Насосы и насосные станции

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2018

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ Б. Н. ЕЛЬЦИНА

Ю. В. Аникин, Н. С. Царев, Л. И. Ушакова

НАСОСЫ  
И НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ

Учебное пособие

Рекомендовано методическим советом  
Уральского федерального университета 
в качестве учебного пособия для студентов вуза, 
обучающихся по направлению подготовки 
08.03.01 «Строительство»

УДК 621.65(075.8)
ББК 31.56я73
 
А67

Ре це нз е н т ы:
И. Э. Иохвидов, директор филиала концерна  
ООО «КСБ» (KSB AG) в г. Екатеринбурге;
А. Д. Панкратов, главный инженер ООО «Акви ТЭК»

Нау чный р еда к тор
кандидат технических наук, доцент В. И. Аксенов

ISBN 978-5-7996-2378-4 
© Уральский федеральный университет, 2018

А67
Аникин, Ю. В.
Насосы и насосные станции : учеб. пособие / Ю. В. Аникин, Н. С. Царев, 
Л. И. Ушакова ; [науч. ред. В. И. Аксенов] ; М-во образования и науки Рос. Фе-
дерации; Урал. федер. ун-т. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2018. — 138 с.

ISBN 978-5-7996-2378-4

Приведены общие сведения о насосах, насосных агрегатах, насосных установках и 
насосных станциях, рассмотрены особенности применения центробежных насосных 
агрегатов и их насосных установок для подачи воды и сточных вод, описаны прин-
ципы технологического проектирования насосных станций систем водоснабжения и 
водоотведения. Представлены методические указания по курсовому проектированию 
по дисциплине «Насосы и насосные станции». В  приложениях дана информация спра-
вочного характера.
Для студентов очной, очно-заочной и заочной форм обучения по профилю «Водо-
снабжение и водоотведение» направления подготовки 08.03.01 «Строительство»; для 
слушателей программ повышения квалификации и профессиональной переподготовки; 
для инженеров-проектировщиков насосных станций систем водоснабжения и водоот-
ведения.
УДК 621.65(075.8)
ББК 31.56я73

На обложке:
насосная станция системы водоснабжения Екатеринбурга

Оглавление

Предисловие 
6

Введение 
7

Глава 1. Классификация насосов 
13
1.1. Общие положения 
13
1.2. Объемные насосы 
13
1.3. Динамические насосы 
19

Глава 2. Особенности центробежных насосов, насосных агрегатов  
и насосных установок 
28
2.1. Параметры центробежных насосов, насосных агрегатов  
и насосных установок 
28
2.2. Устройство и принцип действия центробежных насосов 
36
2.3. Основные конструктивные элементы центробежных насосов 
37
2.3.1. Подводы 
37
2.3.2. Рабочие колеса 
38
2.3.3. Отводы 
39
2.3.4. Уплотнения 
40
2.3.5. Подшипники 
47
2.4. Регулирование работы центробежных насосных агрегатов  
и насосных установок 
48
2.5. Кавитация в центробежных насосах и насосных установках 
54
2.5.1. Общие сведения о кавитации и причинах ее возникновения 
54
2.5.2. Последствия кавитационных воздействий и их минимизация 
56
2.5.3. Показатели для оценки кавитационных воздействий 
58

Глава 3. Технологическое проектирование насосных станций  
систем водоснабжения 
64
3.1. Системы водоснабжения городов и промышленных предприятий 
64
3.1.1. Типы систем водоснабжения 
64
3.1.2. Назначение насосных станций в системах водоснабжения 
65
3.1.3. Категории надежности насосных станций в системах 
водоснабжения 
66

3.2. Определение технологических параметров насосных станций  
систем водоснабжения 
70
3.2.1. Определение подачи и полного напора насосных станций 
I подъема 
70
3.2.2. Определение подачи и полного напора насосных станций 
II подъема 
73
3.3. Выбор количества рабочих и резервных насосных агрегатов 
для насосных станций систем водоснабжения 
79
3.4. Выбор способа установки насосных агрегатов для насосных  
станций систем водоснабжения 
81
3.5. Расчет и конструирование всасывающих и напорных водоводов 
и трубопроводов для насосных станций систем водоснабжения 
86
3.6. Компоновка зданий, сооружений и оборудования насосных  
станций водоснабжения 
90
3.6.1. Объемно-планировочные решения для насосных станций  
систем водоснабжения 
90
3.6.2. Размещение насосных агрегатов и вспомогательного  
оборудования на насосных станциях систем водоснабжения 
92
3.6.3. Выбор подъемно-транспортного оборудования 
94
3.6.4. Размещение запорной арматуры 
96
3.6.5. Выбор запорной арматуры 
96
3.6.6. Размещение обратных клапанов 
98
3.6.7. Размещение монтажных вставок 
100
3.6.8. Размещение расходомеров-счетчиков 
101
3.6.9. Организация мест для обслуживания оборудования  
и арматуры 
103
3.6.10. Монтаж трубопроводов 
103
3.6.11. Устройство сборных (дренажных) приямков 
104

