Насосы для ТЭЦ и энергетики

Какие насосы ставят на ТЭЦ: четыре контура станции и один ряд FSC

Теплоэлектроцентраль держит четыре насосных контура, и три из них закрывает один типоразмерный ряд — FANCY FSC. Это насосы двустороннего входа: вода заходит в рабочее колесо с двух сторон сразу, осевые усилия на роторе взаимно гасятся, а подача при том же диаметре колеса получается вдвое больше, чем у консольного насоса. Ряд FANCY FSC насчитывает 644 типоразмера с подачей 76–9000 м³/ч, напором 4–221 м и мощностью 2,2–2800 кВт. Корпус рассчитан на давление до 25 бар по заводскому даташиту серии.

Контуры ТЭЦ различаются не столько расходом, сколько характером работы. Циркуляционное водоснабжение конденсаторов и контур градирен идут ровным потоком месяцами. Сетевые насосы теплофикации меняют режим по сезону. Подпитка и дренаж машинного зала включаются эпизодически, но их останов ограничивает работу основного оборудования станции. Под каждый из этих характеров в ряду FSC есть своя группа типоразмеров, и различает их прежде всего частота вращения: 96 моделей на 2970 об/мин, 330 на 1480, 160 на 980 и 58 на 740 об/мин.

Дальше на странице разобран каждый узел ТЭЦ по отдельности, с конкретными моделями FANCY FSC и цифрами из заводских кривых. Там, где серия FSC по расходу избыточна — дренаж приямков, подпитка контура, обвязка теплового пункта, — названы другие серии FANCY. Все параметры взяты из каталога и заводских характеристик; расчётные величины, посчитанные нами по кривым, помечены отдельно.

Циркуляционное водоснабжение конденсаторов на ТЭЦ: главный расход станции

Циркуляционный насос конденсатора прокачивает через трубный пучок воду, которая отбирает тепло у отработавшего пара, — это самый большой расход на ТЭЦ. Напор при этом нужен скромный: контур замкнут, и насос преодолевает сопротивление трубок, водоводов и запорной арматуры, а не геометрическую высоту подъёма. Отсюда и типичная рабочая точка — тысячи кубометров в час при 20–45 м. В верхней части ряда FANCY FSC стоят как раз такие насосы: FSC800-770/8 даёт 9000 м³/ч при 29 м и 900 кВт, FSC700-680/8 — 6500 м³/ч при 24 м и 560 кВт, FSC700-995/8 — те же 9000 м³/ч, но уже при 66 м и мощности 2240 кВт.

Все три — тихоходные, 740 об/мин, с патрубками 800×700 и 900×800 мм. Мы посчитали максимальный КПД по заводским кривым: 90,9 % у FSC800-770/8, 90,5 % у FSC700-680/8 и 91,3 % у FSC700-995/8. Для сравнения: во всём ряду FSC порог 90 % берут только 10 типоразмеров из 644, и девять из них — тихоходные исполнения на 740 и 980 об/мин.

Переменная нагрузка энергоблока меняет и требуемый расход охлаждающей воды: зимой вода в канале холоднее, и тот же вакуум в конденсаторе держится при меньшей подаче. Экономят на этом двумя способами — отключением одного из параллельных агрегатов или частотным регулированием. Кривая FANCY FSC подсказывает, что выгоднее: у FSC800-770/8 оптимум лежит на 7626 м³/ч, и сдвиг к 70 % от этой величины роняет КПД с 90,9 до 84,0 %, а перегруз до 120 % — только до 88,5 %. Правая часть характеристики у насосов двустороннего входа заметно более пологая, чем левая.

Контур градирен ТЭЦ: оборотная вода с уносом, солями и биообрастанием

Оборотная вода градирен агрессивнее, чем вода первого контура, хотя по химии выглядит безобидно. Испарение концентрирует соли жёсткости, ветром в чашу заносит пыль, а в тёплой воде активно растёт биоплёнка. Роспотребнадзор относит градирни и испарительные конденсаторы к потенциально опасным объектам по легионеллёзу, а микробиологический контроль таких систем ведут по СанПиН 3.3686-21 — контур периодически обрабатывают дезинфицирующими составами, и насос обязан переносить эту обработку без последствий для колеса и уплотнения.

