CN211950652U - 用于发动机冷却系统的水泵 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于发动机冷却系统的水泵，包括：限定有水封孔的水泵壳体；可旋转地支承在水泵壳体中的泵轴；套设在泵轴上定位在水封孔中的水封；靠近水封套设在泵轴上的叶轮，所述叶轮包括轮盘、在轮盘的远离水封的一侧设置的叶片以及贯穿轮盘两端侧的至少一个平衡孔，其中所述平衡孔的中心轴线与泵轴的轴线共面并相对于泵轴的轴线成一定角度地倾斜，所述平衡孔的中心轴线上的点离泵轴轴线的径向距离随着靠近水封而逐渐减小。根据本实用新型的水泵具有改善的水封冷却润滑效果。

Description

用于发动机冷却系统的水泵
技术领域
本实用新型涉及机械泵领域，尤其涉及一种用于发动机冷却系统的水泵。
背景技术
众所周知，依靠冷却液来冷却的发动机通常需要水泵提供合适的流量和扬程，水泵工作时，通常需要水封对水泵轴承和泵体之间进行密封。水泵的水封通常包括波纹管座、波纹管、弹簧座、弹簧、静环、动环、辅助密封圈等部件。水泵旋转时，水封的静环始终与水封动环贴合，从而构成对冷却液的密封。
目前，现有的水封存在有如下导致失效的诱因：水封局部的流动性不均匀，导致局部的温度升高，此外，由于例如在发动机加注冷却液的过程中气体在水封腔体集聚，导致气泡积聚在水封表面，影响水封的冷却和润滑，此外，当水封的摩擦表面或附近进入异物颗粒物后，很容易划伤水封部件，破坏了水封密封面的平面度及粗糙度，并最终导致水封的密封失效。
因此，本实用新型旨在提供一种能够克服上述现有技术中存在的一个或多个问题的水泵。
实用新型内容
为了解决上述现有技术中的问题，本实用新型提出一种用于发动机冷却系统的水泵，其使得能够改善水封周围流场分布、避免异物以及气泡等在水封表面的积聚等进而提高水封的冷却效果和润滑效果，有效延长水封以及水泵的寿命。
根据本实用新型，提供了一种用于发动机冷却系统的水泵，包括：限定有水封孔的水泵壳体；可旋转地支承在水泵壳体中的泵轴；套设在泵轴上定位在水封孔中的水封；靠近水封套设在泵轴上的叶轮，所述叶轮包括轮盘、在轮盘的远离水封的一侧设置的叶片以及贯穿轮盘两端侧的至少一个平衡孔，其中所述平衡孔的中心轴线与泵轴的轴线共面并相对于泵轴的轴线成一定角度地倾斜，所述平衡孔的中心轴线上的点离泵轴轴线的径向距离随着靠近水封而逐渐减小。
根据本实用新型的水泵，呈斜孔形式的平衡孔有利于水流在水封表面流动，改善水封附近的流场分布，改进对水封的润滑和冷却作用。
有利地，所述平衡孔的中心轴线相对于泵轴的轴线以约26度的角度倾斜。
有利地，在水封与轮盘的背对叶片的侧面之间环绕泵轴设置有环形的第一内部腔室，平衡孔的靠近水封的端口通入该第一内部腔室。
有利地，在水泵壳体的限定有水封孔的座部分中设置有沿径向延伸的至少一个冲洗通道，该冲洗通道的第一端口穿过水封孔的壁通入水封孔，该冲洗通道的第二端口通入第二外部腔室，该第二外部腔室与在叶轮周缘与水泵壳体之间限定的周缘腔室流体连通。
有利地，第二外部腔室位于轮盘的背对叶片的一侧且相对于第一内部腔室径向靠外。
有利地，所述冲洗通道的第一端口通向水封的摩擦面所在的区域。
有利地，在座部分的顶部区域设置有排气通道，该排气通道的一端口设置在位于座部分顶部的冲洗通道的壁上，该排气通道的另一端口构造成通向位于水封和叶轮轮盘之间的第一内部腔室的顶部区域。
有利地，所述排气通道大致与泵轴的轴线平行地延伸，或者随着远离第一内部腔室而向上倾斜。
