Насосы для водоканалов и станций подъёма

Как подбирают насос для водоканала: расход, КПД и стоимость владения

Насос для водоканала подбирают по трём цифрам сразу — расходу, КПД в рабочей точке и стоимости ремонта на объекте, — и последняя чаще всего перевешивает разницу в цене самого насоса. Хозяйство водоканала тянется от водозабора до последнего потребителя, и на каждом участке насос решает свою задачу. FANCY закрывает эту цепочку пятью основными сериями: FSC двустороннего входа, консольные FSM и FSM4, самовсасывающие FSP и погружные L большого потока. В сумме это 872 типоразмера, от 76 до 9000 м³/ч подачи и от 1,1 до 2800 кВт мощности. Все они центробежные: рабочее колесо разгоняет водяной поток, а расход и напор каждой модели заданы кривой Q-H, а не одной паспортной строкой. Четыре серии из пяти — насосы поверхностной установки и стоят в машинном зале; в воду опускается только погружная серия L.

Дальше выбор сужает узел. Станция первого подъёма берёт сырую воду из поверхностного источника — реки или водохранилища — и работает круглосуточно почти на постоянной точке. Второй подъём подаёт чистую воду в городскую сеть по графику потребления. Подкачивающие насосные стоят на верхних отметках рельефа и в удалённых районах. Главные КНС принимают стоки со всего района, а резервуары периодически опорожняют на чистку и ремонт. Для каждого из этих узлов ниже разобрана серия FANCY, её паспортный диапазон и причина, по которой ставят именно её.

Экономика тут считается не по прайсу. Агрегат на станции подъёма работает тысячи часов в год, и электрическая мощность, которую он потребляет сверх нужной, накапливается быстрее, чем любая разница в цене покупки. Второй множитель — простой: чтобы вынуть насос из сухой камеры или резервуара, нужны кран-балка, бригада и остановка узла. Поэтому водоканалу выгоднее ряд, у которого запасные части и присоединительные размеры повторяются от типоразмера к типоразмеру.

Станция первого подъёма: насосы двустороннего входа FANCY FSC

На станцию первого подъёма водоканала ставят насос двустороннего входа — конструкцию, где вода заходит в рабочее колесо с двух сторон одновременно. Осевые силы на валу при этом взаимно гасятся, и подшипниковый узел на круглосуточной работе нагружен заметно меньше, чем у консольного насоса той же подачи. Серия FANCY FSC построена именно так: 644 типоразмера, подача 76–9000 м³/ч, напор 4–205 м (до 221 м в максимуме кривой), мощность 2,2–2800 кВт. Патрубки идут от 125×80 до 900×900 мм — последняя цифра показывает, о каком масштабе водозабора речь.

Ряд разнесён по четырём скоростям вращения, и это не формальность, а разные классы задач. На 2970 об/мин работают 96 моделей с подачей 108–820 м³/ч — это подкачка и небольшие станции. На 1480 об/мин приходится основная часть ряда, 330 моделей на 76–4200 м³/ч. Скорость 980 об/мин закрывает 160 моделей на 1376–6500 м³/ч, а самые тихоходные 740 об/мин — 58 моделей на 4505–9000 м³/ч. Верх диапазона выглядит так: FSC700-830/8 подаёт 9000 м³/ч при напоре 44 м и мощности 1400 кВт, а FSC700-995/8 — те же 9000 м³/ч, но при 66 м и 2240 кВт.

Корпус серии FSC имеет осевой разъём: он разделён горизонтальной плоскостью по оси вала. Верхнюю половину снимают и достают ротор целиком, не трогая приваренные фланцы и не разбирая трубопровод. Для водоканала это прямой вычет из стоимости владения — ревизия рабочего колеса не превращается в демонтаж обвязки. Рабочее колесо FSC выполняется из нержавеющей стали или бронзы, корпус — из серого чугуна HT250 (484 модели ряда) либо высокопрочного QT500 (160 моделей).

