Насосы ЦНСВ

Насосы ЦНСВ: конструкция, принцип действия, технические характеристики и область применения

Насосы типа ЦНСВ представляют собой центробежные, секционные, высоконапорные насосы с водяным охлаждением подшипниковых узлов. Аббревиатура расшифровывается следующим образом: Ц – центробежный, Н – насос, С – секционный, В – водяное охлаждение подшипников. Данные агрегаты предназначены для перекачивания воды с температурой от 0 до 45°С, содержащей механические примеси не более 0.1% по массе и размером не более 0.2 мм, с водородным показателем pH 6.5–9.5. Основная сфера применения – питание паровых котлов высокого давления на тепловых электростанциях (ТЭС), а также подача воды в магистральные трубопроводы и другие технологические процессы, требующие создания высокого давления.

Конструктивные особенности насосов ЦНСВ

Конструкция насоса ЦНСВ является классической для секционных насосов высокого давления. Основные узлы и компоненты:

Корпус насоса: Состоит из отдельных секций (секций корпуса), стянутых между собой шпильками. Количество секций определяет количество ступеней и, соответственно, конечный напор агрегата. Материал – стальное литье (например, сталь 25Л).
Ротор: Вращающийся узел, состоящий из вала, рабочих колес, диска трения, втулок и полумуфты. Вал изготавливается из высококачественной углеродистой стали. Рабочие колеса – из стального литья, закреплены на валу с помощью шпонок.
Рабочие колеса (крыльчатки): Одностороннего входа, с замкнутыми лопастями. Каждое колесо расположено в своей секции и формирует одну ступень давления.
Направляющие аппараты: Устанавливаются за каждым рабочим колесом и служат для преобразования кинетической энергии потока в потенциальную (давление), а также для направления потока жидкости на вход следующей ступени. Изготавливаются из стали.
Уплотнения:
- Уплотнения вала (сальники): Как правило, мягкие набивные сальниковые уплотнения с охлаждением и подводом уплотнительной воды. В современных модификациях могут применяться торцевые (механические) уплотнения.
- Уплотнения между секциями: Резиновые или паронитовые прокладки.
- Разгрузочное устройство (гидравлическая пята): Ключевой элемент для уравновешивания осевого усилия, возникающего из-за одностороннего входа жидкости в рабочие колеса. Представляет собой разгрузочный диск (диск трения), закрепленный на роторе, и неподвижное кольцо (втулку) в корпусе. Давление, создаваемое в этой полости, противодействует осевому усилию, разгружая упорный подшипник.
Подшипниковые узлы: Опорные подшипники – радиальные сферические роликовые или шариковые. Упорный подшипник – роликовый, воспринимает остаточное осевое усилие. Отличительная черта ЦНСВ – система водяного охлаждения подшипников, где через полости в кронштейнах подшипников циркулирует охлаждающая вода.
Система подвода уплотнительной и охлаждающей воды: Обязательный технологический элемент. Вода под давлением подается к сальниковым камерам для охлаждения и уплотнения, а также в полости подшипниковых кронштейнов.

Принцип действия и рабочий процесс

Приводной электродвигатель через муфту передает вращение ротору насоса. Жидкость поступает во всасывающий патрубок первой секции, попадает на лопасти первого рабочего колеса. Под действием центробежной силы кинетическая энергия колеса передается жидкости, которая отбрасывается к периферии колеса и поступает в направляющий аппарат. В направляющем аппарате скорость потока частично преобразуется в давление, после чего поток направляется во вход следующего рабочего колеса (второй ступени). Процесс повторяется на каждой ступени. Давление жидкости последовательно нарастает от секции к секции. После последней ступени жидкость поступает в напорный патрубок. Осевое усилие, действующее на ротор в сторону всасывающего патрубка, в основном уравновешивается разгрузочным устройством, а остаточное усилие воспринимается упорным подшипником.

