АВТОМАТИЧЕСКАЯ ВАКУУМНАЯ СИСТЕМА ВОДОЗАПОЛНЕНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ПОЖАРНЫХ НАСОСОВ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно, к пожарной технике.
В соответствии с действующим нормативной документацией (ГОСТ Ρ 52283-2004 Насосы центробежные пожарные. Общие технические требования) вакуумная система водозаполнения автоматического типа должна автоматически включаться при исчезновении избыточного давления в напорной полости центробежного насоса и автоматически отключаться при развитии насосом давления, исключающего срыв напора при подаче воды.
Из существующего уровня зарубежной пожарной техники известны системы автоматического водозаполнения центробежного насоса (пожарные насосы RV120 и R480 компании Rosenbauer, Австрия; пожарный насос VFPN 600 компании Volkan, Турция), состоящие из вакуумного насоса с механическим приводом от вала центробежного насоса, механизма управления включением/выключением вакуумного насоса и запорного крана, перекрывающего воздушную магистраль, соединяющую вакуумный насос с центробежным насосом. Все известные системы объединяет то, что водозаполнение выполняется при вращающемся вале центробежного насоса, а также, что отсос воздуха из центробежного насоса производится из верхней точки его всасывающего патрубка. При этом известные варианты реализации таких систем различаются:
- типом вакуумного насоса: поршневой или мембранный;
- приводом вакуумного насоса: при помощи эксцентрика или кривошипно-шатунного механизма;
- способом отключения вакуумного насоса: с использованием электромагнитной муфты или с применением дополнительных гидравлических устройств поршневого или мембранного типа, работающих от гидравлического давления, развиваемого центробежным насосом;
- способом управления запорным устройством: клапан, управляемый давлением центробежного насоса, или шаровой кран, управляемый при помощи электро- или пневмопривода по сигналу датчика давления на выходе центробежного насоса.
Недостатком описанных систем является механическая связь вакуумного насоса с валом центробежного насоса, что исключает возможность использования вакуумного насоса для проверки плотности соединений насосной установки (проверка на «сухой вакуум») без включения приводного двигателя и запуска центробежного насоса. Кроме того, производительность вакуумного насоса прямо зависит от частоты вращения вала центробежного насоса, и для ускорения заполнения насоса водой приходится вращать сухой насос на высокой частоте, что неблагоприятно сказывается на работе скользящих уплотнений вала насоса.
Существующая отечественная вакуумная система водозаполнения типа АВС-01Э (производитель ЗАО «УСПТК-Пожгидравлика, руководство по эксплуатации КШИН.063711.012 РЭ) лишена указанных выше недостатков, так как вакуумный насос имеет автономный привод от электродвигателя и не требует при водозаполнении вращения центробежного насоса. Однако данная система имеет свои недостатки:
- водозаполнение выполняется при неподвижном вале центробежного насоса, вследствие чего при срыве напора необходимо останавливать центробежный насос;
- система не полностью автоматическая - остановка вакуумного насоса в конце водозаполнения выполняется автоматически, а повторный запуск при срыве напора выполняется вручную.
Указанные недостатки приводят к увеличению времени выхода насоса на режим устойчивой работы. Кроме того, при работе вакуумной системы необходимо исключить возможность подсасывания пенообразователя из пенобака.
В качестве прототипа заявителем выбран насос R480 компании Rosenbauer (Австрия).
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание автоматической вакуумной системы водозаполнения пожарного насоса с улучшенными характеристиками.
Техническим результатом является повышение надежности работы автоматической вакуумной системы водозаполнения центробежных пожарных насосов.
Заявленный технический результат достигается тем, что в автоматической вакуумной системе водозаполнения центробежных пожарных насосов, включающей вакуумный насос, запорное устройство с дистанционным приводом, установленное в магистрали, соединяющей вакуумный насос с всасывающим патрубком центробежного насоса, датчик давления, установленный в напорной полости центробежного насоса, и электронный блок управления включением вакуумного насоса и работой запорного устройства по сигналу от датчика давления, согласно полезной модели, вакуумный насос выполнен с автономным электроприводом.
Также для достижения заявленного технического результата вакуумный насос соединен с всасывающим патрубком центробежного насоса через пеносмеситель, при этом запорное устройство с дистанционным приводом выполнено в виде трехходового шарового крана, центральный штуцер которого соединен с пеносмесителем, один боковой штуцер соединен с вакуумным насосом, второй боковой штуцер соединен с магистралью подачи пенообразователя в насос, а шар крана имеет L-образный канал.