Кавитационный запас на станции подъёма: NPSH важнее паспортного напора

Кавитационный запас NPSH — это давление, которое должно остаться у входа в рабочее колесо, чтобы вода не вскипела прямо в насосе. Если запаса не хватает, пузырьки схлопываются на лопастях, колесо выедает кавернами, а подача проседает без видимой причины. На станции первого подъёма водоканала этот параметр критичнее напора: уровень воды в приёмной камере меняется с сезоном, а отметку оси насоса поменять уже нельзя.

В каталоге FANCY кривая NPSH приведена не абстрактно по серии, а по конкретным моделям: 173 типоразмера FSC, 104 типоразмера FSM и все 103 типоразмера FSM4. Цифры расходятся сильно. У тихоходного FSC700-830/8 требуемый запас лежит в пределах 5,90–8,60 м по рабочему диапазону. У FSC600-810/6 — 6,91–11,49 м. А у быстроходного FSC150-280/2 на 2970 об/мин верхняя граница доходит до 19,85 м: такой насос нельзя ставить с сухим всасыванием, ему нужен подпор. Общее правило простое — чем правее по подаче уходит рабочая точка, тем больше запаса требует насос.

Отсюда практический вывод для проектировщика станции подъёма: сначала смотрят, какой NPSH требует выбранный типоразмер FANCY FSC на расчётной подаче, и только потом назначают отметку оси агрегата относительно минимального уровня воды. Требования к составу и работе насосных станций систем водоснабжения установлены в СП 31.13330; конкретную цифру запаса этот документ не заменяет — её берут с кривой модели.

Станция второго подъёма водоканала: график потребления и частотный привод

Станция второго подъёма водоканала работает по графику потребления города, а не ровным потоком, и это меняет принцип подбора. Утренний и вечерний пики отличаются от ночного провала в разы, и насос, выбранный строго под максимум, ночью уходит влево по кривой Q-H — в зону низкого КПД и повышенной вибрации. Сглаживает график только промышленный водоразбор: производства с круглосуточной сменой берут воду ровно, и чем их больше среди абонентов, тем спокойнее режим станции второго подъёма. Серия FANCY FSC применима и здесь, но типоразмер берут иначе: в диапазоне 100–500 м³/ч, типичном для подачи в сеть среднего города, в ряду доступны 211 моделей, и выбирают ту, у которой рабочий участок кривой шире.

Регулирование на втором подъёме делают частотным приводом. Преобразователь меняет скорость вращения двигателя вслед за датчиком давления в сети, и потребляемая мощность падает быстрее расхода. Дросселирование задвижкой даёт тот же расход, но лишний напор просто гасится на клапане — электрический счётчик этой экономии не видит. Для водоканала с постоянной круглосуточной нагрузкой разница в потреблении окупает привод заметно раньше, чем истекает ресурс насоса.

Вторая половина задачи — резервирование. Подача воды в город не должна прекращаться при выходе одного агрегата, поэтому насосы станции второго подъёма ставят группой с резервом, а автоматика чередует их по счётчику моточасов, чтобы выработка была равномерной. Число рабочих и резервных агрегатов определяется категорией надёжности подачи воды по СП 31.13330. Унификация ряда здесь снова экономит: если все агрегаты группы — один типоразмер FANCY FSC, резервный комплект запчастей на складе тоже один.

КПД в рабочей точке: где водоканал теряет деньги

КПД насоса на водоканале — это не строчка в паспорте, а ежемесячный счёт за электроэнергию. Мы посчитали максимальный КПД по заводским кривым всех 644 моделей серии FANCY FSC, и картина получилась показательная: 325 моделей ряда, то есть чуть больше половины, выходят на 85 % и выше. Лучший результат у FSC700-870/8 — 91,8 % при подаче 6500 м³/ч, напоре 53 м и мощности 1250 кВт.

Скорость вращения влияет на этот показатель систематически. Медиана максимального КПД по группам такая: 80,8 % на 2970 об/мин, 83,8 % на 1480 об/мин, 87,0 % на 980 об/мин и 88,0 % на 740 об/мин. Тихоходные исполнения FSC экономичнее не случайно — при меньшей скорости ниже гидравлические потери и меньше износ проточной части. Разворачивается это в деньги напрямую: для агрегата 1400 кВт пять процентов КПД — это 70 кВт, а станция первого подъёма работает круглосуточно.

