Для чего нужен насос системы охлаждения двигателя

Выбор насоса в программе подбора

Многими программами подбора можно воспользоваться бесплатно на сайте производителей, такой выбор насосов учитывает дополнительные параметры, экономит время на поиск нужных данных и может в реальном времени показать стоимость устройств.

Рисунок 10. Общий вид результатов подбора насосов

Нельзя пренебрегать свойствами перекачиваемой среды. Обычно напорно-расходные графики производителей, указанные в каталогах, отражают характеристики насоса при перекачке воды.

Преимущество программ подбора в том, что существует возможность задать в исходные данные плотность жидкости и правильно спроецировать рабочую точку насоса. Учитывая данные преимущества программный подбор насоса более точный в сравнении графическим.

Заключение

В данной статье были рассмотрены основные вопросы, которые следует изучить при подборе насосов для систем холодоснабжения. Кроме того, приведена детальная методика и пример подбора насоса для реального объекта.

Схемы установки насоса, обвязка и подбор её элементов будут рассмотрены в следующей статье.

Ведущий инженер по насосному оборудованию
Голдобин Александр Сергеевич

Принцип работы помпы автомобиля

Как говорилось выше – это водяной насос, центробежного действия. Он перекачивает рабочую жидкость из теплообменников (радиаторов) в камеру двигателя (рубашку охлаждения). Эта камера устроена так, что огибает все цилиндры, часть ее проходит через головку блока мотора. Жидкость, проходя по ней, отбирает часть тепла из камер сгорания, нагревается и за счет давления, создаваемого помпой, направляется в радиаторы.

Хочется заметить, что именно в такой последовательности циркулирует жидкость. Насос берет охлажденную жидкость и качает ее в двигатель, а не наоборот. Это обусловлено критериями надежности и долговечности. Если горячий тосол будет попадать в помпу, а затем качаться в теплообменники, то срок службы насоса будет минимален. Потому что в его конструкции есть сальники, подшипники, не рассчитанные на такие температуры. Об этом поговорим ниже.

Реклама:

Давление в системе охлаждения двигателя

Большинство современных авто имеют систему охлаждения мотора, без которой машина не сможет много проехать и быстро перегреется. Вот почему эта система является обязательной для каждого автомобиля. На многих автомобилях установлена воздушно-жидкостная система, охлаждающая двигатель, т.к. жидкостью будет отводиться тепло от мотора, охлаждение которой в свою очередь будет производиться воздушным потоком на радиатор. Давление в системе охлаждения двигателя — наша тема сегодня.

Из-за расширения в процессе работы охлаждающей жидкости в системе, возникает давление, хотя бывают случаи, при которых давление превышает допустимые пределы.

Зачем в системе охлаждения нужно давление

Ранее в качестве ОЖ использовали обыкновенную воду. Но при работе этой системы длительное время, происходило быстрое повышение температуры двигателя с последующим перегревом. Конструкторы стали искать выход из этой ситуации. Было найдено два способы, сегодня применяются на автомобилях:

На смену воде пришла охлаждающая жидкость, с более высокой температурой кипения, чем у воды. Сама охлаждающая система была переоборудована для создания в ней давления определенного значения, если давление растет, значит, температура, кипения жидкости также повышается.

Результатом этого, является увеличение температуры кипения ОЖ до 125 градусов, вместо прежних 100, когда использовалась вода. Если же говорить о цифрах, давление в охлаждающей системе двигателя имеет значение 1,2 Атм.

Каким образом осуществляется поддержка давления в системе

Для понимания этого, необходимо рассмотрение рабочего процесса. Давление в системе охлаждения двигателя в ходе нагрева ОЖ — происходит повышение давления. Чтобы этого не произошло, на расширительном бачке и радиаторе устанавливается клапан, и при превышении давления больше допустимого, происходит открывание клапана и стравливание лишнего воздуха.

Обратная ситуация, происходит, когда двигатель холодный, где по клапану в охлаждающую систему осуществляется всасывание воздуха, для создания необходимого давления. Теперь следует ответить на вопрос, интересующий всех, в чем причина возникновения избыточного давления в охлаждающей системе?

Проблемы, связанные с давлением охлаждающей системы

Единственная причина высокого давления в охлаждающей системе заключается в неисправном клапане сброса на расширительном бачке или радиаторе. Для устранения проблемы, надо произвести замену крышки расширительного бачка или радиатора, где располагается клапан. Для профилактики необходимо раз в несколько лет производить замену крышки, из-за периодического засорения клапана и плохого стравливания избыточного воздуха.

Противоположная неисправность, вызывающая недостаточное давление в охлаждающей системе объясняется плохой герметичностью системы, и образованием подтека ОЖ. Надо лишь найти место повреждения для его устранения.

Чтобы избежать этих проблем лучше контролировать работу систем автомобиля и периодически проверять, не происходит ли понижения уровня ОЖ и не растет ли температура мотора, во время простоя в пробках.

Как проверить исправность помпы на автомобиле

Избежать дорогостоящего ремонта или проблем с постоянным перегревом двигателя позволяет своевременная диагностика помпы. Чтобы ответить на вопрос, как самому проверить работоспособность помпы, рассмотрим способы диагностики на примере отечественных автомобилей ВАЗ (модель 2109, 2110).

Начнем с того, что помпа является своего рода «расходником», который на автомобилях с приводом насоса от ремня ГРМ рекомендуется менять каждые 60 тыс. пройденных километров или 48 месяцев, в зависимости от того, что наступит раньше. Таковы регламентные требования многих автопроизводителей.

Как показывает практика, качественная помпа в среднем служит около 100 тыс. км. По этой причине водители обычно меняют водяной насос не сразу (если нет видимых поводов для замены), а параллельно второй замене приводного ремня газораспределительного механизма (через 100-110 тыс. км), стараясь совместить замену насоса с заменой антифриза.

Простыми словами, хорошая помпа «ходит» столько же, сколько и служат два ремня ГРМ.  Стоит также добавить, что использование запчасти или антифриза низкого качества, смешивание различных типов ОЖ и т.п. могут привести к выходу помпы из строя раньше положенного срока. По этой причине помпу желательно регулярно проверять.

Как проверить работу помпы

Проверять водяной насос на автомобиле следует при помощи распространенного способа. Для диагностики на ВАЗ и большом количестве других авто двигатель следует прогреть до выхода на рабочие температуры.

После прогрева требуется рукой пережать верхний патрубок, идущий от радиатора. Если помпа исправна, тогда будет ощущаться создаваемое насосом давление охлаждающей жидкости. Это и есть главный ответ на вопрос, как проверить работает помпа или нет без снятия насоса с автомобиля

Во время такой проверки нужно соблюдать осторожность, так как ОЖ в системе сильно нагревается. Если пульсация жидкости слабая или ее нет, тогда следует перейти к детальному осмотру.
Для проверки нужно снять защитный кожух газораспределительного механизма, что позволит произвести визуальный осмотр

Если уплотнительная резинка (сальник помпы) в области посадочного места начал подтекать, тогда будут видны потеки тосола или антифриз. Также на подтекание и проблемы с насосом укажут отложения вокруг посадочного места, которые могут иметь рыжевато-бурый или сероватый цвет. При их наличии нужно сливать антифриз и снимать помпу для дефектовки и замены.
Если работа двигателя сопровождается характерным «воющим» звуком, тогда проблема может быть в подшипнике помпы. В этом случае насос проверяется на наличие люфта в области вала. Для проверки от руки можно покачать приводную шестерню насоса. В ряде случаев можно заменить изношенный подшипник или сразу поставить новую помпу.

Дополнительный насос охлаждающей жидкости

Однако такой механический привод, благодаря которому помпа ВАЗ 2106, 2107 прокачивает воду, имеет серьезный недостаток. Использование подобного привода приводит к тому, что помпа работает, пока работает двигатель. Если же при его выключении мотор перегрет, то в дальнейшем перегрев может только усилиться. Во избежание подобного явления используется дополнительный насос, имеющий электрический привод. Благодаря его применению обеспечивается циркуляция тосола после того, как мотор заглушен. Его работа продолжается, пока температура в системе не достигнет определенного значения. В зависимости от конструкции, когда включается дополнительный насос, также может включаться общий вентилятор, имеющий электрический привод.

В процессе эксплуатации автомобиля подобное происходит достаточно часто, особенно в летнее время. Такое дополнительное устройство работает только при выключенном моторе и обеспечивает его защиту от перегрева, что продлевает ему «жизнь».

