мембраны. Из-за наличия двух раздельных независимых рабочих камер может быть использован для одновременного перекачивания двух разных жидкостей. Подача насоса по обоим каналам перекачивания одинакова, то есть насос может быть использован только для получения раствора с равным соотношением перекачиваемых жидкостей. Циклы подачи двух жидкостей независимыми камерами насоса осуществляются не одновременно, а последовательно друг за другом, что приводит к необходимости установки дополнительной емкости и перемешивающего устройства для получения однородного раствора.
2
Недостатками таких насосов, кроме указанных выше, является низкое давление перекачиваемой среды (до 7 кгс/см).
Известен пневмогидронасос (патент RU, №2088803, д.пр. 08.04.1993), содержащий корпус с установленными в нем конечными переключателями, две приводные камеры, подключенные приводными пневмолиниями к пневмораспределителю, связанному с источником сжатого газа и атмосферой, две оппозитно расположенные рабочие камеры, сообщенные с линиями всасывания и нагнетания через четырехлинейный гидрораспределитель, имеющий плоский золотник и коллектор распределения, связанный со штоком управляющего пневмоцилиндра, подключенного линиями управления к приводным пневмолиниям. В корпусе установлены два поршня, соединенные между собой одним штоком с образованием приводных и рабочих камер. Коллектор распределения снабжен нижним ножом, а золотник верхним ножом. Пневмораспределитель снабжен кнопкой сброса давления из управляющей камеры.
Недостатком является невозможность одновременного перекачивания двух различных жидкостей, что не позволяет получить раствор поверхностно-активного огнетушащего вещества в таком агрегате.
Известен насосный агрегат для нагнетания закрепляющего раствора (патент RU, №2027070, д.пр. 15.03.1991), содержащий приводной пневмоцилиндр с торцевыми крышками, установленный в нем с образованием двух приводных камер поршень с двусторонним штоком со средствами его уплотнения, расположенные по торцам пневмоцилиндра, связанные с его крышками и установленные соосно с пневмоцилиндром рабочие цилиндры. В каждом рабочем цилиндре подвижно установлен поршень насоса, связанный с соответствующим концом штока пневмоцилиндра и установленный с возможностью осевого перемещения относительно этого штока, всасывающий и нагнетательный клапаны, каждый из которых включает пару затвор - седло. Крышки пневмоцилиндра снабжены осевыми расточками, а рабочие цилиндры связаны с крышками при помощи промежуточных стаканов, установленных в указанных расточках крышек и имеющих отверстия в дне для прохода штока и установки средств его уплотнения.
Недостатком является невозможность одновременного перекачивания двух различных жидкостей, что не позволяет получить раствор поверхностно-активного огнетушащего вещества в таком агрегате.
Известен пневмоприводной насос (патент RU, №2163981, д.пр. 07.07.1999), содержащий пневмоцилиндр с рабочими полостями и поршнем, золотниковый распределитель и конечные пневмоклапаны, каждый из которых снабжен подпружиненным золотником с упором, взаимодействующим с поршнем. Каждый пневмоклапан снабжен дополнительным пневмоцилиндром, поршень которого связан с упором золотника, а сам пневмоцилиндр - с золотником. При этом штоковая полость дополнительного пневмоцилиндра выполнена замкнутой и постоянно сообщается с пневмомагистралью, а поршневая полость - с атмосферой. Поршень в дополнительном пневмоцилиндре снабжен пружиной, выполненной с усилием, большим, чем усилие пружины золотника. Конструкция гидравлической части насоса выполнена одиночной, т.е. при движении пневмопоршня в одном направлении происходит всасывание жидкости в рабочую полость гидроцилиндра из всасывающего трубопровода, а при движении пневмопоршня в обратном направлении - выталкивание жидкости в напорный трубопровод. Таким образом, между периодами нагнетания жидкости насосом в трубопровод происходит перерыв на всасывание.
Недостатками являются невозможность одновременного перекачивания двух различных жидкостей, а также значительная пульсация давления в трубопроводе системы и невозможность формирования устойчивой дальнобойной струи раствора на конечном устройстве системы (пожарном стволе).
