CN1156653C - 水泵 - Google Patents

Abstract

一种水泵1，包括：泵体2，具有轴承单元4，支承转轴12的球轴承13安装在其中，水泵转子11安装在转轴上；蒸汽通道17和排水通道19，两者均沿径向方向直线延伸，并均与在球轴承13与机械密封15之间所限定的内部空间连通。由于排水通道19穿过从轴承单元4的外表面沿径向向外延伸的通道肋条8，排水通道内的空气流阻力增加并大于蒸汽通道17内的空气流阻力，可防止微尘进入。此外，设置在蒸汽通道17上方用于防止微尘进入的是圆弧形肋条7，该圆弧形肋条设置成只占据一部分圆周。

Description

水泵

发明领域

本发明涉及一种水泵，该水泵用于水冷式内燃机中输送压力冷却水，并具体涉及一种用于防止微尘经过蒸汽通道和排水通道进入的结构，该通道设置在包括机械密封的水泵室中。

现有技术

这种形式的水泵公开在日本专利文献JP-A-2000-213349中。

所公开的水泵包括：蒸汽排出口和水排出口，两个排出口均与一内部空间连通，该内部空间被限定在一机械密封与轴承之间，此轴承可旋转地支承安装水泵转子的转轴；排水收集器；和盖，用于覆盖排水收集器的出口。

蒸汽排出口和水排出口通过压力部，在该压力部中轴承是在压力状态下安装的，而这些出口的加工是用钻头从排水收集器的底面，沿垂直于转轴的轴线方向向上运动进行加工。蒸汽排出口与一外通孔连通，该外通孔在压力区沿径向向外制出，而水排出口与排水收集器连通，该排水收集器沿径向方向设置在压力区之外。

对于这种水泵，微尘从周围空间经过水排出口进入比水排出口直接与周围空间连通的结构要少，因为水排出口与泵体周围空间是经过排水收集器连通的。此外，微尘经过蒸汽排出口进入内部空间的机会被覆盖在蒸汽排出口上部的盖减少了。因此，由于微尘进入内部空间而导致的轴承和机械密封耐用度的降低得以防止。

但是，所需要的零件数量增加了，因为需要在水排出口设置盖作为防止微尘进入的装置。将孔封闭的过程需要额外执行，因为在排水收集器底面制出的孔必须封闭。因此，用于水泵防止微尘进入的结构的制造成本和装配所需要的时间增加了。从生产率的观点考虑，由于包括防止微尘进入的这些装置，这种水泵必须改进。

发明概述

为解决此问题，本发明目的之一在于提供一种水泵，该水泵设计成能防止微尘进入并能以高生产率、低成本制造。本发明之水泵只需要少量零件，并具有一个孔，该孔制成提供排水通道而不必需要封闭。

根据本发明的第一方面，此水泵包括：

旋转轴，用于驱动水泵转子；

泵体，泵室单元设置在其中，此泵体包括：轴承单元，用于通过轴承支承转轴；泵室，水泵转子设置在其中；

机械密封，设置在转轴与泵体之间，以便完全将轴承与泵室隔离；

内部空间，在轴承与机械密封之间形成；和

蒸汽通道和排水通道，每一通道的一端在此内部空间开口，而每一通道的另一端在泵体周围空间开口；

其中，蒸汽通道和排水通道为沿径向直线延伸的孔；

其中，排水通道的一端穿过通道肋条，该通道肋条从轴承单元的外表面沿径向向外延伸，而排水通道的另一端在泵体外表面的底面开口；和

借助于排水通道穿过通道肋条，排水通道内的空气流阻力增加，并大于蒸汽通道的空气流阻力。

根据本发明的第一方面，当用于润滑和冷却机械密封的密封摩擦表面的水，由于摩擦热而在密封表面变成蒸汽，蒸汽流入内部空间。然后蒸汽穿过蒸汽通道进入周围空间。泄漏蒸汽所生成的冷凝水经过排水通道流入周围空间。蒸汽通道和排水通道易于从泵体的外表面沿径向加工制成，因为蒸汽通道和排水通道均为直孔即直线孔。此外，由于穿过肋条沿径向向外延伸的排水通道在泵体的外下表面开口，在泵体外表面制成的孔构成排水通道的一部分。因此，与相关技术不同，即使当蒸汽通道和排水通道是通过沿径向向外加工泵体的外表面制成，这些孔也不需密封。此外由于排水通道是穿过通道肋条延伸，因此较长，排水通道内的空气流阻力比蒸汽通道内的空气流阻力大。结果，漂浮在周围空间的微尘难于经过排水通道进入内部空间，可避免轴承和机械密封因微尘进入内部空间并附着在轴承和机械密封上而降低耐用度。另一方面，蒸汽容易经过蒸汽通道流出，因为蒸汽通道中空气流阻力小。

