RU83571U1

RU83571U1 - WATER PUMP SEALING UNIT FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: RU83571U1
Application number: RU2008145396/22U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Иванович Еремин; Анатолий Александрович Носов; Валентин Алексеевич Бурьянов; Роман Викторович Буянкин; Виктор Викторович Янчарук; Олег Юрьевич Суслиников; Андрей Александрович Шилимов
Original assignee: Советско-Австрийское совместное предприятие "ЕР"
Priority date: 2008-11-17
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2009-06-10

Abstract

Узел герметизации водяного насоса двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, в котором коаксиально и последовательно установлены подпружиненный упругий элемент, неподвижный кольцевой фрикционный элемент и подвижный фрикционный кольцевой элемент, отличающийся тем, что узел дополнительно содержит коаксиально расположенные в корпусе уплотнительный элемент и охватывающую цилиндрическое основание корпуса втулку, при этом опорные торцы упругого элемента в поперечном сечении имеют форму уголка, а упорные части опорных торцов соответственно находятся в контакте с корпусом и неподвижным кольцевым фрикционным элементом, который в свою очередь контактирует с подвижным фрикционным кольцевым элементом, смонтированным через уплотнительный элемент в охватывающей цилиндрическое основание корпуса втулке, на внешней стенке которой, расположенной вдоль оси корпуса уплотнения, сформирована рабочая герметизирующая поверхность.A sealing unit for a water pump of an internal combustion engine, comprising a housing in which a spring loaded elastic element, a fixed annular friction element and a movable friction ring element are coaxially and sequentially installed, characterized in that the assembly further comprises a sealing element coaxially located in the housing and a sleeve covering the cylindrical base of the housing while the supporting ends of the elastic element in the cross section have the shape of an angle, and the thrust parts of the supporting ends with tvetstvenno are in contact with the housing and the stationary annular friction element, which in turn contacts the movable friction ring member mounted through the sealing element into the female cylindrical base sleeve housing, on the outer wall of which, situated along the axis of the seal housing, the operating sealing surface is formed.

Description

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и может быть использована в двигателях с жидкостным охлаждением.The utility model relates to the field of transport engineering and can be used in liquid-cooled engines.

Известна конструкция узла герметизации насоса системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, которая подробно описана в патенте России на изобретение №2102610, публ. 20.01.98 г., состоящая из установленного в корпус водяного насоса кольца скольжения и плотно контактирующего с торцом ступицы крыльчатки. Аналогичные конструкции защищены свидетельствами на полезную модель России: №9262 МПК 6 F01Р 5/10, 1999 г.. №26603 МПК 7 F02М 59/00, 2002 г.. Во всех рассмотренных выше насосах системы охлаждения ДВС ответная часть узла герметизации выполнена из чугуна, что не позволяло получить низкую шероховатость контактируемой поверхности, и тем самым, увеличивает износ кольца скольжения.The known design of the sealing assembly of the pump of the cooling system of an internal combustion engine, which is described in detail in the patent of Russia for the invention No. 2102610, publ. 01/20/98, consisting of a slip ring installed in the body of the water pump and tightly in contact with the end face of the impeller hub. Similar constructions are protected by certificates for a utility model of Russia: No. 9262 MPK 6 F01P 5/10, 1999 .. No. 26603 MPK 7 F02M 59/00, 2002. In all of the internal combustion engine pumps discussed above, the sealing part of the sealing unit is made of cast iron , which did not allow to obtain a low roughness of the contacted surface, and thereby increases the wear of the slip ring.

