RU83552U1

RU83552U1 - LIQUID COOLING PUMP OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: RU83552U1
Application number: RU2008145399/22U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Иванович Еремин; Анатолий Александрович Носов; Валентин Алексеевич Бурьянов; Роман Викторович Буянкин; Виктор Викторович Янчарук; Алексей Валерьевич Ламанов
Original assignee: Советско-Австрийское совместное предприятие "ЕР"
Priority date: 2008-11-17
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2009-06-10

Abstract

1. Крыльчатка 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, отличающаяся тем, что фланец выполнен из стеклонаполненного 40%-ного полуфениленсульфида, изготовленного методом давления на термопласт-автомате, при этом тыльная сторона крыльчатки расположена в одной плоскости. ! 2. Крыльчатка насоса по п.1, отличающаяся тем, что 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. ! 3. Крыльчатка по п.1, отличающаяся тем, что торец ступицы выступает относительно тыльной стороны фланца в сторону, противоположную рабочей полости.1. The impeller of the pump for cooling the internal combustion engine, comprising a mounting hub, on which a flange is mounted, on the working surface of which are blades directed towards the working cavity and discharge windows, characterized in that the flange is made of glass-filled 40% semi-phenylene sulfide, manufactured by pressure on a thermoplastic machine, while the back of the impeller is located in the same plane. ! 2. The impeller of the pump according to claim 1, characterized in that at least eight rectilinear blades and at least four discharge windows located between pairs of adjacent blades at equal angular distances to each other are made on the working surface of the flange in the radial direction, and the total area windows is at least 6% of the flat surface area of the back of the impeller. ! 3. The impeller according to claim 1, characterized in that the end face of the hub protrudes relative to the back side of the flange in the direction opposite to the working cavity.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению, и предназначена для применения в составе систем жидкостного охлаждения двигателей внутреннего сгорания (ДВС).The utility model relates to the field of mechanical engineering, namely to engine building, and is intended for use in liquid cooling systems of internal combustion engines (ICE).

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.Known design of the engine water pump, see JP, application No. 1-24111, class. F 01 P 5/10, 1989, containing a base element attached to the cover of the engine crankcase, mounted with the possibility of rotation by means of a bearing and oil seal, a pump shaft, an impeller (impeller) and a drive gear mounted on the pump shaft, sealing elements.

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.The disadvantages of the known design include the fact that, firstly, the pressure arising during the operation of the pump in the cavity formed by the back of the impeller (impeller) and the pump plate creates an axial load on the bearing, which leads to a decrease in the service life of the latter, and secondly , during the operation of this design of the pump at a coolant temperature close to the boiling point, in the zone of maximum vacuum on the suction line along the input edge of the impeller vanes, the phenomenon of cavitation occurs that It leads to a sharp drop in the pump performance and, accordingly, to deterioration of heat dissipation of the internal combustion engine to the radiator and the internal combustion engine to overheat.

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.These shortcomings are partially eliminated in the liquid cooling system, see V.A. Vershigora et al. Vehicle VA3-2108. - M .: DOSAAF, 1986, p. 59-60, including, in particular, a water pump located on the cylinder block, comprising a housing, a bearing shaft with an impeller mounted on it, having two discharge channels, a gear pulley, a bearing assembly, and elements sealing.

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 The discharge channels connecting the cavities on both sides of the impeller partially reduce the pressure in the cavity between the rear side of the wheel and the pump housing, thereby reducing the axial load on the bearing, however, not significantly. Also, during the operation of a pump of this design, the phenomenon of cavitation occurs and the internal combustion engine overheats.

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.the edges of the blades. This is achieved by increasing the total pressure in the cooling system. However, this method leads to a deterioration in the tightness of the system (pressure on the walls of the nozzles, expansion tank, seals increases, i.e., the likelihood of coolant leakage increases) and, as a consequence, to an increased risk of engine overheating.