Глава 4. Технологическое проектирование насосных станций  
систем водоотведения 
105
4.1. Назначение насосных станций в системах водоотведения городов 
и промышленных предприятий 
105
4.2. Категории надежности насосных станций в системах водоотведения 105
4.3. Выбор количества рабочих и резервных насосных агрегатов 
для насосных станций систем водоотведения 
106
4.4. Выбор способа установки насосных агрегатов для насосных станций 
систем водоотведения 
108
4.5. Расчет и конструирование всасывающих и напорных трубопроводов 
и водоводов для насосных станций систем водоотведения 
108
4.6. Компоновка зданий, сооружений и оборудования насосных  
станций систем водоотведения 
114
4.6.1. Объемно-планировочные решения для насосных станций  
систем водоотведения 
114

4.6.2. Размещение насосных агрегатов, вспомогательного  
оборудования, арматуры и трубопроводов  
на насосных станциях систем водоотведения 
114
4.6.3. Устройство и оснащение технологическим оборудованием 
приемных резервуаров для сточных вод 
115
4.7. Технологическое проектирование насосных станций  
бытовых сточных вод 
121
4.7.1. Определение подачи и полного напора насосных станций  
бытовых сточных вод 
121
4.7.2. Компоновка зданий насосных станций бытовых сточных вод 
124
4.7.3. Размещение вспомогательного оборудования на насосных 
станциях бытовых сточных вод 
127
4.8. Особенности устройства насосных станций для перекачки  
малых объемов сточных вод 
128

Приложение 1. Единицы величин, применяемые в технологическом  
проектировании систем водоснабжения и водоотведения 
130

Приложение 2. Множители и приставки для обозначения десятичных кратных 
и дольных единиц и их наименования  
133

Приложение 3. Соотношение различных физических единиц 
134

Предисловие

Вступивший в силу новый федеральный государственный образовательный 
стандарт высшего образования 08.03.01 «Строительство»* требует от 
образовательных учреждений разработки и внедрения образовательных программ, 
в результате освоения которых у выпускников будут сформированы 
профессиональные компетенции, основанные на положениях профессиональных 
стандартов. Одно из обязательных условий успешного достижения этой 
цели — наличие необходимой учебной литературы.
Сегодня при освоении образовательных программ по направлению подготовки «
Строительство» по профилю «Водоснабжение и водоотведение» студенты 
испытывают недостаток в соответствующей литературе, в частности 
в литературе, посвященной насосам и насосным станциям. Большинство об-
щеизвестных учебников и учебных пособий по этой тематике издано 20–30 лет 
назад, и они все еще актуальны, особенно при изучении фундаментальных во-
просов транспортирования воды и сточных вод. Однако основы технологиче-
ского проектирования насосных станций в этой учебной литературе изложены 
на базе теперь уже устаревших строительных нормативов.
Между тем за последние десятилетия в России введены в действие новые 
государственные стандарты, нормативно-правовые и нормативно-технические 
документы, касающиеся насосов и насосных станций. Кроме того, значительно 
расширилась номенклатура производимого насосного оборудования, стали 
широко применяться новые средства автоматизации для регулирования пара-
метров работы насосов, изменились архитектурно-строительные решения для 
насосных станций. За эти годы также было создано разнообразное вспомога-
тельное оборудование, сопутствующее насосам и насосным станциям.
В предлагаемом учебном пособии авторы постарались уделить внимание 
всем перечисленным вопросам, с тем чтобы восполнить имеющиеся пробелы 
в учебной литературе по насосам и насосным станциям. 

*1 Бакалавриат по направлению подготовки 08.03.01 «Строительство» [Электронный ре-
сурс] : федер. гос. образовательный стандарт высш. образования : утв. приказом М-ва образо-
вания и науки Рос. Федерации от 31.05.2017 г. Доступ из справ.-правовой системы «Техэксперт» 
(дата обращения: 10.01.2018).

