Основные выводы
- Существует три основных типа пожарных насосов: горизонтальные насосы с разъемным корпусом, вертикальные турбинные насосы и насосы с торцевым всасыванием; каждый из них подходит для различных источников воды и условий монтажа.
- Выбор пожарного насоса зависит от источника всасывания (городской водопровод, резервуар, открытый водоем, подземный колодец), имеющейся площади помещения и требований стандарта NFPA 20.
- Горизонтальные насосы с раздельным корпусом широко используются в системах коммерческих зданий, поскольку они обеспечивают высокий расход, удобны для технического обслуживания и соответствуют большинству требований сертификационных органов.
- Вертикальные турбинные насосы позволяют решать проблемы, возникающие в случаях, когда источник воды находится ниже уровня земли или в открытых водохранилищах, однако их установка требует более тщательного планирования, а эксплуатация — специальных знаний в области обслуживания валов.
- Каждая система пожарных насосов включает в себя подкачивающий насос, контроллер и испытательный коллектор — при выборе типа насоса необходимо учитывать всю установленную систему в целом, а не только основной насос.
Типы пожарных насосов различаются по способу забора воды, конструкции вала и рабочего колеса, а также по месту проведения технического обслуживания. Выбор типа насоса влияет на стоимость монтажа, занимаемую площадь, требования к всасыванию и интервалы между техническими обслуживаниями. Для большинства систем противопожарной защиты зданий по умолчанию используются горизонтальные насосы с разъемным корпусом, поскольку они обеспечивают оптимальный баланс между пропускной способностью, удобством доступа для технического обслуживания и соответствием нормативным требованиям. Вертикальные турбинные насосы выбирают в тех случаях, когда источник воды находится в глубоком колодце, подземной цистерне или открытом водохранилище. Насосы с торцевым всасыванием используются для небольших нагрузок или в качестве подкачивающих насосов, но реже применяются в качестве основных пожарных насосов, поскольку они обеспечивают меньшую гибкость всасывания и затрудняют доступ для осмотра.
Условия эксплуатации определяют выбор типа насоса. Пожарные насосы должны обеспечивать номинальный расход при номинальном давлении, выдерживать работу в режиме «перемешивания» без перегрева, а также пройти приемочные испытания, включающие проверку давления в холостом ходу, расхода при 150% и последовательности работы контроллера. Следующим критерием являются условия всасывания: при положительном всасывании из городского магистрального трубопровода или надземного резервуара предпочтительны горизонтальные насосы, тогда как при всасывании с подъёмом или из подземного резервуара требуются вертикальные турбинные насосы или специальные всасывающие устройства.
Горизонтальные пожарные насосы с раздельным корпусом
Горизонтальные насосы с разъемным корпусом имеют корпус, разделяющийся по горизонтальной оси симметрии, что позволяет снимать верхнюю половину без отсоединения всасывающих или нагнетательных трубопроводов. Эта конструкция широко используется в системах противопожарной защиты коммерческих и промышленных объектов, а также высотных зданий, поскольку обеспечивает расход от 500 до более 5 000 галлонов в минуту, напор до 400 футов и обеспечивает удобный доступ к рабочему колесу, изнашиваемым кольцам и уплотнению вала при проведении осмотра или капитального ремонта.
Конструкция с разъемным корпусом позволяет проводить техническое обслуживание подшипников, уплотнений и рабочего колеса без разъединения основных трубопроводных соединений. Для владельцев зданий и управляющих объектами это сокращает время простоя во время испытаний и технического обслуживания насоса. Насос установлен на опорной плите вместе с двигателем, и весь узел может быть закреплен в специальном помещении для пожарных насосов, обеспечивающем свободный доступ для проведения испытаний и технического обслуживания.
Требования к всасыванию для горизонтальных насосов с разъемным корпусом являются гибкими. Насос может осуществлять всасывание из городского водопровода с устройством предотвращения обратного потока, из атмосферного резервуара с положительным напором или из всасывающего резервуара с ограниченным подъемом, если насос имеет достаточный запас NPSH. Большинство сертификатов и испытаний на соответствие стандарту NFPA 20 проводятся с учетом горизонтальных конструкций с раздельными корпусами, поэтому процедуры утверждения и проверки хорошо отработаны.
