Насосные и воздуходувные станции

НАСОСНЫЕ 
И ВОЗДУХОДУВНЫЕ 
СТАНЦИИ

В.А. КОМКОВ
Н.С. ТИМАХОВА

Москва
ИНФРА-М
2021

УЧЕБНИК

Допущено
Федеральным агентством по строительству 
и жилищно-коммунальному хозяйству в качестве учебника 
для студентов средних специальных учебных заведений, обучающихся 
по специальности «Строительство и эксплуатация 
зданий и сооружений»

УДК 628.1(075.32)
ББК 38.761я723
 
К63

Комков В.А.
К63  
Насосные и воздуходувные станции : учебник / В.А. Комков, 
Н.С. Тимахова. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 254 с. — (Среднее 
профессиональное образование). 

ISBN 978-5-16-010046-3 (print)
ISBN 978-5-16-101729-6 (online)
Описаны принцип действия, типы и конструкции насосов, компрессоров и воздуходувок, применяемых в системах водоснабжения и водоотведения, в строительстве и других отраслях промышленности. Приведены 
технические характеристики, режимы работы насосов и способы регулирования. Рассмотрено устройство насосных станций водопровода и водоотведения, воздуходувных и компрессорных станций. Описаны основы 
автоматизации и эксплуатации насосных и воздуходувных станций.
Для студентов строительных колледжей.

УДК 628.1(075.32)
ББК 38.761я723

Р е ц е н з е н т ы:
Мельников В.М., кандидат технических наук, доцент Владимирского государственного университета; 
Вербин В.А., заместитель директора департамента строительства 
и архитектуры администрации Владимирской области

ISBN 978-5-16-010046-3 (print)
ISBN 978-5-16-101729-6 (online)
© Комков В.А., Тимахова Н.С., 
2008

ВВедение 

Машины для подъема воды на небольшие высоты силой животных (волов, верблюдов, лошадей) использовались человеком с 
глубокой древности. Первые имеющиеся сведения об этих устройствах относятся к третьему тысячелетию до нашей эры. Первый 
насос для тушения пожаров, изобретенный древнегреческим механиком Ктесибийем, был описан в I веке до н. э.

В связи с ростом потребности в воде и необходимостью увеличения высоты ее подачи, особенно после появления паровой машины, насосы постепенно стали вытеснять водоподъемные машины. С середины XIX века начали широко внедряться в производство 
паровые поршневые насосы. Требования к насосам и условия их 
применения становились все более разнообразными, поэтому наряду с поршневыми насосами стали создавать вращательные насосы, а также различные устройства для напорной подачи жидкостей. 
Так исторически наметились три направления их дальнейшего развития: создание поршневых и вращательных насосов и гидравлических устройств без движущихся рабочих органов. 

Развитие теории поршневых насосов тесно связано с работами 

отечественных ученых и инженеров (И.И. Куколевский, А.А. Бурдаков, Т.М. Башта и др.). Достижения в области поршневых насосов были широко использованы также при создании поршневых 
компрессоров, гидравлических прессов и других устройств, при 
этом поршневые насосы начиная с 20 годов ХХ века, стали вытесняться центробежными, роторными и др. 

Другой путь развития насосов начался с изобретения так называемых вращающихся насосов, которые имели один ротор. 
В XVII веке был изобретен двухроторный коловратный насос, который можно рассматривать как прообраз современных зубчатых 
насосов. В дальнейшем появились и другие разновидности роторных насосов, например лабиринтный насос, созданный уже в 
XX веке. Первый вихревой насос, названный центробежным самовсасывающим, был изобретен в 1920 году в Германии. 

Идея использования центробежной силы для подачи жидкостей 

возникла в XV веке, когда был построен простейший центробежный насос, рабочим органом которого служило открытое вращающееся колесо. В конце XIX века c появлением быстроходных 
тепловых, а затем электрических двигателей центробежные насосы получили более широкое применение. В 1838 году русский 

инженер А.А. Саблуков на основе созданного им ранее вентилятора построил одноступенчатый центробежный насос, в 1846 году 
американский инженер Джонсон предложил многоступенчатый 
горизонтальный насос. В 1899 году русский инженер В.А. Пушечников разработал вертикальный многоступенчатый насос для 
буровых скважин глубиной до 250 м. Этот насос, выполненный в 
Париже на заводе Фарко, предназначался для водоснабжения Москвы, имел подачу 200 м3/ч, КПД до 70%. В России первые центробежные насосы начали выпускать в 1880 году на заводе Листа 
в Москве.

Развитие осевых насосов основывалось на опыте аналогичных 

им гидротурбин. Проектирование и исследование осевых насосов 
начались в конце XIX века. 