结果，可获得下列效果。由于蒸汽通道和排水通道由直线孔构成，它们可容易地通过机械加工从泵体外表面沿直径方向制出。由于排水通道是从泵体外表面沿径向加工制成，穿过沿孔径向延伸的通道肋条的孔，在泵体的外下壁开口。此外，由于排水通道穿过通道肋条沿径向延伸，即使不附加分离元件，排水通道中的空气流阻力比蒸汽通道中的空气流阻力大。因此，所需零件数和制造成本得以降低，而具有微尘进入防护结构的水泵的生产效率得以提高。

根据本发明的第二方面，设置圆弧形肋条，该圆弧形肋条设置在轴承外的部分圆周上，沿水泵转轴的圆周方向延伸。

圆弧形肋条构成了一种微尘防护盖，此盖只设置在蒸汽通道的上部。微尘防护盖覆盖在蒸汽通道另一端的上部，该蒸汽通道在轴承单元外表面的上部开口。

根据本发明的第二方面，由于只有蒸汽通道另一端的上部被由圆弧形肋条构成的微尘防护盖所覆盖，在周围空间中的微尘难于穿过蒸汽通道进入内部空间。结果可获得下列效果。由于蒸汽通道的另一端的上部被构成微尘防护盖的圆弧形肋条所覆盖，周围空间中的微尘很少进入内部空间。此外，由于圆弧形肋条只是沿转轴的圆周方向的一部分延伸，与肋条设置成绕整个圆周延伸相比，水泵较轻。

附图简介

现对本发明参考附图给予详细说明。

图1为前视图，示出了根据本发明一实施例的内燃机水泵泵体；

图2为沿图1中II-II线剖切的剖视图，示出了水泵泵体，转轴、轴承和机械密封安装于其中。

推荐实施例的详细说明

对本发明的一实施例参考图1和2进行说明。

图1和2中，根据本发明的水泵被用作水冷式内燃机冷却水的水泵。水泵1作为构成内燃机冷却系统一部分的组件，吸入经散热器冷却的冷却水。水泵1将压力状态下的水输送到构成引擎主体的汽缸体和汽缸头的水套(均未示出)。此外，水泵1将被引擎各部分热量加热至高温的水送返散热器。水泵1将在散热器热交换过程中冷却了的水再吸入并使之再循环。

参看图1和2，水泵1的泵体2用螺栓紧固在汽缸体的端面，该泵体包括：

泵室单元3，设置在汽缸体的端面，包括泵室10，该泵室具有凹入部，凹入部与从散热器来的冷却水流的通路连接；

轴承单元4，该单元在压力状态下将球轴承13装入固定就位。安装在泵室10内的球轴承13可旋转地支承转轴12，球轴承13与水泵转子11的一端连接，于是使它们一起旋转；

排水单元5，从泵室单元3沿转轴12的径向方向向外延伸。通过与在汽缸体端面上制出的槽相互作用，排水单元5构成一水流路径，该水流路径与泵室10连通，用于输送由水泵转子11驱动的冷却水。

泵室单元3与本质上为圆柱形的轴承单元4，沿转轴12的旋转轴线L1设置在同一轴线上。轴承单元4与泵室单元3相比具有较小的直径。轴承单元4在转轴12的另一端向外突起，即沿转轴12的旋转轴线L1(此后指轴线方向)向相反方向延伸。

如图1所示，多个安装凸台B1至B5沿轴承单元4的径向方向向外制出。多个安装凸台B1至B5的每一个凸台有一螺栓孔A从中穿过，以便将泵体紧固在汽缸体上，排水单元5的基面从泵室单元3沿径向向外延伸。第一和第二安装凸台B1和B2设置在在圆周方向上夹放排水路径的两侧。第三和第四凸台B3和B4设置在本质上分别相对于旋转轴线对称于凸台B1和B2的位置。排水单元5的第五安装凸台B5设置在与汽缸体气门外周边相反的部位，冷却水被沿一轴线方向引入汽缸体中。