Водяной насос без питания

Конечно, если вы видите такой насос первый раз, то как и я можете подумать, что это бред. Такой же как и изобретение вечного двигателя. Но нет, все гораздо проще и довольно легко объяснимо. Это 100% рабочая модель водяного насоса, повторенная уже не одним умельцем.

Изготовление водяного насоса

Итак, для начала я расскажу как устроен насос, а потом его принцип действия и работа в реальных условиях.

Конструкция с описанием

Вот так он выглядит. Все делано из труб ПВХ.

В данном случае конструкция имеет вид прямой трубы с различными клапанами и краниками, с ответвлением в центре более толстого диаметра трубы.

Самая толстая чать – это буфер или ресивер для накопления и стабилизации давления. Слева и справа установлены входные и выходные шаровые краны.

Я буду рассматривать насос справа на лево. Так как правая сторона – это вход для воды, а левая – выход.

Вообщем, уяснили, что вода подается на шаровый кран справа. Далее идет на тройник. Тройник, разделяет потоки. Вверх подает к клапану, который закрывается при достаточном давлении. А прямой поток подается на клапан, который открывается при достижении нужного давления.

Затем, идет опять тройник на ресивер и уже на выход. А, ещё манометр, но его может и не быть, не столь важен.

Все детали разложены перед сборкой. Я использую ПВХ трубы, они клеются на клей, но вполне можно использовать и полипропилен.

Собираю. Второй клапан по середине и выглядит немного иначе. Разница этих двух клапанов в том, что изначально латунный клапан будет всегда открыт, а клапан из ПВХ изначально всегда закрыт.

Конечная часть насоса.

Почти готовый образец.

Добавим манометр для замера давления в работе.

Водяной насос с манометром готов к испытаниям.

Испытания насоса

Пришло время установить и испытать насос. Хочу немного оговориться и сказать, что насос не то чтобы качает воду, а скорее усиливает её напор. Я имею в виду, что для работы насоса необходимо начальное давление.

Для этого установим насос в небольшом ручье. Подключим длинную трубу в несколько метров (это обязательно условие) и будем забирать воду с небольшого возвышения. В итоге к насосу вода будет течь сама.

Ставим ресивер вертикально, латунный клапан должен быть на открытом воздухе.

И насос, щелкая клапанами начинает подавать воду выше уровня забора. Гораздо выше уровня забора воды вначале трубы.

Принцип работы водяного насоса

Все это кажется по истине удивительным и невероятным, но тут нет никакого секрета. Такие водяные насосы ещё называют гидроударными и работают они так:

Когда подается вода, то она сразу устремляется в открытый клапан.

Как только вода наберет небольшой разбег этот клапан резко закроется. А так как столб воды в трубе имеет инерцию как и любая физическая масса, то произойдет гидроудар, который создаст избыточное давление, способное открыть второй клапан. И вода устремится в ресивер, где будет сжимать воздух.

Как только избыточное давление будет погашено и станет меньше исходящего – средник клапан закроется и откроется верхний. В результате чего вода опять побежит через верхний клапан.

Методы устранения неисправностей

Устранение поломки водяного насоса зависит от конструктивных особенностей автомобиля. Так, если водяной насос разборной (для старых моделей автомобилей), есть возможность его перебрать, а вот для неразборных придется менять элемент в сборе.

Ремонт разборной помпы

Ремонт разборного водяного насоса стоит доверить профессионалам, поскольку они знают допустимые зазоры между валом и корпусом, а также могут определить ремонтнопригодность элемента. Так, если было решено, что насос пригодный для ремонта, необходимо провести следующие действия:

1. Снимаем ремень со шкива насоса.
2. Демонтируем сам шкив (обычно закреплен на 3 или 4 болтах).
3. Откручиваем корпус и снимаем помпу в сборе.
4. С внутренней части демонтируем крыльчатку и стопорные кольца вала.
5. Проводим выпрессовку приводного вала.
6. Выпрессуем подшипник, который наверняка остался в корпусе.
7. Теперь необходимо заменить детали, которые были изношены.
8. Сборка проводится в обратном порядке.

Конечно, для каждой модели автомобиля этот процесс будет проводиться по-разному, все зависит от конструктивных особенностей транспортного средства и силового агрегата.