Смотреть нужно именно на рабочую точку. Насос с паспортным максимумом 90 %, поставленный в узел, где он работает на 60 % от номинальной подачи, отдаёт заметно меньше заявленного; насос с максимумом 85 %, попавший точно в свою точку, окажется экономичнее. Поэтому на страницах моделей FANCY выложены полные кривые Q-H с КПД и потребляемой мощностью, а не только номинальные значения — по ним видно, на каком участке характеристики стоит ваш режим.

Подкачивающие насосные: консольные FANCY FSM в существующей обвязке

Подкачивающая насосная водоканала почти всегда строится не с нуля, а встраивается в готовую обвязку, и главный вопрос при замене — совпадут ли присоединительные размеры. Серия FANCY FSM поставляется как насосная часть на опорной раме со свободным концом вала: 115 типоразмеров, подача 15–660 м³/ч, напор 12,8–159 м, мощность 1,5–315 кВт, 2900 об/мин. Масса насосной части — от 34 кг у FSM 32-160/15 до 227 кг у FSM 150-315/3150. Патрубки идут от 50×32 до 200×150 мм.

Гидравлическая часть FSM общая с моноблочной серией FST, у которой присоединительные размеры выполнены по EN 733 — европейскому стандарту на консольные насосы. Практический смысл для водоканала прямой: агрегат встаёт на место импортного насоса того же ряда, коллектор переваривать не нужно, фундаментная рама подходит. Завод публикует для FSM и FST общую таблицу производительности, потому что проточная часть у них одна.

Свободный конец вала — отдельная статья экономии. Двигатель к FSM подбирают отдельно и меняют отдельно: сгоревшую обмотку меняют на новый двигатель, не покупая гидравлику заново. Серия электродвигателей FANCY YE3 закрывает диапазон 0,55–315 кВт при напряжении 380 В и частоте 50 Гц, класс энергоэффективности IE3, исполнения B3 и B5, ток 1,38–554 А, уровень шума 63–103 дБ в зависимости от типоразмера. По КПД лучший в ряду FSM — модель FSM 150-250/1600 с показателем 89,2 % при подаче 660 м³/ч и мощности 160 кВт.

Тихоходное исполнение FSM4: 1450 об/мин на загрязнённой воде

Серия FANCY FSM4 — то же консольное решение, но на вдвое меньшей скорости: 1450 об/мин против 2900 у FSM. Вода движется через проточную часть медленнее, абразивные частицы бьют по лопастям слабее, и ресурс колеса на воде с песком и взвесью растёт. Для водоканала это узлы, где вода не прошла полную очистку: промывные линии, перекачка между сооружениями, оборотные контуры. Диапазон серии — 103 типоразмера, подача 42–1100 м³/ч, напор 5,3–64,5 м, мощность 1,1–250 кВт, масса 49–475 кг, патрубки от 80×65 до 300×250 мм.

Характеристики FSM4 смещены в сторону расхода: FSM4 250-400/2500 подаёт 1100 м³/ч при напоре 59 м и мощности 250 кВт, а FSM4 100-160/22 держит 72 м³/ч при напоре всего 5,3 м и мощности 2,2 кВт. Тихоходность не мешает экономичности — FSM4 150-200/110 выходит на КПД 88,3 %, а FSM4 250-315/900 при подаче 900 м³/ч даёт 87,8 %. Рабочее колесо у всей серии чугунное, гидравлика общая с моноблочной FST4.

Выбор между FSM и FSM4 решается составом воды и требуемым напором. Нужен напор выше 65 м — вариантов нет, работает только быстроходная FSM, вплоть до 159 м у FSM 40-315/450. Вода чистая, а напор умеренный — обе серии подходят, и решение принимают по цене агрегата вместе с двигателем. Вода несёт взвесь и работа круглосуточная — берут FSM4, потому что износ проточной части на 1450 об/мин ниже.

