ВОДЯНОЙ НАСОС Российский патент 2005 года по МПК F04D29/16 F01P5/10 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению, и предназначена для применения в составе систем жидкостного охлаждения двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Известна конструкция водяного насоса двигателя, см. JP, заявка №1-24111, кл. F 01 P 5/10, 1989, содержащая базовый элемент, прикрепленный к крышке картера ДВС, установленный с возможностью вращения посредством подшипника и масляного уплотнения вал насоса, установленные на валу насоса рабочее колесо (крыльчатка) и приводную шестерню, элементы герметизации.

К недостаткам известной конструкции относится то, что, во-первых, возникающее при работе насоса давление в полости, образованной тыльной стороной рабочего колеса (крыльчатки) и плитой насоса, создает осевую нагрузку на подшипник, что приводит к уменьшению срока службы последнего, во-вторых, при эксплуатации данной конструкции насоса при температуре охлаждающей жидкости, близкой к температуре кипения, в зоне максимального разряжения на линии всасывания по входной кромке рабочих лопаток рабочего колеса возникает явление кавитации, что приводит к резкому падению производительности насоса и, соответственно, к ухудшению отвода тепла от ДВС в радиатор и к перегреву ДВС.

Указанные недостатки частично устраняются в системе жидкостного охлаждения, см. В.А.Вершигора и др. Автомобиль ВАЗ-2108. - М.: ДОСААФ, 1986, с.59-60, включающей, в частности, размещенный на блоке цилиндров водяной насос, содержащий корпус, вал подшипника с установленными на нем крыльчаткой, имеющей два разгрузочных канала, зубчатым шкивом, подшипниковым узлом, и элементы герметизации.

Разгрузочные каналы, соединяющие полости с обеих сторон крыльчатки, частично снижают давление в полости между тыльной стороной колеса и корпусом насоса, уменьшая тем самым осевую нагрузку на подшипник, однако, не существенно. Также при работе насоса данной конструкции возникает явление кавитации и происходит перегрев ДВС. С целью устранения кавитации появляется необходимость увеличения статического давления в жидкости в зоне входных кромок лопастей. Достигается это путем повышения общего давления в системе охлаждения. Однако такой метод ведет к ухудшению герметичности системы (увеличивается давление на стенки патрубков, расширительного бачка, уплотнений, т.е. повышается вероятность появления течи охлаждающей жидкости) и, как следствие, к увеличению опасности перегрева двигателя.

В качестве прототипа принята конструкция водяного насоса жидкостной системы охлаждения ДВС, описанная в RU №2102610, МПК 6 F 01 P 5/10, oпубл. 20.01.98, БИ №2.

Водяной насос рассматриваемой жидкостной системы охлаждения содержит корпус, вал насоса с установленными на нем крыльчаткой, имеющей разгрузочные каналы, зубчатым шкивом, подшипниковым узлом, и узел герметизации. Выходные отверстия разгрузочных каналов со стороны рабочих лопаток крыльчатки подведены к входным кромкам рабочих лопаток и их количество по меньшей мере соответствует количеству рабочих лопаток, кроме того, тыльная сторона крыльчатки снабжена дополнительными лопатками.

В рассмотренной конструкции системы охлаждения достигается увеличение долговечности водяного насоса за счет снижения осевой нагрузки на подшипник путем увеличения эффективности отвода жидкости из полости с высоким давлением, ограниченной корпусом насоса и тыльной стороной крыльчатки, посредством расположения на тыльной стороне крыльчатки дополнительных лопаток и увеличения количества разгрузочных каналов крыльчатки. Снижение опасности перегрева ДВС достигается за счет увеличения кавитационного запаса насоса, что позволяет сохранить его производительность при высоких температурах охлаждающей жидкости, путем повышения статического давления в жидкости в зоне входных кромок лопастей, посредством того, что выходные отверстия разгрузочных каналов крыльчатки подведены к входным кромкам рабочих лопаток.

Однако возникающая при работе насоса значительная разность давления по обе стороны крылчатки влечет значительную осевую нагрузку на подшипниковый узел, что снижает долговечность насоса в целом.

Решение технической задачи достигается за счет определенного ориентирования концов лопаток крыльчатки.

Для достижения технического результата в известном водяном насосе, содержащем корпус, вал насоса с установленными на нем крыльчаткой, имеющей разгрузочные каналы, выходные отверстия которых со стороны рабочих лопаток крыльчатки подведены к входным кромкам рабочих лопаток и их количество по меньшей мере соответствует количеству рабочих лопаток, зубчатым шкивом, подшипниковым узлом, и узел герметизации, кроме того, тыльная сторона крыльчатки снабжена дополнительными лопатками, концы последних загнуты в направлении вращения крыльчатки.

