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 акведуки1 и далее по ним отводилась для орошения полей.

По одной из версий, нории были изобретены около V–IV вв. до н. э. в Индии. 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

Рис. 1. Нории

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. 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. 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 приводов6 поршневых насосов, которыми откачивали шахтные (грунтовые) воды при разработке месторождений полезных ископаемых (рис. 2).

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

Одна из первых конструкций поршневого насоса была разработана более чем две тысячи лет назад александрийским инженером Ктесибием (рис. 3).

Рис. 3. Устройство поршневого насоса для тушения пожаров

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 сосуд, 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, соединенный 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, находящихся в их дне.
3. Таким образом, когда гладко выточенные на токарном станке поршни, смазанные маслом и вставленные в цилиндры, приводятся сверху в движение стержнями 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 трубке, и таким образом вода подается из водоема, стоящего на более низком уровне, в водометы.

Примерно в тот же период, когда Ктесибием был создан поршневой насос, появился архимедов винт, или кохлея (улитка) (рис. 4).

Рис. 4. Устройство архимедова винта

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». Кроме того, римляне использовали архимедовы винты для откачки шахтных (грунтовых) вод при разработке серебряно-свинцовых рудников, находящихся на территории нынешней Испании.

Архимедов винт является элементарным прототипом всех современных винтовых и шнековых насосов.

Со времени создания первых насосов, обеспечивавших водой мелкие ремесленные 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 сооружения водоподготовки; подача воды из резервуаров для чистой воды сооружений водоподготовки для хозяйственно-питьевых и противопожарных целей; подача воды для производственных нужд промышленных предприятий, расположенных в городах;
• в системах водоотведения городов — перекачка бытовых и поверхностных (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 — откачка грунтовых вод;
• в системах орошения — подача воды для полива земель;
• в строительстве — подача воды для затворения строительных растворов 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;
• 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; транспортирование 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 предприятий — подача воды из источника в системы производственного, хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения; обеспечение циркуляции воды в оборотных системах водяного охлаждения технологических агрегатов, сырья и промпродуктов; подача воды для очистки технологических газов; подача воды для приготовления химических 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 обеспечения процессов обогащения руд; подача воды для приготовления растворов реагентов; подача воды для охлаждения и смазки сальников насосов; обеспечение транспортирования хвостов обогащения в накопители отходов; откачка шахтных, карьерных и подотвальных вод и для других нужд;
• в системах водного хозяйства металлургических комбинатов и заводов — подача воды из источника в системы производственного, хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения; обеспечение циркуляции воды в оборотных системах водяного охлаждения технологического оборудования и проката13; обеспечение циркуляции воды в оборотных системах водной очистки и охлаждения технологических газов доменных печей, кислородных конвертеров, электросталеплавильных печей и других металлургических агрегатов; подача воды для приготовления растворов, в которых обрабатывается металлическая поверхность проката, и для последующей промывки этого проката, а также для других целей.