Главные КНС города: погружные FANCY WQ и сухая камера WQC

Главная КНС города принимает стоки со всего района — с волокном, ветошью и крупными включениями, — и насос здесь выбирают не по напору, а по способности пропустить этот поток без забивания. Погружная серия FANCY WQ работает прямо в приёмном резервуаре: 192 типоразмера, подача 7–2000 м³/ч, напор 4–110 м, мощность 0,75–315 кВт, масса от 28 до 3201 кг, патрубки от 50 до 500 мм. Базовое исполнение — чугунный корпус с катафорезным покрытием, двойное механическое уплотнение SiC/SiC и двигатель IP68. Колесо ставится полуоткрытое либо закрытое одноканальное.

Когда резервуар глубокий, а обслуживание должно идти без спуска в него, применяют серию FANCY WQC с закрытой рубашкой охлаждения. Рубашка гоняет перекачиваемую жидкость вокруг двигателя, поэтому насос не перегревается при частично оголённом корпусе — отсюда сухая и полусухая установка в отдельной камере. Диапазон WQC: 90 типоразмеров, 50–3000 м³/ч, напор 6–65 м, мощность 11–160 кВт, масса 276–3506 кг, патрубки 80–500 мм, исполнения WQC-V и WQC-H под вертикальный и горизонтальный монтаж. КПД у серии высокий: 90,4 % у 300WQC800-9-30/6 и 89,2 % у тяжёлого 500WQC3000-10-132/8 на подаче 3000 м³/ч.

Для стоков с текстилем и влажными салфетками на сетевых станциях водоканала берут исполнение с режущим механизмом — серию FANCY WQAS с колесом и режущим механизмом из нержавеющей стали AISI 201, 86 типоразмеров на 60–900 м³/ч при напоре 5–70 м и мощности 5,5–110 кВт. Режущий элемент рубит волокно до того, как оно дойдёт до колеса, поэтому напорная линия не зарастает косами. Подробный разбор оборудования канализационных станций с уровнями включения и схемами управления вынесен на страницу применения для КНС, а работа на сооружениях очистки — на страницу очистных сооружений. Требования к наружным сетям и сооружениям канализации заданы в СП 32.13330.

Резервуары и опорожнение: самовсасывающие FSP и погружные L

Резервуары чистой воды и приёмные камеры водоканала периодически опорожняют на чистку и ремонт, и для этой работы удобнее насос, который не нужно спускать внутрь. Серия FANCY FSP самовсасывающая: агрегат стоит выше уровня жидкости и сам заполняет всасывающую линию при пуске. Ряд компактный и полностью обозримый — шесть типоразмеров. SP-2 даёт 40 м³/ч при напоре 27 м и мощности 9,2 кВт, весит 109 кг, патрубки 50×50 мм. SP-4 — 135 м³/ч, 25 м, 30 кВт, 298 кг, патрубки 100×100 мм. Старший SP-10 — 600 м³/ч, 31 м, 90 кВт, 780 кг, патрубки 250×250 мм.

Рабочее колесо FSP чугунное, проход твёрдых включений — до 76 мм, то есть камень или кусок отложений со стенки резервуара пройдёт насквозь, а не заклинит проточную часть. Доступно исполнение с колесом из нержавеющей стали для более агрессивной воды. Скорость вращения у типоразмеров разная — от 2900 об/мин у SP-2 до 1450 об/мин у SP-8 и SP-10, — и тихоходные модели ряда рассчитаны на долгую работу с крупными включениями.

Когда нужен большой поток при малом напоре, ставят погружную серию FANCY L с осевым рабочим колесом. Здесь четыре модели на 1450 об/мин: L-63 — 90 м³/ч при напоре 3,5 м и мощности 2,2 кВт, масса 65 кг, патрубок 150 мм; L-200 — 150 м³/ч, 4 м, 5,5 кВт, 140 кг, 200 мм; L-250 — 250 м³/ч, 4,8 м, 7,5 кВт, 170 кг, 250 мм; L-300 — 300 м³/ч, 5,6 м, 11 кВт, 190 кг, 300 мм. Корпус и двигатель у старших моделей ряда выполнены из нержавеющей стали AISI 304. Такие дренажные насосы на водоканале перекидывают воду между ёмкостями и откачивают камеры после ливня, где напор почти не нужен, а нужен объём.