利用根据本实用新型的用于发动机冷却系统的水泵，水封的冷却和润滑得到明显改善，并且借助于水封附近改善的流场分布，避免了异物例如颗粒物或气泡在水封密封面之间的积聚，提高了水封的密封性能，延长了其使用寿命，降低了水封失效率。此外，在叶轮轮盘上设置斜孔形式的平衡孔以及在水泵壳体的座部分上设置冲洗通道以及排气通道所需的制造工序简单、成本经济有效。
附图说明
下面参照附图说明本实用新型的优选实施例，在附图中：
图1是根据本实用新型实施例的用于发动机冷却系统的水泵的剖视图；
图2是根据本实用新型实施例的用于发动机冷却系统的水泵的叶轮的剖视图；
图3是根据本实用新型实施例的用于发动机冷却系统的水泵的壳体的座部分；
图4是根据本实用新型实施例的水泵的壳体的座部分的剖视图；
图5是图4中局部细节X的放大示意图；
图6是根据本实用新型实施例的水泵在加注过程中水流的流向示意图；以及
图7是根据本实用新型实施例的水泵在叶轮工作时冲洗液的流向示意图。
为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本实用新型相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。
附图标记列表
1 水泵
11 水泵壳体
11a 泵入口
11b 泵出口
111 座部分
1111 轴承孔
1112 水封孔
1113 冲洗通道
1113a 第一端口
1113b 第二端口
1114 排气通道
1115 凸台
1116 台阶孔
112 主体部分
1120 叶轮腔室
12 泵轴
13 轴承
14 水封
15 叶轮
151 轮盘
1511 平衡孔
152 叶片
153 环形凸缘
A 第一内部腔室
B 第二外部腔室
C 叶片腔室
D 周缘腔室
具体实施方式
参见图1，其示出了根据本实用新型的用于发动机冷却系统的水泵的剖视图。水泵1具有水泵壳体11以及泵轴12，泵轴12可旋转地支承在水泵壳体11中。泵轴12的一端连接有驱动轴，该驱动轴将来自于动力设备(未示出)的动力输入到泵轴12以驱动泵轴12旋转。水泵壳体11包括座部分111和与座部分111密封连接的主体部分112。在座部分111的相应位置限定有轴承孔1111和水封孔1112，轴承13安装在轴承孔中位于泵轴和座部分之间。在轴承13的远离驱动轴的一侧在泵轴12上套设有水封14，水封14安装在水封孔1112中位于泵轴12和座部分111之间。在泵轴12的端部靠近水封的位置套设有叶轮15，叶轮15定位于由水泵壳体11的主体部分112所限定的叶轮腔室1120中。水封14构造成使轴承13所在一侧的区域相对于叶轮15所在一侧的区域密封，进而防止冷却液(例如水)进入到轴承13所在一侧的区域。叶轮15包括轮盘151以及设置在轮盘上的叶片152。为便于说明，下文中将轮盘的设置有叶片的一侧称为“轮盘的正面”，与该正面侧相对的一侧称为“轮盘的背面”。泵轴12的旋转带动叶轮15一起转动，进而借助于离心力作用对自泵入口11a流入的水(即冷却液)进行增压，然后将增压的水自泵出口11b排出，由此将经增压的水泵送到发动机冷却系统中进行循环。
在图1中可以看出，水封14大致位于座部分111的端部区域。在座部分111的靠近水封孔1112的区域设置有一凸台1115，该凸台的端面中设置有与水封孔同轴的台阶孔1116，叶轮15在靠近水封的一侧(即，背面)自轮盘151沿周向延伸有一环形凸缘153，该环形凸缘153伸入到台阶孔1116中。环形凸缘153的外周面与台阶孔的大孔径部分的内周面之间设置有环形间隙，以确保不会干扰叶轮的转动。由此，在轮盘的背面侧与水封之间环绕泵轴大致限定有第一内部腔室A，该第一内部腔室在周向上大致由环形凸缘153和/或台阶孔1116的周向壁包封界定。