Вертикальные турбинные пожарные насосы
Вертикальные турбинные насосы имеют конструкцию, при которой двигатель расположен сверху, длинный приводной вал проходит вниз в водоем, а одна или несколько ступеней рабочего колеса погружены в жидкость. Такая конструкция решает проблему высоты всасывания за счет размещения рабочих колес ниже уровня воды, что позволяет избежать проблем с запуском и попаданием воздуха, характерных для горизонтальных насосов с высотой всасывания.
Эти насосы используются в тех случаях, когда источником воды является глубокая скважина, подземный резервуар, водохранилище или озеро. Насосная колонна простирается от монтажной плиты двигателя вниз до корпуса, в котором размещены рабочие колеса. Вал должен опираться на подшипники по всей длине колонны, а весь узел должен быть выровнен и закреплен для предотвращения вибрации и износа.
Техническое обслуживание вертикальных турбинных насосов требует подъема двигателя, отсоединения муфты и извлечения всего узла вала и корпуса из воды. Для этого необходим свободный просвет над головой, подъемное оборудование и более тщательное планирование, чем при обслуживании насосов с разъемным корпусом. Взамен насос может забирать воду из источников, недоступных для горизонтальных насосов без использования дорогостоящих систем заправки или бустерных насосов.
Вертикальные турбинные пожарные насосы широко используются в сельской местности, на крупных промышленных объектах, а также в местах, где давление в городском водопроводе недостаточное или отсутствует. Насос необходимо устанавливать в месте, обеспечивающем безопасный подъем и доступ для технического обслуживания, а источник воды должен быть защищен от попадания мусора, замерзания и загрязнения.
Пожарные насосы с торцевым всасыванием и вертикальные проходные насосы
Насосы с торцевым всасыванием имеют один всасывающий патрубок на одном конце корпуса и нагнетательный патрубок в верхней или боковой части. Конструкция таких насосов компактна и проста, однако для проведения технического обслуживания требуется отсоединять всасывающий трубопровод, чтобы снять рабочее колесо или уплотнение. Эти насосы используются в небольших системах противопожарной защиты, часто в качестве подпорных насосов, поддерживающих давление в системе в перерывах между работой основных насосов.
Вертикальные проходные насосы монтируются непосредственно в трубопроводе: всасывающий и нагнетательный патрубки расположены в одной линии, а двигатель устанавливается вертикально над насосом. Это позволяет сэкономить площадь и упростить прокладку трубопроводов в тесных технических помещениях. Однако для проведения технического обслуживания двигателя и уплотнений необходимо закрепить трубопровод и демонтировать насос из линии, что может затруднить планирование работ по техническому обслуживанию.
В системах противопожарной защиты используются как насосы с торцевым всасыванием, так и вертикальные проходные насосы, однако они являются второстепенным выбором для основных пожарных насосов, поскольку конструкции с раздельным корпусом обеспечивают лучший доступ, более высокую пропускную способность, а также имеют более устоявшуюся практику сертификации и испытаний. В условиях ограниченного пространства или ограниченной нагрузки эти конфигурации могут соответствовать требованиям нормативов при условии надлежащего проектирования и получения соответствующих разрешений.
Факторы, определяющие выбор типа насоса
| Фактор | Горизонтальный разъемный корпус | Вертикальная турбина | С торцевым всасыванием / Линейный |
|---|---|---|---|
| Типичный диапазон расхода | 500–5 000+ галлонов в минуту | 100–3 000 галлонов в минуту | 25–500 галлонов в минуту |
| Условия всасывания | Положительный наклон или ограниченный подъем | Погруженное в воду, устраняет подъемную силу | Предпочтительно с положительным наклоном |
| Доступ для технического обслуживания | Снятие верхней обсадной колонны без разрыва трубы | Полная разборка с использованием подъемного оборудования | Требуется отсоединить всасывающий трубопровод |
| Площадь помещений | Большая занимаемая площадь, горизонтальная компоновка | Небольшая занимаемая площадь, глубина вертикальной колонны | Компактные, в линию или с непосредственным соединением |
| Универсальная заявка | Установка систем пожаротушения, пожарных гидрантов | Колодцы, цистерны, открытые источники воды | Насосы «Джоки», маломощные модели |
| Сертификация по стандарту NFPA 20 | Широко представлен в ассортименте и прошел испытания | Предназначено для конкретных областей применения | Ограниченный перечень основных насосов |
В таблице выделены переменные, которые отличают один тип насоса от другого в реальных установках. Расход и напор определяют гидравлические параметры, условия всасывания ограничивают круг возможных конфигураций, а доступность для технического обслуживания определяет затраты на протяжении всего срока службы. Правильный выбор соответствует всем трем критериям, не создавая при этом ненужной сложности или риска.
