泵
泵（英语：Pump）也译“帮浦”，又称“唧筒”，是一种移动流体（有时也包括泥浆之类。夹杂固体的混合物）的装置，可能透过加压，也可能透过其他的方式。泵运（Pumping）又称泵送、抽运，是指泵的运作，可将液体或分子从一个位置移动到另一个位置。泵一般是将电能转换为液压能或是气压能。
泵有许多不同的应用，例如水井泵、水族箱过滤、池塘过滤以及水曝气，汽车产业中用在水冷系统以及燃料喷射装置，能源产业用在油井泵、天然气井，或是暖通空调系统中运作冷却塔以及其他元件。在医疗卫生产业中，在药品的开发和制造时会用到泵，泵也可作为人工脏器，例如人工心脏以及人工阴茎，
有些泵里有二个或多个泵的机构，流体会依序经过这些机构，这类的泵称为多级泵（multi-stage pump）。
人类及动物的心脏可说是天然的泵，它把血液输送到身体各个部分。生物体内也有许多不同种类的泵（包括化学泵）。有时也会用仿生学来发展新型的泵。
历史[编辑]
最早的泵是在大约于公元前300年左右出现的，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。
希腊人克特西比乌斯（公元前285-222年）发明的压力泵（force pump）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）。
中国历史上南北朝时期出现的方板链泵作为一种链泵（Chain pump）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（Francesco Di Giorgio Martini）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》（Le Diverse t Artificiose Machine delCapitano Agostino Ramelli）。（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。
- 大约在1590-1600年，齿轮泵被发明。
- 1635年，德国学者Daniel Schwenter描述了齿轮泵。
- 1650年，德国马德堡市市长奥托·冯·格里克发明第一台空气泵，不断改进后于1654年设计出真空泵。
- 1658年，爱尔兰化学，物理学家罗伯特·波义耳和英国博物学家，发明家罗伯特·胡克进行空气泵实验。
- 1675年，英国国王查理二世的御用机械师塞缪尔·莫兰爵士，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。
- 1680年，约旦出现简单的离心泵。
- 1685年，法国物理学家丹尼斯帕潘（Denis Papin）进行空气压缩泵高压实验。
- 1689年，丹尼斯·帕潘发明了直叶片的蜗壳离心泵，而弯曲叶片是由英国发明家John Appold于1851年发明的。
- 1720年，在伦敦城市的供水系统中开始使用柱塞泵。
- 1732年，英国人戈塞特（Gosset）和德维尔（Deville）发明隔膜泵。
- 1738年，荷兰人丹尼尔·伯努利的《Hydrodynamique》（流体力学）出版，提出白努利定律；1755年，瑞士人莱昂哈德·欧拉著作《General principles on the movement of fluids》（流体运动的一般原理）出版，提出理想流体基本方程和连续方程。奠定了离心泵设计的理论基础。
- 1746年，H.A.Wirtz设计出使用阿基米德螺旋用于提升水的螺旋泵。
- 1768年，威廉·科尔（William Cole）在船舶舱底中改进和引入链泵。
- 1772年，瑞典学者伊曼纽·斯威登堡提出汞真空泵设计。
- 大约在1781-1782年，绳泵的发明被首次描述。
- 1818年，在美国出现的具有径向直叶片、半开式双吸叶轮和蜗壳的马萨诸塞泵。
- 1849年，美国人亨利·罗西特·沃辛顿（Henry Worthington）发明蒸汽直接作用的蒸汽泵，是一种最简单的活塞泵。
