НАСОС ВОДЯНОЙ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению, и предназначена для применения в составе систем жидкостного охлаждения двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС), в частности к конструкциям водяных насосов.
Известна конструкция насоса водяного ДВС, содержащая корпус, выполненный в виде втулки с присоединительным фланцем, четырьмя отверстиями под крепежные элементы, канавкой под уплотнение, дренажным каналом и ребрами жесткости, вал, на котором установлены приводной шкив, шарико-роликовый подшипниковый узел, узел уплотнения и крыльчатка, состоящая из шести лопастей, загнутых против вращения крыльчатки, двух разгрузочных отверстий, расположенных диаметрально противоположно друг другу под углом к оси крыльчатки, и проточки под уплотнение (см. патент на полезную модель RU №96397, с приоритетом от 25.03.2010 г., МПК F01P 5/10 (2006.01).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относятся недостаточная производительность насоса из-за большого зазора между рабочим колесом и стенками корпуса и большой инерционной массы крыльчатки.
7
Известна конструкция насоса водяного, содержащая сборный корпус с разъемным соединением, центрируемым оболочковым выступом, и отверстиями, а также рабочее колесо с лопатками, установленное посредством ступицы на фланце вала. Между торцом ступицы и корпусом установлен узел герметизации подшипникового узла, включающий обойму и подшипники. На тыльной стороне крыльчатки выполнены лопасти. Обойма подшипника зафиксирована чеканкой резьбового элемента. В рабочем колесе выполнены диаметрально расположенные и смещенные до несовпадения друг с другом в плоскости сечения отверстия, имеющие расширение в сторону выброса потока. Поверхность корпуса, обращенная к вершинам лопаток, выполнена конической (см. патент на изобретение RU №2165548, с приоритетом от 06.01.2000, МПК F04D 29/00).
К недостаткам указанного аналога следует отнести малую производительность водяного насоса с повышенными затратами мощности на привод, недолговечность герметизирующего узла, малую грузоподъемность подшипникового узла, что ведет к уменьшению ресурса узла.
7
Наиболее близкой конструкцией того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является насос для системы охлаждения ДВС, содержащий, корпус с присоединительным фланцем, вал насоса с установленными на нем подшипниковым узлом, узлом уплотнения и снабженной монтажной ступицей с крыльчаткой, выполненной в виде единой, штампованной из металлического листа детали, с односторонним расположением рабочих лопаток крыльчатки, кромки которых выполнены прямолинейными, а тыльная сторона крыльчатки выполнена плоской, при этом ступица выполнена в виде трубчатой отбортовки, сориентированной в направлении рабочей всасывающей полости насоса и имеющей внутренний диаметр, обеспечивающий плотную посадку на валу насоса (см. патент на полезную модель RU № 49909, с приоритетом от 11.05.2005 г., МПКF01P 5/10, F01P 3/12, F04D 29/00).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относятся недостаточная производительность из-за большого зазора между лопатками крыльчатки и стенками посадочного отверстия в блоке цилиндров; большой риск возникновения кавитации при высоких оборотах вращения вала и высокой температуре охлаждающей жидкости, близкой к температуре кипения, ввиду применения крыльчатки с прямолинейными лопастями, что приводит к резкому падению производительности насоса и, соответственно, ухудшению отвода тепла от деталей двигателя и его перегреву.
Сущность полезной модели заключается в создании насоса оптимальной конструкции с повышенной производительностью и минимальными затратами мощности на привод за счет применения крыльчатки с лопастями, изогнутыми в направлении вращения крыльчатки, корпуса с нагнетательными полостями, выполненными в виде диффузора эвольвентного типа (расширяющийся канал, профиль боковых стенок которого описан уравнениями эвольвенты) и дренажным отверстием, закрывающимся заглушкой; цилиндрической проставкой с конусообразной поверхностью со стороны, обращенной к крыльчатке.
Технический результат - увеличение производительности водяного насоса, уменьшение кавитации и затрат мощности на привод водяного насоса, исключение возможности каплепадения ОЖ, просочившейся через уплотнение во время работы водяного насоса, увеличение срока службы.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в насосе водяном двигателя внутреннего сгорания, содержащем корпус с присоединительным фланцем, вал насоса с установленными на нем подшипниковым узлом, узлом уплотнения, ступицей и крыльчаткой с односторонним расположением рабочих лопастей, особенностью является то, что насос водяной содержит следующие признаки, отличные от признаков ближайшего прототипа:
- корпус, снабженный пятью ребрами жесткости для исключения коробления, повышения прочности и жесткости корпуса насоса водяного во время работы, выполнен литьем из алюминиевого сплава с нагнетательными полостями в виде диффузоров эвольвентного типа, расположенными в зоне присоединительного фланца, позволяющими увеличить давление на выходе за счет снижения скорости потока охлаждающей жидкости. Из уровня техники под понятием диффузор принимают канал постепенно возрастающего сечения (см. стр.288, А.В.Андреев, А.И.Антонов, П.П.Арапов, и др., «Краткий политехнический словарь», М., 1956. - 1136 с.), а под эвольвентой окружности принимают траекторию любой точки прямой линии, перекатываемой по окружности без скольжения. Эвольвенту окружности можно получить, сматывая натянутую нить с цилиндрической поверхности. Конец этой нити будет описывать эвольвенту (см. стр.438-480, Богданов В.Н., Малежик И.Ф., Верхола А.П. и др., «Справочное руководство по черчению», Москва., 1989. - 864 с.). Следовательно, конструкция диффузора эвольвентного типа предусматривает канал постепенно возрастающего сечения, профиль боковых стенок, которого описан уравнениями эвольвенты.
