Насосы ОНВП

Насосы ОНВП: конструкция, принцип действия и область применения в энергетике

Насосы типа ОНВП (осевые насосы вертикальные погружные) представляют собой специализированное высокопроизводительное оборудование, предназначенное для перекачивания больших объемов воды с малыми напорами. Их ключевая особенность — вертикальное исполнение с погружным электродвигателем, что позволяет устанавливать агрегат непосредственно в перекачиваемой среде, исключая необходимость в сложных системах заливки и вакуумирования. Основная сфера применения — системы технического водоснабжения (ТВ) тепловых и атомных электростанций, где требуется обеспечить циркуляцию огромных масс охлаждающей воды через конденсаторы турбин, маслоохладители и другие теплообменные аппараты.

Конструктивные особенности насосов ОНВП

Конструкция насоса ОНВП является модульной и включает несколько ключевых узлов, собранных в единый вертикальный агрегат.

Погружной электродвигатель. Специальный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором в герметичном исполнении. Статор и ротор защищены влагостойкой изоляцией класса F или H. Двигатель заполнен дистиллированной водой или маслом, которые выполняют функции охлаждения и смазки подшипников. Вал двигателя выполнен из нержавеющей стали.
Входной патрубок (водозаборник). Располагается в нижней части насосной секции, обеспечивает ламинарный подвод потока к рабочим колесам. Часто оснащается защитной сеткой для предотвращения попадания крупных предметов.
Насосная секция. Состоит из нескольких последовательно расположенных ступеней. Каждая ступень включает направляющий аппарат и осевое рабочее колесо (лопастное колесо), закрепленное на общем валу. Количество ступеней определяет конечный напор агрегата. Проточная часть (колеса и аппараты) изготавливается из коррозионно-стойких материалов: легированной стали, бронзы или композитных материалов.
Вал насоса. Длинный составной вал, передающий крутящий момент от электродвигателя к рабочим колесам. Валы соединяются с помощью муфт и опираются на промежуточные подшипники скольжения, смазываемые перекачиваемой водой.
Выходной напорный патрубок. Расположен в верхней части агрегата, соединяется с напорным трубопроводом системы ТВ.
Система уплотнений. Комплекс сальниковых или торцевых уплотнений, предотвращающих протечки вдоль вала в месте выхода из корпуса насоса. В современных моделях применяются двойные торцевые уплотнения с контролем утечек.
Система мониторинга. Встроенные датчики температуры обмоток двигателя, вибрации, влажности в масляной полости (если есть), что позволяет осуществлять непрерывный контроль состояния агрегата.

Принцип действия и гидравлическая схема

Принцип работы ОНВП основан на передаче кинетической энергии от вращающегося осевого рабочего колеса потоку жидкости. Лопасти колеса, имеющие аэродинамический профиль, создают подъемную силу, которая толкает жидкость вдоль оси вращения. Направляющий аппарат, установленный за колесом, преобразует часть кинетической энергии потока в энергию давления, а также выпрямляет поток перед подачей на следующую ступень. Таким образом, многоступенчатая конструкция позволяет последовательно наращивать давление (напор) при сохранении высокой подачи. Погружение агрегата обеспечивает постоянное подпор на всасывании, что исключает кавитацию — основное ограничение для высокопроизводительных насосов.

Ключевые технические характеристики и параметры выбора

Выбор насоса ОНВП для конкретной системы ТВ осуществляется на основе гидравлического расчета. Основные параметры:

Подача (Q), м³/ч. Объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени. Для энергоблоков мощностью 300-500 МВт подача одного насоса может достигать 7000-15000 м³/ч.
Напор (H), м вод. ст. Энергия, сообщаемая насосом единице веса жидкости. Для систем ТВ обычно лежит в диапазоне 10-25 м, определяется гидравлическим сопротивлением трубопроводов, конденсаторов и высотой подъема.
Частота вращения (n), об/мин. Как правило, синхронная частота: 750, 1000, 1500 об/мин, определяется полюсностью двигателя.
Мощность на валу (N), кВт. Зависит от подачи, напора, КПД и плотности жидкости. Может составлять от нескольких сотен до нескольких тысяч киловатт.
КПД насоса (η). Для современных ОНВП КПД в рабочей точке может превышать 85-88%, что критически важно для снижения эксплуатационных расходов на электростанции.
Глубина погружения, м. Конструктивный параметр, определяющий длину агрегата и минимальный уровень воды в водозаборе для безопасной работы.

Сравнительная таблица: ОНВП vs. ГО (горизонтальные осевые) насосы

Параметр	Насосы ОНВП	Горизонтальные осевые насосы (ГО)
Требования к зданию насосной станции	Минимальны. Требуется колодец или резервуар для погружения. Машинный зал может отсутствовать или быть небольшим.	Необходим просторный машинный зал с массивным фундаментом под каждый агрегат.
Монтаж и демонтаж	Сложнее. Требует мощных крановых механизмов для вертикального подъема всей конструкции. Проводится через верх.	Проще. Осуществляется в горизонтальной плоскости, возможна разборка на месте.
Кавитационные качества	Высокие. Погружение обеспечивает постоянный подпор, риск кавитации сведен к минимуму.	Зависят от правильности расчета высоты всасывания. Требуют точного размещения относительно уровня воды.
Эксплуатационное обслуживание	Доступ к двигателю и верхним подшипникам затруднен, требует извлечения насоса. Мониторинг — только дистанционный.	Все узлы доступны для визуального и инструментального контроля без демонтажа.
Занимаемая площадь	Малая.	Значительная.