Известна конструкция водяного насоса жидкостной системы охлаждения ДВС, описанная в RU №2102610, МПК6 F 01 Р 5/10, опубл. 20.01.98, БИ №2.A known design of a water pump for a liquid engine cooling system described in RU No. 2102610, MPK6 F 01 P 5/10, publ. 01/20/98, BI No. 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.The water pump of the liquid cooling system in question comprises a housing, a pump shaft with an impeller mounted on it having discharge channels, a gear pulley, a bearing assembly, and a sealing assembly. The outlet openings of the discharge channels from the side of the impeller blades are connected to the input edges of the blades and their number at least corresponds to the number of blades, in addition, the rear side of the impeller is equipped with additional blades.

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.In the considered design of the cooling system, an increase in the durability of the water pump is achieved by reducing the axial load on the bearing by increasing the efficiency of fluid removal from the high-pressure cavity, limited by the pump casing and the back of the impeller, by placing additional vanes on the back of the impeller and increasing the number of discharge channels of the impeller . The risk of overheating of the internal combustion engine is reduced by increasing the cavitation supply of the pump, which allows its performance to be maintained at high temperatures of the coolant by increasing the static pressure in the liquid in the area of the input edges of the blades, by means of the fact that the outlet openings of the discharge channels of the impeller are connected to the input edges of the blades .

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.However, the significant pressure difference that occurs during operation of the pump on both sides of the impeller entails a significant axial load on the bearing assembly, which reduces the durability of the pump as a whole.

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, As a prototype, the impeller of the engine ICE liquid cooling pump is considered, protected by Russian patent No. 2250395, IPC7 F04D 29/16, published on 04/20/2005, BI No. 11. The impeller of the known pump contains discharge channels, the outlet openings from the side of the impeller blades are connected to the input edges of the impellers and their number, at least, corresponds to the number of working blades, a gear pulley,

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.bearing unit, and a sealing unit, while the rear side of the impeller is equipped with additional blades. A distinctive feature of the design of the impeller is that the ends of the additional blades are bent in the direction of rotation of the impeller.

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.This orientation of the ends of the additional impeller blades allows you to enhance the sealing effect, to more equalize the pressure on both sides of the impeller, and thereby reduce the axial force on the bearing assembly.

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.The practice of operating the impeller considered as part of the ICE liquid cooling pumps manufactured by AVTOVAZ OJSC has shown that its design can be further improved, both in terms of reducing cavitation phenomena and in terms of resistance of the impeller structure to a chemically aggressive coolant - antifreeze.

Технический результат полезной модели заключается в повышении работоспособности конструкции.The technical result of the utility model is to increase the efficiency of the design.

Решение технической задачи достигается за счет геометрической оптимизации элементов крыльчатки, а также подбора массива структуры материала, из которого осуществляется изготовление крыльчатки.The solution to the technical problem is achieved through geometric optimization of the impeller elements, as well as the selection of an array of the material structure from which the impeller is manufactured.

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.The essence of the utility model lies in the fact that in the known impeller of the pump for cooling the internal combustion engine, comprising a mounting hub on which a flange is mounted, on the working surface of which are blades directed towards the working cavity and discharge windows, the flange is made of glass-filled 40% -th semiphenylene sulfide made by pressure on a thermoplastic machine, while the back of the impeller is located in the same plane. In addition, at least eight rectilinear blades and at least four discharge windows located between pairs of adjacent blades at equal angular distances to each other are made on the working surface of the flange in the radial direction, while the total window area is at least 6% of the flat area surface of the back of the impeller.

В одном из частных конструктивных вариантов торец ступицы может выступать относительно тыльной стороны фланца в сторону противоположную рабочей полости.In one of the private constructive options, the end face of the hub can protrude relative to the back side of the flange in the direction opposite to the working cavity.

Такие конструктивные изменения, в сравнении с прототипом полезной Such design changes, in comparison with the prototype useful

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.models achieved by intuitive logical analysis of the problem, indicated by the analysis of the prior art presented above, analytical work to form the best constructive solution empirically and subsequent experiments with experimental models of the inventive device thus obtained.

