主要介紹了生活中常用泵的發展歷史、分類、工作原理及相關應用，並對泵的發展方向進行了大膽的展望。
關鍵詞:發展歷史、分類、原理、應用、方向。
簡介:泵是壹種輸送或加壓液體的機器。它將原動機的機械能或其他外部能量傳遞給液體，這增加了液體的能量。泵主要用於輸送液體，包括水、油、酸堿液體、乳液、懸浮乳液和液態金屬等。它們還可以運輸液體、氣體混合物和含有懸浮固體的液體。在日常生活和工業生產中，我們離不開泵。
泵的發展歷史
水的改善對人類的生活和生產非常重要。在古代，已經出現了各種提水器具，如埃及鏈條泵（公元前17世紀）、中國橙子（公元前17世紀）、風車（公元前11世紀）和水車（公元1世紀）。更著名的是公元前三世紀阿基米德發明的螺旋桿，它可以平穩而連續地將水提升到數米的高度，其原理仍被現代螺桿泵所使用。
公元前200年左右，古希臘工匠科特西比烏斯發明的消防泵是最原始的活塞泵，它具有典型活塞泵的主要部件，但活塞泵只是在蒸汽機出現後才迅速發展起來。
1840-1850年，沃辛頓發明了泵缸和蒸汽缸相對的活塞泵，標誌著現代活塞泵的形成。19世紀是活塞泵發展的高潮，活塞泵在當時用於液壓機和其他機械。然而，隨著需水量的急劇增加，自20世紀20年代以來，流量受到極大限制的低速活塞泵逐漸被高速離心泵和旋轉泵所取代。然而，在高壓小流量領域，往復泵仍占據主要地位，尤其是隔膜泵和活塞泵具有獨特的優勢，應用越來越廣泛。
旋轉泵的出現與工業中對液體輸送日益多樣化的要求有關。早在1588年就有了四葉葉片泵的記載，其他各種轉子泵也相繼出現，但直到19世紀，轉子泵仍存在泄漏量大、磨損大、效率低等缺點。20世紀初，人們解決了轉子潤滑和密封問題，采用高速電機驅動旋轉泵，適用於高壓、中小流量和各種粘性液體。旋轉泵的類型和適合運輸的液體類型是其他泵無法企及的。
利用離心力輸送水的想法最早出現在列奧納多？在達芬奇的草圖中。1689年，法國物理學家帕潘發明了四葉片蝸殼離心泵。但更接近現代離心泵的是美國於1818年出現的具有徑向直葉片、半開式雙吸葉輪和蝸殼的所謂馬薩諸塞州泵。從1851到1875，帶導葉的多級離心泵相繼發明，使高揚程離心泵的研制成為可能。
雖然早在1754年，瑞士數學家歐拉就提出了葉輪水力機械的基本方程，為離心泵的設計奠定了理論基礎，但直到19年底，高速電機的發明才使離心泵獲得了理想的動力源，其優勢才得以充分發揮。在英國雷諾、德國普夫雷德雷爾等眾多學者的理論研究和實踐基礎上，離心泵的效率大大提高，其性能範圍和應用領域也日益擴大，成為近代應用最廣泛、產量最大的泵。
泵的分類
泵通常根據其工作原理分為正排量泵、動力泵和其他類型的泵，如噴射泵、水錘泵、電磁泵和氣舉泵。除了工作原理以外，泵還可以用其他方法分類和命名。例如，按驅動方式可分為電動泵和液壓泵；按結構可分為單級泵和多級泵；按用途可分為鍋爐給水泵和計量泵；按輸送液體的性質可分為水泵、油泵和泥漿泵。
泵的工作原理
3.1容積式泵
容積式泵的流量在壹定速度或往復次數下是恒定的，幾乎不隨壓力變化；往復泵的流量和壓力波動較大，應采取相應措施減小脈動；旋轉泵壹般沒有脈動或只有很小的脈動；自吸能力，啟動泵後可將管道內的空氣抽出並吸入液體；啟動泵時，排放管道的閥門必須完全打開；往復泵適用於高壓小流量；回轉泵適用於中小流量和高壓；往復泵適用於輸送清潔液體或氣液混合物。壹般來說，容積泵的效率高於動力泵。動力泵通過快速旋轉的葉輪的作用將機械能傳遞給液體，使其動能和壓力能得以增加，然後通過泵缸將大部分動能轉化為壓力能實現輸送。動力泵也稱為葉輪泵或葉片泵。離心泵是最常見的動力泵。
3.2動力泵
動力泵在壹定轉速下產生的揚程有壹個限定值，揚程隨流量變化；運行穩定，連續輸送，流量和壓力無脈動；壹般沒有自吸能力，需要在開始工作前將泵充滿液體或對管道抽真空；廣泛的適用性能；適用於輸送低粘度的清潔液體，特殊設計的泵可輸送泥漿、汙水等。或水來輸送固體。動力泵主要用於供水、排水、灌溉、工藝液體輸送、電站儲能、液壓傳動和船舶噴氣推進。
3.3其他
其他類型的泵是指以其他方式傳遞能量的泵。例如，噴射泵依靠高速噴射的工作流體將待輸送的流體吸入泵內，並通過混合兩種流體進行動量交換來傳遞能量；水錘泵利用流動的水突然剎車時產生的能量使部分水壓上升到壹定高度；電磁泵使通電的液態金屬在電磁力的作用下流動實現輸送；氣升泵通過導管將壓縮空氣或其他壓縮氣體送到液體底部，形成比液體輕的氣液混合流體，然後通過管外液體的壓力將混合流體向上壓。
4.泵在生產和生活中的應用
4.1不銹鋼沖壓離心泵在水系統中的應用
不銹鋼沖壓離心泵、液壓閥止回閥泵站，主要用於小流量、高揚程的水系統，如飲用水供水系統、壓力鍋爐供水系統、高純水凈化系統，以及醫藥、食品、精細化工、造紙等行業的洗滌和噴淋過程。國家經濟貿易委員會節能信息傳播中心最近將不銹鋼沖壓離心泵列為“最佳節能實踐案例研究”，並分析了該設備的應用和效益。
據了解，傳統鑄造泵采用制模、充模、機加工等復雜工藝制造，耗電、耗料多，勞動強度大，嚴重汙染環境，無法鑄造出口寬度較窄的小流量葉輪。不銹鋼沖壓離心泵采用沖壓和焊接工藝制造，取代了傳統的鑄造工藝。泵體的生產可以節省70%以上的材料，提高3%-5%的效率，輕松實現機械化和自動化批量生產，減少環境汙染，降低勞動強度。
沖壓離心泵制造商共生產2082臺不銹鋼沖壓離心泵。與傳統工藝相比，新工藝節約不銹鋼材料3.47噸，降低鑄造電耗7634千瓦時。對於洗瓶灌裝機的用戶來說，水泵的實際運行功率也從2.18kW下降到2.11kW，每臺機器節省3.2%的電力。
此外，由於重量輕、體積小、整體結構合理、維護方便，維護成本也有所降低。據國家統計局和中國機械工業聯合會統計，我國鑄造泵年需求量為457萬臺，合金鑄造小流量泵年需求量超過38萬臺。不銹鋼沖壓離心泵比鑄造泵輕巧美觀、效率高、價格低，是進口泵的壹半。經濟效益顯著，應用範圍廣，市場前景廣闊。
4.2液壓水錘泵原理及應用實例
4.2.1液壓水錘泵的工作原理及提水性能
液壓水錘泵自動供水設備是利用液壓沖擊原理和液壓傳動原理設計制造的液壓能量升級轉換裝置。主要設備由三部分組成:脈沖發生器、能量耦合器和蓄能器。它是新型微型液壓站的主要設備。這種液壓泵本質上是利用液壓能的傳遞特性，整體形成壹種特殊類型的變排量液壓機械的專用往復泵或泵組。
在液壓系統中，由於某種原因，液體壓力突然升高，導致壓力峰值很高，這就是所謂的液壓沖擊。液壓沖擊的峰值壓力往往比正常壓力高許多倍。水錘泵利用水力沖擊原理，即當水在正常流動過程中突然關閉出口閥時，會在泵體內產生很大的沖擊。利用這種沖擊力，水可以被送到高處。水力沖擊為非恒定流，壓力波沿進水動力管道（長導流管）以速度c來回傳播。在水錘泵的設計中，壹般采用閥門突然關閉後管道壓力增加的最大值δP作為泵的泵送動力。由於液壓沖擊是壹個衰減過程，因此研究壓力上升的第壹波到達管道入口時的情況。