Материалы корпусов и рабочих колёс: HT250, QT500, AISI 304, бронза

Материал проточной части определяет, сколько насос простоит на конкретной воде, и для водоканала это вопрос ресурса, а не эстетики. Условия тут жёсткие: вода идёт круглосуточно, а остановить станцию подъёма ради замены колеса можно далеко не в любой день. В серии FANCY FSC корпус отливается из двух материалов: серый чугун HT250 у 484 моделей ряда и высокопрочный чугун QT500 у 160 моделей. QT500 держит более высокое давление в корпусе, поэтому его ставят на напорные исполнения — например, у FSC600-810/6 с напором 78 м и мощностью 1800 кВт корпус именно QT500. Рабочее колесо двустороннего входа выполняется из нержавеющей стали или бронзы: бронза традиционно применяется на воде питьевого качества и на длительной работе без остановок.

У консольных серий выбор колеса привязан к среде. В серии FANCY FSM семь типоразмеров с колесом из нержавеющей стали AISI 304 — это модели от FSM 32-160/15 до FSM 40-200/75 на подачу 15–27 м³/ч, остальные 108 моделей ряда идут с чугунным колесом. Вся серия FANCY FSM4 укомплектована чугунными колёсами: на загрязнённой воде массивное чугунное колесо переживает абразив лучше тонкостенного стального.

На стоках материалы работают иначе. У серии FANCY WQ базовое исполнение — чугун с катафорезным покрытием, но выпускаются варианты с проточной частью из нержавеющей стали AISI 304 и AISI 316 для агрессивных и солёных сред. Катафорезное покрытие — это грунт, осаждённый на металл в электрическом поле, он ложится ровным слоем в том числе внутри каналов колеса. Требования к качеству питьевой воды, с которой контактирует оборудование, установлены в СанПиН 1.2.3685-21, и материал проточной части проверяют на соответствие им при подборе насосов первого и второго подъёма.

Электрическая часть станции подъёма: 380 и 6000 В, двигатели и автоматика

Крупный насос водоканала нередко питается не от 380 В, а от высоковольтной сети, и это влияет на всю компоновку станции подъёма. В ряду FANCY FSC 410 моделей рассчитаны на напряжение 380 В, а 234 модели — на 6000 В; высоковольтные исполнения занимают диапазон мощности 315–2800 кВт. Практический смысл прост: агрегат мощнее примерно трёхсот киловатт на низком напряжении потребует токов, при которых кабель и коммутационная аппаратура становятся дороже самого перехода на 6 кВ.

Для консольных серий FSM и FSM4 двигатель — отдельная позиция заказа, потому что насосная часть поставляется со свободным концом вала. Серия электродвигателей FANCY YE3 содержит 49 типоразмеров на 380 В и 50 Гц, мощность 0,55–315 кВт, класс энергоэффективности IE3, исполнения B3 (на лапах) и B5 (фланцевое). Номинальный ток по ряду — от 1,38 до 554 А, уровень шума — от 63 до 103 дБ, масса — от 19 до 2037 кг. Эти цифры нужны при расчёте вентиляции и защиты машинного зала, а не только при заказе.

Автоматика станции подъёма решает три задачи: держит уставку давления или уровня, чередует агрегаты по моточасам и отключает двигатель при перегрузке раньше, чем перегреется обмотка. Частотный преобразователь на втором подъёме водоканала работает постоянно, на первом — чаще в режиме плавного пуска, чтобы снять гидроудар в длинном водоводе. Автоматический ввод резерва переключает группу на резервный насос без участия оператора, но это функция шкафа управления, а не самого агрегата FANCY. Погружные насосы FANCY WQ с двигателем IP68 управляются по датчикам уровня в приёмном резервуаре: насос включается по верхней отметке и выключается по нижней, не допуская работы всухую.

Смежные задачи хозяйства водоканала: скважины, колодцы, контуры отопления

Не всё насосное хозяйство водоканала решается станционными насосами, и честнее обозначить границы прямо. Скважинный водозабор — отдельный класс оборудования: там работает погружной скважинный насос в обсадной трубе, и в сериях FANCY, разобранных на этой странице, такого исполнения нет. Станционные серии FSC, FSM и FSM4 подключаются уже к напорному коллектору после скважин или к резервуару сырой воды, поэтому их подбирают по параметрам сети, а не по глубине скважины и диаметру обсадной колонны.