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».Comparison of scientific, technical and patent documentation on the priority date in the main and related sections of the MKI shows that the set of essential features of the claimed solution was not previously known, therefore, it meets the patentability condition of “novelty”.

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.The proposed technical solution is industrially applicable, because can be manufactured industrially, efficiently, feasibly and reproducibly, therefore, meets the patentability condition “industrial applicability”. At the same time, a useful model can be implemented in industrial production using simple technological equipment and modern materials.

Другие особенности и преимущества заявляемой полезной модели станут понятны из чертежей и следующего детального описания, где:Other features and advantages of the claimed utility model will become apparent from the drawings and the following detailed description, where:

на фиг.1 показано поперечное сечение крыльчатки,figure 1 shows a cross section of the impeller,

на фиг.2 показан вид на рабочие лопасти крыльчатки,figure 2 shows a view of the working blades of the impeller,

на фиг.3 показано поперечное сечение возможного конструктивного исполнения крыльчатки у которой торец ступицы выступает относительно тыльной стороны фланца в сторону противоположную рабочей полости.figure 3 shows a cross section of a possible design of the impeller in which the end face of the hub protrudes relative to the back side of the flange in the direction opposite to the working cavity.

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.The impeller of the pump for cooling the internal combustion engine contains a mounting hub 1 on which a flange 2 is mounted, on the working surface of which are blades 3 directed towards the working cavity and discharge windows 4. Flange 2 is made of glass-filled 40% semi-phenylene sulfide made by the method pressure on the thermoplastic machine, while the back of the impeller is located in the same plane.

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.In addition, at least eight rectilinear blades and at least four discharge windows located between pairs of adjacent blades at equal angular distances to each other are made on the working surface of the flange in the radial direction, while the total window area is at least 6% of the flat area surface of the back of the impeller.

В одном из частных конструктивных вариантов, см. фиг.3, торец ступицы может выступать относительно тыльной стороны фланца в сторону противоположную рабочей полости.In one of the private structural options, see figure 3, the end face of the hub can protrude relative to the back side of the flange in the direction opposite to the working cavity.

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:The inventive impeller is made of high-tech, ultra-lightweight material (PPS) and, as experiments with prototypes have shown, in comparison with the design of the VAZ 2109 water pump impeller used in AvtoBAZ OJSC, it provided an increase in flow-pressure and cavitation characteristics of the water pump. In particular, achieved:

- увеличение производительности в среднем на 12%,- increase in productivity by an average of 12%,

- повышение напора в среднем на 5%,- increase in pressure by an average of 5%,

- повышение стойкости к кавитации в среднем на 24%.- increased resistance to cavitation by an average of 24%.

В опытных образцах заявляемой крыльчатки суммарная площадь разгрузочных окон 4 составляла 6,67% от площади плоской поверхности тыльной стороны фланца 2.In the experimental samples of the inventive impeller, the total area of the discharge windows 4 was 6.67% of the flat surface area of the back side of the flange 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.Specific illustrations of the efficiency of use and technical implementation options of the claimed technical solution described above are by their nature only particular examples and do not limit the claims of the claimed utility model, the volume of which is determined by the utility model formula. For technical specialists working in this field of technology will become apparent other possible specific embodiments of the inventive device, which will be within the scope of the claims of this utility model.

Claims

1. The impeller of the pump for cooling the internal combustion engine, comprising a mounting hub, on which a flange is mounted, on the working surface of which are blades directed towards the working cavity and discharge windows, characterized in that the flange is made of glass-filled 40% semi-phenylene sulfide, manufactured by pressure on a thermoplastic machine, while the back of the impeller is located in the same plane.

2. The impeller of the pump according to claim 1, characterized in that at least eight rectilinear blades and at least four discharge windows located between pairs of adjacent blades at equal angular distances to each other are made on the working surface of the flange in the radial direction, and the total area windows is at least 6% of the flat surface area of the back of the impeller.

3. The impeller according to claim 1, characterized in that the end face of the hub protrudes relative to the back side of the flange in the direction opposite to the working cavity.