- 1852年，英国开尔文勋爵威廉·汤姆森提出了热泵的设想。
- 1857至1859年，亨利·沃辛顿发明水平、复式、直接作用，用于锅炉给水全双工蒸汽泵。
- 1857年，英国查尔斯·亨利·穆雷（Charles Henry Murray）获得链泵专利。
- 1865年，汞真空泵发明，用于解决碳丝灯泡的问题。
- 1868年，Stork Pompen公司在荷兰亨厄洛（Hengelo）成立，发明了混凝土蜗壳泵。
- 1870年，英国人威廉·汤姆森提出了射流泵的设计。
- 1875年，英国人雷诺兹（Reynolds）获得多级离心泵专利：主要是为了提高离心泵效率。
- 1877年，英国景崇（Shone）用于污水处理的气泵：包括喷射器。
- 1880年，英国Frizzle设计气举泵。
- 1890年，美国麻省Warren公司制造了第一台双螺杆泵。
- 1892年，美国Worthington公司制造用于世界上第一条油管（从宾夕法尼亚州至纽约）的油泵。
- 1900年，哈里斯（Harris）制造出空气压力泵。
- 1901年，美国拜伦·杰克逊公司生产出深井垂直涡轮泵。
- 1902年，美国宾夕法尼亚州阿伦敦的Aldrich Pump公司制造了世界上第一台往复式正排量泵。
- 1904年，美国拜伦·杰克逊公司生产出潜水式电机泵。
- 1909年，盖德(W．Gaede)发明旋片泵并取得德国专利。
- 1912年，瑞士苏黎世安装了世界上第一个水源热泵系统，以河水作为低位热源的热泵设备用于供暖，并获得专利。
- 1916年，Aldrich公司制造出电机驱动的往复式泵。
- 1918年，美国拜伦·杰克逊公司制造出用于石油工业的热油泵。
- 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）。
- 1924年，美国Durco公司生产出专门设计用于化学加工的泵。
- 1927年，美国Aldrich公司生产出变冲程多气缸往复式泵。
- 1929年，荷兰Houttuin公司制造了欧洲第一台双螺杆泵。Byron Jackson公司生产出电厂中使用的双壳进给泵。
- 1931年，瑞典IMO公司发明并制造三螺杆泵。
- 1932年，法国工程师Moineau发明单轴螺旋泵（也叫莫诺泵），并由德国PCM泵公司制成产品。
- 1934年，鲍诺曼公司设计制造了外置轴承双螺杆泵。 United公司生产出用于回收石油的高压水和二氧化碳喷射泵。
- 1936年，米顿罗公司发明马达驱动计量泵。 气镇泵发明出现。
- 1937年，美国英格索兰-德莱赛公司（IDP）设计制造径向分离、从后面拉动的流程泵。
- 1942年，美国Pacific公司制造用于处理催化剂粉末的浆料泵.
- 1946年，美国HMD公司发明磁力泵。
- 1948年，美国拜伦·杰克逊公司生产出用于现代原子能发电的罐装泵原型。
- 1951年，美国拜伦·杰克逊公司制造用于第一艘核潜艇美国鹦鹉螺号的主进给泵。
- 1953年，美国拜伦·杰克逊公司制造鹦鹉螺号核潜艇的再循环泵。Durco公司生产出后拉式化学流程泵，是ANSI 标准的前身。
- 1958年，联邦德国的W.贝克首次提出有实用价值的涡轮分子泵，以后相继出现了各种不同结构的分子泵。
- 1960年，美国拜伦·杰克逊公司制造了于地下液化石油气存储设施中应用潜水式电机泵。
- 1961年，美国拜伦·杰克逊公司制造了用于核电厂的轴密封的冷却液泵。
- 1963年，美国LMI公司发明电磁驱动计量泵。
- 1965年，美国WILLIAMS公司发明气动计量泵。
- 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）。
- 19世纪70年代，kobe公司制造出商用旋喷泵。
- 1972年，美国Pacific公司制造适用于原子能发电，已锻造外壳的核反应堆进给泵。
- 1976年，美国英格索兰-德莱赛公司制造迄今为止世界上最大的直立排水泵，额定流量为180000m3/h。
