ТУРБИНА Российский патент 2002 года по МПК F04D29/22 

Изобретение относится к области автомобилестроения, связанного с элементами устройств, используемых для систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания.

Известен прототип - патент РФ 2144144 МПК 7 F 04 D 29/22 от 01.12.1998.

К недостаткам известного аналога следует отнести низкое качество работоспособности турбины, выражающееся в разгерметизации контактной зоны сальника водяного насоса и торца полого вала турбины, при значительных нагружениях двигателя внутреннего сгорания ввиду неэффективного теплоотвода от зоны взаимодействия посадочного места относительно поверхности полого вала и рабочего колеса турбины.

Это условие ставит задачу совершенствования профиля рабочего колеса, а также изменение контактной площади базовой установки его на полом валу, что обеспечивает гарантированный технологический перенос охлажденной или перегретой фазы жидкой среды при стандартных условиях ее подачи и обмена.

Поставленная задача достигается тем, что турбина, представляющая собой фланец с жестко закрепленными лопастями со стороны главной несущей поверхности и консольно закрепленный кольцевой вал, отличающаяся тем, что минимальная высота ребра лопатки рабочего колеса составляет 9,3 мм, а максимальное восхождение верхней кромки лопасти ограничено наклоном торца под углом 20^o, основание ребер располагают на цилиндрической поверхности относительно оси, сочетание лопастей и ребер выбирают в соотношении 7:8, трапецеидальные основания выполнены криволинейными, а на поверхности спиральные ребра лопастей турбины выполнены в виде выступов, имеющих положительный передний угол Y относительно закругленной вершины и заднюю поверхность, совпадающую с продолжением наклона основного профиля лопасти, вершина не совпадает с осью ребер, а внутреннее замкнутое пространство в пределах одного шага между вершинами изготовлено с возможностью кавитационного перетекания жидкой среды от ребер к лопастям, причем малые торцы ребер выполнены совмещенными с образующей внутреннего цилиндрического контура основания, а внутренняя поверхность турбины содержит два оппозитно расположенных выступа с минимальной шириной осевого контакта 5 мм и радиальной глубиной замыкания 2,5 мм оппозитно расположенных лысок на втулке, одновременно внутренняя поверхность отверстия чугунной втулки прошлифована на осевом расстоянии В_о=22.9 мм, причем это место смещено от торца, на поверхности которого выполнены концентрические радиальные микрошлифы с центром описанных окружностей, совпадающим с осью турбины.

Графические материалы:
фиг.1 - профильная проекция турбины в разрезе;
фиг. 2 - вид с главного торца турбины с показом расположения лопастей (2);
фиг. 3 - радиальное сечение А-А, поясняющее характер расположения ребер (4) и замкового перехода кольцевого вала;
фиг.4 - вид по стрелке Б на фрикционный торец турбины.

Перечень цифровых позиций в графических изображениях (фиг.1 - 4): фланец (1); лопасть (2); кольцевой вал (3); ребро (4); верхняя кромка (5); торец (6); прямолинейные участки (7, 29-31); ось (8); малый торец (9); криволинейные основания (10 и 12); поверхность (13); выступ (14); выступы (15 и 16); лыски (17 и 18); поверхность отверстия (19); торец (20); микрошлифы (21); закругленная вершина (22); задняя поверхность (23); оси (24 и 25) ребер (4); радиусы (26 и 27); криволинейные участки (32 и 33); положительный передний угол Y; минимальная ширина осевого контакта S_o; осевое расстояние В_о; R - (фиг.3) - радиус цилиндрической поверхности (13).

Описание турбины с учетом отличительных от прототипа признаков.

Турбина, представляющая собой фланец с жестко закрепленными лопастями со стороны главной несущей поверхности и консольно закрепленный кольцевой вал, отличающаяся тем, что:
минимальная высота ребра (4) лопатки рабочего колеса составляет 9,3 мм;
максимальное восхождение верхней кромки (5) лопасти (2) ограничено наклоном торца (6) под углом 20^o;
основание ребер (4) располагают на цилиндрической поверхности (7) относительно оси (8);
сочетание лопастей (2) и ребер (4) выбирают в соотношении 7:8;
трапецеидальные основания (11 и 12) выполнены криволинейными;
на поверхности (13) спиральные ребра лопастей (2) турбины выполнены в виде выступов (14), имеющих положительный передний угол Y относительно закругленной вершины (22) и заднюю поверхность (23), совпадающую с продолжением наклона основного профиля лопасти (2);
вершина (22) не совпадает с осью ребер (24 или 25);
внутреннее замкнутое пространство в пределах одного шага между вершинами (22) изготовлено с возможностью кавитационного перетекания жидкой среды от ребер (4) к лопастям (2);
малые торцы (9) ребер (4) выполнены совмещенными с образующей внутреннего цилиндрического контура основания (10);
внутренняя поверхность турбины содержит два оппозитно расположенных выступа (15 и 16) с минимальной шириной осевого контакта 5 мм и радиальной глубиной замыкания в 2,5 мм оппозитно расположенных лысок (17 и 18) на втулке (3);
внутренняя поверхность отверстия (19) чугунной втулки прошлифована на осевом расстоянии В_о=22.9 мм;
на торце (20) выполнены концентрические радиальные микрошлифы (21) с центром описанных окружностей, совпадающим с осью (8) турбины.

Пример выполнения турбины и описание ее действия.

