КОРПУС ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Полезная модель относится к насосостроению и предназначена для обеспечения принудительной циркуляции рабочей жидкости в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания и в системе отопления кабины и салона автомобиля для регулирования теплообмена.
Система охлаждения служит для отвода излишнего тепла от нагретых деталей двигателя внутреннего сгорания, который одновременно не должен переохлаждаться, так как при этом теряется полезное тепло и уменьшается давление газов на поршень, что, в свою очередь, увеличивает потери мощности на трение. Нормальная температура рабочей жидкости у работающего двигателя внутреннего сгорания автомобиля должна находиться в пределах 80…100ºС.
В жидкостных закрытых системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания автомобиля принудительную циркуляцию рабочей жидкости обеспечивает центробежный насос, корпус которого выполнен в виде сложной пространственной структуры. В корпусе центробежного насоса запрессован подшипник в сборе с валом и сальник уплотнительного узла. При этом на вал напрессована ступица и крыльчатка, обеспечивающая принудительную циркуляцию рабочей жидкости. Рабочая жидкость, просочившаяся через сальник не попадает в подшипник, а вытекает наружу через специальное дренажное отверстие в корпусе насоса. Эффективность теплообмена в системе в значительной степени зависит от производительности центробежного насоса и непосредственно конструкции его корпуса, влияющей на характеристики подачи рабочей жидкости.
Известны аналоги заявленной полезной модели, центробежные насосы для системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, предназначенные для установки на четырехцилиндровые бензиновые двигатели мод. 4062.1 для автомобилей ГАЗ «Волга» и «Соболь» (Автомобиль Волга ГА3-3102, Руководство по ремонту. Каталог деталей. Издательство Арго-книга. Ассоциация независимых издателей. Москва. 1996 г. с.24).
Корпус центробежного насоса, выполненный из алюминиевого сплава, представляет собой монолитное пространственное тело с внутренней полостью, разделенной перегородкой на всасывающую и нагнетательную полости. Корпус содержит цилиндрическое гнездо, образованное стенками, служащее для размещения в нем подшипникового узла и узла герметизации. Всасывающая полость цилиндрической формы, нагнетательная полость спиралеобразной формы. На наружной поверхности корпуса расположены патрубки для подвода рабочей жидкости в корпус. Отвод жидкости осуществляется из нагнетательной полости непосредственно в рубашку охлаждения двигателя.
Недостатком известного технического решения является низкая производительность центробежного насоса, вызванная пересечением потоков рабочей жидкости, поступающих во всасывающую полость.
Наиболее близким аналогом, выбранным за прототип является корпус центробежного насоса, представляющий собой пространственное тело, содержащее образованные стенками и внутренними перегородками всасывающую полость цилиндрической формы и нагнетательную в форме двух спиралеобразных полостей разделенные перегородкой, коаксиальное всасывающей полости ступенчатое цилиндрическое гнездо для размещения подшипникового и уплотнительного узлов, подводящие первый и второй патрубки, выполненные заодно с корпусом для подвода жидкости, на одном из которых имеется бобышка со сквозным отверстием для подвода рабочей жидкости от отопителя салона (патент RU №71148, кл. F04D 29/40, оп. 2008 г. - прототип).
Основным недостатком известного корпуса центробежного насоса является то, что подводящие первый и второй патрубки, по которым рабочая жидкость поступает во всасывающую полость корпуса центробежного насоса, выполнены перпендикулярно по отношению друг к другу. Такое взаимное расположение подводящих патрубков затрудняет проход рабочей жидкости, поступающей во всасывающую полость корпуса центробежного насоса, поскольку встречаются два потока жидкости, линии тока которых перпендикулярны друг другу. Причем рабочая жидкость, поступающая по второму подводящему патрубку проходит через два впускных окна, что дополнительно увеличивает локальное сопротивление на входе во всасывающую полость и приводит к снижению скорости движения рабочей жидкости.
Это приводит к замедлению циркуляции рабочей жидкости в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания и, как следствие, снижению отвода тепла, нарушению теплового баланса двигателя.
Теплообмен между нагретой рабочей жидкостью и радиатором отопителя, ухудшается, поскольку отвод рабочей жидкости от отопителя проходит внутри сквозного отверстия, расположенного в бобышке на втором подводящем патрубке. При этом снижается эффективность работы отопителя кабины и салона автомобиля.
Кроме того, в известном центробежном насосе рабочая жидкость подается в центробежный насос по двум подводящим патрубкам, перпендикулярным друг другу, т.е. проход рабочей жидкости ограничен размерами входного окна в подводящем патрубке от радиатора. При этом производительность центробежного насоса напрямую зависит от размеров входного окна.
Задачей полезной модели является улучшение условий подачи рабочей жидкости в центробежный насос путем изменения конструкции корпуса.
Поставленная задача решается тем, что в известном корпусе центробежного насоса, выполненном заодно с первым и вторым подводящими патрубками, содержащем образованные стенками и внутренними перегородками всасывающую цилиндрической формы с входным окном первого подводящего патрубка и спиралеобразную нагнетательную полости, коаксиальное всасывающей полости ступенчатое цилиндрическое гнездо для размещения подшипникового и уплотнительного узлов, второй подводящий патрубок выполнен изогнутым, с плавно изменяющимся углом подвода рабочей жидкости, при этом входные окна первого и второго подводящих патрубков совмещены.
Оси первого и второго подводящих патрубков пересекаются во всасывающей полости по касательной линии.