第一至第四加强筋C1至C4设置在轴承单元4的外表面与第一和第四安装凸台B1和B4之间。第一至第四加强筋C1至C4从泵室单元3的外表面沿轴向延伸。此外，第一至第四加强筋C1至C4从轴承单元4的外表面分别延伸至各个安装凸台。同时，第一平面与第二平面间的夹角设置成锐角。第一平面由旋转轴线L1和安装凸台B1的螺栓孔A的中心线L3限定。第二平面由旋转轴线L1和安装凸台B2的螺栓孔A的中心线L4限定。由第一平面、第二平面形成的锐角为第一和第二加强筋C1和C2所夹的角α1。第三和第四加强筋C3和C4所夹的角为α2。α2角也是锐角，第一和第四加强筋C1和C4所夹的角为钝角α3。第二和第三加强筋C2和C3所夹的角也为钝角α4。

参看图2，水泵皮带轮(未示出)固定在安装板14上，该安装板14与转轴12的一端连接。转轴12的另一端与水泵转子11连接。安装板与转轴12一起旋转。驱动皮带轮随内燃机曲轴旋转。环带在水泵皮带轮与驱动皮带轮之间延伸。环带将曲轴产生的驱动力矩传递至转轴12以便使转轴12旋转。

径向球轴承13包括：

轴承外环13a，在压力下装入轴承单元4的内壁；

多个球13c，与两个环行引导槽13b接合，此环行槽在轴承外环13a的内壁上和转轴12外表面上相隔一端距离处制出；和

密封元件13d，用于密封轴向两端。

在沿球轴承13与水泵转子11轴向之间，在转轴12与泵体2之间设置机械密封15以便在球轴承13与泵室10之间实现紧密密封。

机械密封15包括：

旋转环15a，此旋转环与转轴12在水泵转子11的后方以液体密封的状态紧密连接。旋转环15a与转轴12一体地旋转；

固定环15b，此固定环以液体密封的状态固定在泵体2的密封安装部6，设置在比旋转环15a更靠近球轴承处；

螺旋弹簧15c，此螺旋弹簧推动固定环15b贴靠旋转环15a；

密封摩擦面15d，此密封摩擦面由旋转环15a和固定环15b彼此接触的轴向端面构成，处于泵室10中水泵转子11之后，因此，用于润滑与冷却的水进入密封摩擦面15d。

再参看图1，球轴承13和机械密封15设置成沿轴向相距一段距离，而环行内空间16被限定在此两者之间。蒸汽通道17在轴承单元4中邻近密封安装部6处制出。蒸汽通道17与内部空间16的上部在蒸汽通道一端的内开口17a处连通，并与泵体2周围空间S在另一端的外开口17b处连通，此外开口在轴承单元4的外表面开口。因此，流入密封摩擦面15d的冷却水由于摩擦产生的热而变成蒸汽，流经内部空间16的蒸汽通过蒸汽通道17。冷却水排入周围空间s。

具有部分圆柱形的圆弧形肋条7的两端，与从轴承单元4径向向外延伸的第一和第四加强筋C1和C4连接。在第一和第四加强筋C1和C4之间，圆弧形肋条7从泵室单元3外表面沿轴向与圆周方向延伸。圆弧形肋条7与轴承单元4同轴设置，作为具有比泵室单元3外周边3a直径小的圆柱部的一部分。以这种设置，在圆弧形肋条7与轴承单元4之间限定了局部环行空间18，并与周围空间S连通，在泵室10一侧是封闭的，而在球轴承13一侧是开启的。圆弧形肋条7与蒸汽通道17的中心线L2相交，构成从上方覆盖整个外开口17b的微尘盖。具有这种圆弧形肋条7，漂浮在周围空间S的微尘可避免经过蒸汽通道17进入内部空间16。因此，借助于使用圆弧形肋条7，可形成在蒸汽通道17上方防止微尘进入的结构。

此外，由于圆弧形肋条7设置在第一和第四加强筋C1和C4之间，而此两加强筋间的夹角α3为钝角，圆弧形肋条通过在第一和第四加强筋C1和C4间的区间保证刚性增加也起到泵体2加强筋的作用，此圆弧形肋条构成的加强筋设置在圆周上一段距离处。圆弧形肋条7在径向方向上的距离适当地取决于对蒸汽排气和微尘进入的考虑。圆弧形肋条远端7a位置的确定，要考虑使其比球轴承13在内部空间16一侧的端面13e在轴线方向上更略微靠近水泵皮带轮。

通道肋条8包括轴向端面8a，本质上设置在与圆弧形肋条7远端7a相同的轴向位置处。通道肋条8从轴承单元4的外表面沿径向向下向外延伸至泵室单元3外周边3a，还从泵室单元3的外下壁沿轴向向外延伸。在通道肋条8上制出的排水通道19一端与内部空间16下部连通。排水通道19的一端为内开口19a，而另一端与周围空间S连通，此处即在泵体2外下壁开口的外开口19b。外开口19b的位置设置在距旋转轴线L1的距离本质上与泵室单元2的外下壁距该旋转轴线的距离相同。因此，进入密封摩擦面15d的冷却水被摩擦产生的热转变为蒸汽，而当蒸汽内部空间16并被冷凝，蒸汽冷凝所生成的水流经排水通道19。水被排入周围空间S。

蒸汽通道17与排水通道19的直径本质上相同，排水通道19比蒸汽通道17更长，因为排水通道与内部空间16和周围空间S仅在开口19a和19b连通。因此，排水通道19中的空气流阻力比蒸汽通道17中的空气流阻力更大。悬浮在周围空间S中的微尘难于经过排水通道19进入内部空间16，因为排水通道是向下开口。因此，借助于使用具有较大空气流阻力的排水通道，在排水通道19一侧提供了防止微尘进入的结构。

由于通道肋条8设置在夹角α4为钝角的第二和第三加强筋C2和C3之间，它也起到泵体2在第二和第三加强筋C2和C3间增强刚性的作用，这些加强筋是设置在沿圆周方向相距一段距离处。

蒸汽通道17和排水通道19是在将泵体2与泵室单元3、轴承单元4、排水单元5、密封设置部6、加强筋C1至C4、7和8制成一体后在同一钻削工步中制出。此钻削工步是从通道肋条8的外表面沿本质上垂直于旋转轴线L1的方向进行的。结果，这些通道17和19均为具有直径本质上相同并穿过内部空间16的孔。于是，通道17和19在一假想平面内具有公共中心线L2，并为沿径向方向没有任何弯曲地直线延伸的孔，该假想平面本质上垂直于旋转轴线L1。

现对本实施例这种结构的运作和效果给予说明。当内燃机运行且水泵转子11随转轴12旋转时，从入水口进入的冷却水在泵室10中水泵转子11所产生的压力作用下输出，并经过排水口送至汽缸体的入水口。于是，将冷却水供给内燃机的包括汽缸体冷却水套的冷却系统。冷却水以这种方式循环。

在泵室10中水泵转子11后面，极少量的冷却水流入机械密封15的密封摩擦面15d，用以润滑和冷却密封摩擦面15d。冷却水在密封摩擦面15d由于摩擦生成的热转变为蒸汽，并流入内部空间16。然后，蒸汽经过蒸汽通道17排出至周围空间S，而由泄漏蒸汽冷凝而生成的水则经过排水通道排入周围空间S。因此，球轴承13可避免被内部空间16内存在的蒸汽和水带来不利的影响。

由于蒸汽通道17和排水通道19均为直线孔，可容易地从泵体2朝向外的外表面沿径向方向加工制造。并由于排水通道19经过径向向外延伸的通道肋条8，且在泵体2外下壁开口，在泵体2外表面开口的孔构成排水通道19的一部分。因此，与现有技术不同，当排水通道19从泵体2的向外的外表面沿径向通过加工制成后，此孔不需封闭。此外，排水通道19穿过沿径向延伸的通道肋条8。由于排水通道19比蒸汽通道17更长，排水通道19的空气流阻力比蒸汽通道17中的更大。因此，漂浮在周围空间s中的微尘很少经过排水通道19进入内部空间16。于是，可避免球轴承13和机械密封15耐用度降低，这种耐用度降低发生在微尘进入内部空间16并附着在球轴承13和机械密封15上。此外，蒸汽容易经过只有小空气流阻力的蒸汽通道17排入周围空间S。

结果，可获得下列效果。由于蒸汽通道17和排水通道19为直线孔，它们可容易地从泵体2向外的外表面沿径向通过加工制成。此外，由于排水通道19穿过通道肋条8并在泵体2的外下壁开口，当排水通道19从泵体2向外的外表面沿径向通过加工制成后，此在外表面开口的孔不需封闭。此外，由于排水通道19穿过径向延伸的通道肋条而长度增加，排水通道19的空气流阻力并不需要附加元件就增加了。于是，所需零件数和制造成本均降低，而具有防止微尘进入的结构的水泵1的生产率可以提高。