Расходы в контуре градирен обычно скромнее, чем в конденсаторном: от нескольких сотен до трёх тысяч кубометров в час при напоре 20–45 м, потому что воду нужно поднять на распределительные коллекторы оросителя. Из ряда FANCY FSC сюда попадают средние типоразмеры на 980 об/мин: FSC400-535A/6 подаёт 1899 м³/ч при 32 м и 220 кВт с расчётным КПД 89,0 %, FSC500-495M/6 — 2690 м³/ч при 20 м и 200 кВт с КПД 88,6 %, FSC500-625A/6 — 2980 м³/ч при 42 м и 450 кВт с КПД 89,8 %. Последняя модель идёт в корпусе из высокопрочного чугуна QT500.

Рабочее колесо здесь важнее корпуса. Во всех 644 моделях FANCY FSC колесо двустороннего входа выполнено из нержавеющей стали AISI 304, и на оборотной воде с абразивным уносом это принципиально: чугунное колесо теряет геометрию лопастей быстрее, а вместе с ней и КПД, за который на ТЭЦ платят каждый час. Доступно исполнение колеса из бронзы — его берут, когда в воде повышено содержание хлоридов.

Сетевые насосы теплофикации на ТЭЦ: зимний и летний режим на одной кривой

Сетевой насос ТЭЦ гонит теплоноситель в городскую сеть, и его режим меняется вместе с погодой. В январе станция отдаёт максимум тепла, летом остаётся только нагрузка горячего водоснабжения — разница в расходе кратная. Насос, выбранный строго под зимний максимум, летом смещается влево по кривой Q-H, где ниже КПД и выше радиальная нагрузка на ротор. Мы посчитали по всем 644 кривым FANCY FSC, насколько широк экономичный участок: у медианной модели ряда КПД остаётся не ниже 90 % от собственного максимума в полосе шириной около 50 % оптимальной подачи. Показатель одинаков для всех четырёх групп по оборотам.

Для теплофикации на ТЭЦ из ряда подходят четырёхполюсные модели с напором 60–120 м. FANCY FSC FSC250-480/4 даёт 1200 м³/ч при 69 м и мощности 315 кВт, расчётный КПД 88,2 %; FSC250-480M/4 — 1030 м³/ч при 62 м и 250 кВт; FSC300-550A/4 — 1664 м³/ч при 87 м и 560 кВт; FSC300-550/4 поднимает 1770 м³/ч уже на 98 м при 710 кВт. Когда сеть длинная и требуется больше ста метров напора, в ряду есть FSC350-690B/4 на 2192 м³/ч и 104 м и FSC350-690A/4 на 2369 м³/ч и 137 м.

Схема с двумя ступенями подогрева и пиковым водогрейным котлом добавляет к расчёту ещё одно требование: температура теплоносителя в подающем трубопроводе задаётся проектом по СП 124.13330.2012 «Тепловые сети», и её сверяют с паспортом насосного агрегата до заказа, а не после монтажа. Магистральная сторона теплоснабжения — насосные подстанции, подпитка, тепловые пункты — разобрана отдельно на странице насосов для тепловых сетей; здесь речь только о станционной части, которая стоит внутри ТЭЦ.

Подпитка контура и дренаж машинного зала ТЭЦ: малый расход, высокая готовность

Подпиточный насос восполняет утечки сетевого контура и держит давление в обратной линии. Расход у него небольшой, а напор нужен высокий — выше давления в обратном трубопроводе, иначе вода в контур просто не пойдёт. Ряд FSC для такой задачи избыточен по подаче, поэтому на подпитку ТЭЦ ставят многоступенчатые насосы: FANCY CDM перекрывает 1–395 м³/ч при напоре до 412 м и мощности 0,37–315 кВт, компактная FANCY CDL — 1–200 м³/ч при напоре до 247 м. Обе серии работают на 2900 об/мин, держат температуру среды от −10 до 120 °C, класс защиты двигателя IP 55, класс изоляции обмотки F.