Из патента России №2162170 на изобретение известна относящаяся к области двигателестроения и использующаяся в качестве сальника водяного насоса ДВС втулка комбинированная, состоящая из из упругого корпуса, содержащего кольцевое углубление для установки в нем графитизированного кольца и оппозитно расположенную внутреннюю полость, ограниченную кольцевым слоем резиновой смеси, снабженного кольцевыми рифлениями, служащими для герметичного соединения с корпусом водяного насоса. Согласно изобретению втулка комбинированная содержит подложку, имеющую облойный слой и внутренние криволинейные выступы, и переходную перемычку, а также снабжена двумя независимо расположенными элементами армирования, один из которых является элементом осевой и радиальной поверхностей подложки, при этом переходная перемычка имеет равномерное увеличение размера от подложки к другому элементу армирования, во внутренней полости размещена пружина сжатия, имеющая усеченный профиль и неравномерный шаг спирали. В результате расширяются технологические и эксплуатационные возможности устройства.From the Russian patent No. 2162170 for the invention, a combined sleeve consisting of an elastic body containing an annular recess for mounting a graphitized ring and an opposed inner cavity bounded by an annular layer of rubber compound used in the field of engine building and used as an oil seal for the engine water pump equipped with annular corrugations serving for tight connection with the body of the water pump. According to the invention, the combined sleeve contains a substrate having an envelope layer and internal curved protrusions, and a transition jumper, and is also equipped with two independently arranged reinforcement elements, one of which is an element of the axial and radial surfaces of the substrate, while the transition jumper has a uniform increase in size from the substrate to another reinforcing element, in the inner cavity is placed a compression spring having a truncated profile and an uneven pitch of the spiral. As a result, the technological and operational capabilities of the device are expanding.

Из патента России №2215219 на изобретение известна конструкция сальника патронного типа для водяного насоса ДВС. В данном случае сальник From the patent of Russia No. 2215219 for the invention, a cartridge-type gland design for an internal combustion engine water pump is known. In this case, the oil seal

патронного типа для водяного насоса состоит из упругого резинового элемента, наружного металлического армирующего кольца, внутреннего металлического армирующего кольца, конической пружины, уплотнительной прокладки неподвижного графитового кольца. Отличительной особенностью рассматриваемой конструкции является то, что сальник снабжен металлическим патроном с возможностью установки узловым способом, содержащим кольцо-фиксатор, вращающееся упорное кольцо, выполненное с канавкой, установленное через уплотнительную прокладку, а между внешним торцом металлического патрона сальника, содержащим импеллер, и торцом крыльчатки выполнен зазор. Упругая установка колец пары трения осуществляется с определенным натягом и предотвращает проворачивание колец при работе.The cartridge type for a water pump consists of an elastic rubber element, an external metal reinforcing ring, an internal metal reinforcing ring, a conical spring, and a gasket for a stationary graphite ring. A distinctive feature of the design under consideration is that the gland is equipped with a metal cartridge with the possibility of installation in a nodal way, containing a retainer ring, a rotating thrust ring made with a groove installed through the gasket, and between the outer end of the metal gland cartridge containing the impeller and the impeller end clearance is completed. The elastic installation of the rings of the friction pair is carried out with a certain tightness and prevents the rotation of the rings during operation.

Из патента России №55912 на полезную модель известен узел герметизации водяного насоса ДВС, который состоит из установленных на вал насоса корпуса в виде стакана и графитового кольца скольжения, которое подпружинено в осевом направлении и имеющее уплотнительный элемент из эластичного материала. Дополнительно узел имеет керамическую втулку, плотно контактирующую с графитовым кольцом скольжения, образуя торцевое уплотнение, а также с валом через уплотнительный элемент, плотно прилегающий к валу насоса и охватывающий торцевую поверхность керамической втулки. Такой конструктивный прием позволил улучшить условия работы узла и, тем самым повысить его ресурс и надежность в работе.From the Russian patent No. 55912 for a utility model, an ICE water pump sealing unit is known, which consists of a housing mounted on the pump shaft in the form of a cup and a graphite slip ring, which is axially spring-loaded and has a sealing element of elastic material. Additionally, the assembly has a ceramic sleeve that is in close contact with the graphite slip ring, forming an end seal, as well as with the shaft through a sealing element that fits snugly against the pump shaft and covers the end surface of the ceramic sleeve. Such a constructive technique made it possible to improve the working conditions of the unit and, thereby, increase its resource and reliability in operation.

К наиболее близким по своей технической сути и достигаемому положительному эффекту можно отнести конструкции узлов герметизации, опубликованные в патентах:The closest in their technical essence and the achieved positive effect include the design of sealing units published in patents:

- ЕР 0261082, патентообладатель "MECCANOTECNICA UMBRA", Италия, опубликован 23.03.88. Этот узел герметизации длительное время использовался в составе водяных насосов автомобилей ВА3-2101 "Жигули";- EP 0261082, patent holder "MECCANOTECNICA UMBRA", Italy, published 03/23/88. This sealing unit has been used for a long time as part of the water pumps of VA3-2101 Zhiguli automobiles;

- США №5797602, опубликован 25.08.98;- USA No. 5797602, published 08/25/98;

- США №6568687, опубликован 27.05.03.- USA No. 6568687, published May 27, 2003.

