Насосы питательные ПЭ, АН, ЦВК, НГ, ЦНСВ, ЦНСГ, PQ

Насосы питательные: классификация, конструктивные особенности и область применения агрегатов ПЭ, АН, ЦВК, НГ, ЦНСВ, ЦНСГ, PQ

Питательные насосы являются критически важным элементом тепловой и атомной энергетики, обеспечивая непрерывную подачу питательной воды в паровой котел для поддержания его нормального гидравлического режима и тепловой мощности. Работая в условиях высоких температур (до 160-200°C) и давлений (до 40 МПа и выше), они предъявляют исключительные требования к материалам, конструкции, надежности и эффективности. На рынке представлено несколько типов и серий таких насосов, различающихся по принципу действия, конструктивному исполнению и назначению.

Классификация питательных насосов по принципу действия и конструкции

Все питательные насосы делятся на две основные группы: поршневые (плунжерные) и центробежные. Центробежные, в свою очередь, подразделяются на секционные и спиральные. Выбор типа определяется параметрами энергоблока, требованиями к регулированию и экономическими соображениями.

• Поршневые/плунжерные насосы (ПЭ): Используются в качестве приводных насосов паровых питательных насосных агрегатов (ППНА). Приводятся от паровой турбины, имеют высокий КПД (до 85-90%) и создают чрезвычайно высокое давление. Работа основана на вытеснении жидкости движущимся плунжером. Требуют сложной системы уравновешивания осевых сил и тщательной подготовки воды.
• Центробежные секционные насосы (ЦНС, АН, ЦНСВ, ЦНСГ): Основной тип для современных энергоблоков. Состоят из последовательно соединенных секций (ступеней), что позволяет наращивать давление пропорционально их количеству. Поток внутри насоса имеет многократное изменение направления.
• Центробежные спиральные насосы (ЦВК, НГ, PQ): Имеют односторонний подвод к рабочему колесу и спиральный отвод. Обычно одно- или двухступенчатые. Отличаются более высоким КПД и лучшей кавитационной характеристикой по сравнению с секционными при одинаковых подачах, но сложны в изготовлении для высоких давлений.

Подробный анализ типов и серий питательных насосов

1. Насосы типа ПЭ (Плунжерный, Энергетический)

Насосы ПЭ — это горизонтальные приводные плунжерные насосы, работающие в составе турбонасосного агрегата. Они предназначены для подачи питательной воды в котлы сверхкритических параметров.

• Конструкция: Многоцилиндровый (обычно 5-7 цилиндров) насос тройного действия. Имеет крейцкопфный механизм, гидравлическую систему уравновешивания осевых сил (уравнительный поршень), золотниковое распределение. Корпус и детали изготавливаются из высоколегированных сталей.
• Преимущества: Крайне высокий КПД, независимость от электрической сети (привод от турбины), способность создавать давление свыше 40 МПа.
• Недостатки: Сложность конструкции, высокая стоимость, пульсация подачи, требовательность к чистоте питательной воды, необходимость в бустерном насосе.
• Область применения: Основные питательные насосы для энергоблоков 300 МВт и выше с докритическими и сверхкритическими параметрами пара.

2. Насосы типа АН (Агрегат Насосный) и ЦНС (Центробежный Насос Секционный)

Насосы АН — это полный насосный агрегат на общей фундаментной плите, включающий собственно секционный насос (ЦНС), электродвигатель, редуктор (при необходимости), систему смазки и вспомогательное оборудование.

• Конструкция: Насос ЦНС — горизонтальный, многоступенчатый, с односторонним подводом к первой ступени и торцевым разъемом корпуса. Ротор собран на валопроводе с рабочими колесами, зафиксированными шпонками или стяжкой. Уплотнения вала — сальниковые с охлаждением или торцевые.
• Особенности серий:
  • АН и ЦНС: Базовая серия для давлений до 20-25 МПа.
  • ЦНСГ (Горизонтальный) — современное обозначение горизонтальных секционных насосов.
  • ЦНСВ (Вертикальный) — вертикальное исполнение, экономит площадь машзала. Имеет специфическую конструкцию с выносным баком уплотнений.
• Область применения: Основные и резервные питательные насосы для энергоблоков 50-800 МВт, сетевые насосы, насосы технологических сред на ТЭЦ и АЭС.