Замена неразборного водяного насоса

Процесс замены неразборного водяного насоса достаточно типичный для всех автомобилей. Так, нет необходимости снимать шкив, поскольку он идет в сборе. Итак, рассмотрим, последовательность действий направленные на замену помпы:

1. Снимаем приводной ремень со шкива водяного насоса.
2. Откручиваем болты крепления корпуса от блока цилиндров.
3. Вынимаем водяной насос.
4. Сборку проводим в обратном порядке.

Типы и конструкция водяных насосов

Все современные автомобильные водяные помпы являются насосами центробежного типа, они нагнетают охлаждающую жидкость в систему с помощью вращающегося многолопастного колеса (крыльчатки). В таком насосе крыльчатка находится в замкнутой полости с двумя патрубками: подводящим над центром крыльчатки и нагнетательным на периферии. Охлаждающая жидкость поступает на среднюю часть крыльчатки и отбрасывается ее лопастями на периферию, приобретает ускорение и через нагнетательный патрубок подается в водяную рубашку двигателя. Так между подводящим и нагнетательным патрубками насоса создается разность давлений, обеспечивающая циркуляцию охлаждающей жидкости по системе.

Обычно насос встраивается в систему охлаждения между выпускным патрубком радиатора и впускным патрубком водяной рубашки двигателя. То есть, через помпу проходит уже охлажденная в радиаторе жидкость, благодаря чему на агрегат снижается тепловая нагрузка и продлевается его ресурс.

Конструкция водяного насоса в общем случае проста. Основу агрегата составляет литой корпус с патрубками (подводящим и нагнетающим), внутри которого на валу расположена крыльчатка. Вал крыльчатки удерживается одним или двумя подшипниками в передней стенке корпуса, вся конструкция уплотняется самоподжимным сальником, препятствующим проникновению охлаждающей жидкости в подшипник и ее утечку из корпуса насоса. Сальник имеет пружину, за счет чего он всегда прижат к корпусу насоса и обеспечивает необходимую степень герметичности. Также внутри может располагаться водоотражатель, препятствующий попаданию воды на подшипники изнутри. Снаружи на валу крыльчатки располагается ступица шкива привода насоса, на который может крепиться и вентилятор. На шкиве или на валу со стороны передней стенки корпуса насоса может располагаться пылеотражатель, препятствующий проникновению пыли в подшипник.

Существующие сегодня помпы отличаются конструкцией крыльчатки и корпуса, способом установки на двигатель, типом привода и наличием/отсутствием привода вентилятора охлаждения радиатора.

В помпах используются крыльчатки двух основных типов:

• Дисковые — крыльчатка конструктивно выполнена в виде плоского диска, на одной поверхности которого расположены прямые или спиральные лопасти;
• Кольцевые — крыльчатка выполнена в виде двух дисков, между которыми расположены прямые или спиральные лопасти.

Наиболее широкое применение находят дисковые крыльчатки с лопастями различных типов. Кольцевые крыльчатки применяются реже вследствие более сложной конструкции и высокой массы. Дисковые крыльчатки могут быть литыми и штампованными, кольцевые — литыми и сварными (собранными из отдельных компонентов).

По конструкции корпуса и способу установки на двигатель жидкостные насосы бывают:

• Интегрированные в блок двигателя;
• Корпусные (автономные).

Насосы первого типа имеют корпус, открытый со стороны крыльчатки — вторую часть корпуса составляет полость в блоке двигателя. Такой насос монтируется непосредственно на двигатель (через прокладку на специально обработанную привалочную поверхность), он занимает мало места и требует выполнения минимального числа соединений, так как нагнетательный патрубок обычно интегрирован в корпус и блок. Именно насосы, интегрированные в блок двигателя, сегодня получили наибольшее распространение.

Насосы второго типа выполнены в виде автономных агрегатов, которые соединяются с системой охлаждения патрубками. Эти насосы тоже устанавливаются на блок двигателя (на привалочную поверхность или на отдельные кронштейны), однако занимают больше места, чем насосы первого типа. В остальном корпусные и интегрированные насосы не имеют принципиальных отличий.

Водяные насосы могут иметь привод двух основных типов:

• Ремнем/цепью ГРМ;
• Ремнем привода вспомогательных агрегатов.

