водяной насос

Формула изобретения

Водяной насос для перекачивания жидкости, содержащий сборный корпус с разъемным соединением, центрируемым оболочковым выступом, и отверстиями, обеспечивающими подачу жидкости к ДВС, рабочее колесо с лопатками, установленное посредством ступицы на валу, снабженном приводным фланцем, причем между торцом ступицы и корпусом установлено графитовое кольцо, фиксируемое в осевом направлении посредством замкнутой в упругой втулке пружины сжатия, которыми образован узел герметизации подшипникового узла, включающий обойму и подшипники, отличающийся тем, что внешняя опорная плоскость фланца, закрепленного неподвижно на поворотном валу, устанавливается с размером (84,40,3) мм, на нерабочей стороне рабочего колеса выполнены лопатки, обойма подшипника зафиксирована чеканкой резьбового элемента, сопряжение поверхности внутреннего отверстия рабочего колеса со ступицей выполнено по контактной зоне продольных криволинейных рисок, а внутренняя поверхность лопаток рабочего колеса термостатирована с возможностью создания упрочненного слоя в пределах до 0,2 мм, в рабочем колесе выполнены диаметрально расположенные и смещенные до несовпадения друг с другом в плоскости сечения отверстия, имеющие расширение в сторону выброса потока жидкости для перемещения потока жидкости в радиальном направлении от вершины лопаток к выходному отверстию, поверхность корпуса, обращенная к вершинам лопаток, выполнена конической, при этом число лопаток рабочего колеса выбрано некратным на передней рабочей и нерабочей поверхностях рабочего колеса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для перекачивания жидкости в условиях теплового обмена работающего двигателя внутреннего сгорания.

Известен аналог, принятый за прототип - патент РФ N 2133380 от 16.12.97 /1/.

К недостаткам указанного прототипа следует отнести меньшую производительность процесса перекачивания жидкости при большей конструктивной насыщенности входящими в него деталями, а работоспособность крыльчатки рабочего колеса недостаточно высока, что снижает технологические возможности водяного насоса.

Задачей нового технического решения является устранение упомянутых технологических недостатков.

Поставленная задача достигается тем, что водяной насос для перекачивания жидкости, содержащий сборный корпус с разъемным соединением, центрируемым оболочковым выступом, и отверстиями, обеспечивающими подачу жидкости к ДВС, рабочее колесо с лопатками, установленное посредством ступицы на валу, снабженном приводным фланцем, причем между торцем ступицы и корпусом установлено графитовое кольцо, фиксируемое в осевом направлении посредством замкнутой в упругой втулке пружины сжатия, которыми образован узел герметизации подшипникового узла, включающий обойму и подшипники, отличается тем, что внешняя опорная плоскость фланца, закрепленного неподвижно на поворотном валу, устанавливается с размером (84,4 0,3) мм, на нерабочей стороне рабочего колеса выполнены лопатки, обойма подшипника зафиксирована чеканкой резьбового элемента, сопряжение поверхности внутреннего отверстия рабочего колеса со ступицей выполнено по контактной зоне продольных криволинейных рисок, а внутренняя поверхность лопаток рабочего колеса термостатирована с возможностью создания упрочненного слоя в пределах до 0,2 мм, в рабочем колесе выполнены диаметрально расположенные и смещенные до несовпадения друг с другом в плоскости сечения отверстия, имеющие расширение в сторону выброса потока жидкости для перемещения потока жидкости в радиальном направлении от вершины лопаток к выходному отверстию, поверхность корпуса, обращенная к вершинам лопаток, выполнена конической, при этом число лопаток рабочего колеса выбрано некратным на передней рабочей и нерабочей поверхностях рабочего колеса.

Графические материалы

Фиг. 1 - таблица формообразования водяных потоков с учетом потребляемой мощности и высоты водяного столба при соответствующих частотах вращения коленчатого вала;

фиг. 2 - сечение водяного насоса;

фиг. 3 - торцовая проекция водяного насоса со стороны закрепления шкива.

Описание водяного насоса с учетом отличительных признаков от прототипа /1/.

Водяной насос для перекачивания жидкости, содержащий сборный корпус с разъемным соединением, центрируемым оболочковым выступом, и отверстиями, обеспечивающими подачу жидкости к ДВС, рабочее колесо с лопатками, установленное посредством ступицы на валу, снабженном приводным фланцем, причем между торцем ступицы и корпусом установлено графитовое кольцо, фиксируемое в осевом направлении посредством замкнутой в упругой втулке пружины сжатия, которыми образован узел герметизации подшипникового узла, включающий обойму и подшипники, отличающийся тем, что:

1) внешняя опорная плоскость фланца, закрепленного неподвижно на поворотном валу, устанавливается с размером (84,40,3) мм;

2) на нерабочей стороне рабочего колеса выполнены лопатки;

3) обойма подшипника зафиксирована чеканкой резьбового элемента;

4) сопряжение поверхности внутреннего отверстия рабочего колеса со ступицей выполнено по контактной зоне продольных криволинейных рисок;

5) внутренняя поверхность лопаток рабочего колеса термостатирована с возможностью создания упрочненного слоя в пределах до 0,2 мм;

6) в рабочем колесе выполнены диаметрально расположенные и смещенные до несовпадения друг с другом в плоскости сечения отверстия, имеющие расширение в сторону выброса потока жидкости для перемещения потока жидкости в радиальном направлении от вершины лопаток к выходному отверстию;

7) поверхность корпуса, обращенная к вершинам лопаток, выполнена конической;

8) число лопаток рабочего колеса выбрано некратным на передней рабочей и нерабочей поверхностях рабочего колеса.