Конструкция корпуса, выполненного по предложенной полезной модели, позволяет улучшить условия подачи рабочей жидкости в центробежный насос и теплообмен в ДВС. Это возможно, поскольку упрощается вход первого и второго подводящих патрубков за счет совмещения их входных окон и обеспечения токов рабочей жидкости из подводящих патрубков обоих каналов с плавно изменяющимся углом по касательной друг к другу. При этом площадь общего входного окна увеличивается в сечение на 10-15%, что пропорционально приводит к увеличению производительности центробежного насоса в целом.
То, что общее входное окно выполнено в стенке всасывающей полости по плавной кривой линии, позволяет образовать наиболее оптимальную форму входной зоны для рабочей жидкости. Это снижает локальное сопротивление, улучшает условия подачи рабочей жидкости и увеличивает производительность центробежного насоса и эффективность теплообмена в целом.
Предложенная полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен корпус центробежного насоса, вид сверху;
Фиг.2 - вид. А-А на фиг.1.
Фиг.3 - корпус центробежного насоса с подводящими патрубками в разрезе;
Фиг.4 - корпус центробежного насоса, вид сбоку;
Корпус центробежного насоса представляет собой пространственное тело, образованное стенками и внутренними перегородками.
Корпус центробежного насоса выполнен в виде двух цилиндрических ступеней, большего 1 и меньшего 2 диаметров. По касательной к цилиндрической ступени большего диаметра 1, заодно с корпусом выполнен первый подводящий патрубок 3, предпочтительно большего диаметра сечения. В первый подводящий патрубок 3 входит второй подводящий патрубок 4, предпочтительно меньшего диаметра сечения, изогнутый по касательной к первому подводящему патрубку 3. Форма выполнения второго подводящего патрубка 4 позволяет на входе в корпус центробежного насоса задать наиболее оптимальную траекторию линиям тока рабочей жидкости (фиг.1-3).
Корпус имеет всасывающую полость 5 цилиндрической формы с образованным в сечении окном 6 входа первого подводящего патрубка 3 для подвода рабочей жидкости. Коаксиально всасывающей полости 5 размещено ступенчатое цилиндрическое гнездо 7 для подшипникового и уплотнительного узлов и спиралеобразная нагнетательная полость 8 с двумя выходными каналами 9.
На втором подводящем патрубке 4, заодно с ним, выполнена бобышка 10. (фиг.4). По периферии наружной поверхности нагнетательной спиралеобразной полости 8 корпуса расположены втулки 11 для крепежных элементов.
Второй подводящий патрубок 4 имеет изогнутую форму, с плавно изменяющимся углом подвода рабочей жидкости. При этом входное окно 6 первого подводящего патрубка 3 и входное окно 12 второго подводящего патрубка 4 совмещены, и образуют общее входное окно 13 увеличенного сечения для подвода рабочей жидкости, выполненное по плавной кривой линии. Такое выполнение поддерживает наиболее оптимальную траекторию линий тока рабочей жидкости, заданную углом изгиба второго подводящего патрубка 4 и снижает локальное сопротивление на входе. В бобышке 10 на втором подводящем патрубке 4 выполнено сквозное резьбовое отверстие 14 для подвода рабочей жидкости от радиатора отопителя..
В теле корпуса выполнено дренажное отверстие 15 (фиг 2), расположенное под углом к оси ступенчатого цилиндрического гнезда 7 для размещения подшипникового и уплотнительного узлов, служащее для выхода из полости воздуха и удаления просочившейся рабочей жидкости.
1
1
Оси О-О и О-О первого 3 и второго 4 подводящих патрубков пересекаются по касательной линии во всасывающей полости 5.
Подвод рабочей жидкости осуществляется через первый 3 и второй 4 подводящие патрубки во всасывающую полость 5. Отвод рабочей жидкости осуществляется непосредственно из двух выходных каналов 9 нагнетательной спиралеобразной полости 8 в рубашку охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
Принцип работы системы охлаждения заключается в следующем.
При включенном непрогретом двигателе внутреннего сгорания, рабочая жидкость поступает в корпус центробежного насоса из рубашки охлаждения по второму подводящему патрубку 4 изогнутой формы по так называемому малому кругу системы охлаждения. При достижении температуры рабочей жидкости 78-82ºС часть рабочей жидкости начинает поступать к центробежному насосу по первому патрубку 3 большего диаметра сечения из нижней части радиатора и нагнетает ее в рубашку охлаждения головки блока цилиндров. При достижении 94ºС и более вся жидкость от радиатора идет по первому подводящему патрубку 3 большего диаметра сечения. Рабочая жидкость омывает наиболее нагретые части двигателя внутреннего сгорания, отнимает от них часть тепла и нагревается, а затем поступает в верхнюю часть радиатора. При необходимости открывается кран отопителя (не показано), и часть рабочей жидкости отводится от радиатора отопителя кабины и салона автомобиля, и через резьбовое отверстие 14 в бобышке 10 попадает в изогнутый второй подводящий патрубок 4 и далее во всасывающую 5 и нагнетательную 8 полости центробежного насоса.
Испытания опытной партии выполненных по предложенной полезной модели корпусов центробежного насоса, подтвердили увеличение производительности центробежного насоса на 10-15% и повышение эффективности теплообмена в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания и вентиляции салона автомобиля.
По результатам испытаний разработаны рабочие чертежи на НПООО «Фенокс», г.Минск.