3. Насосы типа ЦВК (Центробежный, Высоконапорный, Конденсатный) и НГ (Насос Горизонтальный)

Это горизонтальные одно- или двухступенчатые спиральные насосы с двусторонним подводом к рабочему колесу (типа «Double Suction»).

• Конструкция: Корпус с осевым разъемом. Рабочее колесо расположено между двумя подводами, что уравновешивает осевое гидравлическое усилие. Вал опирается на два подшипника качения или скольжения. Отличаются высокой надежностью и хорошей кавитационной стойкостью.
• Назначение: Чаще используются в качестве бустерных (подпиточных) насосов в схеме с основным ПЭ-насосом. Их задача — поднять давление на входе в основной насос для предотвращения кавитации. Также применяются как конденсатные и циркуляционные насосы.
• Область применения: Обязательный элемент тракта питательной воды с приводным ПЭ-насосом, а также в различных вспомогательных системах ТЭС и АЭС.

4. Насосы серии PQ

Современные многоступенчатые секционные насосы с радиальным разъемом корпуса (корпус «в рубашке»), разработанные и производимые рядом зарубежных (например, Flowserve, KSB) и отечественных компаний.

• Конструкция: Отличительная черта — корпус с наружным кожухом (обечайкой) и внутренними разъемными секциями (гильзами). Ротор может быть выполнен как с насадными колесами, так и в виде барабана. Такая конструкция обеспечивает:
  • Минимальное количество разъемных соединений высокого давления.
  • Равномерное распределение напряжений в корпусе.
  • Сокращение времени ремонта (не требует разборки всасывающего и напорного трубопроводов).
• Преимущества: Высокая надежность, компактность, удобство обслуживания и ремонта, высочайшая энергоэффективность.
• Область применения: Основные и резервные питательные насосы для новых и модернизируемых энергоблоков высокой мощности.

Сравнительные характеристики питательных насосов

Тип насоса	Принцип действия	Типовой диапазон подач, м³/ч	Типовой диапазон напоров, м	Преимущества	Недостатки	Типичная роль в схеме
ПЭ	Поршневой (плунжерный)	200-800	2000-4000	Очень высокий КПД, автономность от электросети	Сложность, пульсация, высокая цена, требовательность к воде	Основной приводной насос (в составе ППНА)
АН / ЦНСГ	Центробежный секционный	100-1200	1000-3500	Относительная простота, надежность, широкий модельный ряд	Ниже КПД, чем у спиральных и PQ, сложный ремонт секций	Основной или резервный электроприводной насос
ЦНСВ	Центробежный секционный (вертикальный)	300-2000	1000-2500	Экономия площади, лучшие условия для кавитации	Сложность обслуживания подшипников и уплотнений	Основной питательный насос на АЭС и некоторых ТЭС
ЦВК / НГ	Центробежный спиральный	500-5000	200-800	Высокий КПД, хорошая кавитационная стойкость, надежность	Ограничение по создаваемому напору одной ступенью	Бустерный (подпиточный) насос
PQ (современный секционный)	Центробежный секционный с радиальным разъемом	150-1500	1500-4000	Высший КПД, ремонтопригодность, компактность, надежность	Высокая начальная стоимость	Основной электроприводной насос на современных блоках

Ключевые инженерные аспекты выбора и эксплуатации

Кавитация: Для предотвращения кавитации на входе в основной питательный насос (особенно ПЭ и ЦНС) необходим достаточный кавитационный запас (NPSH). Этим обусловлено обязательное применение бустерных насосов (ЦВК, НГ), поднимающих давление на всасе.

