水泵
水泵是一种转换能量的机械，通过工作体的运动，把外加的能量传给被抽送的液体，使其能量增加。
公元前300年左右，由阿基米德发明最早的水泵，被称为阿基米德式螺旋抽水机。1923年，格罗格（F.W.Krogh）提出旋喷泵结构原理，研制出闭式皮托泵。21世纪初，美国HMD公司制造出屏无泄漏蔽磁力驱动泵。现代水泵除了抽水，还可以抽送其他各种液体，甚至抽送带有固体粒块的浆状物，如泥浆、煤浆、灰渣、混凝土、纸浆、化妆品等。水泵一般由泵壳、叶轮、轴、轴承以及附件组成。根据水泵的工作原理可分为叶片式泵、容积式泵、其他类型泵三大类。
水泵应用领域十分广泛，包括市政、工业、商业、灌溉与防洪以及电力生产诸多方面。因节能环保的需要，光伏水泵成为未来行业的发展趋势。
发展历程
最早的泵是在大约于公元前300年左右出现，阿基米德发明了一种泵，称为阿基米德式螺旋抽水机，至今仍有厂家在生产。古希腊人克特西比乌斯（Ctesibius）（公元前285-222年）发明的压力泵是一种最原始的活塞泵。主要用来生产水柱以及从井口举起水。（至今还保存在古罗马时代的遗址上，如在英国的锡尔切斯特（Silchester））。中国历史上南北朝时期出现的方板链泵作为一种链泵（Chainpump）是泵类机械的一项重要发明。
1475年，意大利文艺复兴时期的工程师弗朗西斯科•迪•乔治•马丁尼（FrancescoDiGiorgioMartini）在论文中提出了离心泵原始模型。
1588年，意大利人阿戈斯蒂诺•拉梅利（AgostinoRamelli）自费出版了《阿戈斯蒂诺•拉梅利上尉的各种精巧的机械装置》（LeDiversetArtificioseMachinedelCapitanoAgostinoRamelli），（这部著作详细描述了许多二三百年以后制造成功并成为商品的工具和机械设备）。其中有关于链泵、水泵、滑片泵的描述。
1675年，查理二世的御用机械师塞谬尔•莫兰（SamuelMorland）爵士，获得柱塞泵专利，他设计制造的水泵被当时英国国内众多的工业，船舶应用，以及如水井，池塘排水和灭火。
1818年，现代意义上第一台离心泵，是由美国麻省泵厂生产的，计者是个美国人，姓氏都无从考证了。当时在美国出现的是具有径向直叶片，中开式的双吸叶轮并配有蜗壳的离心泵，称为马萨诸塞州泵。次年，英国泰勒公司也开始生产离心泵。
1868年，StorkPompen公司在荷兰亨厄洛（Hengelo）成立，发明了混凝土蜗壳泵。
1923年，格罗格（F.W.Krogh）提出旋喷泵的结构原理，旋喷泵也称皮托泵。随后研制出了闭式皮托泵。Worthington公司制造了世界上第一台离心锅炉给水泵，压力达到770巴（11165psi）。
1928年，德国威乐水泵有限公司（创建于1872年）发明了热水供暖循环管道泵。
1938年，中国四川刘朴、曹瑞芝等工程师发明并研制了水力抽水机（水轮泵）。
1948年，瑞典Flygt公司创造了世界第一台给、排水用浅水潜水电泵，后来也用在排污水，从根本上简化了泵的型式，改革了建筑基坑和矿井等排水设备，并且很快在全世界范围内获得成果。
1952年，美国化工泵公司主席PaneP·Litjenberg研制了第一台耐腐蚀屏蔽泵。1965年，他放弃了其它技术工作和商业活动，全力以赴屏蔽电泵研究，改进推力平衡、轴水、电机效率，提高了电泵结构的可靠性。
1969年，美国英格索兰德莱赛公司设计制造世界上最大的锅炉给水泵，功率为52200kW(70000马力)。
1992年，美国英格索兰-德莱赛公司制造出世界上最大管道泵，功率为27590kW（37000马力），由空气涡轮发动机驱动。
2000年，美国HMD公司制造出屏蔽磁力驱动泵，是一种无泄漏泵。
结构原理
水泵工作原理需要解释水泵为什么能把水从低处提到高处，由于结构方式不同，工作原理也不尽相同。以下就常见的离心泵、轴流泵、旋涡泵、往复泵及计量泵的结构原理分述如下：