由于叶轮的轮盘还包括有相对于环形凸缘沿径向向外延伸的一部分，因此，叶轮腔室1120在径向靠外的区域大致被划分成三个腔室：位于轮盘的背面侧的第二外部腔室B，在图示的实施例中，第二外部腔室B由凸台1115的外周面与水泵壳体的在径向上对应内部轮廓限定并大致呈环形,第二外部腔室B相对于第一内部腔室A径向靠外；位于轮盘正面侧的叶片腔室C，该叶片腔室由轮盘的正面或其上设置的叶片与水泵壳体的在轴向上对应的内部轮廓限定；在叶轮周缘和水泵壳体的在径向上对应的内部轮廓之间限定的周缘腔室D，周缘腔室D的两轴向端部分别与第二外部腔室B和叶片腔室C流体连通。泵出口11b设置在周缘腔室D的顶壁上。
具体结合图1和图2所示，在叶轮15的轮盘151上设置有呈斜孔形式的至少一个平衡孔1511，该平衡孔1511的中心轴线与泵轴的轴线共面并相对于泵轴的轴线成一定的角度倾斜，优选地，该倾斜角度大约为26度。平衡孔1511的中心轴线上的点离泵轴的轴线的径向距离沿着靠近水封的方向逐渐减小。平衡孔1511的靠近水封的端口通入第一内部腔室A。
虽然图中仅示出了2个平衡孔，但是本领域技术人员容易想到，平衡孔的设置数目可根据实际需要而进行改变。借助于平衡孔1511，可以实现叶轮正面和背面之间压力平衡。平衡孔的尺寸不可设计得过大，否则会影响水泵的效率。在所示的实施例中，平衡孔的内径例如为8mm。
结合图1和图3-5所示，水泵壳体11的座部分111中在凸台1115上设置有沿径向延伸的至少一个冲洗通道1113，冲洗通道1113的第一端口1113a穿过水封孔1112的壁通入水封孔，该冲洗通道1113的与第一端口相对的第二端口1113b通入与周缘腔室D连通的腔室。优选地，第二端口1113b通入位于凸台的径向外周面附近的第二外部腔室B。更有利地，冲洗通道1113的第一端口1113a通向水封14的摩擦面所在的区域。由此，使得用作冲洗液的水流能径直通向水封的摩擦面以对其进行冲洗，而不会存在任何大的压损。在优选的实施例中，在水泵壳体的座部分处于其安装位置时，多个冲洗通道中有一个冲洗通道位于座部分111的顶部区域。在座部分的顶部区域设置有排气通道1114，该排气通道1114的一端口设置在位于座部分顶部的冲洗通道1113的壁上，该排气通道1114的另一端口构造成通向位于水封14和叶轮轮盘151的背面之间的第一内部腔室A的顶部区域。在发动机冷却系统加注冷却液的过程中，进入到第一内部腔室A中的气体上升到第一内部腔室的顶部，进而借助于排气通道移动到冲洗通道1113中，并接着自冲洗通道向上移动到第二外部腔室B。
根据本实用新型的水泵，上述的斜孔形式的平衡孔1511和冲洗通道1113的设置都有利于在水封14表面提供改善的流体循环，并防止气泡和颗粒在水封表面聚集，并因此避免了由气泡和颗粒等异物导致的高热负荷以及密封损失。借助于上述的排气通道，防止在水泵最初被填充时空气被截留在第一内部腔室，避免了由空气所形成的气泡对水封附近的流场分布的负面影响。
在本文中，技术术语“上”或“向上”、“顶部”指的是水泵在安装好的状态下或其工作状态下相关部分之间的相对位置关系。
在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。
工业适用性
为了更好地理解本实用新型，下面以用于发动机冷却系统的水泵为例，对其工作流程进行介绍：