В зарубежных аналогах представлены дорогостоящие и сложные по конструкции изделия.In foreign analogues expensive and complex products are presented.

В качестве прототипа заявляемой полезной модели выбран узел герметизации насоса жидкостной замкнутой системы охлаждения ДВС, см. Игнатов А.П. и др. «Руководство по ремонту автомобилей ВАЗ 2108, 2109, АВТОВАЗ, Тольятти, 1990 г., с.39, рис 2.71, (см. приложение к графической части As a prototype of the claimed utility model, the sealing unit of the pump of a liquid closed ICE cooling system was selected, see Ignatov A.P. and others. "Guide to car repair VAZ 2108, 2109, AvtoVAZ, Tolyatti, 1990, p. 39, Fig. 2.71, (see the appendix to the graphic part

заявки) содержащий, в частности, корпус, в котором установлены пружина, графитовое кольцо скольжения, подпружиненнное в осевом направлении и уплотнительный элемент из эластичного материала. При этом в рабочем положении графитовое кольцо плотно контактирует с торцом ступицы крыльчатки. Таким образом, торец ступицы крыльчатки является составной частью узла герметизации, который в рабочем состоянии имеет высокую температуру и повышенное давление на кольцо скольжения.applications) comprising, in particular, a housing in which a spring is mounted, a graphite sliding ring axially spring loaded and a sealing element of elastic material. Moreover, in the working position, the graphite ring is in close contact with the end face of the impeller hub. Thus, the end face of the impeller hub is an integral part of the sealing unit, which in working condition has a high temperature and increased pressure on the slip ring.

В процессе эксплуатации насосов с названным узлом герметизации были выявлены следующие его конструктивные и эксплуатационные недостатки. При разряжении в полости нагнетания насоса, величина которого достигает критического значения, что имеет место, например, при вакуумной заправке системы охлаждения антифризом, в контакте возникает горизонтальная нагрузка, превышающая осевую, в результате чего происходит разгерметизация уплотнения. Также следует отметить и ограниченные возможности подбора оптимальных антифрикционных материалов деталей пары трения - графитового кольца скольжения (неподвижного элемента) и торца крыльчатки (подвижного элемента), т.к. в силу функциональных признаков материал крыльчатки должен в данном случае отвечать требованиям по надежности. Следует также отметить и то, что надежность деталей названной пары трения в конструкции прототипа не отвечает современным требованиям, предъявляемым к насосам. В частности, ресурс насоса с уплотнением по прототипу составляет 160000 км пробега автомобиля, а в соответствии с современными требованиями ресурс должен составлять 240000 км. Как показали испытания, реальный ресурс работы насоса с уплотнением по прототипу составляет 80...120 тыс.км пробега автомобиля. И повысить ресурс известной конструкции практически невозможно, по причинам уже сказанным выше.In the process of operating pumps with the named sealing unit, the following design and operational disadvantages were identified. During discharge in the pumping cavity, the value of which reaches a critical value, which occurs, for example, during vacuum filling of the cooling system with antifreeze, a horizontal load exceeds the axial load in the contact, as a result of which the seal is depressurized. It should also be noted the limited possibilities for selecting the optimal antifriction materials for parts of a friction pair — a graphite slip ring (fixed element) and an impeller end (movable element), because due to functional features, the impeller material in this case must meet the reliability requirements. It should also be noted that the reliability of the details of the named friction pair in the design of the prototype does not meet modern requirements for pumps. In particular, the resource of a pump with a seal according to the prototype is 160,000 km of the vehicle, and in accordance with modern requirements, the resource should be 240,000 km. As tests have shown, the real life of a pump with a seal according to the prototype is 80 ... 120 thousand km of vehicle mileage. And to increase the resource of a known design is almost impossible, for the reasons already stated above.

