Насосы и насосные станции водоснабжения и водоотведения

 

 
 
 
 
 

А. М. СИБАГАТУЛЛИНА 

 
 

НАСОСЫ И НАСОСНЫЕ  

СТАНЦИИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ  

И ВОДООТВЕДЕНИЯ 

 
 

Учебное пособие 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Йошкар-Ола 

2019 
 

УДК 628.12(075.8) 
ББК 38.761.1я7 

С 34 

 
 

Рецензенты: 

профессор Поволжского государственного технологического  

университета, доктор технических наук В. П. Сапцин; 

начальник Верхне-Волжского бассейнового водного управления  

по Республике Марий Эл, кандидат технических наук А. Г. Обухов 

 
 

Печатается по решению 

редакционно-издательского совета ПГТУ 

 
 
 

 

Сибагатуллина, А. М.  

С 34 
Насосы и насосные станции водоснабжения и водоотведения: 

учебное пособие / А. М. Сибагатуллина. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2019. – 64 с. 
ISBN 978-5-8158-2068-5 
 

Изложены рекомендации по подбору насосного оборудования для по
дачи воды водопотребителям. Рассмотрены состав оборудования насосных 
станций, основные типы насосов, расположение насосных агрегатов, способы определения основных размеров зданий насосной станции и т.д. 

Для студентов направления подготовки 20.03.02 «Природообустрой
ство и водопользование», изучающих курсы «Водоснабжение и водоотведение» и «Инженерные системы водоснабжения и водоотведения». 

 

УДК 628.12(075.8) 

ББК 38.761.1я7 

 

ISBN 978-5-8158-2068-5 
© Сибагатуллина А. М., 2019 
© Поволжский государственный  
технологический университет, 2019 

Оглавление 

 

Введение .................................................................................................. 5 

 
1. НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ НАСОСОВ.  
ПАРАМЕТРЫ НАСОСОВ ..................................................................... 6 

Контрольные вопросы ................................................................. 12 

 
2. КАВИТАЦИЯ В НАСОСАХ. ДОПУСТИМОЕ ЗНАЧЕНИЕ  
ВЫСОТЫ ВСАСЫВАНИЯ. КОЭФФИЦИЕНТ  
БЫСТРОХОДНОСТИ .......................................................................... 13 

Контрольные вопросы ................................................................. 16 

 
3. ПОДБОР ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ ПО КАТАЛОГУ  ....... 17 

3.1. Выбор и расчет всасывающих и напорных трубопроводов ... 19 
3.2. Характеристики насосов ............................................................ 21 

3.2.1. Совместная работа насоса и напорного  

трубопровода .................................................................... 23 

3.3. Регулирование подачи центробежных насосов ....................... 28 

3.3.1. Регулирование дросселированием .................................. 28 
3.3.2. Регулирование байпасированием .................................... 30 
3.3.3. Изменение характеристик насосов при изменении  

частоты вращения и геометрических размеров 
рабочего колеса ................................................................ 31 

Контрольные вопросы ................................................................. 34 

 
4. ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ  
СОЕДИНЕНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ .............................. 36 

4.1. Параллельная работа насосов .................................................... 36 
4.2. Последовательная работа насосов ............................................ 38 
4.3. Работа насоса на разветвленный трубопровод ........................ 39 

Контрольные вопросы ................................................................. 41 

 
5. НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ  
И ВОДООТВЕДЕНИЯ ......................................................................... 42 

5.1. Классификация водопроводных насосных станций ................ 42 
5.2. Классификация канализационных насосных станций ............ 44 

5.3. Надежность насосных станций водоснабжения  

и водоотведения .......................................................................... 45 

5.4. Определение количества и расхода насосной станции ........... 46 

Контрольные вопросы ................................................................. 50 

 
6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ПАРАМЕТРОВ  НАСОСНОЙ СТАНЦИИ ..... 51 

6.1. Определение отметки оси колеса насоса ................................. 51 
6.2. Определение отметки пола машинного зала насосной 

 станции ....................................................................................... 52 

Контрольные вопросы ................................................................. 52 

 
7. ОСНОВНОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ 
ОБОРУДОВАНИЕ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ ................................... 53 

7.1. Состав оборудования насосных станций ................................. 53 
7.2. Выбор основных типов насосов ................................................ 53 
7.3. Расположение насосных агрегатов и определение  

основных размеров зданий насосной станции ......................... 59 

7.4. Размеры машинного зала насосной станции ........................... 61 

Контрольные вопросы ................................................................. 62 

 
Список литературы ............................................................................... 63 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 

«Насосы и насосные станции водоснабжения и водоотведения» 

является одним из основных разделов дисциплины «Водоснабжение 
и водоотведение». Она дает будущему специалисту знания, обеспечивающие возможность самостоятельной работы в этой области. 
Вопрос рационального и правильного выбора насосных агрегатов 
имеет большое значение при проектировании и эксплуатации систем 
водоснабжения и водоотведения. От правильно подобранных насосных агрегатов, выбора их оптимальных рабочих режимов во многом 
зависит экономичность функционирования данных систем.  