Дренаж машинного зала — это приямки под турбоагрегатом, дренажные баки и сливы с сальников. Вода там грязная, с маслом и окалиной, и работает насос от поплавка, пусками. Для приямков подходят погружные FANCY WQ с подачей 7–2000 м³/ч и напором 7–112 м при мощности 0,75–315 кВт. Когда приямок глубокий, а обслуживание должно идти без спуска в него, берут FANCY WQC с закрытой рубашкой охлаждения: 50–3000 м³/ч, напор 7,5–74 м, мощность 11–160 кВт, температура среды до 40 °C, глубина погружения до 5 м. Рубашка гоняет перекачиваемую жидкость вокруг двигателя, поэтому агрегат не перегревается даже при частично оголённом корпусе.

Опорожнение баков и отбор из открытых ёмкостей закрывают самовсасывающие FANCY FSP на 40–600 м³/ч и 18–31 м при мощности 9,2–90 кВт — они стоят выше уровня воды и сами заполняют всасывающую линию. Для разлива на отметке и перекачки между ёмкостями есть погружная серия FANCY L: 90–300 м³/ч при напоре 3,5–5,6 м и мощности 2,2–11 кВт, колесо из чугуна или нержавеющей стали AISI 304.

КПД в рабочей точке: наш расчёт по 644 заводским кривым FSC

Мы взяли кривые всех 644 типоразмеров FANCY FSC из каталога и посчитали для каждого максимальный КПД и положение оптимальной точки. Результат такой: 327 моделей ряда выходят на 85 % и выше, 91 модель — на 88 % и выше, и только 10 берут планку 90 %. Лучший показатель у FSC700-870/8 — 91,8 % при подаче около 7007 м³/ч, напоре 53,7 м и потребляемой мощности 1113 кВт в этой точке. Цифры получены расчётом по заводским характеристикам, а не заявлены отдельной строкой в паспорте.

Полезнее максимума другое наблюдение. Мы сверили номинальную подачу каждой модели с положением её оптимума: у 536 типоразмеров из 644, то есть у 83 % ряда, паспортная точка лежит в пределах 10 % в обе стороны от оптимальной, а в полосу 20 % попадают 619 моделей. Завод подбирает номинал близко к вершине кривой — значит, ошибка подбора на ТЭЦ возникает не из-за каталога, а из-за неверно посчитанной рабочей точки объекта.

Цена отклонения считается прямо. У того же FSC700-870/8 сдвиг к 70 % оптимальной подачи опускает КПД с 91,8 до 84,0 %, у FSC300-550/4 — с 87,0 до 79,2 %, у небольшого FSC125-225A/4 — с 89,9 до 74,4 %. Чем меньше типоразмер, тем острее пик характеристики и тем дороже обходится промах. В деньгах: для агрегата, потребляющего около 1113 кВт, один процент КПД равен 11,1 кВт, а за 8000 часов работы набегает порядка 89 000 кВт·ч. Для насоса на 500 кВт тот же процент даёт около 40 000 кВт·ч за те же 8000 часов.

Тихоходные исполнения в энергетике: 740 и 980 об/мин против 2970

Частота вращения определяет и экономичность, и ресурс. Мы посчитали медиану максимального КПД по группам ряда FANCY FSC: 80,8 % на 2970 об/мин, 83,8 % на 1480, 87,0 % на 980 и 88,0 % на 740 об/мин. Разница между крайними группами — больше семи пунктов. Причина понятна: с падением скорости потока снижаются гидравлические потери в проточной части и износ лопастей.

Группы различаются и диапазоном. Быстроходные 96 типоразмеров на 2970 об/мин закрывают 108–820 м³/ч при мощности 7,5–355 кВт, четырёхполюсные 330 моделей на 1480 об/мин — 76–4200 м³/ч и 2,2–2240 кВт, шестиполюсные 160 моделей на 980 об/мин — 1376–6500 м³/ч и 55–2800 кВт, а 58 самых тихоходных на 740 об/мин — 4505–9000 м³/ч и 280–2240 кВт. Большие расходы ТЭЦ физически обслуживаются только тихоходными насосами.

Есть и обратная сторона: тихоходный агрегат крупнее, тяжелее и дороже при равной подаче, а ещё требует большего кавитационного запаса. Обобщать кавитационный запас по группам оборотов мы намеренно не будем: в сводных данных каталога массивы NPSH повторяются между типоразмерами и даже между сериями, так что единственная корректная опора при подборе — кривая конкретной модели из её карточки. Если аванкамера мелкая, выигрыш в КПД может упереться в необходимость заглублять насосную. Число полюсов двигателя читается прямо в обозначении: суффикс после косой черты — /2, /4, /6 или /8 — во всём ряду FSC соответствует 2970, 1480, 980 и 740 об/мин без исключений.