Компоненты системы, помимо насоса
Системы пожарных насосов включают в себя подпиточный насос, контроллер, датчики давления, испытательный коллектор, расходомер и предохранительный клапан. Подпиточный насос — это небольшой насос, который работает в непрерывном или прерывистом режиме для поддержания давления в системе и предотвращения запуска основного пожарного насоса при незначительных утечках или колебаниях давления. Его производительность рассчитана на подачу небольшого расхода при давлении, немного превышающем давление запуска основного насоса.
Контроллер запускает основной пожарный насос, когда давление в системе опускается ниже заданного значения, что, как правило, происходит в результате срабатывания спринклерной системы или отбора воды из гидранта. Контроллер также обеспечивает защиту двигателя, контроль фаз и индикацию работы. Контроллеры пожарных насосов являются сертифицированными устройствами, которые должны соответствовать требованиям стандарта NFPA 20 в отношении запуска, остановки и индикации неисправностей.
Испытательный узел позволяет проводить испытания пожарного насоса на расход без подачи воды в систему спринклерного пожаротушения здания. Он включает в себя откалиброванные расходомеры, манометры и сливные трубопроводы. Приемочные испытания предусматривают работу насоса при номинальном расходе, расходе 150% и режиме «churn» для проверки рабочих характеристик и стабильности работы.
При выборе типа пожарного насоса необходимо убедиться, что установка, испытание и техническое обслуживание всей системы возможны в пределах имеющегося пространства и с учетом существующего водоснабжения. Насос, который соответствует требованиям к расходу и давлению, но испытание которого на расход или техническое обслуживание невозможно провести без нарушения нормальной работы здания, создает проблемы с соблюдением нормативных требований и надежностью.
Распространенные ошибки при выборе и установке
Выбор типа насоса на основе знакомства с каталогом, а не с учетом особенностей источника всасывания и системы водоснабжения, приводит к наиболее распространенным поломкам. Горизонтальный насос с раздельным корпусом, установленный с чрезмерным подъемом на всасывании, будет подвергаться кавитации, перегреваться и преждевременно выходить из строя. Вертикальный турбинный насос, установленный в неглубоком резервуаре без достаточного погружения, будет засасывать воздух и терять герметичность.
Несоблюдение диапазона давления в подканольном насосе приводит к частым циклам работы основного пожарного насоса или к невозможности его запуска при фактической нагрузке. Давление в подканольном насосе должно поддерживаться на уровне выше точки запуска основного насоса, но ниже давления отключения, с достаточным запасом, чтобы предотвратить ложные запуски из-за незначительных колебаний давления.
Установка пожарного насоса без обеспечения достаточной пропускной способности испытательного коллектора или сливного трубопровода делает невозможным проведение приемочных испытаний и ежегодных испытаний расхода. Стандарт NFPA 20 требует проведения испытаний при полном расходе, причем испытательная подача должна направляться в слив, резервуар или в безопасное место на открытом воздухе. Без этого система не может быть проверена или обслужена.
Отсутствие документации, отражающей исходные обоснования выбора насоса — расход, напор, условия всасывания, источник воды и требования нормативных документов, — вынуждает будущие бригады по техническому обслуживанию гадать о замысле проектировщиков. При появлении неисправностей они не могут сопоставить текущие условия с исходными параметрами, что приводит к неверным диагнозам и неэффективному ремонту.
Данные полевой проверки и закупки
Перед тем как заказать запасной насос или разработать проект новой установки, необходимо определить номинальный расход, номинальное давление, давление в нагнетании, условия всасывания, характеристики источника воды, доступный NPSH, источник питания, тип контроллера и размеры монтажного пространства. Сделайте фотографии существующего насосного помещения, всасывающего трубопровода, нагнетательного коллектора и испытательных соединений.