参见图6所示，在水泵1最初被加注时，水流自泵入口11a流入，经平衡孔1511、位于环形凸缘和凸台的台阶孔之间的环形间隙以及位于座部分下半部分的冲洗通道1113流入到第一内部腔室A中。由于平衡孔呈斜孔样式，促进水流在水封表面流动。随着加注过程的进行，第一内部腔室A中会慢慢积聚气体，接着，在第一内部腔室A中遗留的气泡会在该腔室的顶部聚集，当加注液面达到一定的高度时，气泡经排气通道1114流入到位于座部分顶部的冲洗通道1113，之后，气泡自泵出口11b排出，因而避免了气泡被截留在第一内部腔室A内影响水封的密封性能。
参见图7所示，在水泵1工作时，流经叶片腔室C的水流在离心式水泵叶轮的作用下被甩向周缘腔室D，到达周缘腔室D的水流处于高压状态，而此时，在水泵叶轮轮盘背面与水泵水封之间的第一内部腔室A处于低压状态，由于压力差的作用，一部分来自周缘腔室D的增压水流经位于环形凸缘和凸台的台阶孔之间的间隙直接流入到第一内部腔室A，还有一部分来自周缘腔室D的增压水流流到第二外部腔室B、通过冲洗通道1113流向水封14，由此加剧水封附近的流场紊流度，对水泵水封进行冷却和润滑并进而降低由水封干摩擦造成的损坏。接着，冲洗完水封的水流进入第一内部腔室A，随着第一内部腔室A中压力的增加，部分水流经平衡孔1511自第一内部腔室A流至叶轮轮盘正面侧处于轮盘中心区域的腔室，由此平衡叶轮两侧的压力。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对本领域的技术人员而言，可以在不偏离本实用新型的范围的情况下对本实用新型的装置做出多种改良和变型。本领域的技术人员通过考虑本说明书中公开的内容也可得到其它实施例。本说明书和示例仅应被视为示例性的，本实用新型的真实范围由所附权利要求以及等同方案限定。

Claims (8)

1.一种用于发动机冷却系统的水泵，包括：限定有水封孔的水泵壳体；可旋转地支承在水泵壳体中的泵轴；套设在泵轴上定位在水封孔中的水封；靠近水封套设在泵轴上的叶轮，所述叶轮包括轮盘、在轮盘的远离水封的一侧设置的叶片以及贯穿轮盘两端侧的至少一个平衡孔，其中所述平衡孔的中心轴线与泵轴的轴线共面并相对于泵轴的轴线成一定角度地倾斜，所述平衡孔的中心轴线上的点离泵轴轴线的径向距离随着靠近水封而逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的水泵，其特征在于，所述平衡孔的中心轴线相对于泵轴的轴线以约26度的角度倾斜。
3.根据权利要求1所述的水泵，其特征在于，在水封与轮盘的背对叶片的侧面之间环绕泵轴设置有环形的第一内部腔室，平衡孔的靠近水封的端口通入该第一内部腔室。
4.根据权利要求3所述的水泵，其特征在于，在水泵壳体的限定有水封孔的座部分中设置有沿径向延伸的至少一个冲洗通道，该冲洗通道的第一端口穿过水封孔的壁通入水封孔，该冲洗通道的第二端口通入第二外部腔室，该第二外部腔室与在叶轮周缘与水泵壳体之间限定的周缘腔室流体连通。
5.根据权利要求4所述的水泵，其特征在于，第二外部腔室位于轮盘的背对叶片的一侧且相对于第一内部腔室径向靠外。
6.根据权利要求4所述的水泵，其特征在于，所述冲洗通道的第一端口通向水封的摩擦面所在的区域。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的水泵，其特征在于，在座部分的顶部区域设置有排气通道，该排气通道的一端口设置在位于座部分顶部的冲洗通道的壁上，该排气通道的另一端口构造成通向位于水封和叶轮轮盘之间的第一内部腔室的顶部区域。
8.根据权利要求7所述的水泵，其特征在于，所述排气通道大致与泵轴的轴线平行地延伸，或者随着远离第一内部腔室而向上倾斜。
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