假設管道的橫截面積為a，管道的長度為l，管道中液體的初始速度為v，液體密度為ρ，壓力波從排水沖擊閥傳播到上遊供水池入口的時間為t，將動量方程應用於此時間:
δP？答？T=ρALV
所以δ p = ρ LV/t = ρ V。
其中C=L/T為壓力波在水中的傳播速度，c = 1400 m/s。
妳可以計算水從2m的高度通過長引水管進入水錘泵後排水沖擊閥突然關閉所引起的最大上升壓力δP，並根據能量守恒定律計算水流的初始速度v:
mgh=mV？V/2，
那麽v =（2gh）0.5 =（2 * 9.8 * 2）0.5≈6.3m/s
因此，當沖擊閥突然關閉時，最大上升壓力δP為:
δP = cρV = 1400 * 1000 * 6.3 = 8.8兆帕
然後計算將水提升100米所需的壓力P:
p =ρGH = 1000 * 9.8 * 100 = 0.98兆帕
可以看出，δP遠大於P，所以從理論上講，利用水力沖擊原理，通過水錘泵將2米落差水流的部分水量提升到100米的高度是不成問題的。
簡單來說，泵裝置由泵室、泵座和蓄能器組成。泵房內有兩個閥門:壹個是排水沖擊閥W，另壹個是輸水閥d .兩個閥門組成壹個組合式自動閥。組合式自動閥在水頭水流的作用下自動開啟和關閉，產生水力脈沖:從進水管抽出的水進入沖擊閥W後排出。當排放速度達到設計值時，沖擊閥W突然關閉，從而產生升壓波。在這種高壓下，輸水閥D打開，壹部分流動的水流入空氣罐，然後從空氣罐流向使用點或高位蓄水池。進水管的質量流動能因輸水而耗盡，使水暫時停止。此時，壓力波衰減，由於上下部分之間的壓力差，輸水閥D自動關閉。由於進水管道和水柱的彈性，在水提升沖擊減弱後，水柱沿流動方向略有回擺，因此泵殼內有負壓，促使沖擊閥W自行打開。打開沖擊閥W繼續排水，然後重復上述過程提水。為了獲得連續和均勻的水流，在輸水側安裝了集水器，也稱為蓄壓器。因此，水錘泵在結構上由兩個核心部件組成:蓄能器和組合式自動閥。
泵結構中最重要的往復運動部件是沖擊閥和輸水閥的結構和特性。通過改進自動閥可以提高泵的工作性能。水錘泵在無人控制的情況下工作，因此要求各部件的運動及時、準確、安全、可靠。
根據數據，水錘泵沖擊閥的開啟和關閉次數最好至少為40次/分鐘。從水錘泵的工作過程可以看出，要使泵正常工作，設計和制造壹種能自動啟閉並快速反應的組合閥是非常重要的。
水錘泵的水力沖擊公式為:△P=CρV=LV/t其中△P為沖擊壓力；l是沖擊波的傳播距離；v是沖擊前水管中的平均速度；t是沖擊閥的關閉時間。從公式中可以看出，為了提高液壓沖擊的壓力，需要提高沖擊前水管中的平均速度V，縮短沖擊閥的關閉時間T並增加沖擊波的傳播距離L。在水錘泵站已建成（H、L、V固定）的前提下，為產生明顯的水力沖擊並兼顧泵站效率，主要是減少沖擊閥的關閥時間t。
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水錘泵的組合式自動閥是兩個特殊閥門，其工作動力僅為水流的脈沖動力和自身重量。從自動閥的力學分析可以看出，沖擊閥的關閉時間主要取決於是否有增速機構、墊片的彈性、閥盤的重量和出口的流速等因素。沖擊閥的開啟時間主要取決於泵殼內的負壓、墊片的回彈力、閥盤的重量和出水口的流速。