Известен пневмонасос (патент RU, №2143587, д.пр. 27.02.1998), принятый за прототип и содержащий корпус с конечными переключателями, две приводные камеры, которые при помощи приводных пневмолиний подключены к пневмораспределителю, две оппозитно расположенные рабочие камеры, четырехлинейный гидрораспределитель с плоским золотником и управляющим цилиндром, который при помощи пневмолиний управления подключен к соответствующим силовым пневмолиниям. Рабочие камеры насоса объединены в одном цилиндре и разделены поршнями, которые установлены на одном штоке, коллектор распределения жидкости гидрораспределителя оснащен нижним ножом, а золотник гидрораспределителя оснащен верхним ножом. Узлы соединения общего штока с каждым из двух рабочих поршней насоса выполнены с радиальными зазорами. Узлы вывода пульпы из рабочих цилиндров выполнены из двух соединенных между собой каналов, расположенных в нижней и верхней частях крышек, а также выполнена полость, отделяющая гидрораспределитель от управляющего пневмоцилиндра.
Недостатком является невозможность одновременного перекачивания двух различных жидкостей, что не позволяет получить раствор поверхностно-активного огнетушащего вещества в таком агрегате.
Техническим результатом является расширение возможностей насоса, а именно возможность одновременного перекачивания двух различных жидкостей с заданным процентным соотношением и перемешиванием этих жидкостей на выходе, а также снижение пульсации давления в нагнетательном трубопроводе.
Технический результат достигается тем, что в пневматическом насосе судовой системы пожаротушения, содержащем корпус, две приводные камеры, которые при помощи приводных пневмолиний подключены к пневмораспределителю с конечными переключателями, две оппозитно расположенные рабочие камеры, объединенные в одном цилиндре и разделенные поршнями, которые установлены на одном штоке, средства уплотнения, дополнительно со стороны рабочих камер оппозитно и соосно им установлены два дополнительных рабочих цилиндра с гидропоршнями, каждый из которых жестко соединен штоком с ближайшим к нему поршнем, при этом рабочие камеры и цилиндры выполнены с возможностью обеспечения постоянства соотношения исходных компонентов перекачиваемого раствора, снабжены всасывающими и нагнетательными клапанами и соединены нагнетательными трубопроводами со смешивающим устройством, содержащим полость для смешивания, втулку с валом и завихрителем, вращающиеся на подшипниках.
Каждая пара рабочей и приводной камер выполнены в виде пневмогидроцилиндра с пневмогидропоршнем, а дополнительные рабочие цилиндры выполнены в виде гидроцилиндров.
Наличие в пневматическом насосе двух цилиндров для перекачивания воды и двух цилиндров для перекачивания поверхностно-активного огнетушащего вещества обеспечивает расширение возможностей пневматического насоса и снижает пульсацию давления: при движении пневмопоршня в одном направлении происходит всасывание воды и поверхностно-активного огнетушащего вещества в первую пару цилиндров и вытеснение воды и поверхностно-активного огнетушащего вещества из второй пары цилиндров в нагнетательные трубопроводы к смешивающему устройству. При движении пневмопоршня в обратном направлении происходит вытеснение воды и поверхностно-активного огнетушащего вещества из первой пары цилиндров и всасывание во вторую пару цилиндров. При этом соотношение объемов цилиндров воды и поверхностно-активного огнетушащего вещества (10:1) обеспечивает соответствующее соотношение перекачиваемых жидкостей в растворе и требуемую концентрацию поверхностно-активного огнетушащего вещества. Наличие общего коллектора и смешивающего устройства обеспечивают формирование однородного водяного раствора поверхностно-активного огнетушащего вещества для системы пожаротушения.
На фиг. 1 представлена пневмогидравлическая принципиальная схема пневматического насоса. На фиг. 2, 3, 4 представлены сечения конструкции пневматического насоса. На фиг. 5, 6 представлен внешний вид пневматического насоса.