При выборе типа насосов учитываются следующие критерии: 
- технологические и конструктивные требования;  
- характер перекачиваемой жидкости;  
- основные расчетные параметры (производительность, напор и 

потребляемая мощность насоса).  

Для подбора насосов, которые должны работать с наибольшим 

коэффициентом полезного действия и, следовательно, с максимальной экономией электроэнергии, требуется знание технологических 
параметров и эксплуатационного качества проектируемой установки, а также умение, пользуясь сводными характеристиками, правильно выбирать марки насосов, определять режимные точки работы насосов, выбирать способы регулирования водоподачи.  

Этим целям и служит настоящее учебное пособие, которое пред
назначено для студентов направления подготовки 20.03.02 «Природообустройство и водопользование»».  

 

 
 

1. НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ НАСОСОВ. 

ПАРАМЕТРЫ НАСОСОВ 

 

Насосы представляют собой гидравлические машины для пере
мещения жидкостей под напором. Преобразуя механическую энергию приводного двигателя в механическую энергию движения жидкости, насосы поднимают жидкость на определенную высоту, подают ее на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или 
заставляют циркулировать в какой-либо замкнутой системе. 

Основными параметрами насосов, определяющими их примене
ние и конструктивные особенности, являются напор, подача (производительность), мощность и коэффициент полезного действия.  

Напор представляет собой прирост удельной энергии жидкости 

на участке от входа в насос до выхода из него и выражается высотой 
столба жидкости над выбранным уровнем отсчета. Измеряется напор 
в метрах.  

Подача характеризуется объемом жидкости, подаваемой насосом 

в напорный трубопровод в единицу времени, и измеряется в литрах 
в секунду (л/с) или кубических метрах в час (м3/ч).  

Мощность, затрачиваемая насосом, необходима для создания 

требуемого напора и преодоления потерь, неизбежных при преобразовании подводимой к насосу механической энергии в энергию движения жидкости по трубопроводу. Мощность насоса определяет 
мощность приводного двигателя и измеряется в киловаттах (кВт).  

Коэффициент полезного действия η учитывает все виды по
терь, связанных с преобразованием насосом механической энергии 
двигателя в энергию движения жидкости. КПД определяет целесообразность эксплуатации насоса при изменении остальных его параметров (напора, подачи, мощности).  

Насосы подразделяются на две основные группы: 
 динамические; 
 объемные. 
В динамических насосах жидкость под воздействием гидродина
мических сил перемещается в камере, постоянно сообщающейся с 

входом и выходом насоса. Динамические насосы подразделяются на 
лопастные и насосы трения и инерции.  

В объемных насосах жидкость перемещается путем периодическо
го изменения объема камеры, попеременно сообщающейся с входом и 
выходом насоса. В группу объемных насосов входят насосы возвратно-поступательного действия (поршневые, плунжерные, диафрагмовые) и роторные (шестеренные, пластинчатые, винтовые и др.).  

Часто насосы поставляются в виде насосного агрегата, т.е. насоса 

и двигателя, соединенных между собой. Кроме того, существует понятие «насосная установка», т.е. насосный агрегат с комплектом 
оборудования, смонтированного по определенной схеме, обеспечивающей работу насоса в заданных условиях. 

Насосы классифицируются по множеству признаков: принципу 

действия, назначению, отраслевому применению, величине подачи и 
напора, исполнению и т.п. На практике чаще всего применяются так 
называемые служебные классификации насосов, базирующиеся на 
существующих типах насосов и разрабатываемые для оценки технических условий, маркировки, установки цен и т.п. (рис. 1, 2). 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Рис. 1. Классификация насосов 

 

НАСОСЫ

Динамические
Объемные

Лопастные
Трения
Возвратно-поступательные
Роторные

Центробежные

Диагональные

Осевые

Вихревые

Струйные

Эрлифты

Поршневые

Плунжерные

Диафрагменные

Пневматические

Шестерные

Шиберные

Винтовые

Водокольцевые

Рис. 2. Классификация лопастных насосов 

Лопастные насосы

Центробежные
Диагональные
Осевые

Одноступенчатые
Многоступенчатые

Горизонтальные

С горизонтальным разъемом

С открытым 

колесом

Низконапорные 

Тихоходные 

С кольцевым 

отводом 

Вертикальные

С вертикальным 

разъемом

С закрытым 

колесом

Средненапорные 

Нормальные 

Со спиральным 

отводом

Одноступенчатые
Многоступенчатые

Горизонтальные

Цилиндрические

С открытым 

колесом

Высоконапорные 

Быстроходные 

С направляющим 

аппаратом 

Вертикальные

Спиральные

С закрытым 

колесом

Средненапор
ные

С осевым отводом
Со спиральным 

отводом

Одноступенчатые
Многоступенчатые

Горизонтальные

С жестко закреплен
ными лопастями

С осевым отводом

Вертикальные

С поворотными 

лопостями

Со спиральным 

отводом

Низконапорные 
Средненапорные

8

Кроме классификаций, приведенных на рис. 1 и 2, существует 

также разделение насосов по виду перекачиваемой жидкости, виду 
привода и другим классификационным признакам. 