离心泵
离心泵是叶片泵的一种，由于这种泵的工作是靠叶轮高速旋转时叶片拨动液体旋转，使液体获得离心力而完成泵的输送过程，所以称为离心泵。离心泵的应用非常广泛，在水环境污染治理系统中几乎是不可缺少的一种设备，城市污水处理多数是依靠离心泵来提升水位，保证后续处理的顺利进行；工业废水处理也是依靠离心泵的加压实现水体流动。由于离心泵是一种重要的动力设备，在运行过程中会有大量的动力消耗，因此，合理、经济地选择和使用离心泵，是降低污水处理成本的重要方面，特别是对城市污水处理厂而言，尤为关键。
工作原理 离心泵之所以能把水（或其他流体）送出去是由于离心力的作用。离心泵在工作前，泵体和进水管必须灌满水。当叶轮快速转动时，叶轮的吸入口处形成真空区域（低压区），液体（水）被吸入叶轮；水进入叶轮后随叶轮快速旋转，旋转着的水在离心力的作用下做径向运行，从叶轮出口处飞去，形成出水。叶轮旋转时将能量传给进入叶轮的水，使水产生速度能和压力能，流至叶轮出口处时使水的压力能变为最大值，这就是离心泵产生的总扬程。
基本构造 离心泵的基本构造，主要由叶轮、泵体、泵轴与轴承及轴封装置四部分组成。叶轮是离心泵的核心部分，其作用是将原动机的机械能传给液体，使液体的静压能和动能得到提高。因其转速高，在装配前要通过静平衡实验。叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。泵体也称泵壳，因壳内有一个截面逐渐扩大的蜗牛壳形通道，故又称蜗壳，它是水泵的主体，起到支撑固定作用，并与安装轴承的托架相连接。泵轴的作用是借联轴器和电动机相连接，将电动机的转距传给叶轮，所以它是传递机械能的主要部件。轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，有滚动轴承和滑动轴承两种。
轴流泵
轴流泵是一种利用叶轮旋转对水体产生推力(升力)工作的大流量、低扬程的水泵，主要有立式、卧式、斜式及贯流式等几种型式，在城市排水管、污水处理系统中多有应用，在平原、湖区、河网区排灌、电站输送循环水、船坞升降水及其他水利工程也多有应用。
工作原理：轴流泵与离心泵的工作原理不同，主要是利用叶轮的高速旋转所产生的推力提水。流体轴向进入叶轮后，近似地在圆柱形表面上沿轴线方向流动，并借旋转叶轮上的叶片产生升力来输送，同时提高其能量。轴流泵的叶片一般浸没在被吸水源的水池中，由于叶轮高速旋转所产生的升力作用下，连续不断地将水向上推压，使水沿出水管流出；叶轮不断地旋转，水也就被连续压送到高处。
基本结构 轴流泵的结构主要可分为泵体和定子两部分。泵体由泵管、电动机转子叶轮、尾导叶与转轴支撑系统等四部分组成。叶轮旋转体由轴流式叶轮和电动机转子组成。叶轮为一组盘绕中央轮毂的螺旋形叶片，中央轮毂为中空结构，中空腔用于容纳转子。转子为圆柱形，并沿叶轮旋转体的中轴线设置转轴。转轴在前后滑动轴承套的支持下可自由转动。泵管内的出口端设置尾导叶，以使出口血流的旋转分量改变为轴向流，提高效率。叶轮旋转体轴与前、后轴套套接，以滑动机制接触旋转。
旋涡泵
旋涡泵，顾名思义就是靠旋转叶轮对流体施加的作用力，在流体运动方向上给流体以冲量来传递动能，实现流体的输送。旋涡泵也称涡流泵。旋涡泵属于叶片泵的范畴，但其工作过程、结构及其特性曲线的形状等与离心泵有较大的差别。旋涡泵工作时，由于叶轮转动，造成叶轮内和流道内的流体都有圆周方向的运动，因而产生离心力，叶轮内流体的圆周速度大于流道内液体的圆周速度，即叶轮内流体的离心力较大，故形成轴向和径向漩涡，旋涡泵因此得名。
基本结构 旋涡泵的结构简图如图2-19所示，主要由叶轮(外缘上带有径向叶片的圆盘)、泵体和泵盖组成。叶轮为一等厚的圆盘，在它外缘两侧有很多径向的小叶片。在与叶片相应部位的泵壳上有一等截面的环形流道，整个流道被一个隔舌分为吸、排两方，分别与泵的吸、排管路相联。流体从吸入口进入，通过旋转的叶轮获得能量到排出口排出。