Третье направление развития устройств для напорной подачи 

жидкостей объединяет несколько путей создания и совершенствования насосов. Прототипы вытеснителей существовали уже в Древней Греции. Первым вытеснителем производственного назначения 
была паровая водоотливная установка, предложенная в 1698 году 
английским инженером Т. Севери. Идея использования сжатого 
воздуха для подачи воды высказывалась еще в XVII веке, но практически была применена только в XX веке в двухкамерном водоподъемнике вытеснения для водяных скважин. 

Принципиально иной способ подачи воды или нефти из скважин с помощью сжатого воздуха или газа был применен в газлифтах, предложенных в середине XIX века. С изобретением автоматически действующего гидравлического тарана появились устройства для напорной подачи жидкости, принцип действия которых 
основан на использовании для подачи воды периодически создаваемых гидравлических ударов. Одной из разновидностей насосов 
стал водоструйный насос для отсасывания воды и воздуха. Первый 
промышленный образец струйного аппарата был применен для 
удаления воды из шахт. Позднее созданы различные струйные 
насосы в виде водо­водяных эжекторов, пароводяных инжекторов 
и других устройств.

В настоящее время насосы применяются во всех отраслях промышленности, на транспорте, в жилищно­коммунальном и сельском хозяйстве в виде не только самостоятельных устройств или 
агрегатов, но и в виде узлов.

Особое значение имеют насосы в системах водоснабжения и 

водоотведения. Насосы, насосные установки, насосные станции 
и воздуходувки являются основным узлом практически каждой 

системы водоснабжения и большинства систем водоотведения. 
В системах водоснабжения они обеспечивают подачу воды всем 
категориям потребителей, а также циркуляцию воды в оборотных 
системах водоснабжения, горячего водоснабжения и в системах 
отопления. Развитие отечественного насосостроения позволило 
осуществить строительство больших районных систем водоснабжения Донбасса, Криворожья, промышленных районов Сибири 
и Урала, по которым ежесуточно перекачиваются десятки миллионов кубометров воды.

В системах водоотведения насосными станциями обеспечивается перекачка сточных жидкостей на очистные сооружения, а также перекачка воды из пониженных районов в коллекторы бассейнов водоотведения и главные коллекторы.

Кроме того, насосные установки и станции применяются в мелиоративных системах, в сельскохозяйственных системах водоснабжения. Высоконапорные насосы с большой подачей позволяют орошать земли, расположенные на горных плато, и вводить 
в хозяйственный оборот новые земли.

Раздел 1

насосы и ВоздуходуВки

Глава 1

осноВные энеРГетические 

паРаметРы насосоВ и ВоздуходуВок. 

ЦентРобежные насосы

1.1. классификаЦия насосоВ

Насосами называются гидравлические машины, в которых механическая энергия приводного двигателя преобразуется в гидравлическую энергию движущейся жидкости. Насосы предназначены 
для перемещения жидкостей под напором по горизонтали или 
вертикали на необходимое расстояние и обеспечения их циркуляции в замкнутой системе. 

В соответствии с ГОСТ 17398­72 «Насосы. Термины и определения» насосы подразделяются на две группы: динамические и 
объемные. ГОСТ предусматривает единую терминологию и определения для всех видов насосов.

В динамических насосах жидкость движется под силовым воздействием в камере постоянного объема, сообщающейся с подводящими и отводящими устройствами.

По виду сил, действующих на жидкую среду, динамические 

насосы делятся на лопастные, электромагнитные и насосы трения. 
Работа лопастных насосов основана на силовом взаимодействии 
лопастей рабочего колеса с обтекающим их потоком жидкости. 
К лопастным насосам относятся центробежные и осевые насосы. 
В электромагнитных насосах жидкая среда перемещается под воздействием электромагнитных сил. В насосах трения и инерции
перемещение жидкости осуществляется силами трения и инерции. 
В эту группу входят шнековые, вихревые, лабиринтные, червячные 
и струйные насосы. К этой группе также относятся водовоздушные 
подъемники, которые применяются в системах водоснабжения.

Принцип действия объемных насосов основан на вытеснении жидкости из камеры за счет уменьшения ее объема. Изменение объема 
камеры может осуществляться за счет возвратно­поступательного 
или вращательного движения рабочего органа насоса. Объемные 
насосы подразделяются на поршневые и роторные.

