提高汽車水泵效率的主要措施探討

章娜 袁保杰 金鋒

摘要：本文首先詳細介紹了汽車水泵設計原理，并且以此作為基礎，結合汽車水泵設計現狀，進一步總結出葉輪結構優化、總體系統結構優化、葉輪基礎參數優化減少平衡孔數量等方面的優化策略。

Abstract： This paper firstly introduces the design principle of automobile water pump in detail， and on this basis， combined with the current situation of automobile water pump design， further summarizes the optimization strategy of impeller structure optimization， overall system structure optimization， impeller foundation parameter optimization to reduce the number of balance holes and other aspects.

關鍵詞：汽車水泵;水泵殼體;工作溫度;連軸模式

Key words： automobile water pump;water pump housing;operating temperature;even the axis pattern

中圖分類號：U471.21? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）15-0170-02

0? 引言

隨著我國汽車生產行業的不斷發展，汽車自身載重量的提升，以及發動機性能的強化，致使汽車環保能力的全面提高，但是汽車結構設計過程中，發動機需要進行冷卻的區域隨之增加，一定程度上對水泵技術提出了全新的要求。然而現階段我國大部分汽車水泵生產行業中，無論是技術研發還是應用，仍然使用傳統方案設計模式，并且更加關注其水泵的使用壽命、穩定性以及經濟支出成本，而對于設備應用效率的核心應用卻有所忽略，造成汽車水泵在使用效率方面上缺少應用的技術支持。

1? 汽車水泵設計原理

在汽車內部結構設計過程中，由于汽車水泵設備具有結構相對比較簡單、設備應用尺寸小、總體水資源排量較大、設備重量輕并且工作和運轉模式可靠等相關優勢和特點，所以被廣泛的應用在汽車系統設計環節中，同時由于汽車生產行業的全面發展，水泵種類則需要選擇離心模式水泵，此種水泵模式主要由水泵殼體、軸承結構、水封結構、葉輪結構、法蘭結構、皮帶輪結構以及其他連接結構等共同組成。其水泵設備的工作原理則是水泵皮帶輪在發動機曲軸皮帶輪帶動下旋轉，帶動葉輪旋轉，迫使葉輪進口處的水進入葉輪，進入葉輪中的水被葉輪帶動一起旋轉，并在離心力的作用下向葉輪的邊緣運動，到葉輪出口被壓水室收集，強制進入冷卻水腔;同時，在葉輪中心部位形成低壓，冷卻水便經葉輪進口不斷的補給進來，形成連續供水，如此往復循環，加上風扇的風冷降溫，完成對發動機的冷卻任務，進而實現對汽車發動機的冷卻目標[1]。

汽車內部結構應用過程中，其水泵發動機通過皮帶快速輪轉，進而帶動水泵軸承以及葉片的轉動，其中水泵設備內部結構中，設備基礎冷卻液卻被葉輪帶動儀器旋轉和運動，最終在設備核心離心力的實際作用下，進而甩出的水泵外部的邊緣位置上，此時水泵設備內部會產生壓力，進而隨著出水道或者水管結構流出。

在葉輪設備中心位置的冷卻液甩出后，其設備壓力會有所降低，而水箱設備內部結構中的冷卻液在水泵進口位置以及葉輪中心位置壓力數據差，在壓力作用下水管以及葉輪會不斷運轉，最終實現冷卻液的往復循環。支撐水泵軸的軸承用潤滑脂潤滑，因此要防止冷卻液泄漏到潤滑脂造成潤滑脂乳化，同時還要防止潤滑脂的泄漏。

2? 汽車水泵設計現狀

對于汽車內部結構運轉情況來說，汽車水泵設備是汽車冷卻系統強制循環的主要零部件，是汽車發動設備水冷循環的設備動力源泉，并且汽車能量運輸和流量始終保持每小時5-25m3，并且其設備壓力限度則需要保證在100-200kPa，并且在水泵設備應用過程中，一般直接安裝在水泵發動設備結構上。

