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汽车发动机水泵设计

返回列表 来源:admin 浏览:232 发布日期:2019-05-06 05:28:46【
汽车发动机水泵设计
—— 叶海见            
一、 水泵分类
1、根据泵的工作原理和结构分:
  叶片式泵、容积式泵 (和其他类型的泵)如:喷射泵、空气升液泵、电磁泵等
  叶片式泵如:离心泵、旋涡泵、混流泵、轴流泵等
  容积式泵如:往复泵、转子泵  两种
  往复泵:电动泵、蒸气泵
  电动泵:柱塞(活塞)泵、隔膜泵、计量泵
  转子泵:齿轮泵、螺杆泵、罗茨泵、滑片泵等
2、根据介质上分:
  清水泵、污水(污物)泵、油泵、耐腐蚀泵等;
3、从使用安装方式上分:
  管道式泵、液下式泵、潜水式泵等。
 
二、 结构
 
三、 性能参数
1、流量Q
  流量是泵在单位时间内输送出去的液体量(体积或质量)。
  体积流量用Q表示,单位是:m3/s,m3/h,l/s等。
  质量流量用Qm表示,单位是:t/h,kg/s等。
  质量流量和体积流量的关系为:
               Qm=ρQ
  式中 ρ——液体的密度(kg/m3,t/m3),常温清水ρ=1000kg/m3。
  2、扬程H
  扬程是泵所抽送的单位重量液体从泵进口处(泵进口法兰)到泵出口处(泵出口法兰)能量的增值。也就是一牛顿液体通过泵获得的有效能量。其单位是N·m/N=m,即泵抽送液体的液柱高度,习惯简称为米。
  3、转速n
  转速是泵轴单位时间的转数,用符号n表示,单位是r/min。
  4、汽蚀余量NPSH
  汽蚀余量又叫净正吸头,是表示汽蚀性能的主要参数。汽蚀余量国内曾用Δh表示。
  5、功率和效率
  泵的功率通常是指输入功率,即原动机传支泵轴上的功率,故又称为轴功率,用P表示;
  泵的有效功率又称输出功率,用Pe表示。它是单位时间内从泵中输送出去的液体在泵中获得的有效能量。
  因为扬程是指泵输出的单位重液体从泵中所获得的有效能量,所以,扬程和质量流量及重力加速度的乘积,就是单位时间内从泵中输出的液体所获得的有效能量——即泵的有效功率:
  Pe=ρgQH(W)=γQH(W)
  式中 ρ——泵输送液体的密度(kg/m3);
     γ——泵输送液体的重度(N/m3);
     Q——泵的流量(m3/s);
     H——泵的扬程(m);
     g——重力加速度(m/s2)。
  轴功率P和有效功率Pe之差为泵内的损失功率,其大小用泵的效率来计量。泵的效率为有效功率和轴功率之比,用η表示。
 
四、 汽车柴油机水泵
理论 1:
(一)、输水量
根据发动机所需的散热量,利用热能计算
……………………………………………………………………… ①
……………………………………………………………………… ②
由①、②式可得
………………………………………………………… ③
要精确的计算比较困难,一般按下式估算:
……………………………………………………………………………… ④
考虑水泵叶轮与外壳间隙的泄露量,水泵的实际输水量应为:
…………………………………………………………………………… ⑤
由以上得水泵的实际输水量应为:
………………………………………………………… ⑥
式中: —— 冷却系统每小时散热量,KJ/h;
 —— 冷却液的比热,KJ/(kg·K),水为4.187 KJ/(kg·K);
 —— 冷却液每小时流量, kg/h;
 —— 发动机进水温度,℃,为防止气缸腐蚀,一般不低于75℃;
 —— 发动机出水温度,℃;一般取85~90℃,为保证冷却均匀,一般为5~7℃
 —— 冷却液的比热,KJ/(kg·K),水为4.187 KJ/(kg·K);
 —— 循环水量,m3/S
 —— 冷却液的密度,kg/m3,水为1000 kg/m3
 —— 发动机额定功率,kJ/kW·h
P   —— 发动机功率, kW
 —— 水泵容积效率,一般取1.2~1.5
其中,可按下列范围取值:
分开式燃烧室:
    非增压发动机  3100~3700
    增压发动机    2500~3100
直接喷射式柴油机
    非增压发动机  2200~2850
    增压发动机    1650~2200
汽油机            4500~5700
 
 
理论 2:
1、冷却系统散走的热量按下式估算:
 (kJ/S)
式中:
A  —— 传给冷却系统的热量占燃料热能的百分比,汽油机0.23~0.30,柴油机0.18~0.25;
 —— 内燃机燃料消耗率,kg/kW.h;
 —— 内燃机功率,kW;
 —— 燃料低热值,kJ/kg。
其中:
—— 如有机油散热器,且为水油散热器,另曾5~10%;
A —— 汽油机0.23~0.30,柴油机0.18~0.25;
 —— 取(最大功率,额定工况)为计算值,(最大扭矩工况)为验算值;
 —— 额定工况时,汽油机取0.21~0.27kg/kW.h,柴油机取0.30~0.34 kg/kW.h。
 
由以上可得简化公式:
汽油机    
柴油机    
其中:
低压缩比(ε<8)的汽油机,冷却系统分配热量多,取上限,即;高压缩比(ε>8)、燃烧室布置紧密的汽油机,取下限,即
车用柴油机取,增压直喷取
 
2、根据比热容计算冷却液循环量:


由上式得:

式中:
——内燃机温升,6~12℃;
——冷却液比重,水为1000kg/m3
——冷却液比热,水为4.187kJ/kg.℃
 
3、冷却空气需要量:


由上式得:

式中:
——冷却空气温升,10~30℃;
——冷却空气比重,水为1.01kg/m3
——冷却空气比热,水为1.047kJ/kg.℃。
理论1、2比较: