ГИДРОЭЛЕВАТОР ПОЖАРНОЙ МАШИНЫ

Изобретение относится к противопожарной технике, в частности к мобильным, оперативным техническим средствам, предназначенным для забора воды из открытых водоисточников, если перепад высот между пожарной машиной и уровнем воды превышает максимальную высоту всасывания пожарного насоса (крутой берег, мост либо колодец) или отсутствуют (труднодоступны - заболочены) подъезды к водоемам, а также при толщине слоя воды 5...10 см (мелкие водоисточники) и для удаления воды, пролитой на пожаре.
Известен пожарный гидроэлеватор Г-600, состоящий из корпуса с плоской всасывающей сеткой, к которому прикреплены подводящее колено, а также смесительная камера с диффузором. Внутри корпуса установлен насадок, имеющего одно центральное цилиндрическое отверстие диаметром 17 мм для истечения "рабочей" струи воды. Имеются также две соединительных муфтовые головки для присоединения к рукавным линиям [см. Пожарная техника. Каталог-справочник. - М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1974-670с.].
При простоте и надежности конструкции гидроэлеватора Г-600 его недостатком являются весьма низкие тактико-технические характеристики (коэффициент эжекции находится в диапазоне 1,78 до 1,30 и КПД - в пределах 0,30 до 0,14 при напорах «рабочей» воды перед насацком 5...8 атм соответственно).
Известен также многоструйный эжекционный гидроалпарат [см. Ля-маев Б.Ф. Гидроструйные насосы и установки. - Л.: Машиностроение, 1988. - 256с.]. Данный гидроэлеватор имеет насадок для истечения «рабочей» жидкости с несколькими (5 - 6) сквозными отверстиями расположенными соосно.
К существенному недостатку такого много струйного гидроэлеватора следует отнести увеличение его габаритов и массы и возможность засоров его насадка с несколькими отверстиями, что реально возможно при оперативной работе пожарных автомобилей на воде, загрязненной механическими примесями.
Задачей изобретения является разработка гидр о струйного насоса оперативного назначения (гидроэлеватора) для пожарных машин обладающего повышенными тактико-техническими характеристиками (коэффициентом эжекции и КПД) при минимальных доработках базовой конструкции штатного устройства. Кроме того, пожарный гидроэлеватор должен практически сохранить габариты и массу штатных устройств, быть взаимосвязанным с ними, универсальным и применим для забор а не только в оды, но и других жидкостей при работе как в оперативных подразделениях системы МЧС, а также в промышленности, в сельском хозяйстве и в других отраслях.
Задача решается тем, что, в конструкцию пожарного гидрозлеватора Г-600 внесены изменения - вместо штатного насадка с одним сквозным центральным цилиндрическим отверстием диаметром 17мм монтируют насадок, имеющий два сквозных цилиндрических соосных отверстия, каждый диаметром 12+0,5 мм и с расстоянием между осями данных отверстий равным 17+0,5 мм. При этом линия, соединяющая о си этих отверстий, проходит перпендикулярно плоскости всасывающей сетки гидроэлеватора. Кроме того, для уменьшения турбулентных вихрей в потоке «рабочей» воды на входе ее в насадок те. для обеспечения режима движения «рабочей» жидкости максимально близкого к ламинарному предложена специальная цилиндрическая полая вставка с успокоителем, смонтированная в разрыве между коленом и насадком гидроэлеватора Г-600.
На фиг.1 представлена предложенная конструкция гидроэлеватора пожарной машины, где А-А и Б-Б соответственно сечения полой вставки с успокоителе ми двухструйного насадка в корпусе со всасывающей сеткой.
На фиг.2 приведены экспериментальные графики зависимостей
коэффициентов эжекции (α) и КПД (η) гидроэлеватора при различных напорах «рабочей» воды с типовым насадком, имеющем одно отверстие для истечения «рабочей» воды и предложенным насадком (с двумя отверстиями).
На фиг.3 отражены зависимости коэффициентов эжекции (α) и КПД (η) при различных напорах и насадках пожарного гидроэлеватора, оборудованного успокоителем потока «рабочей» воды.
Конструкция предложенного гидроэлеватора пожарной машины фиг.1 включает подводящее колено 1, корпус 2 с плоской всасывающей сеткой 3 и двухструйным конфуэором-насадком 4, выходной диффузор 5, полую вставку 8 с успокоителем потока «рабочей» воды 9, присоединительные муфтовые головки 6 и 7.
В качестве успокоителя потока «рабочей» воды был применен четырехлучевой пластмассовый успокоитель от пожарного лафетного комбинированного ствола СПЛК-20 [см. Пожарная техника. Каталог-справочник. -М.: ЦНИИТЭстроймащ, 1974. - 670с.], имеющий центральную квадратную трубу, близкий по конструкции к рекомендованной [см. Тарасов-Агалаков Н-А Практическая гидравлика в пожарном деле. - М. ЛИзд-во МКХ РСФСР.1959] и делящий, таким образом, поток «рабочей» воды на пять параллельных струй. Длина успокоителя 340 мм, наружный диаметр 53 мм, следовательно, его длина оказалась равной примерно 6.4 диаметра.