ВВЕДЕНИЕ

Человек давно начал создавать специальные устройства для подъема воды 
на высоту. Одним из первых механизмов для забора и последующей подачи 
воды была нория — деревянное колесо с черпаками, частично погруженное 
в реку и приводимое в движение потоком воды (рис. 1).
При вращении колеса нории вода зачерпывалась из реки, поднималась 
наверх и переливалась в деревянную емкость, откуда по желобам поступала 
в акведуки 1 и далее по ним отводилась для орошения полей.
По одной из версий 2, нории были изобретены около V–IV вв. до н. э. в Ин-
дии. К началу I в. до н. э. такие устройства появились в западных странах, во 
II в. до н. э. получили широкое распространение в Китае, в V в. н. э. — в странах 

1 Акведýк (фр. aqueduc, от лат. aquaeductus) — водовод для подачи воды самотеком к местам 
ее использования из расположенных выше природных источников. Акведуки представляют 
собой открытые надземные или подземные перекрытые каналы, желоба и т.  п.
2 Needham J. Science and civilization in China. L. : The syndics of the Cambr. univ. press, 1965. 
Vol. 4 : Physics and physical technology, pt. II : Mechanical engineering. Р. 356–362.
3 Ibid. Fig. 593.

Рис. 1. Нории3

Восточного Средиземноморья и затем, в XI в. н. э., в странах Северной Африки 
и Пиренейского полуострова.
В эпоху Античности нории строили диаметром до 12 м. В эпоху Средневековья 
диаметр норий и соответственно высоту подъема воды удалось значительно 
увеличить 4. Так, одна из норий, сохранившихся с X в. н. э. до настоящего 
времени на реке Оронт в г. Хама (Сирия), имеет диаметр 20 м.
В современном понимании нории не являются насосами 5. Однако они имеют 
к насосам прямое отношение, поскольку так же, как и насосы, обеспечивают 
создание потока воды. Кроме того, с развитием науки и техники водяные колеса, 
схожие по конструкции с нориями, стали применять в качестве приводов 6 
поршневых насосов, которыми откачивали шахтные (грунтовые) воды при 
разработке месторождений полезных ископаемых (рис. 2).
Одна из первых конструкций поршневого насоса была разработана более 
чем две тысячи лет назад александрийским инженером Ктесибием (рис. 3).
Древнеримский архитектор, инженер и теоретик архитектуры Витрувий 
описывает насос Ктесибия следующим образом:
«1. Теперь следует сказать о водоподъемной машине Ктесибия. Ее делают из 
меди. В ее основании, на небольшом расстоянии друг от друга, ставят парные 
цилиндры с трубками, соединяющимися наподобие вилки и сходящимися в со-
суд, помещенный посередине. В этом сосуде в верхних соплах трубок делают 
точно пригнанные клапаны; они, закрывая отверстия сопел, не дают вернуться 
тому, что было выжато в сосуд вдуванием.
2. Сверху сосуда пригнан колпачок в виде опрокинутой воронки, соеди-
ненный с сосудом штырем с пропущенным в нее [воронку] шплинтом, чтобы 
сила вдуваемой воды не заставила колпачок подняться. Над этим колпачком 
прилажена торчащая кверху трубка, называемая тубой. У цилиндров же, ниже 
нижних сопел трубок, имеются клапаны, вложенные сверху отверстий, нахо-
дящихся в их дне.
3. Таким образом, когда гладко выточенные на токарном станке поршни, сма-
занные маслом и вставленные в цилиндры, приводятся сверху в движение стер-
жнями и рычагами, то они, при закрывании клапанами отверстий, сдавливают 
находящийся в цилиндрах воздух с водой и толкают воду, вдувая ее давлением 
через соплы трубок в сосуд, откуда приемный колпачок выдувает ее вверх по 

4 Noria : Water wheel [Electronic resource] // Encyclopedia Britannica : [website]. URL: 
https://global.britannica.com/technology/noria (date of access: 10.01.2018).
5 Насос — машина (механическое устройство), включающая в себя всасывающий и нагне-
тательный присоединительные патрубки и выступающие части своих валов, предназначенная 
для создания потока жидкой среды.
6 Привод насоса — машина, снабжающая насос механической энергией. Приводом может 
быть электродвигатель, турбина, гидравлический привод, пневматический привод, двигатель 
внутреннего сгорания и пр.

трубке, и таким образом вода подается из водоема, стоящего на более низком 
уровне, в водометы» 7.
Примерно в тот же период, когда Ктесибием был создан поршневой насос, 
появился архимедов винт, или кохлея (улитка) (рис. 4).

7 Витрувий. Десять книг об архитектуре / пер. Ф. А. Петровского. Репринт. изд. М. : Архи-
тектура-С, 2006. C. 196–197.
8 Agricola G. De re metallica / transl. by H. C. Hoover and L. H. Hoover. N. Y. : Dover Publications, 
1950. Р. 189.

Рис. 2. Устройство поршневого насоса с приводом от водяного колеса8

Рис. 3. Устройство поршневого насоса для тушения пожаров 9

Рис. 4. Устройство архимедова винта 10

9 The pneumatics of Hero of Alexandria / transl. for and ed. by B. Woodcroft. L. : Taylor, Walton 
and Maberly, 1851. Р. 44.
10 Chambers’s encyclopedia : A dictionary of universal knowledge. Philadelphia : J. B. Lippincott, 
1901. Vol. 1. P. 391.