Регулирование производительности: Основные методы — изменение частоты вращения (турбопривод для ПЭ, частотный преобразователь для электродвигателей АН/PQ) и дросселирование на напорной линии. Современные тенденции favor ЧРП как наиболее энергоэффективному способу.

Материалы: Проточные части насосов, работающих с деаэрированной горячей водой, изготавливаются из углеродистых (сталь 25) и легированных (стали 20Х13, 14Х17Н2, 10Х17Н13М2Т) сталей. Для уплотнений вала используются графит, керамика, карбид вольфрама.

Система уплотнений вала: Сальниковые уплотнения с охлаждаемыми втулками постепенно вытесняются торцевыми (механическими) уплотнениями, обеспечивающими нулевую утечку и меньшие эксплуатационные затраты.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между насосом АН и ЦНС?

АН (Агрегат Насосный) — это комплексное изделие, включающее насос (который, как правило, имеет тип ЦНС), электродвигатель, муфту, фундаментную плиту, систему смазки и ограждения. ЦНС (Центробежный Насос Секционный) — это непосредственно сам насосный аппарат без привода и вспомогательных систем. В профессиональной речи часто эти термины используют как синонимы, подразумевая под «насосом АН» именно секционный питательный насос.

Почему для насосов ПЭ обязательна установка бустерного насоса типа ЦВК?

Плунжерные насосы ПЭ крайне чувствительны к кавитации. Бустерный насос (ЦВК, НГ) повышает давление на входе в ПЭ, обеспечивая необходимый кавитационный запас (NPSH). Кроме того, он подает подпор на уплотнения плунжеров ПЭ, что необходимо для их нормальной работы и охлаждения.

Что предпочтительнее для нового энергоблока: питательный агрегат с турбоприводом (ПЭ) или с электроприводом (типа PQ)?

Выбор является технико-экономическим. Турбоприводной агрегат (ПЭ+турбина) имеет более высокий КПД и не потребляет дорогой электрической мощности, повышая КПД блока в целом. Однако он значительно дороже, сложнее в эксплуатации и ремонте. Электроприводной агрегат (PQ с ЧРП) дешевле, проще, обладает высокой готовностью к пуску. Современные тенденции склоняются к использованию высокоскоростных электроприводных насосов PQ для блоков до 350-400 МВт, в то время как для более мощных блоков (600-800 МВт и выше) часто экономически обоснован турбопривод.

Каковы основные причины выхода из строя питательных насосов ЦНС?

• Износ уплотнительных колец между рабочими колесами и направляющими аппаратами, ведущий к падению напора и КПД.
• Разрушение подшипников из-за нарушения смазки, вибрации или misalignment.
• Эрозионно-кавитационный износ проточной части первой ступени.
• Трещины и коррозия в элементах корпуса из-за термоциклирования и высоких механических напряжений.
• Отказ механических торцевых уплотнений вала.

Что означает маркировка, например, ЦНС 300-240?

Маркировка секционных насосов ЦНС расшифровывается следующим образом: ЦНС 300-240 — Центробежный Насос Секционный с подачей 300 м³/ч и напором 240 метров водяного столба. Более полная маркировка может включать число ступеней и вариант исполнения: например, ЦНС 300-240х4 (4 ступени).

Заключение

Парк питательных насосов российской и мировой энергетики представляет собой сочетание проверенных временем конструкций (ПЭ, АН, ЦВК) и современных высокоэффективных агрегатов (PQ). Выбор конкретного типа определяется параметрами энергоблока, требованиями к надежности, экономической эффективностью и политикой модернизации. Понимание конструктивных особенностей, преимуществ и ограничений каждого типа насосов является необходимым условием для их корректной эксплуатации, технического обслуживания и планирования замены. Доминирующим трендом является постепенное внедрение энергоэффективных насосов с радиальным разъемом корпуса и частотно-регулируемым электроприводом, что позволяет оптимизировать жизненный цикл оборудования и снизить удельный расход электроэнергии на собственные нужды.