Динамические и объемные насосы классифицируют по общим 

конструктивным признакам:

по направлению оси расположения, вращения или движения рабочих органов – горизонтальный и вертикальный насосы; 

по расположению рабочих органов и конструкций опор – консольный и моноблочный насосы, насос с выносными и внутренними 
опорами;

по расположению входа в насос – насосы с боковым и осевым 

входом, насос двухстороннего входа;

по числу ступеней и потоков – одноступенчатый, двухступенчатый, многоступенчатый насосы, однопоточный насос, двухпоточный, многопоточный насосы;

по конструкции и виду разъема корпуса – секционный насос, 

насосы с торцевым и осевым разъемом, двухкорпусный насос, 
насос с защитным корпусом, футерованный насос;

по расположению насоса – погружной, скважинный насосы и 

насос с трансмиссионным валом;

по условиям эксплуатации – обратимый, реверсивный, регулируемый, дозировочный и ручной насосы;

по условиям всасывания – самовсасывающий насос, насос с 

предвключенной ступенью, насос с предвключенным колесом;

по взаимодействию насоса с окружающей средой – герметичный, 

взрывозащищенный, малошумный, маломагнитный и ударостойкие насосы;

по месту установки – стационарный, передвижной и встроенный насосы.

В системах водоснабжения и водоотведения чаще всего используются не насосы, а насосные агрегаты или насосные установки. Насосный агрегат состоит из насоса и двигателя, соединенных между собой, а насосная установка – это насосный агрегат с 
комплектом оборудования. По роду привода различают электронасосный, турбонасосный, дизельнасосный, мотонасосный, гидроприводной и пневмоприводной насосные агрегаты. По конструктивному объединению насоса с приводом существуют электронасосы, турбонасосы, паровые и гидроприводные насосы, 
пневмонасосы. Насосные агрегаты могут быть регулируемыми, 
дозировочными и синхродозировочными.

1.2. осноВные энеРГетические 

паРаметРы насосоВ и ВоздуходуВок

Основными энергетическими параметрами насосов и воздуходувок являются подача, напор, мощность, коэффициент полезного действия и кавитационный запас.

Подача определяется объемом жидкости, подаваемым насосом 

в единицу времени. Подача насоса обозначается Q, измеряется в 
л/с, м3/с, м3/ч.

Под напором насоса понимается удельная энергия Е, приобретенная единицей веса жидкости, прошедшей через насос и израсходованной на преодоление геометрической высоты подъема 
жидкости Нст (или Нг) и сопротивлений движению жидкости (по 
длине и местных) во всасывающем и напорном трубопроводах, а 
также на создание необходимого напора у потребителя. Напор 
насоса обозначается Н.

Напор насоса Н измеряется высотой столба перекачиваемой 

жидкости в метрах и определяется по формуле 

H
E
E
Z
p
g
g
Z
p
g
g
=
−
=
+
+







 −
+
+








н
в
н

н
н
2

в

в
в
2

2
2
ρ

υ

ρ

υ
,
(1.1)

где Ен, pн, Zн, υн

2 /2g  – соответственно удельная энергия, давление, отметка и скоростной напор потока в напорном патрубке насоса, т.е. в сечении 2–2 (рис. 1.1), где подключен манометр М; Ев, pв, Zв, υв /2g – то же во всасывающем патрубке 
насоса, т.е. в сечении 1–1, где подключен вакуумметр В; ρ – 
плотность жидкости; g – ускорение свободного падения; υн, 
υв – скорость движения жидкости соответственно в напорном 
и всасывающем патрубках.

Правая часть формулы (1.1) представляет собой уравнение Бернулли, записанное для сечений 1–1 и 2–2 относительно произвольной горизонтальной плоскости сравнения 0–0. На практике 
за плоскость сравнения чаще всего принимается свободная поверхность жидкости в питающем резервуаре (0′–0′). Вместо Zв и 
Zн принимается высота всасывания hв и hн, сумма которых определяет геометрическую высоту или геометрический напор Нг.

После преобразований выражение (1.1) может быть представлено в виде

H
P

g

P

g
Z
g
=
+
+
+
−
вак
ман

о

н
в

2
ρ
ρ

υ
υ
2
2

,
(1.2)

где Рвак, Рман – соответственно показания вакуумметра В и манометра М; Zо – вертикальное расстояние между точками подключения манометра и вакуумметра.

1

Рис. 1.1. схема установки насоса

Если диаметры всасывающего и напорного патрубков равны 

(dв = dн) или скоростные напоры υ
υ
в
н

2
2
2
2
/
,
/
g
g  малы по сравнению с напором Н, развиваемым насосом, и членом υ
υ
н
в

2
2
2
−
(
)/ g

можно пренебречь, тогда выражение для определения напора насоса запишется в виде

Н = hвак + hман + Zo,
(1.3)

где hвак = Рвак/(ρg); hман = Рман/(ρg).