工作原理 旋涡泵通过叶轮叶片把能量传递给流道内的流体，它是通过三维流动使能量传递在整个泵的流道内重复多次。旋涡泵通过旋转的叶轮叶片对流道内液体进行三维流动的动量交换而输送液体。泵体内的流体可分为两部分：叶轮凹槽间的流体和泵与叶轮间流道内的流体。当叶轮旋转时，流道内流体圆周速度小于叶轮圆周速度，叶轮内的流体在离心力作用下从叶轮凹槽甩到流道中，然后在流体间剪切力作用下减速，将能量传递给流道内的流体。叶轮凹槽在甩出原有流体的同时，内部压力降低，从而将流道内流体吸入凹槽，这样使得流体产生与叶轮转向相同的“纵向旋涡”；此纵向旋涡使流道中的流体多次返回叶轮内。再度受到离心力的作用，而每经过一次离心力的作用，扬程就增加一次。
往复泵
往复泵是依靠活塞、柱塞或隔膜在泵缸内做往复运动，使缸内工作容积交替增大和缩小来输送流体，或使流体增压的容积式泵。主要适用于企业单位废水排放，城市污水处理厂排放系统，地铁、地下室、人防工程的系统排污，医院、宾馆、高层建筑污水排放，以及市政工程、建筑工地中稀泥浆的排放等。往复泵具有自吸能力强、理论流量与工作压力无关、额定排出压力与泵的尺寸和转速无关及对流体污染度不很敏感的优势，但因其结构较复杂、易损件较多、流量不均匀等原因使其应用受到一定限制。
基本结构 往复泵由液力端和动力端组成。液力端直接输送液体，把机械能转换成液体的压力能；动力端将原动机的能量传给液力端。动力端由曲轴、连杆、十字头、轴承和机架等组成。液力端由液缸、活塞(或柱塞)、吸人阀和排出阀i填料函等组成。
工作原理 现以活塞泵为例说明其工作原理。活塞泵主要由泵缸和活塞组成，活塞由曲柄、连杆带动，将原动机的回转运动转变为在泵缸内的往复运动。当曲柄以角速度ω逆时针旋转时，活塞向右移动时，液缸的容积增大，压力降低，被输送的流体在压力差的作用下克服吸人管路和吸入阀的阻力损失进入到液缸；当曲柄转过180°以后活塞向左移动，流体被挤压，液缸内流体压力急剧增加，在这一压力作用下吸入阀关闭而排出阀被打开，液缸内流体在压力差的作用下被排送到排出管路中去。当往复泵的曲柄以角速度ω不停地旋转时，往复泵就不断地吸人和排出液体。由于往复泵的吸入与排出是交替进行的，故其流体输送也是脉冲式(间隙式)的。
计量泵
比例泵也称定量泵或比例泵。常用于精确向有压(或无压)系统或流程中定量连续地投加某种流体；也可用于小流量、高压力流体的输送。计量泵的流量范围通常从10-15000 L／h，排出压力从几巴(bar)到1000 bar。泵所配的电机功率0.12-55 kW，更大的流量往往采用多泵联用来实现。作为液体精确计量与投加的理想设备，计量泵可以定量输送易燃、易爆、腐蚀性浆料等各类介质，在化工、石化装置及水处理中有着广泛的应用。水(污水)处理过程中聚合氯化铝的投加，污泥脱水时有机高分子化合物絮凝剂的投加，以及各种规模实验研究中工艺液流的加入等都依靠计量泵来实现。随着新型材料的不断应用，新型计量泵几乎可以完成精确输送任何介质的要求。
主要分类
水泵是一种转换能量的机械，它通过工作体的运动，把外加的能量传给被抽送的液体，使其能量增加。所谓工作体，因泵的种类不同而异，既可以是固体，也可以是液体或气体。外加的能量一般是原动机的机械能，也可能是其他能源。需要指出的是：现代泵除了抽水以外，还可以抽送其他各种液体，甚至抽送带有固体粒块的浆状物、如泥浆、煤浆、灰渣、混凝土、纸浆、化妆品等。由于大部分场合下泵被用作抽水，所以，在习惯上将其称之为水泵，也可以按其抽送介质的不同来称谓，如油泵、泥浆泵等。水泵的种类很多，着眼点不同，便有不同的分类方法。最基本的分类法是根据水泵的工作原理，将其分为下列三大类：
叶片式泵，它是利用泵内工作体的高速旋转运动使液体的能量增加。由于其工作体是由若干弯曲状叶片组成的一个叶轮，故称叶片泵。根据不同叶片形状对液流产生的作用力不同，以及液流流出叶轮的方向也相应不同，又将叶片泵分为离心泵（径流）、轴流泵（轴流）和混流泵（斜流）。