Смотровые и водомерные колодцы сети — вторая задача, где насос нужен эпизодически. Колодцы затапливаются грунтовыми водами и ливневым стоком, и откачивать их постоянным агрегатом нерационально. Для такой работы берут переносной дренажный насос, а при большом объёме — самовсасывающий FANCY FSP, который стоит на поверхности у колодца и качает через рукав с проходом включений до 76 мм. Вариант с постоянной установкой погружного насоса в приямок разобран на странице КНС.

Третья группа задач не связана с водой напрямую: административные и производственные корпуса водоканала отапливаются, а значит в них есть циркуляционные контуры. Для них применяют циркуляционные насосы FANCY — например, фланцевую серию FBG с подачей до 35 м³/ч или линейную серию FTD на 8–900 м³/ч при напоре 9–85 м и мощности 0,75–200 кВт. Циркуляционный насос отопления подбирают по расходу контура и сопротивлению сети; подробности вынесены на страницу применения для отопления. Насос системы водоснабжения и насос системы отопления — разные насосы, и смешивать их подбор не стоит.

Какую серию FANCY ставить на узел водоканала

Выбор серии определяется узлом и составом воды, а типоразмер внутри серии — кривой Q-H конкретной модели. Ниже — практическая сводка по всем пяти основным сериям для водоканала и станций подъёма, с диапазонами по паспортным данным завода и кратким указанием, чем берёт каждая.

Короткий алгоритм такой. Расход выше 1000 м³/ч и постоянная работа — FANCY FSC, с выбором скорости вращения по требуемому напору. Замена агрегата в готовой обвязке подкачивающей насосной — FANCY FSM, потому что гидравлический ряд совпадает с EN 733. Вода с механическими примесями и круглосуточный режим — FANCY FSM4 на 1450 об/мин. Опорожнение резервуара без спуска оборудования внутрь — FANCY FSP. Перекачка большого объёма почти без напора — FANCY L.

Если объект шире водоканала и включает промышленные контуры или общее водоснабжение зданий, посмотрите подборки для промышленных предприятий и водоснабжения: часть серий там совпадает напрямую. Полный ряд с ценами, кривыми и габаритами лежит в разделе промышленных насосов и фекальных насосов.

Типичные ошибки при подборе насосов для водоканала и станций подъёма

Первая ошибка — подбирать насос станции подъёма по максимуму паспортного КПД, а не по рабочей точке. Модель с максимумом 90 %, работающая на трети номинальной подачи, проигрывает модели с максимумом 85 %, попавшей в свою точку. В серии FANCY FSC 325 моделей из 644 выходят на 85 % и выше, и задача подбора — найти среди них ту, чей рабочий участок совпадает с режимом станции.

Вторая ошибка — игнорировать кавитационный запас при назначении отметки оси насоса. Разброс по ряду FSC огромен: от 5,90 м у тихоходного FSC700-830/8 до 19,85 м у быстроходного FSC150-280/2. Насос, выбранный без учёта NPSH, начинает кавитировать при сезонном падении уровня воды в приёмной камере, и колесо разрушается за месяцы вместо лет.

Третья ошибка — ставить быстроходный насос на воду со взвесью. При 2900 об/мин абразив выедает проточную часть в разы быстрее, чем при 1450 — ровно для этого в линейке FANCY есть тихоходная серия FSM4 на 42–1100 м³/ч. Четвёртая ошибка — экономить на унификации: три разных ряда в одном хозяйстве означают тройной склад запчастей и три набора оснастки, а 872 типоразмера пяти серий FANCY позволяют закрыть все узлы водоканала одной системой обозначений и общими деталями внутри рядов.

Пятая ошибка касается КНС. На главную станцию иногда ставят обычный дренажный насос вместо канализационного, рассчитывая на решётку перед приёмной камерой. Волокно проходит решётку и наматывается на колесо: для таких стоков нужны FANCY WQ с одноканальным колесом или FANCY WQAS с режущим механизмом из стали AISI 201. Если сомневаетесь в подборе под конкретный узел — пришлите расчётный расход, требуемый напор и анализ воды, и мы подберём типоразмер по кривым завода.