Пример выполнения конструкции водяного насоса

Водяной насос для перекачивания жидкости содержит сборный корпус с разъемным соединением, центрируемым оболочковым выступом, и отверстиями, обеспечивающими подачу жидкости к ДВС. Рабочее колесо с лопатками, установленное посредством ступицы на валу, снабжено приводным фланцем. Между торцем ступицы и корпусом установлено графитовое кольцо, фиксируемое в осевом направлении посредством замкнутой в упругой втулке пружины сжатия, которыми образован узел герметизации подшипникового узла, включающий обойму и подшипники, а в отличие от прототипа /1/ водяной насос содержит следующие конструктивные особенности:

внешняя опорная плоскость фланца, закрепленного неподвижно на поворотном валу, устанавливается с размером (84,4 0,3) мм;

на нерабочей стороне рабочего колеса выполнены лопатки;

обойма подшипника зафиксирована чеканкой резьбового элемента;

сопряжение поверхности внутреннего отверстия рабочего колеса со ступицей выполнено по контактной зоне продольных криволинейных рисок;

внутренняя поверхность лопаток рабочего колеса термостатирована с возможностью создания упрочненного слоя в пределах до 0,2 мм;

в рабочем колесе выполнены диаметрально расположенные и смещенные до несовпадения друг с другом в плоскости сечения отверстия, имеющие расширение в сторону выброса потока жидкости для перемещения потока жидкости в радиальном направлении от вершины лопаток к выходному отверстию;

поверхность корпуса, обращенная к вершинам лопаток, выполнена конической;

число лопаток рабочего колеса выбрано некратным на передней рабочей и нерабочей поверхностях рабочего колеса.

Обозначение позиций графических изображений: 1 - водяной насос; 2 и 3 - части сборного корпуса; 4 - рабочее колесо; 5 - поворотный вал; 6 - разъем; 7 - оболочковый выступ; 8 - лопастной венец; 9 - зона всасывающего отверстия; 10 - окно; 11 - ступица вала; 12 - шкив; 13 - резьбовые отверстия; 14 - торец ступицы; 15 - графитовое кольцо; 16 - упругая втулка; 17 - пружина сжатия; 18 - узел герметизации; 19 - подшипниковый узел; 20-22 - разнонаправленные поверхности вращения; 23 - подшипник; 24 - резьбовой элемент; 25 - торец корпуса 3; подшипниковый узел; 26 - кольцевая канавка; 27 и 28 - продольные криволинейные риски; 29 - ступица; 30 - отверстие; 31 - торец лопатки; 32 - отверстия; 33 - лопатки; 34 - фланец; 36 и 37 - оси отверстий; 38 - приторцовая зона подшипникового узла 19.

Пример использования водяного насоса

Через отверстие 10 от радиатора ДВС поток жидкости с температурой 1 - 98^oC подается в полость, образованную оболочками внутренних поверхностей корпусов 2 и 3. Уплотнение 6, объединяющее торцы 25 и 35, обеспечивает не только герметичность соединения по разъему между корпусами, но и точность установки зазора в 1,3 мм между образующими 9 и 31 конических поверхностей приемного отверстия корпуса 2 и относительно поверхности 12 фланца 34, обеспечивающего точностную установку шкива, связывающего распредительный вал привода ДВС.

Криволинейные ребра со стороны рабочего торца 14 служат для всасывания потока жидкости в зазорное пространство относительно статической и кинематической конических образующих 9 и 31, подавая поток жидкости к осям отверстий 36 и 37. Одновременно жидкость под давлением стремится попасть между торцами ступицы 11 и графитизированным кольцом 15. Это самое уязвимое место в водяном насосе, которое может при повреждении вывести подшипниковый узел 19 из строя, а потому торцы контактных упомянутых зон тщательно пришлифовывают и содержат под непосредственным силовым влиянием пружины 17 обеспечивающей своеобразную самоустановку графитизированному кольцу, противоположный торец которого взаимодействует с резиновой оболочкой. Непосредственно сам графит служит смазкой сухого трения, а потому триботехнические свойства последнего полезны на макроскопическом уровне. Тем не менее встречаются случаи, когда жидкость проникает в подшипниковый узел и выводит его из строя. Причиной этого может быть некачественное изготовление металлического корпуса, в котором могут быть флокены и раковины, достаточные для прохождения жидкости под создаваемым давлением от 4,5 до 13,5 м вод. ст. (фиг. 1). Избежать их можно при 100% контроле качества отливок каждого корпуса 3.

Асимметричность канавок 21 и 22 способствует приданию смазке в приторцовой зоне подшипникового узла 19 осевого перемещения, что гарантирует смазку подшипника, положение которого стопорится винтом 24, причем расстояние между контактными дорожками выбрано из условий равного износа полутороидных дорожек, удерживающих шарики подшипникового узла.

Испытания насоса показали его границы использования для ДВС (фиг. 1), что важно для потенциального потребителя не только покупателей автомобилей, так как использование новых видов насосов может быть полезно и для перекачивания слабых щелочей, а также мелкоразмерных абразивных сред, что расширяет рамки использования предложенной конструкции в целом. Это вполне удобно даже в контексте использования запасных частей автомобиля и соответствующих шлангов, которые потребны для образования цепочки подачи и приема жидкости с допустимой концентрацией загрязненности или вредности по плотности кислоты или щелочи.

Промышленная полезность нового технического решения заключается в повышении технологических и эксплуатационных характеристик водяного насоса, которые характеризуются в таблице на фиг. 1, где приведены сведения стендовых испытаний водяных насосов.

Экономическая эффективность нового технического решения всецело зависит от компьютерного подхода к выявлению скоростных потоков, влияющих на изменение жидкостных объемов кавитационных полей при различных частотах вращения двигателя ДВС.