КРЫЛЬЧАТКА НАСОСА СИСТЕМЫ ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ 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 (ДВС).
Известна конструкция водяного насоса двигателя, см. JP, заявка №1-24111, кл. F 01 Р 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 ВА3-2108. - 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.
Известна конструкция водяного насоса жидкостной системы охлаждения ДВС, описанная в RU №2102610, МПК6 F 01 Р 5/10, опубл. 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 крыльчатки влечет значительную осевую нагрузку на подшипниковый узел, что снижает долговечность насоса в целом.
В качестве прототипа рассмотрена крыльчатка насоса системы жидкостного охлаждения ДВС, защищенная патентом России №2250395, МПК7 F04D 29/16, опубликованным 20.04.2005, БИ №11. Крыльчатка известного насоса содержит 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. Отличительной особенностью конструкции крыльчатки является то, что концы дополнительных лопаток 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.
Практика эксплуатации рассмотренной крыльчатки в составе насосов жидкостного охлаждения ДВС производства ОАО "АВТОВАЗ" показала, что ее конструкции может быть и далее усовершенствована, как в части уменьшения кавитационных явлений, так и в части стойкости структуры крыльчатки к химически агрессивному теплоносителю - антифризу.
Технический результат полезной модели заключается в повышении работоспособности конструкции.
Решение технической задачи достигается за счет геометрической оптимизации элементов крыльчатки, а также подбора массива структуры материала, из которого осуществляется изготовление крыльчатки.
Сущность полезной модели заключается в том, что в известной крыльчатке насоса для системы охлаждении двигателя внутреннего сгорания, содержащая монтажную ступицу, на которой смонтирован фланец, на рабочей поверхности которого расположены лопасти, направленные в сторону рабочей полости и разгрузочные окна, фланец выполнен из стеклонаполненного 40%-ого полуфениленсульфида, изготовленного методом давления на термопласт-автомате, при этом тыльная сторона крыльчатки расположена в одной плоскости. Кроме того, на рабочей поверхности фланца в радиальном направлении выполнено не менее восьми прямолинейно расположенных лопастей и не менее четырех разгрузочных окон, расположенных между парами смежных лопастей, на равных между собой угловых расстояниях, при этом суммарная площадь окон составляет не менее 6% от площади плоской поверхности тыльной стороны крыльчатки.
В одном из частных конструктивных вариантов торец ступицы может выступать относительно тыльной стороны фланца в сторону противоположную рабочей полости.
Такие конструктивные изменения, в сравнении с прототипом полезной
модели, достигнуты методом интуитивно-логического анализа проблемы, обозначенной представленным выше анализом уровня техники, аналитической работы по формированию наилучшего конструктивного решения эмпирическим путем и последующих экспериментов с полученными таким образом опытными образцами заявляемого устройства.
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». При этом полезная модель может быть осуществлена в условиях промышленного производства с использованием несложного технологического оборудования и современных материалов.
Другие особенности и преимущества заявляемой полезной модели станут понятны из чертежей и следующего детального описания, где:
на фиг.1 показано поперечное сечение крыльчатки,
на фиг.2 показан вид на рабочие лопасти крыльчатки,
на фиг.3 показано поперечное сечение возможного конструктивного исполнения крыльчатки у которой торец ступицы выступает относительно тыльной стороны фланца в сторону противоположную рабочей полости.
Крыльчатка насоса для системы охлаждении двигателя внутреннего сгорания содержит монтажную ступицу 1, на которой смонтирован фланец 2, на рабочей поверхности которого расположены лопасти 3, направленные в сторону рабочей полости и разгрузочные окна 4. Фланец 2 выполнен из стеклонаполненного 40%-ого полуфениленсульфида, изготовленного методом давления на термопласт-автомате, при этом тыльная сторона крыльчатки расположена в одной плоскости.
Кроме того, на рабочей поверхности фланца в радиальном направлении выполнено не менее восьми прямолинейно расположенных лопастей и не менее четырех разгрузочных окон, расположенных между парами смежных лопастей, на равных между собой угловых расстояниях, при этом суммарная площадь окон составляет не менее 6% от площади плоской поверхности тыльной стороны крыльчатки.
В одном из частных конструктивных вариантов, см. фиг.3, торец ступицы может выступать относительно тыльной стороны фланца в сторону противоположную рабочей полости.
Заявляемая крыльчатка изготовлена из высокотехнологичного, сверхлегкого материала (PPS) и, как это показали эксперименты с опытными образцами, в сравнении с применяемой в ОАО "АВТОБАЗ" конструкцией крыльчатки водяного насоса автомобиля ВАЗ 2109, обеспечила повышение расходно-напорных и кавитационных характеристик водяного насоса. В частности, достигнуто:
- увеличение производительности в среднем на 12%,
- повышение напора в среднем на 5%,
- повышение стойкости к кавитации в среднем на 24%.
В опытных образцах заявляемой крыльчатки суммарная площадь разгрузочных окон 4 составляла 6,67% от площади плоской поверхности тыльной стороны фланца 2.
Конкретные иллюстрации эффективности использования и варианты технической реализации заявленного технического решения, описанные выше, являются по своему характеру лишь частными примерами и не ограничивают притязания заявляемой полезной модели, объем которой определяется формулой полезной модели. Для технических специалистов работающих в данной области техники станут очевидными другие возможные конкретные варианты осуществления заявляемого устройства, которые будут находиться в рамках объема притязаний настоящей полезной модели.