- в корпусе выполнено дренажное отверстие для отведения просочившейся через уплотнение жидкости, которая выходит в каплеиспарительную полость, закрытую заглушкой, предотвращающей попадание охлаждающей жидкости на детали и узлы привода агрегатов;
- в корпусе выполнена цилиндрическая проставка с конусообразной поверхностью со стороны, обращенной к крыльчатке, обеспечивающая повышение производительности насоса за счет минимизации расстояния L3=0,5 мм-1,2 мм между конусообразной поверхностью проставки и крыльчаткой, уменьшение размера относительно указанного интервала ведет к задеванию крыльчатки о поверхность проставки, следствием чего является выход из строя водяного насоса и перегрев двигателя, при увеличении размера относительно данного предела приводит к снижению производительности водяного насоса вследствие увеличения гидравлических потерь;
- расстояние между присоединительным фланцем корпуса и плоской стороной крыльчатки находится в размерном диапазоне L2=13,2 мм-14,2 мм, при этом при увеличении или уменьшении размерного интервала приведет к задеванию крыльчатки о корпус двигателя или поверхность проставки соответственно;
- лопасти крыльчатки водяного насоса изогнуты в направлении вращения крыльчатки для уменьшения кавитационных явлений и увеличения напора жидкости;
- для обеспечения точной соосности шкивов водяного насоса и коленчатого вала задано расстояние между присоединительным фланцем корпуса и внешним торцом крепежного фланца равным L1=106±0,2 мм, изменение размера относительно указанного интервала приведет, к несоосности шкива водяного насоса и коленчатого вала, следствием чего является повышенный износ ремня, либо срыв ремня и выход из строя двигателя;
- между ступичной частью и рабочими лопастями крыльчатки реализован ступенчатый переход конусообразной формы, позволяющий направлять поток жидкости в полости между рабочими лопастями, что увеличивает производительность насоса в сравнении с прототипом, а также служит ребром жесткости крыльчатки, повышающим ее прочностные параметры;
- крепление насоса водяного осуществляется через четыре гладких сквозных отверстия в корпусе насоса со стороны ступицы и посредством одного резьбового отверстия со стороны плоскости прилегания насоса к корпусу двигателя, а надежность уплотнения стыка и позиционирование насоса относительно корпуса двигателя обеспечивается геометрически зависимым от диаметра крыльчатки D=73 мм-75 мм величиной расстояний от центров крепежных отверстий присоединительного фланца L=(0,6-1,1)D, данная величина соотношения подобрана опытным путем, и выход за размерный интервал приведет к невозможности установки водяного насоса на двигатель,
- патрубки подвода жидкости от термостата и радиатора имеют диаметры: D1=22 мм-27 мм, D2=42 мм-46 мм, при этом отклонения от размерных интервалов приведет к снижению производительности водяного насоса, уменьшению эффективности системы охлаждения, а также невозможности подключения водяного насоса к системе отопления автомобиля;
- ниппель подвода жидкости от отопителя салона имеет диаметр D3=17 мм-22 мм для обеспечения оптимального температурного режима салона автомобиля, уменьшение диаметра ниппеля относительно интервала приведет к уменьшению потока жидкости от отопителя салона автомобиля, снижению температуры в салоне автомобиля, а при увеличении размерного предела приведет к увеличению времени прогрева двигателя, а наружная поверхность ниппеля, устанавливаемая в бобышку корпуса, может быть выполнена гладкой или с резьбой;
- крыльчатка может быть выполнена в трех вариантах: первый - цельноштампованной, состоящей из ступичной части, ступенчатого перехода конусообразной формы и рабочих лопастей, которые позволяют снизить металлоемкость и снизить потери мощности на привод водяного насоса, при выполнении второго варианта крыльчатки литой металлической, состоящей из ступичной части и рабочих лопастей, позволят повысить производительность и давление, создаваемое насосом, и третьего варианта крыльчатки-составной, включающей ступичную часть и полимерный фланец, на котором сформированы криволинейные рабочие лопасти, позволяет уменьшить воздействия кавитации на лопасти крыльчатки;
- ступица насоса водяного может быть выполнена гладкой в месте установки приводного шкива водяного насоса или удлиненной с резьбой для установки приводного шкива и крепления вязкостной муфты привода вентилятора.