Предложенная конструкция пожарного гидроэлеватора работает аналогично прототипу. «Рабочая» вода поступает из пожарного насоса под напором и, выходя из насадка виде двух струй, создает в цилиндрической части диффузора разряжение, благодаря чему туда из открытого водоисточника поступает определенное количество эжектируемой воды. Из гидроэлеватора вода поступает в промежуточную емкость (цистерну), откуда часть воды подается пожарным насосом к гидроэлеватору как «рабочая», а другая часть может быть использована для тушения пожара, охлаждения конструкций и т.д.
Экспериментальные исследования предложенной конструкции
пожарного гидроэлеватора были проведены в 2001-2003 годах на водоеме
Учебно-спортивного центра Екатеринбургского филиала Академии ГПС МЧС России в деревне Б-Седельниково Свердловской области
Исследования проводились на серийном пожарном гидроэлеваторе Г-600, на котором было смонтирован экспериментальный конфузор. Этот конфузор имел наружную резьбу на узком конце для навинчивания сменных насадков с одним либо двумя сквозными цилиндрическими выходными отверстиями, причем рассчитанная эквивалентная площадь указанных отверстий, а также их глубина в днище сменных насадков равнялись соответствующим параметрам серийного конфузора.
Сменный насадок с двумя выходными отверстиями можно было зафиксировать на экспериментальном конфузоре в двух положениях: либо линия, соединяющая оси отверстий была бы параллельна либо перпендикулярна плоскости всасывающей сетки гидроэлеватора. Результаты уже первых экспериментов убедительно показали, что последний вариант монтажа насадка эффективней первого порядка на 10%, потому при проведении всех опытов был реализован именно второй вариант фиксации сменного насадка
Кроме того, габаритная длина экспериментального конфузора была, такова, что зазор между торцом навинченного сменного насадка и камерой смешения (горловиной) гидроэлеватора не отличался от типового.
1
2
Необходимые для вычисления коэффициента эжекции (α) и КПД (η), расходы рабочей (Q) и эжектируемой жидкости (Q) определялись при помощи прицепной пожарной мотопомпы МП-1600, 2-х напорно-всасывающих рукавов условным диаметром 75 мм и мерной емкости.
2
1
2
Напоры измерялись манометром класса точности 0,6, с диапазоном измерений 0...40 кгс/см. Требуемые величины напоров перед Г-600 (H) задавались изменением частоты вращения вала рабочего колеса насоса мотопомпы МП-1600. Замеры напоров на отводящей линии гидроэлеватора (т.е. подпоры - H) не производились - их принимали равными 1 ата, т.к. имел место свободный слив.
Время заполнения или опорожнения мерной емкости определялось по электронному секундомеру марки «Электроника ИТ-01».
Перепад геодезических высот (h) между осью насоса мотопомпы и гидроэлеватором не превышал 0,5 м.
Для обеспечения необходимой достоверности каждый эксперимент проводился трижды.
Расчет коэффициентов эжекции был произведен по формуле:
2
1
α=Q/Q
Коэффициент полезного действия вычисляли по известной формуле:
2
2
1
1
ф
ф
η=-Q (H+h)/(Q H),
2
где h - высота всасывания, как указывалось выше, составляла порядка 0.5 м, что пренебрежимо мало по сравнению с напором после гидрозлеватора - H, поэтому при расчетах ею пренебрегали.
Обработанные результаты экспериментов приведены на графиках - фиг.2 и фиг.3.
Анализ данных, полученных в ходе исследований позволяет утверждать следующее.
1. Применение 2-х струйного насадка в сравнении с одноструйным (без успокоителя) обеспечивает увеличение тактико-технических характеристик модернизированного пожарного гидроэлеватора Г-600 (коэффициентов эжекции и КПД) при напорах «рабочей» жидкости у насадка в диапазоне от 5 атм до 8 атм соответственно в пределах от 22,6 до 26.9% и 21.1...30.0%.
2. Монтаж дополнительной специальной вставки с успокоителем перед одноструйным насадком улучшает эти показатели при тех же условиях на 12.3.-.9,7% и 11,8...12,5% соответственно.
3. Совместное применение 2-х струйного насадка и специальной вставки с успокоителем обеспечивает максимальный эффект; при напорах «рабочей» воды перед гидроэлеватором в диапазоне от 5 агм до 8 атм коэффициент эжекции возрастает до 37,3...35,3%, а КПД- от 36,2 до 37.5% соответственно.
Таким образом, улучшение тактико-технических характеристик пожарного гидроэлеватора Г-600 - коэффициента эжекции и КПД - возможно посредством применения, прежде всего, 2-х струйного насадка, с расположением линии, соединяющей оси «рабочих» струй перпендикулярно плоскости его всасывающей сетки, а также применением дополнительного эффективного успокоителя с длиной превышающей 6.4 внутреннего диаметра трубы специальной вставки.
Предложенная конструкция пожарного гидроэлеватора весьма проста, практически не увеличивает массу устройства, при этом для его применения в практической деятельности потребуются пожарные насосы меньшей мощности и более экономичные приводные двигатели, а затраты на изменение его конструкции будут самыми минимальными, кроме того дополнительного обучения личного состава не потребуется вовсе.