КРЫЛЬЧАТКА НАСОСА ДЛЯ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению и предназначено для двигателей внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением.
Известна конструкция водяного насоса двигателя внутреннего сгорания (далее, двигателя), содержащая базовый элемент, прикрепленный к крышке картера двигателя, вращательно установленный посредством подшипника и масляного уплотнения вал насоса, установленные на валу насоса рабочее колесо и приводную шестерню, элементы герметизации, JP, заявка 1-24111, кл. F 01 P 5/10, 1989.
К недостаткам данной конструкции относится то, что во-первых, возникающее при работе насоса давление в полости, образованной тыльной стороной рабочего колеса 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 колеса возникает явление кавитации, что приводит к резкому падению производительности насоса и, соответственно, к ухудшению отвода тепла от двигателя в радиатор и к перегреву двигателя.
Указанные недостатки частично устраняются в системе охлаждения ДВС, 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.
Практика производства известных насосов и их эксплуатации выявили, по крайней мере, два нежелательных момента технический и экономический.
Во-первых, для обеспечения необходимой механической прочности пластмассовой крыльчатки ее пластмассовая часть должна иметь достаточно большую толщину, что отрицательно влияет на расходно-напорные характеристики насоса. Кроме того, наличие сплошного дискового корпуса крыльчатки, при работе насоса обуславливает в полости между тыльной стороной крыльчатки и сальником повышенное давление, что вызывает значительную осевую нагрузку на подшипниковый узел, и снижает его ресурс. Для исключения этого нежелательного явления приходится значительно усложнять конструкцию крыльчатки, например, путем введения дополнительных разгрузочных лопастей на тыльной стороне, перфорирования сплошного диска корпуса крыльчатки дренажными каналами и пр.
Во-вторых, применяемые полимерные материалы из которых формообразуется крыльчатка (полиамид, полипропилен) являются очень дорогими, что приводит к высокой себестоимости готовых изделий.
Решение технической задачи предполагает, путем внесения в конструкцию крыльчатки известного насоса конструктивных изменений, улучшить условия работы подшипникового узла и, тем самым повысить его ресурс и надежность в работе.
Техническим результатом полезной модели является увеличение срока службы водяного насоса и снижение опасности перегрева двигателя.
Указанный технический результат при осуществлении первого конструктивного исполнения полезной модели достигается тем, что в известной крыльчатке насоса для системы охлаждения двигателя, содержащей монтажную ступицу на которой смонтированы рабочие лопасти, ступица и лопасти выполнены в виде единой цельно отштампованной детали из металлического листа, количество лопастей составляет не менее шести и направлены они в сторону рабочей полости насоса, кромки лопастей крыльчатки выполнены прямолинейными, тыльная сторона крыльчатки расположена в одной плоскости, ступица крыльчатки выполнена в виде отбортовки, выходной срез которой направлен в сторону лопастей крыльчатки.
Оптимальные геометрические параметры этого варианта конструкции достигнуты в ходе проведения испытаний и доводки опытных образцов крыльчатки на штатном водяном насосе, при этом установлено, что толщина
цельно отштампованной детали из металлического листа составляет 1,4-1,6 мм, угол α поворота лопастей составляет 40...45°, а угол β наклона входной кромки лопасти находится в диапазоне 10...15°, глубина отбортовки "С" составляет 10-12 мм, а внутренний диаметр "D" рассчитан под плотную посадку крыльчатки на валу насоса, где
α -угол поворота лопастей,
β - угол наклона входной кромки лопасти,
С - глубина отбортовки, мм
D - внутренний диаметр отбортовки, мм.
Обозначенный выше технический результат при осуществлении второго варианта конструктивного исполнения полезной модели достигается тем, что в известной крыльчатке насоса для системы охлаждения двигателя, содержащей монтажную ступицу на которой смонтированы рабочие лопасти, ступица и лопасти выполнены в виде единой цельно отштампованной детали из металлического листа, количество лопастей составляет не менее шести и направлены они в сторону рабочей полости насоса, кромки лопастей крыльчатки выполнены прямолинейными, тыльная сторона крыльчатки расположена в одной плоскости, ступица крыльчатки выполнена в виде отбортовки, выходной срез которой направлен в сторону противоположную лопастям крыльчатки.