容积式泵，通过泵内工作体对液体的挤压运动使液体能量增加，工作体交替改变液体所占空间的容积来实现挤压，称容积泵。根据挤压运动的方式不同，又将其分为往复泵和回转泵，前者如活塞泵、柱塞泵等，后者如齿轮泵、螺杆泵等。
其他类型泵，这类泵一般是指除叶片泵和液压柱塞泵以外的一些特殊泵。属于这一类的主要有射流泵、气升泵、水锤泵等。这些泵的特点是其工作体为液体或气体，它利用高速流动的流体来实现能量的转换，使被抽送液体的能量得以增加。
分类是人为设定的，除上述对泵的分类外，也可以有其他不同的分类方法。例如：根据被抽送液体所增加能量性质的不同进行分类；根据泵所利用的能量不同进行分类；根据泵的用途不同进行分类；以及按抽送液体性质不同进行分类等。上述三类泵中，叶片泵具有使用范围广、运转性能可靠、效率高、成本低等优点，被广泛应用于生产与生活的各个方面，尤其是水利和城乡及工矿企业供、排水，绝大多数采用的是叶片泵。
性能指标
流量（Q）：水泵在单位时间内所输送的液体体积，单位是L/s或m3/h。
扬程（H）：单位质量液体通过水泵时所获得的能量，单位是Pa或mH2O。
轴功率（N）：水泵从电机处所得到的全部功率，单位是kW。
效率（m）：水泵的有效功率与轴功率的比值为效率。水泵的有效功率（N）是指单位时间内液体从水泵所得到的能量，是泵传给液体的净功率。
转速（n）:水泵叶轮每分钟旋转的次数，单位为r/min。
允许吸上真空高度（Hs）：水泵在标准状态下（水温为20℃，液面压强为1个标准大气压下）运转时，进口处所允许达到的最大真空值，单位是Pa或mH2O。
应用领域
水泵的应用领域包括市政，工业，商业，灌溉与防洪以及电力生产。清洁水应用的范围包括，加工冷却水：汽提塔底座，加热器循环，冷却塔；·纸浆和造纸：初级和二级清洁器，过滤，碾磨水供应；·初级金属：冷却水，萍火和沥滤；·市政：高层电梯，地层电梯，冲洗水，废水，生水，压力，辅助器；·公用事业：冷却塔，零部件冷却，服务水；·船舶：舱底和压舱，货舱，冷却服务，消防泵。
污水应用包括生污水，二级污泥，雨水，工业废水，加工水，循环水，河水，干码头污水，流入液体，工业冲洗水。污水和防洪水泵产品包括：工业和商业泵；卧式和立式离心泵，不淤塞肥料和污水泵；防洪和灌溉的轴流和混合流泵；多功能立式水轮机；市政立式水轮机；末端吸入泵：通用泵和封装式水泵系统。
标准规范
GB/T3214-1991水泵流量的测量方法。
GB/T3216-1989离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵试验方法。
GB/T13468-1992泵类系统电能平衡的测试与计算方法。
GB/T13469-1992工业用离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵系统经济运行。
JB/T4297-1992泵产品涂漆技术条件。
JB/T6880.1-1993泵用灰铸铁件。
JB/T6880.2-1993泵用铸钢件。
JB/T6880.3-1993泵用抗磨白口铸铁件。
JB/T6881-1993泵可靠性测定试验。
JB/T6882-1993泵可靠性验证试验。
JB/T6912-1993泵产品零件无损检测磁粉探伤。
JB/T6913-1993泵产品清洁度。
JB/T8097-1999泵的振动测量与评价方法。
JB/T8098-1999泵的噪声测量与评价方法。
JB/T8543.1-1997泵产品零件无损检测泵受压铸钢件射线检测方法及底片的等级分类。
JB/T8543.2-1997泵产品零件无损检测渗透检测。
JB/T8687-1998泵类产品抽样检查。
JB/T9090-1999容积泵零部件液压与渗漏试验。
GB/T3215-1982炼厂、化工及石油化工流程用离心泵通用技术条件。
GB/T5656-1994离心泵技术条件（Ⅱ类）。