Пневматический насос включает два пневмогидроцилиндра 1 и 2 (фиг. 1), с двумя приводными камерами, предназначенными для подачи рабочего сжатого воздуха А и Б, и двумя рабочими камерами для перекачивания воды А1 и Б1, между которыми установлена втулка-разделитель 3. На концах пневмогидроцилиндров 1 и 2 установлены втулки-крышки 4 и 5, к которым присоединены рабочие цилиндры, выполненные в виде гидроцилиндров 6 и 7, предназначенные для перекачивания поверхностно-активного огнетушащего вещества. На втулках-крышках 4 и 5 установлены всасывающие клапаны 8 и 9, предназначенные для подачи воды из трубопроводов 10 и 11 в полости А1 и Б1 пневмогидроцилиндров 1 и 2 соответственно. Также на втулках-крышках 4 и 5 установлены нагнетательные клапаны 12 и 13, предназначенные для подачи воды из полостей А1 и Б1 пневмогидроцилиндров 1 и 2 к полости Д и смешивающему устройству 14 по трубопроводам 15 и 16, а также инициирующие устройства 17 и 18, обеспечивающие переключение концевых пневмораспределителей с пружинным возвратом 19 и 20 в крайних положениях поршней насоса.
Внутри пневмогидроцилиндров 1 и 2 расположены два пневмогидропоршня 21 и 22, соединенные между собой штоком 23 и соединенные штоками 24 и 25 с гидропоршнями поверхностно-активного огнетушащего вещества 26 и 27. В результате все поршни насоса объединены штоками в единую конструкцию, которая перемещается под действием сжатого воздуха, подаваемого попеременно в полости А или Б пневмогидроцилиндров 1 и 2.
На концах гидроцилиндров 6 и 7 установлены втулки-крышки 28 и 29, оснащенные всасывающими клапанами 30 и 31, предназначенными для подачи поверхностно-активного огнетушащего вещества из трубопроводов 32 и 33 в полости В1 и Г1 гидроцилиндров 6 и 7 и нагнетательными клапанами 34 и 35, предназначенными для подачи поверхностно-активного огнетушащего вещества из полостей В1, Г1 к смешивающему устройству 14 по трубопроводам 36 и 37. Для обеспечения возможности перемещения поршней 26 и 27 полости В и Г соединены с атмосферой через специально предусмотренные отверстия в гидроцилиндрах 6 и 7. Уплотнение пневмогидропоршней 21 и 22 осуществляется манжетами 38 (фиг. 3 и 4). Уплотнение гидропоршней 26 и 27 осуществляется манжетами 39. Уплотнение штоков 23, 24 и 25 осуществляется манжетами 40 (фиг. 3). Уплотнение втулок-крышек 4, 5 и втулки-разделителя 3 осуществляется резиновыми кольцами 41. Крепление штоков 23, 24 и 25 к пневмогидропоршням 21 и 22 и гидропоршням 26 и 27 осуществляется резьбовыми втулками 42, полукольцами 43 и стопорными кольцами 44 (фиг. 2).
В состав насоса также входит основной пневмораспределитель с пневматическим управлением 45 (фиг. 3), предназначенный для подачи рабочего сжатого воздуха попеременно в полости А или Б по трубопроводам 46 и 47. Управление положением основного пневмораспределителя 45 производится подачей управляющего сжатого воздуха по трубопроводам 48 и 49 от концевых пневмораспределителей с пружинным возвратом 19 и 20.
Смешивающее устройство 14 насоса крепится кронштейном 50 к втулке-разделителю 3 и включает корпус 51 (фиг. 3), в котором установлены два обратных клапана 52 и 53, предназначенных для подачи в смешивающее устройство воды по трубопроводам 15 и 16 и два обратных клапана 54 и 55, предназначенных для подачи в смешивающее устройство поверхностно-активного огнетушащего вещества по трубопроводам 36 и 37. Также смешивающее устройство 14 включает втулку 56, в которой установлены вал 57 и завихритель 58, вращающиеся на подшипниках 59. На выходе смешивающего устройства 14 установлены проставыш 60 и мелкоячеистая сетка 61.