Для получения коммерческого предложения сообщите рабочую точку гидравлической системы, схему всасывания, температуру жидкости, напряжение и фазу питания, схему монтажа, а также любые местные нормы или технические требования. Если насос предназначен для модернизации, укажите данные с заводской таблички существующего насоса и отметьте любые изменения в системе, произошедшие с момента первоначальной установки.
При устранении неисправностей необходимо зафиксировать характер симптомов, давление в системе до и после запуска насоса, потребляемый ток двигателя, нехарактерные шумы или вибрацию, уровень воды в источнике всасывания, а также недавние изменения в клапанах, трубопроводах или настройках системы управления. Сравните эти данные с характеристикой насоса и исходными данными приемочных испытаний, чтобы определить, связана ли проблема с гидравликой, механикой или системой управления.
Вопросы и ответы
Можно ли заменить горизонтальный насос с раздельным корпусом на вертикальный турбинный насос в той же системе?
Только при условии, что это позволяют условия всасывания и монтажа. Для вертикальных турбинных насосов необходим источник воды, в который может погружаться насосная колонна, достаточная глубина и степень погружения, а также свободное пространство сверху для вытягивания валового узла. Если в исходной системе использовалось принудительное всасывание из резервуара или городского водопровода, горизонтальный насос, как правило, является более простым и экономичным вариантом замены.
Что произойдет, если диапазон давления в подготовительном насосе пересекается с диапазоном давления запуска основного насоса?
Основной пожарный насос будет запускаться без необходимости, что приведет к износу двигателя, контроллера и уплотнений насоса. Подающий насос должен поддерживать давление выше значения, при котором запускается основной насос, с достаточным запасом, учитывающим погрешность датчика давления и колебания давления в системе. Обычно этот запас составляет 5–10 psi.
Все ли пожарные насосы должны быть оснащены сертифицированным контроллером?
Да, при монтаже в соответствии с нормами. Стандарт NFPA 20 предписывает, чтобы контроллеры пожарных насосов были сертифицированы признанной испытательной лабораторией и обеспечивали надлежащий пуск двигателя, защиту фаз и сигнализацию неисправностей. Использование стандартного пускателя двигателя вместо сертифицированного контроллера пожарного насоса приведет к отказу при проверке и создаст проблемы с ответственностью.
Можно ли использовать насос с торцевым всасыванием в качестве основного пожарного насоса в большом здании?
Такой подход встречается редко и, как правило, не является предпочтительным. Насосы с торцевым всасыванием характеризуются меньшей производительностью, более затрудненным доступом для технического обслуживания и меньшим количеством моделей, сертифицированных для использования в качестве основных пожарных насосов. Чаще всего они применяются в качестве подкачивающих насосов или в небольших специализированных системах. Для основной системы противопожарной защиты зданий стандартным выбором являются горизонтальные насосы с раздельными корпусами.
Какова наиболее распространённая причина выхода из строя пожарного насоса во время приемочных испытаний?
Недостаточный показатель NPSH на всасывании, приводящий к кавитации и прекращению потока. Это происходит в случае, если диаметр всасывающего трубопровода занижен, высота всасывания чрезмерна или уровень воды в источнике ниже расчетного. Насос может запускаться и создавать давление при низком расходе, но во время испытания входит в кавитацию и перегревается при номинальном расходе или расходе 150%.
Заключение
Типы пожарных насосов выбираются с учетом соответствия конфигурации насоса источнику воды, требуемому расходу и ограничениям монтажа. Горизонтальные насосы с раздельными корпусами обеспечивают надежную работу и простоту обслуживания в большинстве инженерных систем зданий. Вертикальные турбинные насосы решают проблемы, связанные с глубоким забором воды и высотой всасывания, с которыми не справляются горизонтальные насосы. Насосы с торцевым всасыванием и проходные насосы заполняют нишевые роли там, где пространство или рабочие условия ограничены. Правильный выбор зависит от подтверждения гидравлической нагрузки, условий всасывания и схемы системы перед заказом, а затем от проверки установки на соответствие требованиям нормативов и критериям приемочных испытаний. Как при замене, так и при новой установке необходимо задокументировать обоснование выбора, чтобы при будущих проверках и устранении неисправностей можно было опираться на первоначальный проектный замысел, а не действовать на основе предположений.