Маркировка и типоразмерный ряд

Маркировка насосов ЦНСВ следует единому принципу. Например, ЦНСВ 200-500:

ЦНСВ – тип насоса.
200 – подача насоса, м³/ч (при оптимальном режиме работы).
500 – номинальный напор, развиваемый одной ступенью (секцией), м вод. ст.

Таким образом, насос ЦНСВ 200-500 с 5 ступенями будет иметь номинальную подачу около 200 м³/ч и общий напор около 500

5 = 2500 м вод. ст. (≈24.5 МПа).

Основные технические характеристики (на примере ряда моделей)

Модель насоса	Подача (Q), м³/ч	Напор на 1 ступень (H), м	Количество ступеней (i)	Полный напор (H_полн), м	Частота вращения (n), об/мин	Допустимый кавитационный запас (Δh), м	Мощность двигателя (N), кВт
ЦНСВ 63-500	63	500	2-8	1000-4000	3000	5.0	160-800
ЦНСВ 200-500	200	500	2-10	1000-5000	3000	5.0	500-2500
ЦНСВ 500-500	500	500	2-10	1000-5000	3000	5.0	1250-6300

Область применения и схемы включения

Насосы ЦНСВ являются критически важным оборудованием в энергетике. Основные области применения:

Питательные насосы для паровых котлов: Обеспечивают подачу питательной воды в котлы высокого и сверхвысокого давления (до 30 МПа и выше) на ТЭС и крупных котельных. Работают в составе питательного тракта после деаэраторов.
Насосы подпитки тепловых сетей: Для поддержания необходимого давления в магистральных сетях.
Технологические насосы: В процессах, где требуется создание высокого давления жидкости (опреснительные установки, гидроиспытания, добывающая промышленность).

На электростанциях питательные насосы (ПН) работают, как правило, в двух основных схемах:

С постоянной скоростью вращения с регулированием подачи дросселированием на напорном патрубке или перепуском части потока (байпас).
С переменной скоростью вращения посредством гидромуфт или частотно-регулируемых приводов (ЧРП), что является более энергоэффективным способом.

Насосы часто устанавливаются в резервируемой схеме (рабочий + резервный) с автоматическим включением резерва (АВР).

Эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт

Эксплуатация ЦНСВ требует строгого соблюдения регламентов.

Пуск насоса: Обязательное условие – предварительный прогрев корпуса насоса путем медленного открытия задвижки на линии рециркуляции или подвода теплой воды. Перепад температур между корпусом и подаваемой жидкостью не должен превышать 40-50°С во избежание тепловой деформации. Перед пуском необходимо обеспечить подачу уплотнительной и охлаждающей воды на сальники и подшипники.
Контроль параметров в процессе работы: Непрерывный мониторинг вибрации подшипниковых узлов, температуры масла в подшипниках (не выше 70°С), температуры охлаждающей воды, давления на всасе и напоре, расхода. Повышенная вибрация часто сигнализирует об износе разгрузочного устройства, дисбалансе ротора или кавитации.
Техническое обслуживание (ТО): Включает регулярную проверку и подтяжку сальниковых уплотнений, контроль износа рабочих колес и направляющих аппаратов, замену масла в подшипниковых узлах, ревизию разгрузочного устройства.
Капитальный ремонт: Выполняется по регламенту или по результатам диагностики. Включает полную разборку насоса, дефектовку всех деталей, замену или восстановление изношенных элементов (рабочих колес, направляющих аппаратов, втулок разгрузочного устройства, подшипников), динамическую балансировку ротора в сборе, сборку, центровку с двигателем и испытания.

Преимущества и недостатки насосов типа ЦНСВ

Преимущества:

Возможность создания чрезвычайно высокого давления за счет последовательного соединения ступеней.
Относительно высокий КПД для насосов такого класса давления.
Надежная система разгрузки осевого усилия, увеличивающая ресурс подшипников.
Унификация секций, что упрощает ремонт и изготовление.
Проверенная временем, отработанная конструкция.