Решение технической задачи предполагает, путем внесения в конструкцию узла герметизации известного насоса конструктивных изменений, улучшить условия работы узла и, тем самым повысить его ресурс и надежность в работе.The solution to the technical problem involves, by introducing into the design of the sealing unit of the known pump structural changes, to improve the working conditions of the unit and, thereby, increase its service life and reliability.

Техническим результатом полезной модели является увеличение срока службы узла герметизации.The technical result of the utility model is to increase the service life of the sealing unit.

Сущность полезной модели заключается в том, что в известном узле герметизации водяного насоса двигателя внутреннего сгорания, содержащем корпус, в котором коаксиально и последовательно установлены подпружиненный упругий элемент, неподвижный кольцевой фрикционный элемент и подвижный The essence of the utility model lies in the fact that in the known site of sealing the water pump of an internal combustion engine, comprising a housing in which a spring-loaded elastic element, a fixed annular friction element and a movable one are coaxially and sequentially mounted

фрикционный кольцевой элемент, узел дополнительно содержит коаксиально расположенные в корпусе уплотнительный элемент и охватывающую цилиндрическое основание корпуса втулку, при этом опорные торцы упругого элемента в поперечном сечении имеют форму уголка, а упорные части опорных торцов соответственно находятся в контакте с корпусом и неподвижным кольцевым фрикционным элементом, который в свою очередь контактирует с подвижным фрикционным кольцевым элементом, смонтированном через уплотнительный элемент в охватывающей цилиндрическое основание корпуса втулке, на внешней стенке которой, расположенной вдоль оси корпуса уплотнения, сформирована рабочая герметизирующая поверхность.the friction ring element, the node further comprises a sealing element coaxially located in the housing and a sleeve covering the cylindrical base of the housing, while the supporting ends of the elastic element in cross section are in the shape of an angle, and the thrust parts of the supporting ends are respectively in contact with the housing and the stationary ring friction element, which in turn is in contact with a movable friction ring element mounted through a sealing element in a female cylindrical e base of the housing sleeve, on the outer wall of which, situated along the axis of the seal housing, the operating sealing surface is formed.

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 осевое сечение одного из возможных конструктивных вариантов предлагаемого узла герметизации водяного насоса,Figure 1 shows an axial section of one of the possible structural options of the proposed site sealing the water pump,

На фиг.2 показано осевое сечение еще одного из возможных конструктивных вариантов предлагаемого узла герметизации водяного насоса,Figure 2 shows the axial section of another possible design options of the proposed site sealing the water pump,

На фиг.3 показана компоновка заявляемого узла герметизации в составе водяного насоса ДВС.Figure 3 shows the layout of the inventive sealing unit as part of the engine water pump.

Узел герметизации водяного насоса двигателя внутреннего сгорания, содержит корпус 1, в котором коаксиально и последовательно установлены подпружиненный упругий элемент 2, неподвижный кольцевой фрикционный элемент 3 и подвижный фрикционный кольцевой элемент 4. Узел дополнительно содержит коаксиально расположенные в корпусе 1 уплотнительный элемент 5 и охватывающую цилиндрическое основание 6 корпуса втулку 7. Опорные торцы 8 и 9 упругого элемента 2 в поперечном сечении имеют форму уголка, а The sealing assembly of the water pump of the internal combustion engine comprises a housing 1, in which a spring-loaded elastic element 2, a fixed annular friction element 3 and a movable friction ring element 4 are coaxially and sequentially installed. The assembly further comprises a sealing element 5 coaxially located in the housing 1 and enclosing a cylindrical base 6 of the housing sleeve 7. The supporting ends 8 and 9 of the elastic element 2 in the cross section have the shape of a corner, and

соответствующие упорные части 10 и 11 опорных торцов находятся в контакте с корпусом 1 и неподвижным кольцевым фрикционным элементом 3, который в свою очередь контактирует с подвижным фрикционным кольцевым элементом 4, смонтированном через уплотнительный элемент 5 в охватывающей цилиндрическое основание 6 корпуса втулке 7, на внешней стенке 12 которой, расположенной вдоль оси корпуса уплотнения, сформирована рабочая герметизирующая поверхность.the corresponding thrust parts 10 and 11 of the supporting ends are in contact with the housing 1 and the stationary annular friction element 3, which in turn is in contact with the movable friction ring element 4 mounted through the sealing element 5 in the sleeve 7 surrounding the cylindrical base 6 of the housing, on the outer wall 12 of which, located along the axis of the seal housing, a working sealing surface is formed.