Выбор типа насоса производится с учетом его эксплуата
ционных и конструктивных качеств, наиболее полно удовлетворяющих технологическому назначению рассматриваемой насосной 
станции. Типовая схема включения центробежного насоса показана 
(рис. 3). 

 

 

 

Рис. 3. Типовая схема включения центробежного насоса 

 
Установка состоит из всасывающей трубы 1, обратного клапана 

2, фильтра 3, насоса 4, задвижки 5, напорного трубопровода 6, электродвигателя насоса 7, манометра на нагнетательном трубопроводе 
8, вакуумметра на всасывающем трубопроводе 9. Вода под действием вакуума, создаваемого вращающимся колесом насосом, поднимается на высоту Нв и нагнетается в корпусе насоса на высоту Нн в 
напорный трубопровод. 

8

6

5

4

9

7

2

3

1

Нн
Нв

Но

Жидкость поднимается на суммарную высоту 

Но = Нв + Нн. 

Если уровень жидкости в емкости, из которой забирается вода, 

находится выше оси колеса насоса, то суммарная высота подъема 
жидкости 

Но = Нн ‒ Нв. 

Всасывание воды насосом происходит в результате образования 

вакуума в его корпусе. Вакуум заполняется водой под действием 
атмосферного давления. Максимальная теоретическая высота всасывания равна 10,33 м. Реальная высота всасывания редко превышает 6-7 м. 

 

Принцип действия центробежных насосов 

 

Основным рабочим органом центробежного насоса является сво
бодно вращающееся внутри корпуса колесо, насаженное на вал. 
Один из возможных вариантов рабочего колеса схематично изображен на рис. 4. Рабочее колесо (рис. 5,а) состоит из двух дисков, переднего и заднего, отстоящих на некотором расстоянии друг от друга. Между дисками, соединяя их в единую конструкцию, находятся 
лопасти, 
плавно 

изогнутые в сторону, противоположную 
направлению 

(рис. 5,б) вращения 
колеса. Внутренняя 
поверхность дисков 
и поверхности лопастей 
образуют 

так 
называемые 

межлопастные каналы колеса, которые 
при 
работе 

насоса заполнены перекачиваемой жидкостью.  

Рис. 4. Центробежный насос: а – продольный разрез; 

б – поперечный; 1 – рабочее колесо; 2 – лопасти 

рабочего колеса; 3 – вал; 4 – корпус; 5 – всасываю
щий патрубок; 6 – всасывающий трубопровод; 

7 – напорный патрубок; 8 – напорный трубопровод

а
б
8

7

1

2

4

1
2

3

4

5
6

Рис. 5. Рабочее колесо насоса: а ‒ работа колеса центробежного насоса;  

б ‒ конструкция рабочего колеса насоса 

 
Рабочие колеса центробежных насосов изготавливают из нержа
веющей стали, высокопрочного чугуна, сплавов цветных металлов, 
композитных материалов, чаще всего с фиксированными лопастями. 
Классификации рабочих колес представлена табл. 1 

 
Таблица 1. Характеристика рабочего колеса центробежного насоса 
 

Количество рабочих колес

Одноступенчатый насос


многоступенчатый насос

Ось

Вертикальная


Горизонтальная

Давление


Низкое, < 0,2 МПа


Среднее, 0,2-0,6 МПа


Высокое, > 0,6 МПа

Подвод жидкости


Односторонний 


Двусторонний


Открытый


Закрытый

Способ разъема корпуса

Горизонтальный


Вертикальный

Способ отвода жидкости

Спиральный


Лопаточный

Быстроходность


Тихоходный


Нормальный


Быстроходный

 

а
б

Окончание табл. 1 

Назначение


Водопровод


Канализация


Щелочь


Нефть


Другие

Соединение с двигателем

Приводной


Муфтой

Расположен по отношению к воде


Поверхностный


Глубинный


Погруженный

 

Основной причиной поломки рабочего колеса насоса является 

кавитация, то есть парообразование и образование пузырьков пара в 
жидкости, которое влечет за собой эрозию металла. 

Возникновение кавитации возможно при: 
 высокой, более 60 градусов, температуре; 
 не плотных соединениях на всасывающем напоре; 
 большой протяженности и малом диаметре всасывающего 

трубопровода; 

 засорении всасывающего трубопровода; 
 большой высоте расположения насоса над уровнем жидкости. 
 

Контрольные вопросы 

 
1. Каков принцип работы центробежных насосов?  
2. Какие параметры характеризуют работу насоса? 
3. Как определяется расчетный (требуемый) напор насосов? 
4. Приведите классификацию насосов по условиям применения. 
5. Приведите классификацию насосов по принципу действия. 
6. Перечислите основные элементы насосной установки.