- 1982年，美国Aldrich公司制造出世界上最大的动力泵2985kW（4000hp），可通过800-1600km（500-1000英里）长的管道抽吸研磨的浆料。Pacific公司制造世界上最大的水喷射泵，功率为17900kW（24000马力）。
- 1983年，美国拜伦·杰克逊公司制造出用于美国最大的克林奇河增值核反应堆的液态钠泵。
- 1987年，美国拜伦·杰克逊公司制造出安装在世界上最大的石油存储洞的1120kW（1500hp）潜水式电机泵。
- 1990年，美国拜伦·杰克逊公司制造出安装在氦抽取设施中的世界上最大的垂直低温泵。
- 1992年，美国英格索兰-德莱赛公司设计制造出世界上最大的管道泵，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。
种类[编辑]
有些泵是沉没在要抽取的流体中的，有些则是置放在流体之外运作。
泵可以依其运作方式分为电磁泵、正排量泵、impulse pump、动力泵、重力泵、蒸气泵和无阀式泵。泵主要可以分成三种：正排量泵、离心泵和轴流泵。离心泵的流体流动方向在进入叶轮后会有90度的旋转，而轴流泵的流体在进入叶轮后方向不会改变[1][2]。
电磁泵[编辑]
电磁泵是利用电磁学移动液态金属、熔盐、盐水或是其他导电液体的设备。
电磁泵会将磁场施加在和液体行进方向垂直的方向，并且让电流流过流体，因此产生电磁力使液体移动。
其应用包括在波峰焊机器中抽取熔化的焊料、抽取液态金属冷媒、以及磁流体推进器。
正排量泵[编辑]
正排量泵（positive-displacement pump）会限制一定量的流体，并施力使流体前进的泵。
有些正排量泵在入口侧有渐渐扩张的空穴，在出口侧则有渐渐收缩的空穴。流体在入口处空穴渐渐扩张时进入泵内，在出口空穴渐渐收缩时离开泵，在每一个运作循环之间，其容积均为定值。
正排量泵运作特性和安全[编辑]
正排量泵和离心泵不同，正排量泵在转速固定时，理论上其输出的流量也是定值，不受出口压力的影响。因此正排量泵属于“定流量机械”，不过，随着压力增加时，所出现的轻微内部泄漏，就会使其流率无法维持定值。
正排量泵不能运作在泵排出侧的阀闭合的情形，因为正排量泵不像离心泵有截止扬程，正排量泵在排出侧的阀闭合时，会继续在排出侧产生流量，使压力增加，直到管路破坏或是泵损毁为止。
因此正排量泵的排出侧需要有卸压阀或安全阀。卸压阀可以是内部的，也可以是外部的。泵制造商一般会提供有附加内部卸压阀或安全阀的正排量泵泵。内部阀门一般只用作安全预防措施。排出侧的外部卸压阀，以及返回吸入管路或油箱的回流管路，可以提升其安全性。
正排量泵的分类[编辑]
正排量泵也可以用输送流体的机制来分类：
- 旋转式正排量泵：内齿轮泵和外齿轮泵、螺杆泵, lobe pump、梭心转子（shuttle block）、旋片泵、周向活塞（circumferential piston）、柔性叶轮、罗茨泵（也就是Wendelkolben泵）和液环泵。
- 往复式正排量泵：活塞泵、柱塞泵和隔膜泵。
- 线性式正排量泵：绳泵和链泵。
旋转式正排量泵[编辑]
这类的泵用旋转机构产生真空，将流体吸入[3]。
旋转式正排量泵的优点是其泵送效果很好[4]，可以处理高黏度的流体，随着黏度上升，可以使用较大的流率[5]。
旋转式正排量泵的缺点是需要维持泵旋转部分和外壳之间很小的间隙，因此需以慢速，稳定速度旋转。若旋转泵高速旋转，流体会侵蚀泵，最终使间隙加大，流体可以直接通过，降低其效率。
旋转式正排量泵可以分为以下五类；
- 齿轮泵：简单的旋转泵，用一对齿轮泵送液体。
- 螺杆泵：这种泵的内部形状会是两个相互旋转的螺旋，以此泵送液体。
- 旋片泵。
- 空心盘泵（也称为离心盘泵或空心旋转盘泵），类似涡卷式压缩机，泵内有偏心圆柱形转子，转子被封装在圆形壳体内。当转子旋转时，流体被束缚在转子和壳体之间，从而被泵吸入。空心盘泵适用于输送高黏度流体，例如石油衍生产品，并且能够承受高达290 psi的高压[6][7][8][9][10][11][12]。