Кроме того, привод запорного устройства выполнен пневматическим.
Выполнение вакуумного насоса с автономным электроприводом сокращает время водозаполнения пожарного насоса вследствие работы вакуумного насоса сразу на максимальной производительности, независимо от частоты вращения вала пожарного насоса, появляется возможность производить проверку вакуумплотности пожарного насоса без запуска приводного двигателя пожарного автомобиля и без включения пожарного насоса. Также увеличивается ресурс работы скользящих уплотнений вала пожарного насоса вследствие возможности выполнять водозаполнение на более низкой частоте вращения вала пожарного насоса без увеличения времени водозаполнения. Указанные преимущества обеспечивают надежность работы системы водозаполнения пожарного насоса.
Выполнение запорного устройства с дистанционным приводом в виде трехходового шарового крана, центральный штуцер которого соединен с пеносмесителем, один боковой штуцер соединен с вакуумным насосом, второй боковой штуцер соединен с магистралью подачи пенообразователя в насос, а шар крана имеет L-образный канал, исключает возможность подсоса пенообразователя при работе вакуумной системы водозаполнения, что обеспечивает ее надежную работу.
Выполнение привода запорного устройства пневматическим обеспечивает максимальное быстродействие запорного устройства, что повышает надежность работы системы.
Заявляемое устройство имеет отличия от прототипа и не следует явным образом из уровня техники, т.е. соответствует критерию «новизна». Кроме того, предлагаемое устройство может быть изготовлено в промышленных масштабах и найдет применение в области пожарной техники, т.е. характеризуется критерием «промышленная применимость».
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема автоматической вакуумной системы водозаполнения, на фиг. 2 - пример выполнения пожарного насоса с автоматической вакуумной системой водозаполнения, вид спереди, на фиг. 3 - пример выполнения пожарного насоса с автоматической вакуумной системой водозаполнения, вид сзади.
Автоматическая вакуумная система водозаполнения центробежных пожарных насосов (фиг. 1) включает вакуумный насос 1, запорное устройство с дистанционным приводом 2, выполненное в виде трехходового шарового крана, центральный штуцер которого соединен с пеносмесителем 3, один боковой штуцер соединен с вакуумным насосом 1, второй боковой штуцер соединен с магистралью подачи пенообразователя 4 в центробежный насос 5, а шар крана имеет L-образный канал.
Запорное устройство 2 установлено в магистрали 6, соединяющей вакуумный насос 1 с всасывающим патрубком центробежного насоса 5. Также система содержит датчик давления 7, установленный в напорной полости центробежного насоса 5, и электронный блок 8 управления включением вакуумного насоса и работой запорного устройства по сигналу от датчика давления 7. Вакуумный насос 1 выполнен с автономным электроприводом 9. Привод запорного устройства 2 выполнен пневматическим.
Автоматическая вакуумная система водозаполнения центробежных пожарных насосов работает следующим образом.
Первоначально запуск системы водозаполнения производится оператором насосной установки вручную путем нажатия кнопки «Пуск» на блоке управления 8 (фиг. 1, 2), после чего запускается вакуумный агрегат, состоящий из шиберного (пластинчатого) вакуумного насоса 1 и электродвигателя 9. При этом трехходовой шаровой кран с дистанционным приводом 2 по команде с блока управления автоматически открывает всасывающую линию 6, соединяющую вакуумный насос 1 с всасывающим патрубком центробежного насоса 5 через пеносмеситель 3 и перекрывает линию 4 подачи пенообразователя в пеносмеситель 3 через кран-дозатор 10.
При работе вакуумного насоса во всасывающей линии центробежного насоса 5 и в его внутренней полости создается разрежение, за счет чего производится подъем воды. Дойдя до уровня всасывающего патрубка центробежного насоса 5, вода попадает на вращающееся рабочее колесо, которое отбрасывает воду на периферию, в результате чего в полости центробежного насоса 5 вода под действием центробежных сил собирается в форме кольца (с заходом в напорный коллектор).
По мере заполнения рабочего колеса водой увеличивается масса вращающейся воды и, следовательно, растет давление, развиваемое насосом в напорной полости. Давление в напорной полости контролируется датчиком давления 7, который преобразует давление воды в токовый сигнал, пропорциональный величине давления. Токовый сигнал от датчика давления 7 поступает в блок управления 8, где сравнивается с заранее установленным «пороговым» значением, соответствующим давлению воды при котором центробежный насос выходит на режим самовсасывания. Величина указанного давления подбирается опытным путем для каждого типа центробежного насоса и заносится в энергонезависимую память блока управления. При необходимости блок управления может быть перепрограммирован на другое значение давления.