Архимедовы винты приводились в действие мускульной силой человека 
или животного. Жители долины Нила с помощью таких винтов подавали воду 
для орошения полей и осушения земель. К IV в. н. э. сфера применения этого 
механизма расширилась: архимедовы винты были задействованы в римской 
системе водоснабжения — одном из главных инженерных достижений Рима. 
Древнегреческий историк и географ Страбон так описывает водное хозяйство 
Рима: «… римляне как раз заботились о том, на что греки не обращали внимания: 
о постройке дорог, водопроводов, клоак, по которым городские нечистоты 
можно спускать в Тибр. <…> Водопроводы подают такое огромное количество 
воды, что через город и по клоакам текут настоящие реки. Почти в каждом 
доме есть цистерны, водопроводные трубы и обильные водой фонтаны» 11. 
Кроме того, римляне использовали архимедовы винты для откачки шахтных 
(грунтовых) вод при разработке серебряно-свинцовых рудников, находящихся 
на территории нынешней Испании 12.
Архимедов винт является элементарным прототипом всех современных 
винтовых и шнековых насосов (см., например, рис. 7, 8 и 18).
Со времени создания первых насосов, обеспечивавших водой мелкие реме-
сленные производства, прошло много веков, и к настоящему времени насосы 
используют практически во всех сферах жизнедеятельности человека.
Основное назначение насосов:
 
— в системах водоснабжения городов — подача воды из источника на со-
оружения водоподготовки; подача воды из резервуаров для чистой воды 
сооружений водоподготовки для хозяйственно-питьевых и противопо-
жарных целей; подача воды для производственных нужд промышлен-
ных предприятий, расположенных в городах;
 
— в системах водоотведения городов — перекачка бытовых и поверх-
ностных (дождевых, талых, поливомоечных) сточных вод, подача их на 
очистные сооружения;
 
— в системах теплоснабжения городов и промышленных предприятий — 
обеспечение циркуляции теплоносителя;
 
— в дренажных системах городов и промышленных предприятий — от-
качка грунтовых вод;
 
— в системах орошения — подача воды для полива земель;
 
— в строительстве — подача воды для затворения строительных раство-
ров и бетонов и обеспечение транспортирования полученных смесей 
к месту использования; подача воды для увлажнения бетона, полива 
территории, мойки строительной техники; откачка грунтовых вод при 
разработке котлованов и траншей;

11 Страбон. География. Л. : Наука, 1964. С. 220.
12 Agricola G. De re metallica. Р. 149.

 
— в системах водного хозяйства предприятий энергетики — подача воды 
из источника в системы производственного, хозяйственно-питьевого 
и противопожарного водоснабжения; обеспечение циркуляции воды 
в системах водяного охлаждения конденсаторов турбин; транспорти-
рование воды на различных стадиях ее подготовки к использованию 
в качестве питательной воды паровых котлов; подача питательной воды 
в паровые котлы и для других целей;
 
— в системах водного хозяйства химических и нефтехимических пред-
приятий — подача воды из источника в системы производственного, 
хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения; обеспе-
чение циркуляции воды в оборотных системах водяного охлаждения 
технологических агрегатов, сырья и промпродуктов; подача воды для 
очистки технологических газов; подача воды для приготовления хими-
ческих реагентов и обеспечение транспортирования самих реагентов 
к месту использования, а также для других нужд;
 
— в системах водного хозяйства горнорудных предприятий — подача воды 
из источника в системы производственного, хозяйственно-питьевого 
и противопожарного водоснабжения; подача оборотной воды для обес-
печения процессов обогащения руд; подача воды для приготовления 
растворов реагентов; подача воды для охлаждения и смазки сальников 
насосов; обеспечение транспортирования хвостов обогащения в нако-
пители отходов; откачка шахтных, карьерных и подотвальных вод и для 
других нужд;
 
— в системах водного хозяйства металлургических комбинатов и заво-
дов — подача воды из источника в системы производственного, хозяй-
ственно-питьевого и противопожарного водоснабжения; обеспечение 
циркуляции воды в оборотных системах водяного охлаждения техно-
логического оборудования и проката 13; обеспечение циркуляции воды 
в оборотных системах водной очистки и охлаждения технологических 
газов доменных печей, кислородных конвертеров, электросталепла-
вильных печей и других металлургических агрегатов; подача воды для 
приготовления растворов, в которых обрабатывается металлическая по-
верхность проката, и для последующей промывки этого проката, а также 
для других целей. 

13 Прокат — полуфабрикаты (слитки, слябы) или изделия (двутавровые балки, швеллеры, 
листы, трубы и др.) из черных и цветных металлов.