На фиг.3, для пояснения динамики узла герметизации, показаны:Figure 3, to explain the dynamics of the sealing unit, are shown:

поз.13 - крыльчатка,pos.13 - impeller,

поз.14 - корпус насоса,pos.14 - pump housing,

поз.15 - приводной вал,pos.15 - drive shaft,

поз.16 - подшипниковый узел,pos.16 - bearing assembly

поз.17 - канал связи полости насоса с окружающей средой (атмосферой).pos.17 - communication channel of the pump cavity with the environment (atmosphere).

Работает узел герметизации в составе водяного насоса обычным образом.The sealing assembly in the water pump operates in the usual way.

Вакуумная изоляция полости нагнетания охлаждающей жидкости -А- от полости окружающей среды -Б- осуществляется за счет плотного контакта торца 11 упругого элемента 2 и корпуса 1, торца 10 упругого элемента 2 и неподвижного кольцевого фрикционного элемента 3, противоположного торца элемента 3 с торцем подвижного фрикционного кольцевого элемента 4, последнего с уплотнительным элементом 5, втулкой 7 и поверхности 12 с валом (на чертеже не показан) водяного насоса.Vacuum isolation of the coolant injection cavity -A- from the environmental cavity -B- is carried out by tight contact of the end face 11 of the elastic element 2 and the housing 1, the end face 10 of the elastic element 2 and the stationary annular friction element 3, the opposite end of the element 3 with the end face of the movable friction an annular element 4, the latter with a sealing element 5, a sleeve 7 and a surface 12 with a shaft (not shown) of the water pump.

В данной полезной модели проблема разгерметизации опорных торцев 8 и 9 упругого элемента решена путем изменения их формы на Г-образную (уголок в поперечном сечении), в отличии от плоской, что имеет место в прототипе, и размещения коаксиально расположенных кольцевых элементов 3 и 4 в рабочей полости нагнетения насоса. Как показали испытания образцов полезной модели, в узле герметизации при разряжении в рабочей полости нагнетания равном 0,097 Мпа, что соответствует современным требованиям, предъявляемым к аналогичным насосам, разгерметизация торцового уплотнения упругого элемента 2 не отмечается.In this utility model, the problem of depressurization of the supporting ends 8 and 9 of the elastic element is solved by changing their shape to L-shaped (corner in cross section), in contrast to the flat one that takes place in the prototype, and placing coaxially located annular elements 3 and 4 in pump discharge working cavity. As shown by tests of samples of the utility model, in the sealing unit during discharge in the working injection cavity equal to 0.097 MPa, which corresponds to modern requirements for similar pumps, the mechanical seal of the elastic element 2 is not depressurized.

В рассмотренной полезной модели подвижный фрикционный кольцевой элемент 4 располагается автономно от крыльчатки насоса, что позволяет оптимизировать материалы деталей пары трения по антифрикционным показателям.In the considered utility model, the movable friction annular element 4 is located independently from the pump impeller, which allows optimizing the materials of the friction pair parts according to antifriction indicators.

Конкретная иллюстрация эффективности использования заявленного технического решения, описанного выше, является по своему характеру лишь частным примером и не ограничивает 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.A specific illustration of the efficiency of using the claimed technical solution described above is by its nature only a particular example and does 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

A sealing unit for a water pump of an internal combustion engine, comprising a housing in which a spring loaded elastic element, a fixed annular friction element and a movable friction ring element are coaxially and sequentially installed, characterized in that the assembly further comprises a sealing element coaxially located in the housing and a sleeve covering the cylindrical base of the housing while the supporting ends of the elastic element in the cross section have the shape of an angle, and the thrust parts of the supporting ends with tvetstvenno are in contact with the housing and the stationary annular friction element, which in turn contacts the movable friction ring member mounted through the sealing element into the female cylindrical base sleeve housing, on the outer wall of which, situated along the axis of the seal housing, the operating sealing surface is formed.