提高汽车水泵效率的主要措施探讨

章娜 袁保杰 金锋

摘要：本文首先详细介绍了汽车水泵设计原理，并且以此作为基础，结合汽车水泵设计现状，进一步总结出叶轮结构优化、总体系统结构优化、叶轮基础参数优化减少平衡孔数量等方面的优化策略。

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.

关键词：汽车水泵;水泵壳体;工作温度;连轴模式

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

中图分类号：U471.21                                 文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）15-0170-02

0  引言

随着我国汽车生产行业的不断发展，汽车自身载重量的提升，以及发动机性能的强化，致使汽车环保能力的全面提高，但是汽车结构设计过程中，发动机需要进行冷却的区域随之增加，一定程度上对水泵技术提出了全新的要求。然而现阶段我国大部分汽车水泵生产行业中，无论是技术研发还是应用，仍然使用传统方案设计模式，并且更加关注其水泵的使用寿命、稳定性以及经济支出成本，而对于设备应用效率的核心应用却有所忽略，造成汽车水泵在使用效率方面上缺少应用的技术支持。

1  汽车水泵设计原理

在汽车内部结构设计过程中，由于汽车水泵设备具有结构相对比较简单、设备应用尺寸小、总体水资源排量较大、设备重量轻并且工作和运转模式可靠等相关优势和特点，所以被广泛的应用在汽车系统设计环节中，同时由于汽车生产行业的全面发展，水泵种类则需要选择离心模式水泵，此种水泵模式主要由水泵壳体、轴承结构、水封结构、叶轮结构、法兰结构、皮带轮结构以及其他连接结构等共同组成。其水泵设备的工作原理则是水泵皮带轮在发动机曲轴皮带轮带动下旋转，带动叶轮旋转，迫使叶轮进口处的水进入叶轮，进入叶轮中的水被叶轮带动一起旋转，并在离心力的作用下向叶轮的边缘运动，到叶轮出口被压水室收集，强制进入冷却水腔;同时，在叶轮中心部位形成低压，冷却水便经叶轮进口不断的补给进来，形成连续供水，如此往复循环，加上风扇的风冷降温，完成对发动机的冷却任务，进而实现对汽车发动机的冷却目标[1]。

汽车内部结构应用过程中，其水泵发动机通过皮带快速轮转，进而带动水泵轴承以及叶片的转动，其中水泵设备内部结构中，设备基础冷却液却被叶轮带动仪器旋转和运动，最终在设备核心离心力的实际作用下，进而甩出的水泵外部的边缘位置上，此时水泵设备内部会产生压力，进而随着出水道或者水管结构流出。

在叶轮设备中心位置的冷却液甩出后，其设备压力会有所降低，而水箱设备内部结构中的冷却液在水泵进口位置以及叶轮中心位置压力数据差，在压力作用下水管以及叶轮会不断运转，最终实现冷却液的往复循环。支撑水泵轴的轴承用润滑脂润滑，因此要防止冷却液泄漏到润滑脂造成润滑脂乳化，同时还要防止润滑脂的泄漏。

2  汽车水泵设计现状

对于汽车内部结构运转情况来说，汽车水泵设备是汽车冷却系统强制循环的主要零部件，是汽车发动设备水冷循环的设备动力源泉，并且汽车能量运输和流量始终保持每小时5-25m3，并且其设备压力限度则需要保证在100-200kPa，并且在水泵设备应用过程中，一般直接安装在水泵发动设备结构上。

由于汽车水泵设备在结构方案设计过程中，所运输的液体通常需要添加防止生锈问题的冷却试剂，而在冬季则需要在水资源中增加防冻试剂，进而有效保证汽车内部结构的防冻防锈性能。其中汽车水泵在日常运转和实际操作过程中，其环境温度最低需要保证在零下40度，而最高温度则需要保证在120度左右，所以汽车水泵生产过程中，其工作温度的实际变化需要与发动设备行驶情况达到相互一致性。但是现阶段我国大部分汽车生产以及水泵方案设计对于车辆生产效率并不重视，一定程度上忽视了水泵设计的效率和质量。加上现阶段汽车总体产量相对较大，导致汽车水泵大多數属于批量生产模式，但从生产经济支出成本方面来看，其汽车水泵设备的经济支出成本主要维持在100-500元左右，所以，国内汽车在水泵生产方面的整体技术投入相对较少。

在汽车内部结构中，水泵设备属于离心泵结构的特殊应用方式之一，其中汽车水泵在使用和操作过程中，其方案设计方面的研究重点则在于怎样提升自身设备的使用时间和基础结构稳定性，而其设备生产模式的设计方向重点则在于怎样最大限度缩短生产时间和支出成本。所以汽车水泵在生产技术方面的标准化和系统化则取得了较大发展和优化。其中由于汽车水泵基础结构相对比较简单，比如：齿轮、皮带轮、皮带轮轮毂、水泵轴、轴承、水封、叶轮、水泵壳体、水泵蜗壳及螺钉、O型圈、节温器等相关结构所组成。所以近几年，我国内外汽车水泵生产技术逐渐向模块化和区域化发展。尤其是在水泵设备应用过程中，仅需要极少的几个零部件就可以构成整个水泵运转系统[2]。比如：车辆内部生产结构中，如果水泵轴向以及轴承部位形成了几种连轴模式，那么水封装置设备动态环状设备、静态环状设备以及弹簧设备等会集合成水封总体结构，一定程度上有利于汽车水泵生产环节降低经济支出成本和生产时间，最大限度减少汽车零部件的实际库存数量。