武漢潤澤水利技術中心研制的液壓水錘泵，其自動沖擊閥在結構上可以無軸承自啟閉，力求防止閥桿磨損。此外，為了防止沖擊閥關閉時產生的沖擊和振動，在結構上采用了緩沖結構，因此泵殼內的沖擊力、與泵連接的進水管的應力和作用在基礎上的沖擊力都很小。研發中采用特征線法對液壓沖擊和柔性水錘進行計算機分析，從材料和強度等方面進行了全面的實驗研究和理論分析。液壓水錘泵通過液壓能量傳遞特性的合理設計增加能量流動密度，精確設計脈沖發生部件的液壓沖擊波的脈沖泵送功能，加快液壓水錘泵的加載加載速度，使脈沖發生部件能夠自動沖擊閥門（包括輔助增速閥盤裝置）達到每分鐘30 ~ 300次的切換頻率，實現中高頻運行。
下落的水從1至7米高度的取水池（泵站供水池）流出，然後通過長引水管進入基座填充泵房，直到達到取水池的水位，此時自動閥關閉。為了啟動水錘泵，需要用手多次打開沖擊閥W，以進壹步增加蓄能器中氣室的壓頭。當氣室中的壓力達到約3倍的下降時，進水管的水柱擺動產生的壓力足以使輸出閥自行打開並使水錘泵動作。此時氣室的壓頭不斷增加，直到達到水管出口頂部的壓頭值，然後壓頭基本穩定。當水頭和壓頭較高時，壹般蓄能器的氣室中的空氣逐漸被高壓水吸收，使氣室最終失效，壓力峰值不斷升高，會造成機械事故。因此，在高揚程的應用中，需要重新設計水錘泵的液壓蓄能器組件，主要使用氣囊蓄能器，或采取手動或自動向儲氣罐補氣的措施。
滴水源的揚程和流量是決定水泵揚程和抽水能力的重要因素之壹。此外，泵的工作性能還受導流管的安裝角度、導流管和立管的口徑和長度、沖擊閥的啟閉次數等因素的影響。經過多次工程試驗和現場安裝應用試驗，得出以下經驗公式:
（1）揚程H與水流落差H的關系:H/H = 10-50；
②將液壓水錘泵視為動力機和水泵的結合體，其效率可由下式定義:
η= qh/（QH）
η是泵的效率；q是泵送流量；h為提升高度；q為進水管的進水流量；h是落差。
泵效率的經驗公式:
1、η=（1.17-1.37 ）- 0.2（（H-H ）/ H）0.5
（H-H）/H = 3-17（使用各種儲氣罐作為液壓蓄能器）
2.90%≥η≥60%，（h-h）/h = 2 ~ 49（液壓蓄能器采用隔膜蓄能器）。
③水錘泵的泵送能力Q:Q =ηHQ/（h-h+ηh）
④導流管長度L: L = 7-12h（該值隨落差變化）。
⑤導流管安裝角度α:仰角應大於5°小於20°，7-15°為最佳安裝角度。
⑥.導流管直徑D :D = 0.3（60Q）0.5（Q為水源進入泵的常年保證流量）。
⑦.提升管直徑d: d=0.5-0.1D（該值隨落差比h/H而變化）。水錘泵性能的主要技術指標是其功率和效率。但由於安裝場地、地形條件和水源的限制，設計時應綜合考慮各種因素，如供水量、水頭、進水管長度、提水高度和提水流量等。
據資料顯示，國外水錘泵的最長工作壽命可達100年以上，其易損件只有橡膠墊、密封件和螺栓。
4.2.2使用液壓水錘泵帶來的優勢
1.液壓水錘泵通過液壓能量傳遞特性的合理設計增加能量流動密度，精確設計脈沖發生部件的液壓沖擊波的脈沖泵送功能，加快液壓水錘泵的加載加載速度，使脈沖發生部件能夠自動沖擊閥門（包括輔助增速閥盤裝置）達到每分鐘30 ~ 300次的切換頻率，實現中高頻運行。
