Насосы ВВН
Насосы ВВН: полное техническое описание, классификация и применение в электроэнергетике
Насосы типа ВВН (вертикальный, водяной, насос) представляют собой центробежные вертикальные насосы одностороннего входа, предназначенные для перекачивания холодной или перегретой воды, а также других жидкостей, близких к воде по плотности, вязкости и химической активности. Конструктивная особенность — расположение вала в вертикальной плоскости и погружение рабочего колеса (или нескольких колес) ниже уровня жидкости, что обеспечивает надежную работу без предварительного залива. В электроэнергетике они нашли основное применение в системах технического водоснабжения (ТВС) тепловых и атомных электростанций, а также в циркуляционных и подпиточных системах.
Конструктивные особенности и принцип действия
Насос ВВН состоит из следующих ключевых узлов: спирального отвода (корпуса), вертикального вала, одного или нескольких рабочих колес, направляющих аппаратов, опорной крестовины с подшипниковым узлом, верхней крышки и электродвигателя, установленного на общей фундаментной плите. Вал насоса соединяется с валом электродвигателя через жесткую или упругую муфту. Жидкость поступает на рабочее колесо через всасывающий патрубок, расположенный в нижней части. Кинетическая энергия, переданная жидкости рабочим колесом, преобразуется в давление в спиральном отводе и направляющем аппарате, после чего вода подается в напорный трубопровод через боковой или верхний патрубок. Длинный вал насоса опирается на радиально-упорные подшипники, расположенные в опорной крестовине, а для многоколесных конструкций предусматриваются промежуточные втулки-подшипники, предотвращающие биение вала.
Классификация и основные типоразмеры
Насосы ВВН классифицируются по нескольким ключевым параметрам: количеству ступеней, типу уплотнения вала, материалу проточной части и назначению.
- По количеству ступеней (рабочих колес): ВВН 1 (одноступенчатые), ВВН 2 (двухступенчатые), ВВН 3 (трехступенчатые) и т.д. Увеличение ступеней позволяет достигать более высокого напора при сохранении подачи.
- По типу уплотнения вала: С сальниковым уплотнением (набивка из графита или тефлона) и с торцевым (механическим) уплотнением. Второй вариант более современен, обеспечивает нулевую утечку и требует меньшего обслуживания.
- По материалу проточной части: Стальные (чаще всего углеродистая или нержавеющая сталь), чугунные (для неагрессивных сред) и с двухслойной конструкцией (стальной корпус с футеровкой из коррозионно-стойкого материала).
- По назначению и исполнению: Стандартные (для воды до 85°C), термостойкие (для перегретой воды до 180°C), коррозионностойкие (для химически активных сред).
- Системы технического водоснабжения (ТВС) электростанций: Подача речной, озерной или морской воды для охлаждения конденсаторов турбин, маслоохладителей, воздухоохладителей генераторов. Используются высокопроизводительные одноступенчатые насосы с большим диаметром проточной части.
- Циркуляционные системы охлаждения: Обеспечение циркуляции воды в замкнутых контурах (например, между конденсатором и градирней). Требуют насосов, рассчитанных на работу с умеренным напором и высокой подачей.
- Подпиточные и питательные системы: Многоступенчатые насосы ВВН используются для подачи химически очищенной воды в паровые котлы или для компенсации утечек в тепловых сетях. Здесь критичны материалы, стойкие к перегретой воде.
- Противопожарные системы и системы хозяйственно-питьевого водоснабжения: Как резервные или основные агрегаты для создания необходимого давления в трубопроводах.
- Водоподготовка: Перекачка реагентов, промывных вод на фильтрационных установках.
- Компактность в плане: Вертикальная компоновка значительно экономит площадь машинного зала насосной станции по сравнению с горизонтальными аналогами.
- Отсутствие необходимости в заливке: Рабочее колесо расположено ниже уровня перекачиваемой жидкости, что обеспечивает самозаполнение всасывающей линии и легкий пуск.
- Удобство обслуживания подшипниковых узлов и уплотнений: Основные узлы трения и уплотнения вынесены в верхнюю часть, доступную для обслуживания без демонтажа насоса или разборки всасывающего трубопровода.
- Высокая надежность при правильной центровке: Конструкция, при грамотном монтаже, обеспечивает длительный межремонтный период.
- Широкий диапазон рабочих параметров: За счет вариаций числа ступеней, типа колеса и частоты вращения.
- Высокие требования к монтажу и центровке: Необходима точная установка по вертикали и тщательная центровка с электродвигателем. Перекосы ведут к повышенному износу втулок и подшипников.