由于汽車水泵設備在結構方案設計過程中，所運輸的液體通常需要添加防止生銹問題的冷卻試劑，而在冬季則需要在水資源中增加防凍試劑，進而有效保證汽車內部結構的防凍防銹性能。其中汽車水泵在日常運轉和實際操作過程中，其環境溫度最低需要保證在零下40度，而最高溫度則需要保證在120度左右，所以汽車水泵生產過程中，其工作溫度的實際變化需要與發動設備行駛情況達到相互一致性。但是現階段我國大部分汽車生產以及水泵方案設計對于車輛生產效率并不重視，一定程度上忽視了水泵設計的效率和質量。加上現階段汽車總體產量相對較大，導致汽車水泵大多數屬于批量生產模式，但從生產經濟支出成本方面來看，其汽車水泵設備的經濟支出成本主要維持在100-500元左右，所以，國內汽車在水泵生產方面的整體技術投入相對較少。

在汽車內部結構中，水泵設備屬于離心泵結構的特殊應用方式之一，其中汽車水泵在使用和操作過程中，其方案設計方面的研究重點則在于怎樣提升自身設備的使用時間和基礎結構穩定性，而其設備生產模式的設計方向重點則在于怎樣最大限度縮短生產時間和支出成本。所以汽車水泵在生產技術方面的標準化和系統化則取得了較大發展和優化。其中由于汽車水泵基礎結構相對比較簡單，比如：齒輪、皮帶輪、皮帶輪輪轂、水泵軸、軸承、水封、葉輪、水泵殼體、水泵蝸殼及螺釘、O型圈、節溫器等相關結構所組成。所以近幾年，我國內外汽車水泵生產技術逐漸向模塊化和區域化發展。尤其是在水泵設備應用過程中，僅需要極少的幾個零部件就可以構成整個水泵運轉系統[2]。比如：車輛內部生產結構中，如果水泵軸向以及軸承部位形成了幾種連軸模式，那么水封裝置設備動態環狀設備、靜態環狀設備以及彈簧設備等會集合成水封總體結構，一定程度上有利于汽車水泵生產環節降低經濟支出成本和生產時間，最大限度減少汽車零部件的實際庫存數量。

而汽車水泵企業在模塊化的生產基礎環節上，需要針對部分數據尺寸標準化和系列化進行常規化技術處理。比如：由于汽車水泵的軸承以及孔直徑數據與水封直徑相等，進而在系統結構上形成了標準化技術處理。進而針對汽車水泵生產進行技術優化，最大限度降低生產成本。近幾年，汽車水泵生產和技術優化和全新材料的應用成為了汽車水泵技術優化的重要發展因素。其中塑料材質近幾年在汽車水泵生產環節中，得到了全面應用和技術提升，但是由于最初塑料材質在水泵超高溫度環境下的工作性能相對較差，雖然其材質應用能夠有效減輕汽車自身重量和生產成本，但是在汽車設備安全性方面，仍然存在著問題和不足，為此，現階段越來越多的汽車水泵材料選擇上，側重于全新模式的復合型塑料材質，尤其在水泵結構中的水封環節上，則更多的使用雙碳化硅材質，增加抗異物的能力，最終有效克服經濟成本高和加工技術難等相關現狀。

3? 汽車水泵設計應對策略

3.1 葉輪結構優化

在汽車水泵方案設計和結構設計過程中，葉輪結構主要分為開式、半開式和閉式三種。需要根據水泵不同使用方向和類型，選擇適合的葉輪結構，進而與流道相互匹配。同時根據汽車用戶的實際需求，在盡可能不改變水泵技術結構的情況下，進一步滿足汽車水泵使用性能，從而有效提升水泵應用效率，減少汽車水泵汽蝕風險。