Кавитационный запас NPSH на ТЭЦ: откуда насос берёт воду

Кавитация начинается, когда давление на входе в рабочее колесо падает до давления насыщенного пара: вода вскипает, пузырьки схлопываются на лопастях, и металл выкрашивается. NPSH — это требуемый подпор, при котором такого не происходит. На ТЭЦ вопрос острый: воду для циркуляционного контура берут из канала, аванкамеры или градирного бассейна, где подпор ограничен уровнем, а не давлением в трубе.

В каталоге FANCY FSC кривая NPSH приведена для 173 моделей, и читать её нужно по конкретному типоразмеру. Разбирать эти кривые статистически по ряду мы намеренно не стали: в сводных данных каталога массивы кавитационного запаса повторяются между типоразмерами и даже между сериями, поэтому любые «медианы по ряду» описывали бы не насосы, а особенность выгрузки. Рабочая точка проверяется по карточке выбранной модели, а при близких условиях всасывания — запросом кривой у поставщика.

Проверять надо не минимум кривой, а точку своего режима. У крупного FSC800-770/8 в номинальной точке 9000 м³/ч требуется около 8,74 м подпора, у FSC600-1000/6 при 6500 м³/ч — около 8,29 м, тогда как FSC250-480/4 на 1200 м³/ч обходится 4,21 м, а FSC500-495M/6 на 2690 м³/ч — 5,10 м. Разница в четыре метра — это отметка пола насосной и объём земляных работ. Считать запас нужно на минимальном уровне в источнике и на максимальной летней температуре воды, когда давление насыщенного пара выше.

Как читать обозначение насоса FSC перед заказом на ТЭЦ

Обозначение серии устроено логично, и понимание схемы экономит время при заявке. Возьмём FSC700-995/8. Первое число, 700, совпадает с меньшим размером в паре патрубков — в каталоге у этой модели указано 900×700 мм; мы проверили совпадение по всем 644 типоразмерам ряда, расхождений нет ни одного. Второе число, 995, задаёт типоразмер гидравлики внутри группы. Цифра после косой черты — число полюсов двигателя, и она однозначно переводится в обороты.

Буквенные индексы делят ряд на восемь групп: без буквы — 85 моделей, A — 85, B — 83, C — 69, M — 85, MA — 85, MB — 83, MC — 69. Различаются они гидравликой при одном корпусе и одних патрубках. Наглядно это видно на семействе FSC125-225/4 с патрубками 150×125: базовая модель даёт 160 м³/ч при 13 м, версия A — 150 м³/ч при 11 м, B — 141 м³/ч при 9 м, C — 131 м³/ч при 6 м, а варианты MA, MB и MC опускаются до 129, 121 и 112 м³/ч. Один и тот же корпус, разные рабочие точки.

Практический вывод для ТЭЦ простой. Если существующий агрегат меняют на FANCY FSC, сначала фиксируют фланцы и рабочую точку, а потом внутри нужного корпуса выбирают букву — так насос встаёт в готовую обвязку без переделки трубопровода. Полный ряд с кривыми лежит в разделе промышленных насосов, и подобрать типоразмер можно прямо по графику Q-H на странице модели.

Устройство насоса двустороннего входа: ротор, подшипники, уплотнение, вибрация

Корпус FANCY FSC имеет осевой разъём: верхняя половина снимается, и ротор в сборе вынимается вверх, не трогая трубопроводы. Для машинного зала ТЭЦ это главный эксплуатационный плюс — всасывающий и напорный патрубки остаются на фундаменте и в линии, а ремонт сводится к подъёму крышки краном. Спиральный корпус выполнен с антикоррозийным покрытием, рабочее колесо двойного входа посажено на вал симметрично, что и уравновешивает осевую силу.

