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1開發林用消防泵的意義

消防泵是用水滅火必不可少的設備，我國已有l0多種不同型號和規格的手抬式消防泵產品，其主要用于城市和工礦消防。由于這類消防泵的流量較大、揚程不高，質量和體積大，不便攜帶，所以不宜在森林消防中使用。一般情況下，需要控制的林火燃燒強度遠低于城市和工礦火災，但野外火場附近通常缺少水源，往往需要長距離輸水，所以林用消防泵應具有流量小、揚程高、質量輕、體積小、便于攜帶等特點。

2森林消防泵的優點和性能參數

筆者參與開發的一種小型森林消防泵由發動機與泵部件兩部分組成，采用便攜式汽油機為動力，泵部件為單吸、二級離心式水泵。

2．1消防泵的優點

該森林消防泵具有以下優點：①質量輕、揚程高、流量小；②二級離心泵可使泵的效率大大提高；③框架和背掛的設計適宜單人背負或雙人手抬，可滿足山高路陡的環境要求；④整機與框架的連接采用橡膠減振腳，可減輕機器工作時的振動。

2．2主要性能參數

(1)整機參數：形式可背負框架式；凈質量18kg；外形尺寸(長X寬X高)430mmx350mmx440mm。

(2)水泵參數：形式單吸雙級離心式；流量≥2．5L／s；揚程~>70mm；進水口直徑50mm；出水口直徑38ram；水泵效率58％。

(3)水槍出水性嗡水槍口徑為4~6mm、轉速6000~lmin)：水槍口壓力>10．75MPa；出水流量≥1L／s。

3森林消防泵的工作原理

發動機工作時曲軸驅動泵軸旋轉，泵軸上安裝有一級葉輪和二級葉輪。當葉輪高速旋轉時，水泵進水口處產生的負壓遠低于標準大氣壓，在壓差的作用下，水從水源處沿進水管被吸入水泵進水口，一級葉輪將水甩人導葉，再經二級葉輪進入泵體，經泵體蝸殼收集、擴散后以高能量從水泵出水口噴出，從而實現水泵泵水的功能。

4泵部件傳動結構的改進

原來泵部件在加工、裝配和維修過程中比較難控制。我們借鑒了一些通用汽油機與林業機械的連接和傳動方式，對泵部件傳動結構進行了改進。

4．1原泵部件的傳動結構原來泵部件的傳動結構如圖1所示。該結構的優點是結構簡單，加工方便，成本低；缺點是安裝、維修困難，啟動費力。兩級葉輪靠兩個平鍵分別固定在泵軸上，泵軸必須先裝配到泵體內，再分別安裝平鍵b、二級葉輪、平鍵c和一級葉輪；由于泵體內部裝配空間有限，平鍵b和平鍵c的裝配比較困難。該結構的動力傳遞方式屬于直接硬性傳動。由發動機輸出軸直接帶動聯軸節A轉動，聯軸節A通過彈性銷和傳動膠塊帶動聯軸節B轉動，聯軸節B帶動泵軸轉動，從而實現水泵的泵水功能。由于聯軸節B靠過盈裝配在泵軸上，裝配和拆卸均比較困難。機器啟動前泵殼內必須充滿水，發動機曲軸與泵軸是同步運轉的，所以手拉機器啟動時即有負載(水產生的阻力)，因此啟動特別費力，即使在缸體上加減壓閥啟動也比較困難。

4．2改進后泵部件的傳動結構改進后泵部件的傳動結構如圖2所示。該結構的優點是結構簡單，安裝、維修方便，啟動輕松；缺點是花鍵加工成本較高。改進后的結構雖然加工成本增加，但省去了許多零件，裝配、拆卸都很方便。兩級葉輪靠花鍵固定在泵軸上，泵軸仍然先裝配到泵體內，再分別安裝二級葉輪和一級葉輪，不受空間的限制，裝配方便快捷。該結構的動力傳遞方式屬于離合器驅動，由發動機曲軸帶動離合塊組件轉動，此時泵軸不轉；當發動機轉速達到離合器甩開的轉速時，安裝在曲軸輸出端的離合塊在離心力的作用下甩開，與固定在泵軸上的離合碟接觸，帶動離合碟轉動，從而帶動水泵工作。離合碟依靠花鍵裝配到泵軸上，裝配、拆卸均較方便。機器啟動前泵內也必須充滿水，但發動機曲軸與泵軸不是同步運轉，機器手拉啟動時沒有負載，所以啟動很容易。

5機械密封的重新選型

原機械密封選擇的是103型內裝單端面單彈簧非平衡型并圈彈簧傳動機械密封，其結構示意圖如圖3所示。該種型號機械密封的優點是軸向尺寸小，能節省裝配空間；缺點是使用壓力范圍小(在0．8MPa以下)。在使用時，我們發現該型號的機械密封不能滿足機器的使用要求，容易漏水。主要原因是機械密封靜環外殼(金屬)與泵體直接接觸，密封效果不好，容易泄漏，泄漏通道(圖3中的A處)中介質的壓力F與彈簧的壓力方向相反，抵消了彈簧的部分壓力，導致動靜環表面(圖3中的B處)比壓不夠而造成泄漏。特別是泵在啟動和停止過程中，由于泵進口堵塞、抽送介質中含有氣體，可使密封腔出現負壓，導致動靜環表面出現泄漏。泵部件改進后機械密封選擇的是B103型內裝單端面單彈簧平衡型并圈彈簧傳動機械密封，其結構示意圖如圖4所示。該種型號機械密封的優點是使用壓力范圍大(1．6MPa以下)；缺點是軸向尺寸較大。在使用時，我們稍加改動泵體的結構，使其裝配空間加大。改進后的機械密封靜環有輔助密封圈與泵體配合(圖4中A處)，該處的泄漏通道已不存在，滿足了機器使用要求。介質的壓力F與彈簧的壓力方向相同，增加了彈簧的壓力，動靜環表面(圖4中B處)的泄漏消除，滿足了機器使用要求。

6小結

該泵傳動結構改進的關鍵是將原有的常結合方式改為自動離合式，簡化了動力傳遞路線，結構更為合理。實際使用表明，泵改進后所選用的機械密封大大提高了裝機試車的一次合格率。