Такое ориентирование концов дополнительных лопаток крыльчатки позволяет усилить уплотнительный эффект, в большей степени выравнить давление по обе стороны крыльчатки и тем самым уменьшить осевое усилие на подшипниковый узел.

Сущность изобретния поясняется на чертежах, где на:

фиг.1 показана тыльная сторона крыльчатки с расположенными на ней дополнительными лопатками, концы которых загнуты в направлении вращения крыльчатки;

фиг.2 показан в осевом разрезе водяной насос;

фиг.3 - смонтированный на корпусе ДВС водяной насос.

Корпус 1 водяного насоса закреплен на блоке цилиндров 2 ДВС. Крутящий момент от коленчатого вала двигателя передается посредством зубчатого шкива (не показан) на вал 3 водяного насоса, имеющий подшипниковый 4 и уплотнительный 5 узлы, с жестко посаженной на нем крыльчаткой 6, снабженной рабочими лопатками 7, дополнительными лопатками 8 и разгрузочными каналами 9. При вращении крыльчатки 6 охлаждающая жидкость под действием центробежных сил нагнетается рабочими лопатками 7 из полости 10 с низким давлением Р1 в полость 11 с высоким давлением Р2 и далее - в систему охлаждения. Часть жидкости из полости 11 перетекает в полость 12, образованную тыльной стороной крыльчатки 6 и корпусом 1 насоса, через щель 13, а дополнительные лопатки 8 стремятся создать движение жидкости из полости 12 в полость 11, образуя тем самым эффективное гидравлическое сопротивление в щели 13. В результате в полости 12 образуется давление Р3 меньшее, чем Р2 (из-за гидравлического сопротивления щели 13) и большее, чем Р1. Выходные отверстия разгрузочных каналов 9 со стороны рабочих лопаток 7 расположены в зоне кавитации, т.к. давление Р3 всегда больше давления Р1, то в зону кавитации осуществляется приток жидкости из полости 12 через разгрузочные каналы 9, т.е. обеспечивается повышение статического давления в жидкости в зоне входных кромок рабочих лопаток 7, что уменьшает кавитационные явления, возникающие при работе насоса с охлаждающей жидкостью при температуре, близкой к температуре кипения.

Загнутость концов 14 лопаток 8, фиг.1, по направлению вращения крыльчатки увеличивает создаваемый лопатками напор жидкости, тем самым улучшая активное уплотнение между крыльчаткой и корпусом насоса, что в свою очередь за счет выходных отверстий 9 в крыльчатке 6 позволяет в больше степени выравнять давление жидкости между полостями всасывания и нагнетения и тем самым снизить осевую нагрузку на подшипниковый узел 4, увеличить его долговечность.

Применение в данной конструкции большего числа разгрузочных каналов крыльчатки (в сравнении с прототипом) и, следовательно, увеличение количества перетекающей жидкости из полости 12 в полость 10 не ухудшает работы водяного насоса, т.к. при работе двигателя с низкой температурой охлаждающей жидкости нет необходимости в высоком КПД насоса, а при работе с охлаждающей жидкостью, близкой к температуре кипения, повышение КПД насоса достигается за счет уменьшения кавитационных явлений.

Изобретение относится к двигателестроению и касается водяного насоса, работающего в составе систем жидкостного охлаждения двигателей внутреннего сгорания, преимущественно автомобильных. Водяной насос содержит корпус, узел герметизации и вал с установленными на нем крыльчаткой, имеющей разгрузочные каналы, зубчатым шкивом и подшипниковым узлом. Выходные отверстия разгрузочных каналов со стороны рабочих лопаток крыльчатки подведены к входным кромкам рабочих лопаток и их количество, по меньшей мере, соответствует количеству рабочих лопаток, кроме того, тыльная сторона крыльчатки снабжена дополнительными лопатками. Концы дополнительных лопаток загнуты в направлении вращения крыльчатки. Изобретение направлено на повышение долговечности насоса путем уменьшения осевого усилия на подшипниковый узел. 3 ил.

Водяной насос, содержащий корпус, вал насоса с установленными на нем крыльчаткой, имеющей разгрузочные каналы, выходные отверстия которых со стороны рабочих лопаток крыльчатки подведены к входным кромкам рабочих лопаток и их количество, по меньшей мере, соответствует количеству рабочих лопаток, зубчатым шкивом, подшипниковым узлом, и узел герметизации, при этом тыльная сторона крыльчатки снабжена дополнительными лопатками, отличающийся тем, что концы дополнительных лопаток загнуты в направлении вращения крыльчатки.