。
根據資料，水錘泵自動沖擊閥的開關頻率最好不低於每分鐘40次。工程應用數據表明，國內同類產品運行頻率普遍較低（每分鐘僅20-40次，每分鐘不超過60次）。
2.運行噪音低。新型RZ-50飲用水液壓水錘泵的運行噪聲小於80分貝，而國內同類新產品（如德國進口的BIL系列水錘泵）的運行噪聲高達105-130分貝。
3.“液壓水錘泵”采用不銹鋼等耐腐蝕材料制作蓄能器缸體，避免水錘泵微型液壓站提升水流的銹蝕汙染。
4.液壓蓄能器的有效容積可以通過簡單的措施如（包括手動）充氣裝置得到有效保證，特別是氣室容積和儲能在長期運行中不會損失；液壓蓄能器的空氣供應不需要排空，這不會導致水錘泵停止。國內同類產品（如德國進口的BIL系列水錘泵）大多采用半蓄能器（無氣體預壓縮措施的蓄能器），這將導致水錘泵在排氣和補氣時停機。
5.液壓蓄能器組件采用等溫加載循環工作方式，減少了中高頻快速加載工作中脈沖發生組件自動沖擊閥門可能造成的液壓蓄能器氣室中的熱損失，取消了傳統水錘消除器（氣囊蓄能器，采用絕熱加載循環工作方式）缸體內表面的聚丙烯套筒隔離部件，降低了加工難度和制造成本。
6.“液壓水錘泵”，全稱“模塊化復合液壓傳動式水錘泵”，由脈沖發生部件、能量耦合部件和儲能部件三部分組成。液壓水錘泵利用能量耦合元件作為特殊的能量轉換器實現能量耦合，可以實現DC/交流液壓工作模式的轉換。液壓水錘泵自動供水設備——新RZ系列飲用水液壓水錘泵是利用液壓沖擊原理和液壓傳動原理設計制造的壹種液壓能量升級轉換裝置。因此，液壓水錘泵的設計原理不同於傳統的僅采用水錘原理的水錘泵。
5.泵的發展趨勢
與其他行業的發展壹樣，泵的技術發展是由市場需求驅動的。如今，歷史已經進入21世紀，在環保、電子等領域的高科技發展和世界可持續發展產生巨大需求的背景下，人們給包括泵行業在內的許多行業或領域帶來了快速的技術變革和發展。
泵的技術發展趨勢主要包括以下幾個方向:
（1）
產品的生命力在於市場需求。今天的市場需求是要有自己的特色和與眾不同；正是這壹點造就了泵產品的多樣化趨勢。其多樣性主要體現在泵輸送介質的多樣性、產品結構的差異和操作要求的差異。
從輸送介質的多樣性來看，最早的泵可以輸送單壹的水和其他可流動的液體、氣體或泥漿，現在可以輸送固液混合物、氣液混合物和固液氣混合物，直到可以輸送土豆和魚等活體。不同的輸送對象對泵的內部結構有不同的要求。
除了輸送對象對泵的結構有不同的要求外，在安裝形式、管道布置形式和維護方面對泵的內部或外部結構提出了新的要求。同時，每個制造商都在結構設計中加入了自己的想法，這進壹步提高了泵結構的多樣化。
基於可持續發展和環境保護的總體背景，泵的運行環境對泵的設計提出了許多要求，如減少泄漏、降低噪聲和振動、增加可靠性和延長壽命等。，這都提出了不同的重點或幾個重點並行考慮，並必然形成多元化的泵的形式。
（2）泵設計水平提高與制造技術優化的有機結合。
在信息時代，泵的設計人員已經使用計算機技術來開發和設計產品（如使用CAD），這大大提高了設計本身的速度，縮短了產品設計周期。在生產型制造中，以數控技術CAM為代表的制造技術已經深入到泵的生產中。但是，從目前國內的情況來看，數控技術CAM主要應用於批量產品的生產。針對單件或小批量的生產，目前CAM技術在泵行業尚未得到廣泛實施，單件和小批量的生產仍主要基於傳統生產設備。