Недостатки:

Большие габариты и масса, особенно у многоступенчатых моделей.
Сложность конструкции, большое количество разъемных соединений и деталей.
Высокие требования к качеству монтажа и центровки.
Чувствительность к режимам пуска/останова (требуется прогрев).
Необходимость в сложной системе вспомогательных коммуникаций (уплотнительная вода, дренаж).

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем насос ЦНСВ принципиально отличается от насоса ЦНС?

Основное отличие указано в маркировке: буква «В» означает «водяное охлаждение подшипников». В насосах ЦНС подшипниковые узлы, как правило, имеют воздушное охлаждение или иную систему. Конструкция ЦНСВ специально адаптирована для работы в условиях высоких температур окружающей среды машинных залов ТЭС, где воздушное охлаждение может быть недостаточно эффективным. Система водяного охлаждения обеспечивает стабильный тепловой режим ответственных узлов.

Как правильно подобрать количество ступеней для конкретных условий?

Количество ступеней (i) рассчитывается исходя из требуемого полного напора (H_треб) и напора одной ступени (H₁) при заданной подаче по характеристике насоса: i = H_треб / H₁. Полученное значение округляется в большую сторону. Важно, чтобы рабочая точка (пересечение характеристики насоса выбранной конфигурации и характеристики сети) находилась в зоне максимального КПД агрегата (обычно в середине рабочего диапазона кривой Q-H).

Каковы основные причины повышенной вибрации насоса ЦНСВ?

Кавитация: Недостаточное давление на всасе, повышенная температура воды.
Износ разгрузочного устройства (диска трения и втулки): Приводит к увеличению осевого зазора и неустойчивой работе ротора.
Дисбаланс ротора: Вызванный износом или отложениями на рабочих колесах.
Ослабление затяжки стяжных шпилек корпуса: Может привести к перекосу секций.
Неудовлетворительная центровка с электродвигателем.
Износ или повреждение опорных подшипников.

Как часто необходимо проводить ревизию разгрузочного устройства?

Периодичность ревизии устанавливается местными регламентами на основе наработки и данных диагностики. В среднем, профилактический осмотр и замер зазоров рекомендуется проводить во время каждого планового текущего ремонта (через 8-12 тыс. часов работы). При появлении признаков повышенного осевого смещения вала или вибрации ревизию необходимо провести внепланово. Износ пар трения (диск-втулка) является нормальным процессом, и своевременная их замена предотвращает повреждение более дорогостоящих узлов.

Можно ли заменить сальниковые уплотнения на торцевые (механические) и в чем преимущество?

Да, такая модернизация широко практикуется. Замена набивных сальников на одинарные или двойные торцевые уплотнения позволяет:

Значительно сократить или полностью исключить протечки рабочей жидкости.
Уменьшить эксплуатационные затраты на обслуживание и подтяжку сальников.
Повысить надежность узла уплотнения.
Однако такая модернизация требует точного подбора пары трения уплотнения (материалы должны быть совместимы с перекачиваемой средой), а также, возможно, доработки посадочных мест. Для ответственных питательных насосов часто применяют двойные торцевые уплотнения с барьерной жидкостью.

Какие существуют альтернативы насосам ЦНСВ в современных условиях?

В настоящее время наряду с традиционными ЦНСВ используются:

Многоступенчатые насосы с горизонтальным разъемом корпуса (типа HP, HPI): Имеют более компактную конструкцию, облегчающую доступ к ротору для ремонта без демонтажа трубопроводов.
Насосы с приводом от паровой турбины (турбопитательные насосы – ТПН): Используются на мощных блоках ТЭС и АЭС для повышения энергоэффективности и надежности.
Насосы на сверхвысокое давление с применением новых материалов и технологий (например, с керамическими проточными частями).

Однако насосы ЦНСВ остаются востребованными благодаря своей отработанности, ремонтопригодности и наличию огромного парка действующего оборудования.