- 蠕动泵的滚轮会挤压一段柔性管，推动液体向前流动。由于蠕动泵易于保持清洁，因此常用于分配食品、药品和混凝土。
往复式正排量泵[编辑]
往复泵用一个或多个往复活动的活塞、柱塞和薄膜输送液体，其中有阀限制流体往希望的方向运作。为了让泵吸取液体，泵会先让柱塞往外移动，让腔室内的压力降低。当柱塞往内移动时，会增加腔室压力，柱塞的内压会打开排液阀，让流体以固定流量以及渐渐增加的压下排到输送管中。
这类的泵有单缸（simplex）、四缸（quad），甚至还有更多缸的。许多往复泵是二缸（duplex）或三缸（triplex）。往复泵可分为活塞一方向移动时吸液，另一方向移动时排液的单动（single-acting），也有两个方向移动时都可以输液和排液的双动（double-acting）。泵浦可以手动操作，可以用空气或是蒸气驱动，或是用引擎透过皮带驱动。在19世纪蒸汽动力技术兴起初期，这种泵浦广泛使用，以锅炉来驱动水泵。现今往复泵多半是用来输送高黏度流体，像是混凝土和重油，用在一些需要低流率、高阻力的特殊应用。以往常用往复式手泵从井中泵水。常用的打气筒和脚踏充气泵浦也会使用往复泵。
往复式正排量泵其入口侧的空间会渐渐增加，出口侧的空间会渐渐减少。液体会在入口侧的空间增加时进入泵浦，在出口侧的空间减少时离开泵浦。每一个行程的输送流体量都是定值，可以用定期的保养以及检查阀，让泵提升其容积效率[13]。
常见的往复泵有
- 柱塞泵：往复移动的柱塞可以透过一个或二个阀排入流体，柱塞回程时会因为吸力而关闭。
- 隔膜泵：类似柱塞泵，用柱塞来加压液压油，液压油再推动泵腔室的隔膜。隔膜泵用在泵有害或是有毒的流体。
- 活塞泵：是人工泵取小量液体或是凝胶物体的简单设备。常见的洗水液分配器是活塞泵。
- 径向活塞泵：一种其活塞径向运动的液压泵。
- 振动泵（Vibratory pump, vibration pump）：特别低成本的柱塞泵，常用在低成本的浓缩咖啡机[14][15]，唯一一个可动件是有弹簧的活塞，是电磁阀的线圈。此线圈是由交流电半波整流驱动，在正半周激磁时活塞往前，负半个周期则透过弹簧，使活塞回到原位。振动泵的效率很低，因为若要避免过热，连续使用不能超过一分钟，因此只限制用在间歇负载。
各种正排量泵[编辑]
以下的泵都是使用正排量泵的原理：
齿轮泵[编辑]
齿轮泵是最简单的旋转式正排量泵，由两个互相啮合的齿轮组合，靠其外壳使齿轮紧密啮合。齿的间隙中会有流体，齿轮会将其带到齿轮泵的外侧，沿着齿轮泵的外壳流动。两个齿轮在泵中心处紧密啮合旋转，因此流体不会流到齿轮啮合处。齿轮泵常用在汽车引擎的机油泵，以及许多的液压动力单元。
螺杆泵[编辑]
螺杆泵是较复杂的旋转泵，用二个或是三个螺纹相反的螺杆组成，例如，其中一个螺杆顺时针旋转，其他螺杆则逆时针旋转。螺杆安装在平行轴上，平行轴上通常有啮合的齿轮，以确保螺杆同步转动并维持稳固。有些螺杆泵会由传动螺杆直接带动其他螺杆，不透过齿轮，通常也会用流体润滑以减少磨损。螺杆会由轴带动旋转，并泵送流体。螺杆泵的转动件和外壳之间的间隙会尽量减少，和其他旋转泵的情形类似。
单轴螺旋泵[编辑]
单轴螺旋泵（Progressing cavity pump）会用来输送不易泵送的物体，例如含有大颗粒的污水污泥。Progressing cavity pump会包括螺旋状的转子，其长度会是宽度的十倍，以及一个橡胶材质的定子组成。可以视为是一个直径为x的中心芯，外围缠绕着厚度为x一半的弯曲螺旋线，不过这它是由单一叶片制成的。轴安装在一个重型橡胶套管或定子内，其壁厚通常也为x。轴在定子里旋转时，转子会渐渐的将流体挤进橡胶的孔隙中。单轴螺旋泵可以在很低的流率下，高压泵送物体，若是标准组态下泵送水，单级可以产生90 psi的压力。
罗茨泵[编辑]
罗茨泵（Roots-type pump）得名自发明者Roots兄弟，此类的lobe pump将流体置于二个长的螺旋转子之间，两个转子相位差90度，可以互相啮合。罗茨泵可以产生产生等体积、无涡流的连续流动。可以在低脉动速率下运作，产生特殊应用需要，较温和的性能。
其应用包括：
蠕动泵[编辑]
蠕动泵也是一种正容积泵。其中的液体存在圆形泵壳内的柔性管中（不过也有人制作线性的蠕动泵）。有许多连接于转子的“辊”，“鞋”，“雨刷”会沿着泵壳运动，挤压柔性管。转子转动时，柔性管受压部分闭合，迫使管内的流体前进。当柔性管从受压状态还原到自然状态时，会再将流体泵入。这称为蠕动，许多生物系统（像消化道）也是用蠕动方式输送物质。
柱塞泵[编辑]
柱塞泵是往复式正排量泵。
柱塞泵包括液压缸以及一个往复式的柱塞。吸入阀和排出阀装在液压缸的头部。在吸入行程中，柱塞后退，吸入阀开启，让流体进入液压红内。柱塞会在前进行程推动液体，从排出阀离开。
若柱塞泵只配合一个液压缸，其流量会在最大流量（柱塞移动到液压缸中间位置时）和零流量（柱塞移动到末端时）之间变动。会因为管路系统中流体的加速而损失能量，会出现振动和水锤作用等严重问题。一般来说, 会让柱塞泵有二个或多个有相位差的液压缸。离心泵也容易受到水锤的影响[16]，有专门的研究可以评估系统中水锤的风险。
三缸式柱塞泵[编辑]
三缸式柱塞泵使用三个柱塞液压缸，相较于单缸柱塞泵，三缸式柱塞泵减少了流量的脉动，若增加脉动阻尼器，可以进一步减少泵涟波。高压流体和柱塞的动态关系需要高品质的柱塞封。较多液压缸的柱塞泵有流量较大，流量变化较小的优点，但其缺点是移勋件较多，曲轴负载也比较重。
洗车机一般会用三缸式柱塞泵（可能不需要脉动阻尼器）。William Bruggeman在1968年时减小了三缸式柱塞泵的尺寸，延长其寿命，让洗车厂可以用较小体积的洗车设备。耐用的高压密封件、低压密封件和油封、硬化曲轴、硬化连杆、厚的陶瓷柱塞、以及重负载的滚珠轴承以及滚子轴承，提升了三缸式柱塞泵的可靠性。三缸式柱塞泵已在全球市场普及。
家庭使用常会使用寿命较短的三缸式柱塞泵。每年使用十小时的家用泵使用者，可以接受每使用100小时需要保养一次的泵。工业等级或是连续额定的三缸式柱塞泵可靠度则大为不同，每年可以使用2,080小时[17]。
石油和天然气钻探产业使用大量的半拖车运送三缸式柱塞泵（称为泥浆泵），泵送泥浆，以此冷却钻头并且将钻探到的运送到地面[18]。钻井工人用三缸式（甚至是四缸式）柱塞泵将水和溶剂（钻井液）泵入页岩深处，此制程称为水力压裂。
隔膜泵[编辑]
隔膜泵一般是用电机压缩的空气驱动，隔膜泵比较便宜，用途广泛，从泵取空气到水族箱，到泵取液体到压滤机。双隔膜泵可以处理粘性流体以及研磨性材料，有较柔和的泵取过程，适合泵取对剪力很敏感的材料[19]．
绳泵[编辑]
绳泵是将松的绳子组成大的环垂到井中，绳的底部会浸在水中，绳上会有圆盘或绳结，绳上升段会在一长的水管内上升，圆盘或绳结的大小和水管的直径配合，在绳上升时也会将水从井里运送到地面上。绳泵常用在发展中国家，用在社区供水以及自助供水系统。绳泵可以安装在钻孔井或是人工挖掘的井内，是经济有效的供水方案。
Impulse pump[编辑]
Impulse pump是用气体（多半是空气）产生的压力。有些Impulse pump会让液体 (多半是水）中注入气体，并让气体释放，累积在泵的某处，产生压力并使部分的液体往上移动。
Impulse pump包括:
- 液压锤泵–低扬程水的动能暂时储存在气泡的液压蓄能器内，以此让水到较高的扬程。
- Pulser pump–利用天然资源，只利用其动能。
- 气举泵–将空气注入管内，当气泡往上移时也使水往上升。
Impulse pump除了用气体循环累积和释放的方式进行外，也可以用燃烧碳氢化合物来产生压力。这类燃烧驱动的泵在燃烧时会透过致动膜传递冲量到流体。为了可以直接传递，泵的大部分材质都要由弹性体（例如硅橡胶）组成。因此燃烧让薄膜膨胀，让流体挤压到旁边的泵腔室内。第一个燃烧驱动泵是由ETH Zurich所开发[20]。
液压锤泵[编辑]
液压锤泵会取压力较低、高流率的水，其输出会是扬程较高，但流率较低的水。此设备利用水锤作用在流入的水中产生压力，因此可以将水泵取到比进水口要高的点。
液压锤泵有时会远程操作，一方面有一个扬程较低的水源和水压，另一方面要泵取水到比来源高的目的地。此情形下适合用液压锤泵，因为其只使用水本身的动能，不使用其他能量来源。
动力泵[编辑]
转子动力泵是用增加流速来增加流体动能的泵。在流体离开动力泵时，流速变慢，增加的能量就会转换为压力。动能和压力的转换可以用热力学第一定律或伯努利定律来解释。
动力泵可以用提升速度的方式再作细分[22]。
这类的泵有一些特点：
- 能量连续
- 增加能量和动能增加量的守恒
- 动能增加量和扬能增加量的守恒
动力泵和正排量泵有个差异，在于在阀关闭的条件下是否可以安全运作。正排量泵会让流体移动，因此关闭出口的阀会让压力持续增加，会破坏泵或管线。动力泵在出口阀关闭的情形下，短时间下可以安全运作。
径流泵[编辑]
径流泵也称为离心泵。流体沿着轴或是中心进入泵，由叶轮加速，以和轴垂直的角度离开泵（径向）。其中一个例子是鼓风机，常用在吸尘机里。另一种径流泵是涡流泵（vortex pump）。液体会沿着工作轮的切线方向移动，会由数个轮将马达的机械能转换为流体的势能。一般来说，径流泵输出的压力比轴流泵或混合流泵高，但流量较小。
轴流泵[编辑]
轴流泵也称为螺桨泵。流体会沿着轴流进泵及流出泵。其运作压力比径流泵低很多，流量则高很多。轴流泵需在特殊措施处理后，才能运行到最大转速。若流量低时，管道的总扬程上升和高扭矩会让泵的启动转矩是泵内所有流体质量之加速度的函数[23]。
混合流泵介于轴流泵和径流泵之间。流体有径向的加速度，其离开角度和轴的夹角在0度到90度之间。混合流泵的运作压力比轴流泵高，流量比径流泵要大。流体离开角度会决定其扬程和流量的特性。
再生涡轮泵[编辑]
再生涡轮泵（Regenerative turbine pump）也称为液环泵、涡流泵（turbulence pump, vortex pump），属于转子动力泵，适用于高扬程的应用，一般在4—20巴（400—2,000千帕斯卡；58—290磅力每平方英寸）[24]。
再生涡轮泵的叶轮由许多平行的叶片组成，而叶轮会在泵的腔体内转动。泵的入口和出口都在其外围，两者会被stripper阻隔，stripper会让叶片之间（tip流道）的流体回流，而让叶片外围（侧通道）的流体从出口排出。再生涡轮泵内的流体会从一个叶片螺旋状地进入侧通道再进入下一个叶片，而其动能会传递到叶片外围[24]。因此在每一次随着叶片转动，其压力会渐渐增加，其原理类似再生鼓风机（regenerative blower）[25][26][27]。
由于再生涡轮泵不会有蒸气锁（部分液体气化，影响泵运作）的情形，常用在挥发性、高温或是低温流体的输送。不过再生涡轮泵的公差很小，很容易因为固体或是颗粒而让泵卡住或是损坏。再生涡轮泵的效率一般不高，其压力和功率都会随流量增加而递减。此外，再生涡轮泵的加压方向可以调整，只要反向运转，就可以让入口和出口对调[27][25][28]。
旁通道泵[编辑]
旁通道（side-channel）泵会有吸取盘，叶轮和排出盘组成[29]。
喷射泵[编辑]
喷射泵用喷射（多半是蒸气）来产生低压。低压吸入流体，并推进到高压区。
重力泵[编辑]
重力泵包括虹吸和海伦喷泉。液压锤有时也视为是重力泵。其中的流体是被重力所提升。
蒸气泵[编辑]
蒸气泵包括所有由蒸汽机驱动的泵，也包括托马斯·塞维利的无活塞泵以及蒸汽双缸泵，近来对蒸气泵的研究多半是和历史有关。
近来在发展中国家的小农对于小功率的太阳能蒸气泵又有了兴趣。蒸汽机越小，效率越低，因此使用小型蒸汽机的方案不可行。不过使用现代的工程材料配合其他的发动机组态，这类系统在性价比上有优势。
无阀式泵[编辑]
无阀式泵的原理在许多生医或是工程系统中都有使用。无阀泵的系统中，不是用阀门或是实体的阻碍来调节流体的运动。而无阀式泵的效率不一定低于有阀的泵。事实上，许多自然或是工程用的流体动力系统或多或少有使用无阀式泵来输送流体。心血管系统的血液流动即为一例，即使心瓣膜失效，血液系统仍可进行一定程度的循环。而且脊椎动物胚胎的心脏，早在可辨识的心室和瓣膜发育之前就开始泵血。和单方向的血液流动类似，鸟类呼吸系统在固定的肺脏内将空气注入体内，生理上也没有类似阀的组织。在微流控中，制作了无阀的阻抗泵，且预期这类阀特别适合输送敏感的生物流体。利用压电效应的喷墨打印机也是用无阀式泵。喷墨时泵腔室因为该方向的流体阻抗小而将墨清空，之后再透过毛细现象填充。
规格[编辑]
泵的规格会用马力、体积流率、输出压强（以扬程高度表示）、输入吸力（以扬程高度表示）。
扬程高度可以表示在大气压力下，泵可以提升水柱的高度。
从初始设计的观点来看，工程师会用名为比速率（specific speed）的量，来识别针对某流量及以扬程下，某一种泵是否适合。NPSH（Net Positive Suction Head）是有关泵性能很重要的参数，其中包括二个概念：
- NPSHr（需要的NPSH）：在不出现空蚀现象（cavitation）的条件下，泵运作需要的扬程。
- NPSHa（可用的NPSH）：系统实际提供的压力（例如透过储压桶）在不出现空蚀现象的条件下，泵运作需要的扬程。
为了理想的泵运作，需让NPSHa始终大于NPSHr。这可以确保泵运作时，不会出现可能会造成破坏的空蚀现象（cavitation）。
泵的功率[编辑]
泵注入流体内的功率会增加流体的能量。因此其功率关系是泵机制的力学能以及泵内流体元素力学能之间的平衡。这是由一系列联立微分方程所统御，此联立微分方程即为纳维-斯托克斯方程。不过在泵内也可以使用较简化的伯努利定律来描述。因此泵需要的功率P为：
- <math>P = \frac{\Delta p Q}{\eta}</math>
其中Δp是入口和出口之间总压的变化（单位是Pa），Q是流体的体积流率，单位是m3/s。 总压有重力位能、静压和动能的元素。也就是说，能量透过流体引力势能的变化、速度的变化以及静压的变化来分配。η是泵的效率，可以从制造商的资讯中得到（例如泵曲线），一般可以由流体动力学模拟（根据泵的几何求解纳维-斯托克斯方程），也可以用测试求得。泵的效率和泵的组态以及运作条件（像转速、流体密度以及黏度等）有关
- <math> \Delta p = {(v_2^2 - v_1^2) \over 2}+\Delta z g+{\Delta p_{\mathrm{static}}\over\rho}</math>
针对典型的泵组态，会对流体作功，因此功是正值。若是流体对泵作用的应用（涡轮发动机），其功为负值。要驱动泵的功率等于输出功率除以效率。
效率[编辑]
泵的效率定义为给流体的功率除以驱动泵的功率。即使泵固定，效率也不是定值，是输出流量和扬程冟函数。离心泵的效率随着流量增加，一直到运作范围的一半为止（峰值效率或是最佳效率点），之后效率就随流量减少。这类的泵性能资料会由泵厂商提供，以便客户选择泵。泵的效率会随着时间磨损，而下降（叶轮变小，因此间隙增加）。
若系统中有离心泵时，在设计上需符合泵的“扬程损失-流量特性”，让泵在接近其最佳效率点运作。
泵效率是重要的指标，需要定期测试。热力泵测试是其中一种测试方式。
参考来源[编辑]
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外部链接[编辑]
- ScienceDirect （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- openlibrary.org （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- 意大利佛罗伦萨科学史博物馆
- 英国国家档案处 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- 大英百科全书 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- 美国机械工程师协会 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
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