Выполнение насоса водяного ДВС описанным выше образом с использованием всей предложенной совокупности существенных признаков позволяет увеличить производительность насоса водяного, повысить потребительские свойства за счет снижения опасности перегрева двигателя, уменьшая кавитацию изогнутыми лопатками крыльчатки, исключить возможность каплепадения ОЖ, просочившейся через уплотнение во время работы насоса водяного.
Для пояснения настоящей полезной модели приведены следующие иллюстрации:
На фиг.1 - показан общий вид водяного насоса;
На фиг.2 - показаны детали, составляющие водяной насос;
На фиг.3 - показан вид водяного насоса со стороны крыльчатки;
На фиг.4 - показан разрез А-А на фиг.3;
Насос водяной двигателя внутреннего сгорания содержит: корпус насоса водяного (1) с присоединительным фланцем (10), двумя нагнетательными полостями (11), выполненными в виде диффузоров эвольвентного типа (расширяющийся канал, профиль боковых стенок которого описан уравнениями эвольвенты), четырьмя гладкими сквозными отверстиями (5) и одним резьбовым отверстием (7) под крепежные элементы, каплеиспарительной полостью (12) и дренажным отверстием (13), пароотводящим каналом (22), патрубками (2, 3) подвода жидкости от термостата и радиатора, бобышкой (4) под установку ниппеля (17), пятью ребрами жесткости (6); шарико-роликовый подшипниковый (15) и уплотнительный узлы (14); заглушку (9); ступицу (16) с крепежным фланцем (27) и тремя крепежными отверстиями (25); цилиндрическую проставку (19) с конусообразной поверхностью (18) со стороны, обращенной к крыльчатке (8); вал (21) подшипникового узла (15); крыльчатку (8), состоящую из ступичной части (23) и рабочих лопастей (20), между которыми выполнен ступенчатый переход (24) конусообразной формы. Расстояние (L3) между конусообразной поверхностью (18) проставки (19) и рабочими лопастями (20) крыльчатки (8), расстояние (L2) между присоединительным фланцем (10) корпуса (1) и плоской стороной крыльчатки (8), расстояние (L1) между присоединительным фланцем корпуса и внешним торцом крепежного фланца (31), расстояние (L) от центра крыльчатки (8) до центров крепежных отверстий (5, 7), диаметр (D) крыльчатки (8), диаметры (D1, D2) патрубков (2, 3) подвода жидкости от термостата и радиатора, соответственно, диаметр (D3) ниппеля (17) подвода жидкости от отопителя салона.
Насос водяной работает следующим образом.
Насос водяной крепится болтами (не показаны) через четыре гладких сквозных отверстия (5) в корпусе (1) насоса водяного со стороны ступицы (16) и посредством одного резьбового отверстия (7) со стороны плоскости прилегания насоса к корпусу двигателя (не показан). Вал подшипника с установленной на нем крыльчаткой приводится в движение при помощи ременного привода от коленчатого вала к шкиву (не показаны), установленному на приводном фланце (26) при помощи трех крепежных отверстий (25), при этом жидкости, поступающей из радиатора, термостата и отопителя салона через патрубки (2, 3) и ниппель (17) в полость между корпусом (1), уплотнительным узлом (14) и крыльчаткой (8), придается ускорение за счет вращающихся рабочих лопастей крыльчатки (20) и под действием центробежной силы и направляющего ступенчатого перехода крыльчатки (24) отбрасывается к периферии корпуса, и через нагнетательные полости (11) с повышенным напором поступает в блок цилиндров.
Герметизацию насоса водяного обеспечивает уплотнительный узел (14). При его работе некоторое количество жидкости, необходимое для смазывания трущихся поверхностей уплотнения, проникает между деталями уплотнительного узла и попадает в пространство между торцом подшипникового (15) и уплотнительного (14) узлов, из которого по дренажному отверстию, расположенному под углом к валу (21) подшипника (13), попадает в каплеиспарительную полость (12), закрытую заглушкой (9), где происходит ее испарение; пары, просочившиеся через уплотнительный узел (14) охлаждающей жидкости, выводятся через пароотводящий канал (22).
Преимущество заявленной полезной модели состоит в том, что по сравнению с принятыми за аналог устройствами, выполнение насоса водяного ДВС описанным выше образом с использованием всей предложенной совокупности существенных признаков позволяет повысить производительность, минимизировать затраты мощности на привод, уменьшить кавитацию, увеличить срок службы деталей и узлов привода агрегатов и увеличить срок службы насоса.