Вал в зоне уплотнения защищён сменными втулками — изнашивается дешёвая втулка, а не вал. Уплотнение доступно в двух вариантах: механическое торцевое либо сальниковая набивка. Выбор диктует служба эксплуатации станции: набивка требует регулярной подтяжки и капает по норме, зато обслуживается на месте без разборки; торцевое уплотнение работает без протечки, но меняется целиком. Подшипники качения идут с консистентной смазкой и герметизированы на весь срок службы, что снимает необходимость в системе принудительной смазки для этого класса насосов.

Вибрация подшипниковых опор — основной диагностический признак на непрерывных контурах. Рост уровня обычно говорит о трёх вещах: износе колеса, расцентровке после ремонта или работе далеко от оптимальной точки. Последнее видно по кривой: слева от оптимума в колесе появляются срывные зоны, и агрегат начинает шуметь и трясти обвязку. Приборы контроля вибрации и температуры опор на крупных насосных установках ставят штатно, а на средних — хотя бы периодический замер по графику обслуживания.

Материалы проточной части для оборотной воды ТЭЦ: HT250, QT500, AISI 304

Материал корпуса в ряду FANCY FSC различается по давлению. Базовое исполнение — серый чугун HT250 с антикоррозийным покрытием, и таких моделей в каталоге 484. Остальные 160 типоразмеров идут в корпусе из высокопрочного чугуна QT500: его применяют в высоконапорной части ряда, где давление выше. Проверяется это прямо по каталогу — FSC350-780/4 с напором 200 м и мощностью 2240 кВт выполнен в QT500, а FSC500-495M/6 с напором 20 м — в HT250. Предел по давлению для серии — 25 бар.

Рабочее колесо во всех моделях ряда — нержавеющая сталь AISI 304; доступно бронзовое исполнение. Сочетание чугунного корпуса с нержавеющим колесом для энергетики выбрано не случайно: колесо вращается в потоке и принимает на себя абразив, а корпус работает статически, и толщина его стенки компенсирует медленную коррозию. Менять при износе приходится именно колесо, и нержавеющая сталь растягивает этот интервал.

Когда среда откровенно агрессивная — конденсат с примесями, химически обработанная вода, промывочные растворы, — чугунный корпус уже не подходит. Для таких линий у FANCY есть серия FZ с проточной частью из нержавеющей стали AISI 304 или AISI 316: подача 12–320 м³/ч, напор 19–72 м, мощность 1,1–90 кВт, рабочая температура до 120 °C, давление до 16 бар. Химическая сторона водного хозяйства станции подробнее разобрана на странице водоподготовки.

Питательные насосы котлов: чего насосы FSC на ТЭЦ не делают

Честная граница применимости полезнее длинного списка достоинств. Питательный насос котла — отдельный класс оборудования: многоступенчатый насос на давление в сотни бар, с питательной водой температурой выше 150 °C, со своей системой разгрузки и охлаждения. Серия FANCY FSC в эту нишу не заходит и не должна: её корпус рассчитан на 25 бар, а максимальный напор всего ряда — 221 м у FSC350-780/4, что эквивалентно примерно 22 бар.

Соседняя задача — котельные контуры низкого и среднего давления, где FSC как раз уместен. Требования к насосному оборудованию котельных установок задаёт СП 89.13330.2016 «Котельные установки», и по расходу такие контуры обычно лежат в диапазоне сотен кубометров в час, то есть в средней части ряда FSC. Для водогрейных котельных и пиковых котлов ТЭЦ подходят также консольные FANCY FSM на 15–660 м³/ч при напоре 12,8–159 м и тихоходные FANCY FSM4 на 42–1100 м³/ч при 5,3–64,5 м. Подборка по этому направлению собрана на странице насосов для котельных.

Третья группа задач — обвязка теплового пункта внутри станции и вспомогательные контуры охлаждения оборудования. Здесь удобнее линейные насосы FANCY FTD с подачей 8–900 м³/ч, напором 12,8–86,7 м и мощностью 0,75–200 кВт: патрубки у них расположены на одной оси, и агрегат врезается прямо в разрыв трубы без отдельного фундамента. Класс защиты двигателя IP 55, изоляция F, рабочее давление до 16 бар.

Какую серию FANCY ставить в узел ТЭЦ

Выбор серии определяют три величины: расход, требуемый напор и характер работы узла. Ниже сведены серии FANCY, которые реально применяются в энергетике, с паспортными диапазонами из каталога. Значения КПД в последнем столбце — максимум по ряду, посчитанный нами по заводским кривым; конкретный типоразмер может отличаться.