Оптимальные геометрические параметры этого варианта конструкции достигнуты в ходе проведения испытаний и доводки опытных образцов крыльчатки на штатном водяном насосе, при этом установлено, что толщина цельно отштампованной детали из металлического листа составляет 1,4-1,6 мм, угол α поворота лопастей составляет 40...45°, а угол β наклона входной кромки лопасти находится в диапазоне 10...15°, глубина отбортовки "С" составляет 18-20 мм, а внутренний диаметр "D" рассчитан под плотную посадку крыльчатки на валу насоса, где
α - угол поворота лопастей,
β - угол наклона входной кромки лопасти,
С - глубина отбортовки, мм
D - внутренний диаметр отбортовки, мм.
Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".
Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".
Полезная модель поясняется чертежами, где на:
фиг.1 показана заявляемая крыльчатка водяного насоса, в первом варианте ее конструктивного исполнения - вид на рабочие лопасти,
фиг.2 показано сечение заявляемой крыльчатки по А-А,
фиг.3 и 4 показан один из возможных вариантов монтажа крыльчатки на штатном водяном насосе системы охлаждения двигателя, разработанном на Волжском автозаводе (г.Тольятти),
фиг.5 показано сечение А-А второго варианта конструктивного исполнения крыльчатки.
Крыльчатка насоса для системы охлаждения двигателя, представленная на фиг.1 и 2, содержит монтажную ступицу 1 на которой смонтированы рабочие лопасти 2. Ступица и лопасти выполнены в виде единой цельно отштампованной детали из металлического листа толщиной 1,5 мм. Количество лопастей составляет шесть, все они направлены в сторону рабочей полости всасывания насоса. Кромки 3 лопастей 2 крыльчатки выполнены прямолинейными. Тыльная сторона 4 крыльчатки расположена в одной плоскости. Угол "α" поворота лопастей 2 составляет 45°, а угол "β" наклона входной кромки 5 лопасти равен 15°. Ступица 1 крыльчатки выполнена в виде отбортовки, причем здесь возможны два варианта конструктивного исполнения.
В первом варианте, см. фиг.2, выходной срез 6 отбортовки направлен в сторону лопастей крыльчатки. Такой конструктивный прием использован в экспериментальных водяных насосах переднеприводных автомобилей Волжского автозавода (г.Тольятти). Здесь двигатель расположен в плоскости, перпендикулярно расположенной относительно продольной оси автомобиля (компоновка с поперечно расположенным двигателем). Корпус водяного насоса в этом варианте имеет укороченные осевые размеры.
Во втором варианте конструктивного исполнения крыльчатки, см. фиг.5, выходной срез отбортовки направлен в сторону противоположную рабочим лопастям. Такой конструктивный прием использован в экспериментальных водяных насосах автомобилей классической компоновки (с удлиненным валом водяного насоса) Волжского автозавода (г.Тольятти).
В обоих случаях внутренний диаметр -D-отбортовки рассчитан под плотную посадку крыльчатки на валу насоса.
Как показали стендовые и дорожные результаты исследований на производительность, надежность и ходимость (ресурс) штатных водяных насосов Волжского автозавода с экспериментальной заявляемой крыльчаткой, последняя, в сравнении с ранее применяемыми крыльчатками (литой чугунной, вариантами пластмассовых крыльчаток, которые ранее применялись и представлены в описании прототипа и аналогах) зарекомендовала себя с самой положительной стороны при тех конструктивных параметрах и диапазонах геометрических размеров, которые отражены в независимых пунктах формулы вариантов полезной модели.
При этом, для специалиста (конструктора, технолога) имеющего прямое отношение к данной области техники, совершенно очевидно, что изготовленная методом вырубки и холодной штамповки крыльчатка представляет собой легкую, простую в изготовлении и недорогую деталь, которая, как показала практика и исследования, превосходит по своим показателям (стойкость к кавитации и химическому воздействию антифриза) конструкции, представленные выше в описании уровня техники.
Как это видно из прилагаемых фиг.3 и 4 прямое сообщение рабочей всасывающей полости 7 насоса с полостью за лопастями крыльчатки 8 через межлопастное пространство 9 экспериментальной крыльчатки исключает осевую нагрузку на подшипниковый узел 10, что повышает его работоспособность. Примерные расчеты затрат на изготовление предлагаемой крыльчатки показывают, что они значительно меньше, чем затраты на изготовление прототипа. Кроме того, материал металлической крыльчатки более стоек к химически активному теплоносителю, например, "Тосолу", применяемому в системах охлаждения ДВС легковых автомобилей, в сравнении с материалом прототипа.
Разумеется, полезная модель не ограничивается описанным конструктивным приемом ее осуществления, показанным на прилагаемых фигурах. Остаются возможными изменения различных элементов либо замена их технически эквивалентными, не выходящие за пределы объема вариантов настоящей полезной модели.