由于蒸汽通道17的外开口17b被由部分为圆柱形的圆弧形肋条7构成的微尘盖从上方覆盖，在周围空间S中的微尘难于经过蒸汽通道17进入内部空间16。此外，可避免球轴承13和机械密封15耐用度降低，这种耐用度降低是由于微尘进入内部空间16并附着在球轴承13和机械密封15上。由于蒸汽通道17的外开口17b被由圆弧形肋条7构成的微尘盖从上方覆盖，在周围空间S中的微尘很少进入内部空间16。此外，由于只设置了部分圆弧形肋条7，与肋条绕整个圆周设置的水泵相比，本水泵1更轻。

由于蒸汽通道17和排水通道19在本质上垂直于转轴轴线L1的假想平面内具有相同的中心线L2，并沿径向方向直线延伸，蒸汽通道17的外开口17b，不比内开口17a的中心线更在轴向靠近球轴承13。结果，可获得下面的效果。由于覆盖蒸汽通道17外开口17b的圆弧形肋条7的轴向长度可以减短，覆盖球轴承13外部的圆弧形肋条部7可以最小，且球轴承13与机械密封15间的轴向距离也可减小。因此，泵体2的轴向长度可以减短，不止泵体2而且水泵1可以制造得紧凑。

圆弧形肋条7设置在夹角α3为钝角、并在圆周上相距一段距离设置的第一和第四加强筋C1和C4之间，并保证在第一和第四加强筋C1和C4之间的区间使泵体2的刚性增加。通道肋条8设置在夹角α4为钝角、并在圆周上相距一段距离设置的第二和第三加强筋C2和C3之间，保证在第二和第三加强筋C2和C3之间区间使泵体2的刚性增加。

结果，可获得下列效果。由于圆弧形肋条7和通道肋条8起增强泵体2刚性的作用，于是所提供的刚性增加抑制了泵体2的振动，允许泵体2制得更薄。

圆弧形肋条7的远端7a的轴向位置比球轴承13在内部空间16一侧的端面13e沿轴线方向上更略微靠近水泵皮带轮。因此，在径向方向设置在球轴承13之外的轴承单元4的外表面只是部分地被圆弧形肋条7所覆盖。在内部空间S，几乎全部外表面是直接曝露，于是球轴承所产生的热通过轴承单元4有效地排放到内部空间S。由于球轴承所产生的热有效地排放到内部空间S，球轴承13冷却过程的功能得以改善从而提高了轴承的耐用度。

下面对一种将本实施例部分结构进行改进所获得的修改方案给予说明。虽然蒸汽通道17与排水通道19共享在假想平面内的中心线L2，中心线也可设置在相对于旋转轴线L1倾斜的平面内。虽然转轴12被内燃机产生的动力驱动旋转，也可以用另外的驱动装置例如电机驱动。此外，水泵1可用于除内燃机以外的设备。

Claims (4)

1.一种水泵，包括：

转轴，用于驱动水泵转子；

泵体，包括：泵室单元，具有泵室，所述水泵转子设置在泵室中；轴承单元，用于通过轴承支承所述转轴；和通道肋条，从所述轴承单元的外表面沿所述转轴的径向方向向外延伸；

机械密封，设置在所述转轴与所述泵体之间，从而紧密地密封所述轴承和所述泵室；

其中，所述泵体包括在所述轴承与所述机械密封之间的内部空间，且所述泵体包括一蒸汽通道，该蒸汽通道具有一沿所述转轴径向方向直线延伸的孔，所述蒸汽通道的一端在所述内部空间开口，所述蒸汽通道的另一端在环绕所述泵体的空间开口，且所述泵体包括一排水通道，该排水通道具有通过所述蒸汽通道的中心线、沿所述转轴径向方向直线延伸的孔，所述排水通道的一端在所述内部空间开口，所述排水通道的另一端穿过所述通道肋条。

2.如权利要求1所述的水泵，其中，所述蒸汽通道和排水通道具有相同的直径，排水通道比蒸汽通道长，穿过所述通道肋条的所述排水通道的空气流阻力大于所述蒸汽通道中的空气流阻力。

3.如权利要求1所述的水泵，其中，圆弧形肋条部分地沿所述转轴的圆周方向并在离开所述转轴处延伸，所述圆弧形肋条构成设置在所述蒸汽通道上方的微尘防护盖，所述微尘防护盖覆盖所述蒸汽通道另一端的上部，此蒸汽通道在所述轴承外表面的上部开口。

4.如权利要求1所述的水泵，其中，所述排水通道和所述蒸汽通道均设置在一包含所述转轴轴线的假想的倾斜平面内。

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