- Сложность ремонта проточной части: Для доступа к рабочим колесам и направляющим аппаратам требуется демонтаж всего вертикального вала, что является трудоемкой операцией, требующей высокой высоты подъема в машинном зале.
- Ограничение по температуре перекачиваемой среды для стандартных исполнений: Как правило, до 85-105°C. Для более высоких температур требуются специальные исполнения с компенсацией теплового удлинения и особыми материалами.
- Чувствительность к кавитации: Как и все центробежные насосы, требуют соблюдения необходимого кавитационного запаса (NPSH).
- Расчетные параметры: Определяются требуемые значения подачи (Q, м³/ч), напора (H, м), допустимого кавитационного запаса (NPSHдоп), температуры и химического состава жидкости.
- Построение характеристики сети: Подбор насоса осуществляется таким образом, чтобы его рабочая точка (пересечение характеристики насоса H-Q и характеристики сети) находилась в зоне максимального КПД агрегата (обычно 0.75-0.9 от Qном).
- Материальное исполнение: Для морской или агрессивной воды выбираются насосы из нержавеющей стали (например, 12Х18Н10Т) или с защитным покрытием. Для перегретой воды — термостойкие исполнения.
- Тип уплотнения: В системах, где утечка недопустима (например, с химически опасной жидкостью), предпочтение отдается торцевым уплотнениям.
Типоразмер насоса обозначается, например, как ВВН 1-70-30, где: 1 — количество ступеней, 70 — подача в м³/ч, 30 — напор в метрах водяного столба. Основной ряд подач и напоров, согласно устоявшимся каталогам, представлен в таблице.
| Тип насоса | Подача (Q), м³/ч | Напор (H), м | Частота вращения (n), об/мин | Мощность двигателя (N), кВт | Основное применение |
|---|---|---|---|---|---|
| ВВН 1-50-20 | 50 | 20 | 1500 | 5.5 — 7.5 | Подпитка систем, водоснабжение |
| ВВН 1-100-50 | 100 | 50 | 1500 | 22 — 30 | Циркуляция в системах охлаждения |
| ВВН 2-70-100 | 70 | 100 | 3000 | 37 — 45 | Повышение давления, подача на высотные сооружения |
| ВВН 3-150-180 | 150 | 180 | 3000 | 132 — 160 | Питательные линии, системы технического водоснабжения ТЭС/АЭС |
| ВВН 1-400-30 | 400 | 30 | 1000 | 55 — 75 | Крупные циркуляционные системы (градирни) |
Область применения в электроэнергетике и смежных отраслях
В энергетическом секторе насосы ВВН являются критически важным оборудованием для обеспечения непрерывного технологического цикла.
Преимущества и недостатки насосов типа ВВН
Преимущества:
Недостатки:
Критерии выбора и особенности монтажа
Выбор насоса ВВН для конкретной энергетической задачи основывается на анализе рабочих точек гидравлической системы.
Требования к монтажу: Фундамент должен обладать достаточной массой и жесткостью для гашения вибраций. Обязательна установка на анкерные болты с последующей заливкой цементным раствором. Центровка валов насоса и электродвигателя проводится индикаторным методом с точностью до 0.05 мм. Монтаж всасывающего трубопровода должен исключать образование воздушных мешков и обеспечивать равномерный подток жидкости к рабочему колесу.
Эксплуатация, техническое обслуживание и диагностика неисправностей
Регламентное обслуживание включает ежесменный контроль вибрации, температуры подшипников, проверку на отсутствие утечек через уплотнения. Периодически (раз в 6-12 месяцев) необходимо проводить ревизию подшипниковых узлов и сальниковых уплотнений, контролировать осевые и радиальные зазоры. Для насосов с механическими уплотнениями межремонтный интервал больше. Основные неисправности и их причины приведены в таблице.
| Неисправность | Возможные причины | Методы устранения |
|---|---|---|
| Повышенная вибрация и шум | Кавитация, износ опорных втулок, нарушение центровки, разбалансировка рабочего колеса, попадание посторонних предметов. | Проверить условие на всасывании, замерить зазоры, провести повторную центровку, демонтировать и очистить колесо. |
| Падение подачи и напора | Износ рабочих колес и уплотнительных колец, засорение всасывающего фильтра или проточной части, увеличение сопротивления сети. | Измерить зазоры, провести ревизию фильтров, проверить состояние трубопроводной арматуры. |
| Перегрев подшипников | Недостаток или загрязнение смазки, чрезмерная затяжка, нарушение центровки. | Проверить уровень и состояние смазки, отрегулировать натяг, провести центровку. |
| Утечка через уплотнение вала | Износ сальниковой набивки или колец торцевого уплотнения, перекос, повреждение вала в месте уплотнения. | |
| Потребляемая мощность выше номинальной | Повышенное сопротивление сети, заклинивание ротора, работа на закрытую задвижку. | Проверить положение арматуры, проверить свободное вращение ротора вручную, свериться с характеристикой сети. |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем насос ВВН принципиально отличается от насоса ЦНС (горизонтального секционного)?