Пневматический насос работает следующим образом. В исходном положении сжатый воздух от общекорабельной системы сжатого воздуха 62 подведен к основному пневмораспределителю с пневматическим управлением 45 по трубопроводу 63 и концевым управляющим пневмораспределителям с пружинным возвратом 19 и 20 по трубопроводам 64 и 65. Через основной пневмораспределитель 45 сжатый воздух поступает в полость А или Б в зависимости от положения основного пневмораспределителя 45 по трубопроводам 46 и 47 и каналам во втулке-разделителе 3. Вода по трубопроводам 10 и 11 подведена от общесудовой системы водоснабжения 66 к всасывающим клапанам 8 и 9. Поверхностно-активное огнетушащее вещество подведено от резервуара хранения поверхностно-активного огнетушащего вещества 67 по трубопроводам 32 и 33 к всасывающим клапанам 30 и 31. Раствор поверхностно-активного огнетушащего вещества подведен от смешивающего устройства 14 к напорной магистрали общесудовой системы пожаротушения 68.
Если все концевые пожарные стволы на напорной магистрали системы закрыты, то расход раствора поверхностно-активного огнетушащего вещества отсутствует и поршни 21, 22, 26 и 27 насоса неподвижны. При открытии концевого пожарного ствола и поступлении через него раствора поверхностно-активного огнетушащего вещества происходит падение давления в напорной магистрали, смешивающем устройстве 14 и полостях A1, В1 или Б1, Г1 (в зависимости от положения основного пневмораспределителя 45). Под действием давления сжатого воздуха в полостях А или Б пневмогидропоршни 21 и 22 и гидропоршни 26 и 27 начинают перемещаться, выдавливая воду и поверхностно-активное огнетушащее вещество из полостей A1, В1 или Б1, Г1 в полость Д смешивающего устройства 14, где происходит предварительное перемешивание раствора поверхностно-активного огнетушащего вещества. Далее, проходя через тангенциальные каналы вращающегося завихрителя 58 и вала 57, а затем через отверстия во втулке 56 и мелкоячеистую сетку 61 раствор поверхностно-активного огнетушащего вещества окончательно приобретает однородную структуру и поступает в напорную магистраль системы.
При достижении пневмогидропоршнем 21 или 22 крайнего положения, он воздействует на шток инициирующего устройства 17 или 18 соответственно, который, в свою очередь, воздействует на концевой управляющий пневмораспределитель 19 или 20 соответственно, в результате чего управляющий сжатый воздух поступает к основному пневмораспределителю 45 и переключает его положение. При достижении пневмогидропоршнем 21 крайнего положения по каналам основного пневмораспределителя 45 рабочий воздух начинает выходить из заполненной воздушной полости А в атмосферу, а в опорожненную воздушную полость Б - из трубопровода 47. Под действием давления сжатого воздуха поршни 21, 22, 26 и 27 начинают перемещаться в обратном направлении, вытесняя воду и поверхностно-активное огнетушащее вещество из заполненных полостей Б1 и Г1 к смешивающему устройству 14 по трубопроводам 16 и 37 и всасывая воду и поверхностно-активное огнетушащее вещество в опорожненные полости А1 и В1 из трубопроводов 10 и 32.
При достижении пневмогидравлическим поршнем 22 противоположного крайнего положения происходит очередное переключение основного пневмораспределителя 45, и цикл движения поршней 21, 22, 26 и 27 повторяется.
При закрытии концевого пожарного ствола и прекращении расхода раствора поверхностно-активного огнетушащего вещества из напорной магистрали системы происходит уравновешивание давления в гидравлических полостях A1, В1 или Б1, Г1 с давлением в воздушных полостях А или Б (в зависимости от положения основного пневмораспределителя 45). Поршневая конструкция останавливается, насос прекращает работу.
Таким образом, изобретение позволяет расширить возможности пневматического насоса, а именно появляется возможность одновременного перекачивания двух различных жидкостей с заданным процентным соотношением и перемешиванием этих жидкостей на выходе, а также снижаются пульсации давления в нагнетательном трубопроводе.