車輛冷卻水泵設計

李文娟 曲景陽

摘 要：冷卻水泵是車輛冷卻系統(tǒng)的核心部件，隨著中國經(jīng)濟快速發(fā)展，生活水平提高，汽車產(chǎn)量呈穩(wěn)步上升趨勢.汽車冷卻系統(tǒng)水泵設計核心在提高水泵效率、降低水泵功率消耗，并且能夠安全、可靠、穩(wěn)定、高效運行。

關鍵詞：冷卻系統(tǒng)、水泵

1.冷卻水泵的現(xiàn)狀分析

冷卻水泵行業(yè)雖然通過幾十年的發(fā)展取得了顯著的成績，但是由于起點低、起步晚、底子薄，加之一些先進技術尚未掌握，國內(nèi)冷卻水泵相比于國外產(chǎn)品還有相當一部分差距，首先，行業(yè)的持續(xù)發(fā)展能力差，其次產(chǎn)品檔次低、標準不健全。國內(nèi)冷卻水泵行業(yè)表面上看發(fā)展較好，但從長遠發(fā)展的角度出發(fā)，可謂是困難重重。所以，為提高產(chǎn)品競爭力，在激烈的市場競爭中取得先機，冷卻水泵生產(chǎn)廠必須加大技術投入，提高自身研發(fā)能力和產(chǎn)品質量，做好技術儲備，能時刻滿足主機廠的要求。

2.冷卻水泵結構及工作原理

冷卻水泵的實質是離心泵，它是離心泵的特殊應用之一，通常具有幾個特點：①具有廣泛的工作轉速，滿足發(fā)動機需要;②冷卻水泵內(nèi)工作介質溫度可能較高，可超過110℃;③受發(fā)動機結構限制，多數(shù)冷卻水泵難以按普通離心泵設計方法進行合理的設計，通常效率較低;④滿足冷卻要求的前提下要求結構簡單容易標準化便于大量生產(chǎn)。主要由殼體、葉輪、軸承、水封、葉輪等組成。基本結構如圖：

冷卻水泵的工作原理與離心泵相似，通常是由發(fā)動機通過帶輪帶動水泵軸承及葉輪轉動，高速旋轉的葉輪將機械能轉化為液體的動能，同時產(chǎn)生一定的壓力，使液體從出水口流出。另外，葉輪中心處液力由于離心力作用被甩出會產(chǎn)生一定的壓降，這時水箱中的液體會在壓差的作用下被吸入葉輪中，如此就實現(xiàn)了液體的往復循環(huán)。

3.冷卻水泵參數(shù)設計

離心泵的輸出功率為有效功率，是指被輸送液體在泵內(nèi)單位時間所獲得的有效能量，用Pe表示水泵的有效功率。

Pe=HQmg=ρgQH? （W）

式中：ρ—輸送液體的密度（kg/m3）; Q—離心泵的流量（m3/s）;H—離心泵揚程（m）; g—重力加速度（m/s2）。

離心泵有效功率與軸功率之比為離心泵的效率，用η表示，即 η= Pe /P 。離心泵把機械能轉化為液體能過程中伴隨著能量的損失，可以從這一過程詳細分析影響離心泵效率的相關量。對于冷卻水泵的設計主要體現(xiàn)在葉輪設計上，葉輪是冷卻水泵的核心部分，對其外特性有著重要影響，通常，葉輪的改進對于冷卻水泵性能會有明顯的提升。

葉輪的主要幾何參數(shù)包括葉片進口直徑D1 、葉片進口寬度b1 、葉片進口角β1、葉輪出口直徑D2 、葉輪出口寬度b2 、葉片出口角β2、葉片數(shù)z 等。

葉片厚度一般是根據(jù)強度以及鑄造工藝的可能性來確定的，根據(jù)強度計算的葉片較薄，一般都能滿足需求，考慮到提高水泵的汽蝕性能和減少進口撞擊損失，葉片也應做得較薄。在結構不干涉的情況下，進口邊可適當向進口延伸，這樣一來可使液體提早受到葉片作用，從而提高葉片重疊程度，減少流道的擴散。另一方面減小了葉片進口速度，從而減小了進口的撞擊損失。通常在選擇葉片出口角時，采用后彎式葉片。但在靠近出口處采用一定的曲線過渡，使出口處壓力角提高，前面大部分流道仍以狹長流道為主，這樣既保證了良好的水力效率，同時減小了出口處的損失，同時還具有減少一定回流的作用。以保證效率為出發(fā)點，最合適的葉片數(shù)是在盡可能大的流道截面面積小獲得好的導水作用。

4.結語

隨著國內(nèi)新能源汽車的興起，國內(nèi)冷卻系統(tǒng)水泵應用越來越廣泛，為水泵研究提供的更廣闊的平臺，葉輪參數(shù)化設計需要進一步的研究，理論的計算、有限元仿真工具外加試驗相結合的方法，使得水泵設計更加方便，縮短了水泵開發(fā)周期。

參考文獻

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