Особенности электроснабжения и управления

Электродвигатели насосов ОНВП являются высоковольтными (6 или 10 кВ) и высокомощными потребителями. Их пуск осуществляется, как правило, напрямую от сети (прямой пуск) или через устройства плавного пуска (УПП) для ограничения пусковых токов. Система управления включает шкафы управления и защиты с микропроцессорными реле, обеспечивающими защиту от короткого замыкания, перегрузки, перекоса фаз, «сухого хода», вибрации и перегрева обмоток. Насосные агрегаты часто работают в группе, управляемой системой АСУ ТП, которая поддерживает требуемый расход или давление в магистрали, включая и отключая необходимое количество насосов.

Области применения в энергетике и смежных отраслях

Системы циркуляционного водоснабжения (ЦВС) ТЭС и АЭС. Основное применение — подача охлаждающей воды из водоема-охладителя (реки, моря, пруда-охладителя или градирни) к конденсаторам паровых турбин.
Системы подпитки градирен и оборотного водоснабжения. Обеспечение циркуляции воды в замкнутом цикле.
Водоотведение и дренаж. Крупные насосные станции для отвода ливневых или паводковых вод.
Ирригационные системы. Орошение значительных сельскохозяйственных территорий с забором воды из каналов или водохранилищ.
Промышленное водоснабжение. На предприятиях металлургической, химической, целлюлозно-бумажной промышленности, где требуются большие объемы технической воды.

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Монтаж ОНВП — критически важный этап. Он требует предварительной подготовки фундаментного стакана или колодца с высокой точностью установки направляющих. Агрегат опускается по направляющим с помощью крана. После установки производится центровка и соединение с напорным трубопроводом. В эксплуатации ключевое внимание уделяется:

Контролю уровня воды в водозаборе (недопущение работы при уровне ниже минимально допустимого).
Мониторингу показаний вибрации и температуры двигателя.
Контролю состояния масла в маслокамере двигателя (при его наличии) на предмет наличия эмульсии (влага).
Регламентному обслуживанию, включающему периодический подъем агрегата для осмотра проточной части, проверки износа рабочих колес и подшипников, замены уплотнений.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем обусловлен высокий КПД осевых насосов?

Высокий КПД (до 88-90%) достигается за счет аэродинамически совершенной формы лопастей, минимизации гидравлических потерь в гладком осевом потоке и отсутствия потерь на дисковое трение, характерного для центробежных ступеней. Эффективность максимальна в зоне расчетной подачи.

Каков типовой ресурс насоса ОНВП до капитального ремонта?

Межремонтный интервал сильно зависит от качества перекачиваемой воды (наличие абразивных частиц, агрессивность). При работе на чистой воде и соблюдении условий эксплуатации ресурс может достигать 50 000 – 80 000 часов. При абразивном износе этот срок сокращается в 2-3 раза.

Как бороться с кавитацией в ОНВП?

Основная мера борьбы — обеспечение минимально необходимого погружения (затопления) входного патрубка насоса ниже уровня воды в соответствии с паспортной характеристикой насоса (NPSHr). Конструктивно кавитации противодействуют специальным профилем лопастей и материалами, стойкими к кавитационной эрозии (например, наплавка из нержавеющей стали).

Что важнее при выборе между ОНВП и вертикальным центробежным насосом (ВЦН) для ТВ?

Ключевой критерий — соотношение подачи и напора. Осевые насосы (ОНВП) эффективны при больших подачах (свыше 2-3 тыс. м³/ч) и малых напорах (до 25 м). Центробежные насосы (ВЦН) применяются при меньших подачах и более высоких напорах (от 30 м и выше). Также учитывают геометрию водозабора и требования к занимаемой площади.

Какие системы уплотнения вала применяются в современных ОНВП и как контролируются их утечки?

Современные агрегаты оснащаются двойными торцевыми механическими уплотнениями. Для контроля используется система с промежуточной камерой, заполненной конденсатом или чистой водой под давлением. Датчики давления и расхода в линии подпитки этой камеры фиксируют изменения, свидетельствующие об износе одного из уплотнений, что позволяет планировать ремонт без аварийной остановки.

Можно ли регулировать производительность ОНВП и какими методами?

Да, основными методами являются: 1) Изменение частоты вращения с помощью частотного преобразователя (ЧРП) — наиболее эффективный энергосберегающий способ. 2) Поворот лопастей рабочего колеса (если предусмотрена конструкция с поворотными лопатками). 3) Дросселирование на напорном патрубке — наименее эффективный способ, ведущий к потерям энергии.

Заключение

Насосы типа ОНВП являются высокоспециализированным, энергоэффективным и надежным решением для задач перекачивания значительных объемов жидкости с малыми напорами. Их конструкция, оптимизированная для работы в погруженном состоянии, обеспечивает стабильность, высокий КПД и отличные кавитационные качества. Правильный выбор, монтаж и эксплуатация этих агрегатов с учетом специфики системы водоснабжения и качества перекачиваемой среды являются залогом их длительной и бесперебойной работы, что напрямую влияет на надежность и экономичность всего энергоблока. Развитие технологий в области материалов, систем уплотнения и частотного регулирования продолжает повышать эксплуатационные характеристики и расширять область применения насосов ОНВП.