При достижении токового сигнала с датчика давления 7 порогового значения блок управления 8 выдает команду на переключение трехходового шарового крана 2, в результате чего перекрывается всасывающая линия 6, соединяющая вакуумный насос 1 с всасывающим патрубком центробежного насоса 5 через пеносмеситель 3 и открывается линия 4 подачи пенообразователя в пеносмеситель 3 через кран-дозатор 10. Через определенный промежуток времени после переключения трехходового шарового крана 2 блок управления 8 выдает команду на отключение электропривода вакуумного насоса 1. Указанная временная задержка необходима для удаления из вакуумного насоса остатков попавшей в него воды. Величина временной задержки подбирается опытным путем, хранится в энергонезависимой памяти блока управления 8 и может быть при необходимости изменена перепрограммированием блока управления.
В процессе работы центробежного насоса 5 блок управления 8 постоянно контролирует текущее давление воды на выходе насоса по величине токового сигнала с датчика давления 7, и в случае его снижения ниже порогового значения (например, из-за попадания в центробежный насос воздушного пузыря из всасывающей линии насоса при наличии в ней обратного уклона) дает команду на повторный запуск процесса водозаполнения по описанному выше алгоритму. При этом включение вакуумного насоса 1 выполняется автоматически, без вмешательства оператора.
Отключение вакуумной системы в конце работы насосной установки выполняется оператором вручную путем нажатия кнопки «Стоп» на блоке управления 8.
Техническое решение, представленное в заявляемой полезной модели, может быть реализовано в любом пожарном центробежном насосе, в котором напорная полость центробежного насоса отделена от центробежной части обратным клапаном, открывающимся избыточным давлением под клапаном со стороны центробежной части, и закрывающимся при отсутствии указанного избыточного давления (частный случай - обратные клапаны в каждом из напорных вентилей). Привод запорного крана, установленного в магистрали, соединяющей вакуумный насос с всасывающим патрубком центробежного насоса, может быть электрическим или пневматическим. Наибольшее быстродействие достигается при пневмоприводе.
Примером реализации технического решения согласно заявляемой полезной модели является пожарный центробежный насос НЦПН-40/100М-В3Т, который готовится к производству, начиная с IV кв. 2014 г. (производитель ЗАО «УСПТК-Пожгидравлика»). Указанный насос снабжен заявленной автоматической вакуумной системой водозаполнения и представлен на фиг. 2 и 3, где: 1 - вакуумный насос с автономным электроприводом, 2 - трехходовой шаровой кран с пневмоприводом, 3 - пеносмеситель, 4 - линия подачи пенообразователя в пожарный насос, 5 - центробежный насос; 6 - всасывающая линия вакуумного насоса; 7 - датчик давления; 8 - электронный блок управления включением вакуумного насоса и трехходового шарового крана; 9 - электропривод вакуумного насоса (на фиг. 3 не показан, выполнен в виде единого узла с вакуумным насосом 1); 10 - кран-дозатор подачи пенообразователя; 11 - вентиль напорный с подпружиненным обратным клапаном; 12 - напорный коллектор.
Заявляемая конструкция системы водозаполнения пожарных насосов обеспечивает надежную работу системы и обладает рядом преимуществ по сравнению с аналогами:
- водозаполнение производится при вращающемся вале центробежного насоса, что исключает необходимость отключения его привода перед повторным водозаполнением при срыве напора;
- в качестве вакуумного насоса используется вакуумный насос с автономным электроприводом (например, по патенту РФ №56500), в результате чего производительность вакуумного насоса не зависит от частоты вращения центробежного насоса и появляется возможность вакуумирования внутренней полости центробежного насоса без запуска приводного двигателя насосной установки при проверке центробежного насоса на вакуумплотность;
- всасывающая линия вакуумного насоса соединена с центробежным насосом через пеносмеситель и установленный на его входе трехходовой шаровой кран с дистанционным приводом, что обеспечивает автоматическое перекрытие подачи пенобразователя в центробежный насос при запуске вакуумного насоса;
- управление включением вакуумного насоса и приводом трехходового шарового крана обеспечивается электронным блоком управления по сигналу электрического датчика давления, установленного в напорной полости центробежного насоса. При этом программное обеспечение блока управления позволяет изменять пороговое значение избыточного давления, при котором отключается вакуумный насос, и задавать различные значения временной задержки между выдачей управляющих команд на переключение трехходового шарового крана и на выключение вакуумного насоса.