活塞冷卻水泵

《航?？萍济~》第一版。

1996年，經(jīng)全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會審定發(fā)布。

隨著發(fā)動機(jī)匹配要求的提高，以及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，特殊工況的出現(xiàn)頻率越來越高，從而對冷卻水泵技術(shù)的要求也不斷提高。如何在空間限制、高溫和變轉(zhuǎn)速工況下不斷提高發(fā)動機(jī)冷卻水泵效率、擴(kuò)大其工況范圍及保證其可靠性是亟待研究和解決的關(guān)鍵問題。

1) 發(fā)動機(jī)冷卻水泵的內(nèi)部流動機(jī)理研究。發(fā)動機(jī)冷卻水泵結(jié)構(gòu)特點獨特且特有的內(nèi)部流道型式和葉輪的旋轉(zhuǎn)運動，使泵體內(nèi)部流場異常復(fù)雜。有關(guān)發(fā)動機(jī)冷卻水泵內(nèi)部流場的形成機(jī)制、數(shù)學(xué)描述方法、流場與結(jié)構(gòu)的相互作用關(guān)系尚不十分清楚。作為對數(shù)值計算方法的驗證和補充，PIV 測量探索發(fā)動機(jī)冷卻水泵內(nèi)部真實流動規(guī)律、建立發(fā)動機(jī)冷卻水泵現(xiàn)代設(shè)計方法是今后研究的一個重要方向。

2) 發(fā)動機(jī)冷卻水泵的汽蝕機(jī)理研究。由于工作水溫高，其復(fù)雜的熱力學(xué)性質(zhì)對汽蝕性能產(chǎn)生了重要影響，產(chǎn)生機(jī)理很難掌握；同時，結(jié)構(gòu)尺寸總體受限和運行工況變化大，汽蝕初生、發(fā)展、潰滅及破壞過程充滿不確定因素，尤其在非設(shè)計工況下的汽蝕狀況難以預(yù)測、求解。因此，掌握發(fā)動機(jī)冷卻水泵熱力學(xué)效應(yīng)下的汽蝕機(jī)理，探討汽蝕誘導(dǎo)壓力脈動的危害，進(jìn)一步提高發(fā)動機(jī)冷卻水泵的性能和可靠性，是需開展更加深入而系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容。

3) 標(biāo)準(zhǔn)化、智能可控電動水泵研究。隨著設(shè)計方法的完善，軸承系統(tǒng)、水封系統(tǒng)和葉輪系統(tǒng)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)，將會大大縮短設(shè)計周期，降低生產(chǎn)成本，提高零部件的通用性。同時，實現(xiàn)對發(fā)動機(jī)冷卻水泵實時控制，通過變頻調(diào)速來適應(yīng)工況變化，由電動水泵代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械水泵必將是發(fā)動機(jī)冷卻水泵的發(fā)展趨勢 。

發(fā)動機(jī)冷卻水泵作為發(fā)動機(jī)水冷系統(tǒng)的重要部件，其適用性和可靠性越來越受到設(shè)計、制造和使用者的普遍重視． 尤其是隨著發(fā)動機(jī)品質(zhì)的不斷提高，水泵的工作空間進(jìn)一步限制，運行轉(zhuǎn)速不斷突破，部件失效和汽蝕破壞等問題嚴(yán)重制約了發(fā)動機(jī)冷卻水泵的發(fā)展。

1.可靠性

發(fā)動機(jī)冷卻水泵作為冷卻系統(tǒng)的“心臟”，工作環(huán)境惡劣，空間極其受限． 為避免大修期內(nèi)拆裝、維修，水泵的工作壽命應(yīng)等于或倍數(shù)于發(fā)動機(jī)大修期。因此，對于發(fā)動機(jī)冷卻水泵及其組件，如水封、軸承、泵軸和葉輪等可靠性要求極高，需要實現(xiàn)機(jī)泵同壽命。但是，裝配結(jié)構(gòu)的高度緊湊，使得發(fā)動機(jī)冷卻水泵中廣泛采用軸連軸承代替離心泵中常見的軸和軸承組合，極易造成泵軸強(qiáng)度不夠而斷裂． 轉(zhuǎn)速的不斷變化，使得冷卻風(fēng)扇與水泵葉輪產(chǎn)生的軸向力亦隨之變動，泵軸與支承間的游隙存在將會增大噪聲和振動，對泵的運行性能及水封工作帶來不利影響。尤其是發(fā)動機(jī)冷卻水泵在高溫環(huán)境下工作，軸封的工作條件惡劣極易出現(xiàn)密封失效。同時，為了保證足夠的循環(huán)水量、一定的揚程和適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速，實現(xiàn)冷卻液在任何工況下循環(huán)流動并帶走發(fā)動機(jī)熱量，多參數(shù)、高要求的匹配對發(fā)動機(jī)冷卻水泵的可靠運行提出了更多挑戰(zhàn)。因此，可靠性問題成為制約發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)質(zhì)量和全壽命周期成本的關(guān)鍵因素。

2. 汽蝕破壞

與普通離心泵相比，發(fā)動機(jī)冷卻水泵由于受溫度、工況、轉(zhuǎn)速變化的影響，更容易發(fā)生汽蝕汽蝕發(fā)生時伴隨有振動和噪聲，泵的揚程、效率等性能急速下降，長期在汽蝕工況下運行，葉輪將受到氣泡潰滅時的強(qiáng)力沖擊而侵蝕，甚至穿孔損壞。發(fā)動機(jī)冷卻水泵葉片表面的蜂窩狀坑點、蝸殼隔舌附近的凹坑都是常見的汽蝕破壞。

此外，發(fā)動機(jī)冷卻水泵的汽蝕還將會腐蝕破壞過流部件，加速部件失效等。發(fā)動機(jī)冷卻水泵汽蝕破壞已成為縮短泵使用壽命、產(chǎn)生振動噪聲等危害的重要因素，嚴(yán)重影響著汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的正常工作。因此，提高其抗汽蝕性能是保證冷卻系統(tǒng)可靠運行首先需要考慮的問題。

發(fā)動機(jī)冷卻水泵惡劣的工作環(huán)境，使得泵的可靠性和汽蝕破壞問題尤其突出，嚴(yán)重影響著冷卻系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠地運行。探討如何提高發(fā)動機(jī)冷卻水泵的可靠性、研究汽蝕機(jī)理對發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的發(fā)展意義重大 。

隨著冷卻系統(tǒng)對發(fā)動機(jī)性能的影響日益顯著，汽車?yán)鋮s系統(tǒng)關(guān)鍵零部件的熱負(fù)荷及其可靠性研究已成為國內(nèi)外研究的熱點。冷卻水泵是汽車發(fā)動機(jī)閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng)中輸送冷卻水的主要部件，其性能好壞，不僅影響汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性，而且影響整機(jī)的壽命長短。

國內(nèi)外學(xué)者針對發(fā)動機(jī)冷卻水泵特殊的工作環(huán)境，在可靠性和汽蝕破壞等制約發(fā)動機(jī)冷卻水泵發(fā)展的關(guān)鍵因素方面展開了深入的研究，取得了大量相關(guān)研究成果 。