Основное отличие — компоновка. ВВН — вертикальный, компактный в плане, но требующий высоты для подъема вала при ремонте. ЦНС — горизонтальный, многоступенчатый, с последовательным расположением колес в корпусе, легко ремонтируемый, но занимающий значительную площадь. ВВН часто не требует залива, для ЦНС необходима заливка всасывающей линии или установка вакуум-насоса.
Как правильно подобрать насос ВВН для системы охлаждения конденсатора турбины?
Необходимо знать расчетный расход охлаждающей воды на конденсатор (определяется тепловым расчетом турбоустановки), требуемый напор с учетом гидравлических потерь в трубопроводах, конденсаторе, градирне и геодезической высоты подъема. Насос выбирается по сводному графику характеристик, обеспечивая рабочую точку в зоне оптимального КПД. Обязательно проверяется условие бескавитационной работы: доступный кавитационный запас системы (NPSHa) должен превышать требуемый насосом (NPSHr) минимум на 0.5-1.0 м.
Какие материалы проточной части предпочтительны для работы с морской водой?
Для длительной работы в морской воде стандартные углеродистые и чугуны не подходят из-за интенсивной коррозии и эрозии. Следует применять насосы в исполнении из аустенитной нержавеющей стали (AISI 316, AISI 316L), дуплексной стали (например, 1.4462) или с защитными покрытиями на основе эпоксидных смол или полиуретана. Валы должны быть защищены втулками из стойких материалов.
Как часто необходимо проводить ревизию подшипниковых узлов насоса ВВН?
Периодичность ревизии устанавливается инструкцией завода-изготовителя и зависит от режима работы (постоянный/периодический), нагрузки и типа смазки. В среднем, для насосов на жидкой смазке (масло) ревизию рекомендуют проводить каждые 8000-10000 часов работы, с консистентной смазкой — каждые 3000-5000 часов. Однако первый осмотр следует провести уже после 500-1000 часов работы на новом или отремонтированном насосе для оценки состояния.
Можно ли регулировать производительность насоса ВВН и каким способом?
Да, основными способами регулирования являются: 1) Дросселирование задвижкой на напорном трубопроводе (наиболее простой, но наименее экономичный способ, приводит к потерям энергии); 2) Изменение частоты вращения вала с помощью частотного преобразователя (наиболее экономичный современный способ, позволяющий плавно менять характеристику насоса и поддерживать заданные параметры); 3) Обточка рабочих колес (постоянное изменение характеристики, применяется при долгосрочной переналадке системы).
Что такое «сухой ход» насоса и чем он опасен для ВВН?
«Сухой ход» — это работа насоса без перекачиваемой жидкости. Крайне опасен для любого центробежного насоса, включая ВВН. В отсутствие жидкости, выполняющей роль охладителя и смазки, происходит мгновенный перегрев и заклинивание торцевого уплотнения, затем — интенсивный износ и задиры в подшипниковых узлах и рабочих колесах. Рабочее колесо может разрушиться из-за дисбаланса. Для защиты обязательна установка реле давления или датчиков уровня на всасывающем резервуаре, отключающих двигатель при исчезновении жидкости.
Заключение
Насосы типа ВВН остаются надежным, проверенным решением для широкого спектра задач в электроэнергетике, особенно там, где критичны компактность и возможность работы без предварительного залива. Правильный выбор, основанный на точном гидравлическом расчете, квалифицированный монтаж с тщательной центровкой и соблюдение регламентов планово-предупредительного ремонта являются залогом их долговечной и бесперебойной эксплуатации на протяжении всего жизненного цикла. Современные тенденции направлены на оснащение этих агрегатов системами частотного регулирования, современными торцевыми уплотнениями и системами онлайн-диагностики, что повышает их энергоэффективность и интегрирует в концепции «Цифровой подстанции» и «Умной энергетики».