Двигатели стоит оговорить отдельно. Серия FANCY YE3 насчитывает 49 типоразмеров мощностью 0,55–315 кВт на 380 В, класс энергоэффективности определяется по ГОСТ IEC 60034-30-1-2016, исполнения B3 и B5. Для агрегата с рамной компоновкой это означает раздельный ремонт: сгоревшую обмотку меняют на новый электродвигатель, не покупая гидравлическую часть заново.

Типичные ошибки при подборе насосов для ТЭЦ и энергетики

Первая ошибка — брать агрегат по максимуму паспортной характеристики. Вершина кривой Q-H стоит в точке нулевого расхода, где насос не работает никогда, и сравнивать серии по ней бессмысленно. По нашему расчёту у медианной модели FANCY FSC напор при закрытой задвижке выше напора в оптимальной точке примерно на 16 %, и эта разница не имеет отношения к рабочему режиму ТЭЦ.

Вторая — закладывать запас «на всякий случай». Завышенный типоразмер уходит влево по характеристике: FSC125-225A/4 на 70 % своей оптимальной подачи теряет пятнадцать с половиной пунктов КПД, с 89,9 до 74,4 %. Насос будет работать, но каждый час эксплуатации будет стоить дороже расчётного. Перегруз вправо, кстати, обходится дешевле недогруза — у крупных тихоходных моделей ряда правая ветвь заметно более пологая.

Третья ошибка — не проверить кавитационный запас на летнем режиме. Требуемый NPSH у FSC800-770/8 в номинальной точке около 8,74 м, и уровень в аванкамере должен обеспечить его при самой тёплой воде года, а не при апрельской. Четвёртая — заказывать замену без замера фланцев: в ряду FSC 33 варианта пары патрубков, от 125×80 до 900×900 мм, и промахнуться на один шаг легко. Пятая — путать классы оборудования и ждать от насоса двустороннего входа функций питательного насоса котла; предел серии по давлению — 25 бар, и это не ограничение конкретной модели, а граница класса.

Шестая ошибка встречается на станциях с сезонным графиком: агрегат подбирают под зимнюю теплофикационную нагрузку, а летом он работает вхолостую на малом расходе. Решают это либо частотным приводом, либо парой агрегатов разной производительности — схема с одним крупным насосом на два непохожих режима почти всегда проигрывает по годовому потреблению. Смежные задачи станции — оборотное охлаждение технологического оборудования и общепромышленные контуры — разобраны на страницах систем охлаждения и промышленных предприятий.

Поставка, гарантия и наличие насосов FANCY для энергетики

Насосы FANCY для энергетики поставляются с гарантией 12 месяцев с даты продажи при соблюдении паспортных условий эксплуатации — подобранной рабочей точки, допустимого давления до 25 бар для серии FSC и обеспеченного кавитационного запаса на входе. Износ рабочего колеса и уплотнения от работы вне расчётного режима или без фильтрации воды в гарантию не входит: для оборотного контура ТЭЦ с уносом и накипью это условие обслуживания, а не формальность.

Серия FSC поставляется в двух вариантах комплектации: насос отдельно либо насос с электродвигателем на общей раме. Цена по обоим вариантам даётся по запросу — типоразмеров в ряду 644, и стоимость зависит от корпуса, материала колеса, типа уплотнения и привода. Складская программа по промышленным сериям меняется, поэтому наличие конкретного типоразмера FSC, FSM, FSM4, FTD, WQ, WQC и двигателей YE3 менеджер подтверждает на момент заказа; позиции, которые есть в наличии, при оплате в течение дня передаются в транспортную компанию тем же днём и уходят в любую точку России.

Для подбора пришлите четыре величины: расход, напор, температуру среды и доступный подпор на входе. Под замену действующего агрегата ТЭЦ добавьте марку снятого насоса, размеры фланцев и отметку оси — по ним подберём типоразмер FANCY, который встанет на существующий фундамент без переделки трубопроводов. Если рабочая точка неизвестна точно, достаточно данных по контуру: расход конденсатора, характеристику градирни или график тепловой нагрузки — остальное посчитаем по кривым.