车辆冷却水泵设计

李文娟 曲景阳

摘 要：冷却水泵是车辆冷却系统的核心部件，随着中国经济快速发展，生活水平提高，汽车产量呈稳步上升趋势.汽车冷却系统水泵设计核心在提高水泵效率、降低水泵功率消耗，并且能够安全、可靠、稳定、高效运行。

关键词：冷却系统、水泵

1.冷却水泵的现状分析

冷却水泵行业虽然通过几十年的发展取得了显著的成绩，但是由于起点低、起步晚、底子薄，加之一些先进技术尚未掌握，国内冷却水泵相比于国外产品还有相当一部分差距，首先，行业的持续发展能力差，其次产品档次低、标准不健全。国内冷却水泵行业表面上看发展较好，但从长远发展的角度出发，可谓是困难重重。所以，为提高产品竞争力，在激烈的市场竞争中取得先机，冷却水泵生产厂必须加大技术投入，提高自身研发能力和产品质量，做好技术储备，能时刻满足主机厂的要求。

2.冷却水泵结构及工作原理

冷却水泵的实质是离心泵，它是离心泵的特殊应用之一，通常具有几个特点：①具有广泛的工作转速，满足发动机需要;②冷却水泵内工作介质温度可能较高，可超过110℃;③受发动机结构限制，多数冷却水泵难以按普通离心泵设计方法进行合理的设计，通常效率较低;④满足冷却要求的前提下要求结构简单容易标准化便于大量生产。主要由壳体、叶轮、轴承、水封、叶轮等组成。基本结构如图：

冷却水泵的工作原理与离心泵相似，通常是由发动机通过带轮带动水泵轴承及叶轮转动，高速旋转的叶轮将机械能转化为液体的动能，同时产生一定的压力，使液体从出水口流出。另外，叶轮中心处液力由于离心力作用被甩出会产生一定的压降，这时水箱中的液体会在压差的作用下被吸入叶轮中，如此就实现了液体的往复循环。

3.冷却水泵参数设计

离心泵的输出功率为有效功率，是指被输送液体在泵内单位时间所获得的有效能量，用Pe表示水泵的有效功率。

Pe=HQmg=ρgQH  （W）

式中：ρ—输送液体的密度（kg/m3）; Q—离心泵的流量（m3/s）;H—离心泵扬程（m）; g—重力加速度（m/s2）。

离心泵有效功率与轴功率之比为离心泵的效率，用η表示，即 η= Pe /P 。离心泵把机械能转化为液体能过程中伴随着能量的损失，可以从这一过程详细分析影响离心泵效率的相关量。对于冷却水泵的设计主要体现在叶轮设计上，叶轮是冷却水泵的核心部分，对其外特性有着重要影响，通常，叶轮的改进对于冷却水泵性能会有明显的提升。

叶轮的主要几何参数包括叶片进口直径D1 、叶片进口宽度b1 、叶片进口角β1、叶轮出口直径D2 、叶轮出口宽度b2 、叶片出口角β2、叶片数z 等。

叶片厚度一般是根据强度以及铸造工艺的可能性来确定的，根据强度计算的叶片较薄，一般都能满足需求，考虑到提高水泵的汽蚀性能和减少进口撞击损失，叶片也应做得较薄。在结构不干涉的情况下，进口边可适当向进口延伸，这样一来可使液体提早受到叶片作用，从而提高叶片重叠程度，减少流道的扩散。另一方面减小了叶片进口速度，从而减小了进口的撞击损失。通常在选择叶片出口角时，采用后彎式叶片。但在靠近出口处采用一定的曲线过渡，使出口处压力角提高，前面大部分流道仍以狭长流道为主，这样既保证了良好的水力效率，同时减小了出口处的损失，同时还具有减少一定回流的作用。以保证效率为出发点，最合适的叶片数是在尽可能大的流道截面面积小获得好的导水作用。

4.结语

随着国内新能源汽车的兴起，国内冷却系统水泵应用越来越广泛，为水泵研究提供的更广阔的平台，叶轮参数化设计需要进一步的研究，理论的计算、有限元仿真工具外加试验相结合的方法，使得水泵设计更加方便，缩短了水泵开发周期。

参考文献

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[2] 王秀勇，王灿星.  基于数值模拟的离心泵性能预测[J].  流体机械，2007（10）

[3] 谈明高，袁寿其，刘厚林.离心泵性能预测的研究现状及展望[J].  水泵技术，2005（3）