由於市場要求制造商盡可能縮短交貨周期，特別是對於特殊產品（根據用戶要求生產的產品），不可避免地要求泵制造商加速使用CAM技術，甚至計算機集成制造系統（CIMS）和柔性制造（FMC和FMS）以協調的方式處理從設計到制造模具和零件加工的所有環節，以確保壹旦設計完成，產品零件的加工趨於同時完成，從而確保產品的生產周期縮短。
同時，除了計算機繪圖外，還將在計算機這壹載體上實現產品的強度分析、可靠性預測和三維設計，並在生產前對生產中需要發現和解決的工藝問題、局部結構問題和裝配問題采取預防措施，以縮短產品的試制周期。
③產品的標準化和模塊化
雖然產品多樣化，但作為通用產品，泵的總量仍然巨大。市場上，除了技術競爭外，產品的價格競爭，尤其是通用產品的價格競爭是必然趨勢。在產品多樣化的趨勢下，需要實現產品價格的競爭優勢，提高產品零部件的標準化程度，實現產品零部件的模塊化。許多零件模塊化後，可以通過組合不同的模塊或改變單個零件的特性來使產品多樣化。同時，只有當零部件的標準化程度提高時，才有可能基於產品多樣化實際規模化生產零部件，從而降低生產成本並形成產品的競爭優勢，也有可能基於產品多樣化進壹步縮短產品的交付周期。
（4）改善泵的內在特性並追求外在特性。
所謂泵的固有特性是指產品的固有特性，包括產品性能、零部件質量、整機裝配質量、外觀質量等。，或者簡稱為質量。在這壹點上，許多泵制造商對此表示關註，並努力對其進行改進。事實上，我們可以發現許多產品在工廠測試並交付給用戶後無法達到工廠檢查效果，並出現壹些問題，如過載，噪音增加，使用效果不理想或使用壽命縮短。實踐中泵的工作點或特性被稱為泵的外部特性或系統特性。
在設計產品時，技術人員通常會花很多心思來提高產品的百分之壹效率。但是，如果泵的運行偏離了設計的高效點，實際運行效率將降低1%以上。目前，泵制造商為用戶提供控制設備和包括變頻在內的成套設備，這實際上已經涉及到對泵的外部特性的追求。在此基礎上，我們應該更加重視泵的集中控制系統，並通過上壹層樓梯來提高整個泵和泵站的運行效率，這是泵的外部特性的追求。
從銷售的角度來看，賣產品就是賣水泵的固有特性；註意泵的外部特征是制造商不僅銷售產品，而且銷售泵站（成套項目）。
從使用角度來看，好的產品壹定是適合運行環境的產品，而不是經過工廠測試和判斷的產品。
（5）機電壹體化進壹步發展。
就像科學技術的發展壹樣，目前科學技術領域的交叉學科和邊緣學科越來越多，跨學科聯合研究非常普遍，泵產品的技術開發也是如此。以屏蔽泵為例，取消泵的軸封問題必須從電機結構入手，僅局限於泵本身是不可能實現的；要解決泵的噪聲問題，不僅需要解決泵的流型和振動，還需要解決電機葉片的噪聲和電磁場的噪聲。為了提高潛水泵的可靠性，潛水電機必須增加漏電保護和過載保護等措施。要提高泵的運行效率，必須依靠控制技術等的應用。這些都表明，要發展泵的技術水平，必須同時從配套電機和控制技術方面入手，綜合考慮，最大限度地提高機電壹體化的綜合水平。
參考
【1】劉蕓，姜培正編輯，過程流體機械。北京化學工業出版社2009
【2】孫啟才，金定武主編，離心機的原理、結構與設計計算。北京:機械工業出版社1987。
【3】關，主編。現代泵技術手冊。北京:航空航天出版社，1995。