GB/T5657-1995离心泵技术条件（Ⅲ类）。
GB/T5660-1985轴向吸入离心泵底座尺寸和安装尺寸。
GB/T5661-1985轴向吸入离心泵机械密封和软填料用的空腔尺寸。
GB/T5662-1985轴向吸入离心泵（16bar）标记、性能和尺寸。
GB/T7021-1986离心泵名词术语。
GB/T13006-1991离心泵、混流泵、轴流泵汽蚀余量。
GB/T13007-1991离心泵效率。
GB/T16907-1997离心泵技术条件（Ⅰ类）。
GB/T18149-2000离心泵、混流泵和轴流泵水力性能试验规范精密级。
JB/T443-1992长轴离心深井泵技术条件。
JB/T1050-1993单级双吸清水离心泵型式与基本参数。
JB/T1051-1993多级清水离心泵型式与基本参数。
JB/T2727-1993立式多级筒形离心泵型式与基本参数。
JB/T3564-1992长轴离心深井泵型式与基本参数。
JB/T3565-1992长轴离心深井泵效率。
JB/T5294-1991大型立式单级单吸离心泵技术条件。
JB/T5414-1991热水离心泵技术条件。
JB/T5415-2000微型离心泵。
JB/T6435.1-1992小型多级离心泵型式与基本参数。
JB/T6435.2-1992小型多级离心泵技术条件。
JB/T6534-1992离心式污水泵型式与基本参数。
JB/T6535-1992离心式污水泵技术条件。
JB/T6536-1992凝结水泵技术条件。
JB/T6537-1992管道式离心油泵型式与基本参数。
JB/T6878.1-1993管道式离心泵型式与基本参数。
JB/T6878.2-1993管道式离心泵技术条件。
JB/T6879-1993离心泵铸件过流部位尺寸公差。
JB/T6884-1993液下式离心泵型式与基本参数。
JB/T7256-1994自吸式离心泵型式与基本参数。
JB/T7742-1995小型磁力传动离心泵。
JB/T8059-1996高压锅炉给水泵技术条件。
JB/T8060-1996托架式离心泵型号标记、性能和尺寸。
JB/T8095-1999离心油泵型式与基本参数。
JB/T8096-1998离心式渣桨泵。
JB/T8688-1998塑料离心泵。
JB/T8857-2000离心式潜污泵。
JB/T10114-1999输油离心泵型式与基本参数。
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发展趋势
通过对光伏水泵系统的拓扑结构、系统各环节选择、最大功率点跟踪技术、电机控制策略和系统整体优化等方面进行分析，归纳出光伏水泵系统的研究发展趋势，有如下几点：
一、交流光伏水泵系统应用范围广泛，在光伏阵列的功率和电压能够同时满足匹配要求的前提下，单级式光伏水泵系统是最佳选择;不能满足要求时，选择两级式光伏水泵系统。采用永磁同步电机的光伏水泵系统可作为系统优化的一个方向。直流光伏水泵系统在小功率场合可作为主要研究方向。
二、开发高效的驱动电机，提高各工况下电机的工作效率;同时研发高效水泵，提高水泵效率的同时，拓宽水泵的高效工作区，降低系统最小扬水功率。
三、光伏水泵系统的最大功率点跟踪技术有很多种，各自都有优缺点，一般根据具体情况而定。可在DC/DC环节和逆变环节实现，但是难易程度不同，在逆变环节实现相对容易。
四、太阳能光伏阵列、电机、水泵和控制器各环节的性能匹配度较差，故研发低成本、高可靠性的智能控制器，提高各组件间的性能匹配可作为提高系统效率研究方向。
五、优化电机控制策略可作为光伏水泵系统的一个方向。传统的系统性能预测方案复杂且易受外界环境的影响，设计一套通用的方法来对系统的性能进行预测可作为优化系统的依据。
参考资料
一文看懂水泵的前生今世.搜狐网.2023-12-06
水泵的国家标准和行业标准.搜狐网.2023-12-06