例如一個水泵的應用數據要求為：水泵結構達到用戶要求的轉速3400r/min，流量320L/min時，水泵內部水揚程要求達到21米以上，并且水泵結構中的葉輪直徑數據需要保證在122-134毫米之間，才能最大限度保證結構的最優化。所以汽車內部結構設計過程中，只有確保現有葉輪直徑數量以及125毫米水泵尺寸不變的前提條件下，才能進一步滿足水泵葉輪方案設計的的所有性能需求，但是此種數據下的葉輪葉片出口彎曲率會大幅度降低，并且整體出口位置逐漸變薄，一定程度上致使水泵葉片外部形狀更加符合設備結構流體的基礎性能，有效降低水泵消耗實際功率。

由于現階段水泵內部結構中，葉輪葉片的進口位置上會向軸心前伸，致使葉片可以較早的接觸液體，保證液體物質可以有效進入葉片渠道中，進一步提升水泵設備的基礎性能，降低設備整體沖擊損失。由于葉輪設備結構中，由原來的半開模式轉變為封閉模式，能夠有效約束液體流動方式，保證液體物質能在葉輪葉道內部更好的進行物質流動，最大限度增加水泵基礎容積效率，從而減少壓力損耗，保證水泵性能也會得到小幅的提升[3]。

3.2 總體系統結構優化

在汽車水泵內部結構設計過程中，在針對目前水泵基礎設計方案進行詳細分析后，得出相關結論：當下大多數汽車水泵結構在方案結構設計上仍然存在著優化空間，比如：改變葉輪在水流流向的具體位置，保證葉片完全處于流道結構中，進一步提升水泵基礎性能，根據車輛運行實際情況，修改水泵底座以及葉輪之間的間隙和距離，進而提升水泵基礎容積效率，全面減少軸功率，致使液體在實際流動過程中更加穩定和安全。

3.3 葉輪基礎參數優化

由于大多數汽車水泵的基礎結構和方案設計，已經滿足其功能需求，所以只需要將水泵內部結構的葉輪葉片數量由最初的10個降低至8個，并且進一步減少葉片之間的距離和摩擦可能性，與此同時，為了防止葉片大幅度減少后，水資源揚程會隨之下降，技術人員需要將葉片基礎出口角度由最初的34度增加至36度左右。

在汽車水泵內部結構應用過程中，其葉片外部形態需要無限接近正方形，并且其數據為24×23毫米。并且其葉輪外徑數據同樣需要保證在130毫米。葉片出口位置角度則需要設置在36度，進而保證葉片進口和出口的整體面積比在1比16左右。

3.4 減少平衡孔數量

在汽車內部結構水泵設備上，平衡孔的作用則是用來平衡葉輪外部蓋板與下部分設備的壓力數據差，進一步防止由于軸向方向力過大，造成葉輪設備、水封設備和軸承設備受力過大，最終造成設備的異常磨損現狀。而根據現階段我國汽車水泵生產現狀進行詳細分析和數據收集，汽車水泵在半開模式下，葉輪設備的蓋板的上部分結構與下部分結構壓力相對較小，因此需要綜合考慮將平衡孔的數量進行全面調整，進而保證其結構的基礎平衡能力。其中汽車水泵基礎平衡孔一般為直徑5，一旦直徑有所縮小，那么其平衡孔總體面積同樣會大幅度做小，進而有效減少水泵葉輪底部水流通過速度，提升水泵運轉質量和效率。

4? 結束語

對于汽車生產來說，內部結構穩定性、經濟效率性以及安全性成為了現階段設計和生產的重點，所以本文首先通過汽車水泵生產現狀闡述了水泵應用基礎性能和理論，并且通過針對詳細介紹其優化方案和策略，進一步說明，針對水泵設備只有使用科學、合理的技術手段，才能最大限度減少設備開發周期性，最大限度節省支出成本。

參考文獻：

[1]楊愷雯，王志龍，高宏亮，等.探討提高抽油機系統效率的技術措施[J].化工管理，2020（04）：143-144.

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