而汽车水泵企业在模块化的生产基础环节上，需要针对部分数据尺寸标准化和系列化进行常规化技术处理。比如：由于汽车水泵的轴承以及孔直径数据与水封直径相等，进而在系统结构上形成了标准化技术处理。进而针对汽车水泵生产进行技术优化，最大限度降低生产成本。近几年，汽车水泵生产和技术优化和全新材料的应用成为了汽车水泵技术优化的重要发展因素。其中塑料材质近几年在汽车水泵生产环节中，得到了全面应用和技术提升，但是由于最初塑料材质在水泵超高温度环境下的工作性能相对较差，虽然其材质应用能够有效减轻汽车自身重量和生产成本，但是在汽车设备安全性方面，仍然存在着问题和不足，为此，现阶段越来越多的汽车水泵材料选择上，侧重于全新模式的复合型塑料材质，尤其在水泵结构中的水封环节上，则更多的使用双碳化硅材质，增加抗异物的能力，最终有效克服经济成本高和加工技术难等相关现状。

3  汽车水泵设计应对策略

3.1 叶轮结构优化

在汽车水泵方案设计和结构设计过程中，叶轮结构主要分为开式、半开式和闭式三种。需要根据水泵不同使用方向和类型，选择适合的叶轮结构，进而与流道相互匹配。同时根据汽车用户的实际需求，在尽可能不改变水泵技术结构的情况下，进一步满足汽车水泵使用性能，从而有效提升水泵应用效率，减少汽车水泵汽蚀风险。

例如一个水泵的应用数据要求为：水泵结构达到用户要求的转速3400r/min，流量320L/min时，水泵内部水扬程要求达到21米以上，并且水泵结构中的叶轮直径数据需要保证在122-134毫米之间，才能最大限度保证结构的最优化。所以汽车内部结构设计过程中，只有确保现有叶轮直径数量以及125毫米水泵尺寸不变的前提条件下，才能进一步满足水泵叶轮方案设计的的所有性能需求，但是此种数据下的叶轮叶片出口弯曲率会大幅度降低，并且整体出口位置逐渐变薄，一定程度上致使水泵叶片外部形状更加符合设备结构流体的基础性能，有效降低水泵消耗实际功率。

由于现阶段水泵内部结构中，叶轮叶片的进口位置上会向轴心前伸，致使叶片可以较早的接触液体，保证液体物质可以有效进入叶片渠道中，进一步提升水泵设备的基础性能，降低设备整体冲击损失。由于叶轮设备结构中，由原来的半开模式转变为封闭模式，能够有效约束液体流动方式，保证液体物质能在叶轮叶道内部更好的进行物质流动，最大限度增加水泵基础容积效率，从而减少压力损耗，保证水泵性能也会得到小幅的提升[3]。

3.2 总体系统结构优化

在汽车水泵内部结构设计过程中，在针对目前水泵基础设计方案进行详细分析后，得出相关结论：当下大多数汽车水泵结构在方案结构设计上仍然存在着优化空间，比如：改变叶轮在水流流向的具体位置，保证叶片完全处于流道结构中，进一步提升水泵基础性能，根据车辆运行实际情况，修改水泵底座以及叶轮之间的间隙和距离，进而提升水泵基础容积效率，全面减少轴功率，致使液体在实际流动过程中更加稳定和安全。

3.3 叶轮基础参数优化

由于大多数汽车水泵的基础结构和方案设计，已经满足其功能需求，所以只需要将水泵内部结构的叶轮叶片数量由最初的10个降低至8个，并且进一步减少叶片之间的距离和摩擦可能性，与此同时，为了防止叶片大幅度减少后，水资源扬程会随之下降，技术人员需要将叶片基础出口角度由最初的34度增加至36度左右。

在汽车水泵内部结构应用过程中，其叶片外部形态需要无限接近正方形，并且其数据为24×23毫米。并且其叶轮外径数据同样需要保證在130毫米。叶片出口位置角度则需要设置在36度，进而保证叶片进口和出口的整体面积比在1比16左右。

3.4 减少平衡孔数量

在汽车内部结构水泵设备上，平衡孔的作用则是用来平衡叶轮外部盖板与下部分设备的压力数据差，进一步防止由于轴向方向力过大，造成叶轮设备、水封设备和轴承设备受力过大，最终造成设备的异常磨损现状。而根据现阶段我国汽车水泵生产现状进行详细分析和数据收集，汽车水泵在半开模式下，叶轮设备的盖板的上部分结构与下部分结构压力相对较小，因此需要综合考虑将平衡孔的数量进行全面调整，进而保证其结构的基础平衡能力。其中汽车水泵基础平衡孔一般为直径5，一旦直径有所缩小，那么其平衡孔总体面积同样会大幅度做小，进而有效减少水泵叶轮底部水流通过速度，提升水泵运转质量和效率。

4  结束语

对于汽车生产来说，内部结构稳定性、经济效率性以及安全性成为了现阶段设计和生产的重点，所以本文首先通过汽车水泵生产现状阐述了水泵应用基础性能和理论，并且通过针对详细介绍其优化方案和策略，进一步说明，针对水泵设备只有使用科学、合理的技术手段，才能最大限度减少设备开发周期性，最大限度节省支出成本。

参考文献：

[1]杨恺雯，王志龙，高宏亮，等.探讨提高抽油机系统效率的技术措施[J].化工管理，2020（04）：143-144.

[2]陶岩.提升成品油管道计量管理效率的有效途径探讨[J]. 企业改革与管理，2020（02）：218-219.

[3]吴健.提高取水泵站离心泵效率的理论与实践[J].化工管理，2020（14）：129-130.

[4]黄楠.电厂热效率提升及节能措施的探讨[J].中国战略新兴产业（理论版），2019（006）：1.