По приведенным формулам напор насоса может быть определен только для действующей насосной установки. Для этого необходимо знать показания манометра и вакуумметра, установленных соответственно на напорном и всасывающем патрубках и 
приведенных к оси насоса. Если насос работает с подпором на 
входе, то вместо вакуумметра на входном патрубке устанавливается манометр.

Кроме того, напор насоса можно определить по конструктивным параметрам насоса. Записав уравнение Бернулли для сечений 
0–0, 1–1, 2–2 и 3–3 и подставив полученные уравнения в уравнение (1.3), получим уравнение для определения напора:

Н = Нст + hwвс + hwн,
(1.4)

где Нст – статический напор (или разность уровней свободной 

поверхности в жидкости в нижнем и верхнем резервуарах, м; 
hwвс – потери напора во всасывающем трубопроводе насоса, м; 
hwн – потери напора в напорном трубопроводе насоса, м. 

Потери напора состоят из местных потерь напора и потерь по 

длине. 

Под давлением понимается величина, определяемая зависимостью

P
P
P
g Z
Z
=
−
+
−
+
−
(
)
к
н

к
2

н
2

к
н
ρ υ
υ
ρ
2
,
(1.5)

где Рк, Рн – давление на выходе и на входе в насос, Па; ρ – плотность жидкой среды, кг/м3; υк, υн – скорость жидкой среды 
на выходе и на входе в насос, м/с; g – ускорение свободного 
падения, м/с2; Zк, Zн – высота центра тяжести сечения выхода и входа в насос, м.

Под мощностью понимается работа в единицу времени. Различают полезную и потребляемую мощность. Под полезной мощностью Nп понимается мощность, сообщаемая насосом подаваемой 
жидкой среде. Полезная мощность Nп, Вт, определяется по формуле

Nп = ρgHQ,
(1.6)

где ρ – плотность жидкости, кг/м3; g – ускорение свободного падения, м/с2; Q – расход жидкости, м3/с; Н – напор насоса, м.

Под потребляемой мощностью понимается мощность, подводимая к насосу. Потребляемая мощность больше полезной мощности на величину потерь в насосе. Отношение полезной мощности к потребляемой называется коэффициентом полезного действия
(КПД), который равен

η = N

N

п .

(1.7)

КПД учитывает все виды потерь, связанных с преобразованием 

механической энергии двигателя в энергию движущейся жидкости, 
в том числе гидравлические, объемные и механические потери.

Гидравлические потери включают в себя потери на трение жидкости о поверхности и вихревые потери. Потери определяются на 
участке от входа в насос до выхода из насоса. Потери на трение 
жидкости зависят от шероховатости стенок и размеров проточной 

части и пропорциональны квадрату средней скорости течения 
жидкости. Вихревые потери возникают при резком повороте потока, внезапном расширении сечения, а также при отрыве потока 
от входных кромок лопастей рабочего колеса на режимах работы 
насоса, отличающихся от расчетных.

Гидравлические потери оцениваются гидравлическим КПД ηг:

ηг

г

=
+
H

H
h ,
(1.8)

где hг – гидравлические потери, м.

Объемные потери возникают в результате внутреннего перетекания жидкости через зазоры из области высокого давления в область низкого. Жидкость, выходящая из рабочего колеса, в основном поступает в отвод, а затем в напорный патрубок и частично 
возвращается обратно во всасывающий патрубок через зазоры и 
уплотнения между рабочим колесом и корпусом насоса. Этот процесс обусловлен тем, что давление на выходе из рабочего колеса 
больше, чем на входе в рабочее колесо. Величина утечек зависит 
от величины зазора между рабочим колесом и корпусом.

Кроме утечек жидкости через зазоры наблюдаются утечки через 

уплотнения вала. Эти утечки, как правило, малы, при определении 
объемных потерь ими обычно пренебрегают.

Во многоступенчатых насосах происходит утечка жидкости через зазоры между валом и перегородками­диафрагмами, разделяющими ступени; в многоступенчатых насосах секционного типа 
наблюдаются значительные утечки через гидравлическую пяту. 
Следует отметить, что утечки через уплотнения диафрагм в секционных насосах оказывают влияние на гидравлические и механические потери, а не на объемные.

Объемные потери характеризуются объемным КПД ηоб:

ηоб =
+
Q

Q
Q
∆
,
(1.9)

где ∆Q – утечки жидкости, м3/с.

Механическими потерями являются потери, связанные с вращением вала и рабочего колеса насоса. К ним относятся потери в 
подшипниках, уплотнениях вала и дисковые потери. Под дисковыми потерями понимаются потери на трение наружной поверхности рабочих колес о жидкость. Механические потери оцениваются механическим КПД ηмех: