泵是一种将流体从低能量状态转入高能量状态的机械装置。依据其将机械能转变为流体液能运动体的运动方式，可将泵分为往复式泵和离心式泵等。地暖行业现行发泡水泥和填充砂浆输送泵属于往复式泵。往复式泵在泵的型谱中属于高压泵，譬如石油行业中的1600马力钻井泵的排出压力32Mpa，压裂泵100Mpa（1000个大气压）。而我们地暖用泵的压力是较低的，只有6Mpa左右。
泵的设计主要有这么几步：一、设计排量 二、设计压力 三、计算水功率 四、选定运动机构 五、结构和零件设计 六、计算输入功率。下面结合青州汇丰源石油泵公司设计发泡水泥、砂浆两用泵的设计过程，说一下设计步骤：
一、 排量。根据市场调研和用户走访，砂浆泵每小时18m3的施工速度，工人适应性和组织费用等多项综合指标良好，选定泵的排量为18 m3
二、 排出压力。目前我国居民住宅楼一般在150米以下，确定砂浆泵送高度150米，从《建筑施工手册》查得水泥砂浆密度为1.9kg/ m3。泵的排出压力：垂直输送150米，P=150×1.9=285(米水柱)，合2.9Mpa。水平输送400米，压力损耗2Mpa。两项合计4.9Mpa。
三、 计算水功率N=PQ/3600=4.9×18×106/3600=24.5KW
四、 运动机构的选定。鉴于泵送介质水泥砂浆的物理性质——半流体、不均匀、比重大，泵在吸入过程中充满速度低，粘滞系数大。泵速（冲数）不能太高，一般为10～20冲。当泵的排量Q确定后，泵速N(冲数)、冲程S(活塞的行程)和活塞直径D就形成如下关系Q=∏/4•D2SN 我们分别讨论一下D、S、N对泵的影响。活塞直径D增大，泵大，活塞密封线长，摩擦力大，功耗大，泄漏大。D减小，缸套加工难度增加，特别是在冲数N一定的情况下，D减小必须由S增长来弥补。冲程S增大，缸套增长，泵的整体增长，成本上升，缸套加工和更换难度大。冲数N是泵的一个重要参数，N的增大会使泵的冲击振动加大。原因是泵阀的开启和关闭，砂浆的吸入和排出以及排出阀的上管路中的高压砂浆都受它们自身质量也就是惯性的影响。N越大，各个部分的加速度也越大，冲击力也越大，泵的宏观表现为排出管与泵速同步的震动。泵速N又不能不受限制的减小，因为它的减小必然以泵总体的增大为前提。泵的体积大，重量大，购置成本和维修费用都高。综合各项指标，我们设定泵速为20冲/分。
五、 结构和零件的设计。通过以上讨论，砂浆泵应属于常规排量、较低排出压力、相对长冲程、低冲数的往复泵。这就决定了不能采用往复泵常用的曲柄连杆机构的设计。因为这种机构当冲数低到10～20冲后，泵的体积会很大。我们选用了液压油缸直接驱动砂浆水缸的总体设计。
六、 输入功率的计算。油泵总效率 N油泵=0.8 主油泵输入功率N=24.5/0.8=30.6KW 考虑到建筑工地电压的实际状况变化很大，为安全计选37KW主电机。具体到油缸和水缸共用一根活塞杆，这使泵的长度最短，油缸和水缸的同轴度最高，保证统一轴线上的两缸套设计、加工，使用、更换缸套后仍具有高同轴度。我们在设计时，进行了强度和刚度计算，壳体在整体组焊后经热处理去应力退火，先加工出底定位基准，再在一次装夹中，一次完成三个孔的加工，和前后两端面的垂直度加工。高的油缸水缸同轴度，是油缸密封和水缸活塞磨损均匀，寿命长的关键一项。（图一）
特别的是，我们在设计水缸时应用了大功率钻井泵的缸套技术，内部耐磨层单边壁厚5mm，硬度HRC≥60。这一技术的使用保证了缸套这一主要易损件的使用寿命是电镀（镀层厚度一般单边只有0.25mm）缸套寿命的十倍以上。
阀在设计时采用了在6Mpa左右密封性能好，使用过程中状态稳定的游动球阀结构。阀座在设计时也采用了大功率钻井泵高铬高硬度材料技术，是普通阀座寿命的数倍。
排出压力从（图二）中可以看到，单一个缸的排出压力图是一种近似矩形波，180°吸入负压和180°排出高压的大幅度振动波形图，但将整泵设计成两个缸，且排出互相间隔180°的结构后，利用PLC集成块保证两缸的间隔角分配，就可以从理论上得到近似的直线的排出压力曲线图。为了保证排出压力的稳定，在泵的排出管汇中设计加入了一个空气弹簧，也叫空气包。它的作用是平抑排出管中的压力脉动。从泵的出厂试验中，我们测到压力的脉动除去以上原因，还有一个缸的排出对另一个缸吸入的干扰，阀球关闭的滞后，排出系统中工作介质的惯性等。在发泡试验中，排出管汇压力脉动明显减少。
发泡水泥和回填砂浆的输送应是连续不间断的。这就要求泵的可靠性要高。这些在结构设计中给予了重视，并且在液压系统的油箱容量设计和冷却设计中也给予了适当放大的安全系数。油箱容量150L，水冷却器按5m2热交换面积选用。这对于液压系统保持在合理温度下运行是重要的一项措施。为了保证液压系统不进水不乳化，在水缸的冷却润滑设计中，选用了自由浸漫液压油的方式，保证了从水缸返回油缸的活塞杆上是一层油膜，而不是水膜。这种设计保证了液压油不混水不乳化，长寿命高清洁度服役。
发泡水泥施工中，要求发泡均匀细腻，我们设计了专门用于精准泵吸发泡剂的泵，发泡剂严格按比例加入。在发泡水泥干体积密度相等的状态下，发泡剂用量最省。
在设计中，用于砂浆泵送的缸套和活塞介质中有大量的砂子，因而在材质和寿命上的要求比单纯打发泡水泥的高得多。所以砂浆泵在泵送发泡水泥时是高材低用，寿命和密封性能会更长更好。所以我们在砂浆泵的基础上开发设计了砂浆、水泥发泡两用泵。反过来发泡专用泵要泵送砂浆是会有很多问题的。因为发泡水泥中含有60%的气泡，所以每小时输送18m3的砂浆泵，在泵送发泡水泥时，其排量会增到30 m3左右。
总之，我公司在多年从事石油大功率钻井泵设计、生产和服务的基础上，为地暖发泡水泥和砂浆填充施工设计制造了发泡水泥输送泵、砂浆输送泵，以及两用泵，希望能为我国地面辐射供暖尽微薄之力。如有不当之处，敬请前辈同仁不吝指教。