Турбина, представляющая собой фланец с жестко закрепленными лопастями со стороны главной несущей поверхности и консольно закрепленный кольцевой вал, выполняется таким образом, что:
- минимальная высота ребра (4) лопатки рабочего колеса составляет 9,3 мм;
- максимальное восхождение верхней кромки (5) лопасти (2) ограничено наклоном торца (6) под углом 20^o;
- основание ребер (4) располагают на цилиндрической поверхности (7) относительно оси (8);
- сочетание лопастей (2) и ребер (4) выбирают в соотношении 7:8;
- трапецеидальные основания (11 и 12) выполнены криволинейными;
- на поверхности (13) спиральные ребра лопастей (2) турбины выполнены в виде выступов (14), имеющих положительный передний угол Y относительно закругленной вершины (22) и заднюю поверхность (23), совпадающую с продолжением наклона основного профиля лопасти (2);
- вершина (22) не совпадает с осью ребер (24);
- внутреннее замкнутое пространство в пределах одного шага между вершинами (22) изготовлено с возможностью кавитационного перетекания жидкой среды от ребер (4) к лопастям (2);
- малые торцы (9) ребер (4) выполнены совмещенными с образующей внутреннего цилиндрического контура основания (10);
- внутренняя поверхность турбины содержит два оппозитно расположенных выступа (15 и 16) с минимальной шириной осевого контакта 5 мм и радиальной глубиной замыкания в 2,5 мм оппозитно расположенных лысок (17 и 18) на втулке (3);
- внутренняя поверхность отверстия (19) чугунной втулки прошлифована на осевом расстоянии В_о=22.9 мм;
- на торце (20) выполнены концентрические радиальные микрошлифы (21) с центром описанных окружностей, совпадающим с осью (8) турбины.

Использование турбины производится в сборе с корпусом жидкостного насоса при частотах вращения коленчатого вала ДВС от 67 до 100 об/с. Мощность, передаваемая на лопасти турбины, колеблется от 0,04 до 1,22 л.с., а максимальная величина столба жидкости составляет 15 м, что соответствует давлению внутри корпуса насоса в 0,15 МПа, отчего упрочненные периферийные зоны лопаток турбины при самой малой производительности насоса начинают эффективно снижать столб жидкости, а при повышении мощности ДВС до 1,22 л.с. и скорости вращения коленчатого вала ДВС в 100 м/с столб жидкости не превышает 9,5 м, что составляет 0,1 МПа. Просветы между периферийными закругленными вершинами турбины способствуют снижению давления внутри рабочей камеры на самых больших скоростях использования ДВС.

Промышленная полезность.

Турбина предназначена для кинематического перемещения однородных по массе жидкостных составов в охлажденном и нагретом состоянии, что доказано ее практическим испытанием на новых моделях легковых автомобилей АВТОВАЗа.

Экономическая полезность.

Новое техническое решение может быть использовано в насосах для перекачки жидкости в ДВС, стиральных машинах и иных перекачивающих устройствах, допускающих незначительную загрязненность жидкости, с большим коэффициентом нагружения лопаток турбины.

Устройство предназначено для использования в насосах для перекачки жидкости. Турбина представляет собой фланец с жестко закрепленными лопастями со стороны главной несущей поверхности и консольно закрепленный кольцевой вал. Минимальная высота ребра лопатки рабочего колеса составляет 9,3 мм. Максимальное восхождение верхней кромки лопасти ограничено наклоном торца под углом 20^o. Основание ребер располагают на цилиндрической поверхности относительно оси. Сочетание лопастей и ребер выбирают в соотношении 7:8. Трапецеидальные основания выполнены криволинейными, а на поверхности спиральные ребра лопастей турбины выполнены в виде выступов, имеющих положительный передний угол относительно закругленной вершины и заднюю поверхность, совпадающую с продолжением наклона основного профиля лопасти. Вершина не совпадает с осью ребер, а внутреннее замкнутое пространство в пределах одного шага между вершинами изготовлено с возможностью кавитационного перетекания жидкой среды от ребер к лопастям. Малые торцы ребер выполнены совмещенными с образующей внутреннего цилиндрического контура основания, а внутренняя поверхность турбины содержит два оппозитно расположенных выступа с минимальной шириной осевого контакта 5 мм и радиальной глубиной замыкания 2,5 мм оппозитно расположенных лысок на втулке. Одновременно на торце выполнены концентрические радиальные микрошлифы с центром описанных окружностей, совпадающим с осью турбины. Конструкция турбины позволяет осуществлять перекачивание жидкости с большим нагружением ее лопаток. 4 ил.

Турбина, представляющая собой фланец с жестко закрепленными лопастями со стороны главной несущей поверхности и консольно закрепленный кольцевой вал, отличающаяся тем, что минимальная высота ребра лопатки рабочего колеса составляет 9,3 мм, а максимальное восхождение верхней кромки лопасти ограничено наклоном торца под углом 20^o, основание ребер располагают на цилиндрической поверхности относительно оси, сочетание лопастей и ребер выбирают в соотношении 7: 8, трапецеидальные основания выполнены криволинейными, а на поверхности спиральные ребра лопастей турбины выполнены в виде выступов, имеющих положительный передний угол Y относительно закругленной вершины и заднюю поверхность, совпадающую с продолжением наклона основного профиля лопасти, вершина не совпадает с осью ребер, а внутреннее замкнутое пространство в пределах одного шага между вершинами изготовлено с возможностью кавитационного перетекания жидкой среды от ребер к лопастям, причем малые торцы ребер выполнены совмещенными с образующей внутреннего цилиндрического контура основания, а внутренняя поверхность турбины содержит два оппозитно расположенных выступа с минимальной шириной осевого контакта 5 мм и радиальной глубиной замыкания 2,5 мм оппозитно расположенных лысок на втулке, одновременно на торце выполнены концентрические радиальные микрошлифы с центром описанных окружностей, совпадающим с осью турбины.