В первом случае на насос устанавливается зубчатый шкив (для зубчатого ремня) или звездочка (для цепи), во втором случае используется шкив для обычного клинового или поликлинового ремня. Сегодня используются все типы приводов, однако наибольшее распространение получили насосы с приводом от ремня ГРМ и поликлинового ремня. На ранних двигателях (особенно дизельных) все еще используются клиноременные передачи с одиночными, спаренными, строенными и счетверенными ремнями.

Наконец, шкив привода водяного насоса может использоваться для установки вентилятора охлаждения. Вентилятор может монтироваться на шкив непосредственно (жестко) или через вязкостную муфту, в первом случае вентилятор работает постоянно (так как насос имеет постоянный привод), во втором случае вентилятор включается в работу только в определенном диапазоне температур.

Как создается давление внутри?

Сейчас, наверное, многие думают — что давление внутри системы охлаждения создается специально! Отчасти это правда, а отчасти нет! Собственно двигателю «по фигу», главное чтобы он охлаждался. Да и специально нагнетать его туда никто не собирается. Все происходит само собой. НО КАК?

Это достаточно легкий физический процесс, любая охлаждающая жидкость (тосол или антифриз), да будь даже дистиллированная вода, от нагрева расширяется. ТО есть ее уровень растет, а особенно сильно расширяются антифризы – ОТ 10 ДО 20% в объеме.

А вот охлаждающая система – это замкнутый герметичный контур, то есть у него практически вообще нет, соприкосновения с окружающей средой.

НУ, теперь и представьте – холодный двигатель, вы только добавили в систему новую жидкость, скажем «до уровня», давления в ней практически «ноль». Закрыли пробку расширительного бачка и запустили двигатель. Система начинает разогреваться, антифриз расширяется и соответственно начинает давить на стенки радиаторов, патрубков и т.д. таким образом, оно и создается внутри.

Методы устранения неисправностей

Устранение поломки водяного насоса зависит от конструктивных особенностей автомобиля. Так, если водяной насос разборной (для старых моделей автомобилей), есть возможность его перебрать, а вот для неразборных придется менять элемент в сборе.

Ремонт разборной помпы

Ремонт разборного водяного насоса стоит доверить профессионалам, поскольку они знают допустимые зазоры между валом и корпусом, а также могут определить ремонтнопригодность элемента. Так, если было решено, что насос пригодный для ремонта, необходимо провести следующие действия:

1. Снимаем ремень со шкива насоса.
2. Демонтируем сам шкив (обычно закреплен на 3 или 4 болтах).
3. Откручиваем корпус и снимаем помпу в сборе.
4. С внутренней части демонтируем крыльчатку и стопорные кольца вала.
5. Проводим выпрессовку приводного вала.
6. Выпрессуем подшипник, который наверняка остался в корпусе.
7. Теперь необходимо заменить детали, которые были изношены.
8. Сборка проводится в обратном порядке.

Конечно, для каждой модели автомобиля этот процесс будет проводиться по-разному, все зависит от конструктивных особенностей транспортного средства и силового агрегата.

Замена неразборного водяного насоса

Процесс замены неразборного водяного насоса достаточно типичный для всех автомобилей. Так, нет необходимости снимать шкив, поскольку он идет в сборе. Итак, рассмотрим, последовательность действий направленные на замену помпы:

1. Снимаем приводной ремень со шкива водяного насоса.
2. Откручиваем болты крепления корпуса от блока цилиндров.
3. Вынимаем водяной насос.
4. Сборку проводим в обратном порядке.

Как правильно выбрать водяной насос

Каждое устройство имеет свои плюсы и минусы. Первое с чем стоит определиться – это для какой цели вам необходим насос, и в каких условиях ему придётся работать?

Параметрами помп выступает:

• Напор (максимальная высота подъёма жидкости);
• Подача (перекачиваемая вода за единицу времени);
• Мощность (кВт / час);
• Минимальный уровень чистоты водного ресурса.

Если вы выбираете насос для центробежного водоснабжения глубиной скважины до 40 м, то вам подойдет погружной вибрационный или погружной центробежный. Но стоит учесть, что вибрационные механизмы способны поднять на большую высоту, но подача у них слабая, центробежные и вихревые – наоборот. Считается, что самыми ходовыми есть центробежный (лопастный) как в городах, так и индивидуальном использовании.

На что обращать внимание при покупке водяной помпы

Водяная помпа (насос) — важный элемент системы охлаждения, необходимый для циркуляции антифриза внутри системы. Неисправности помпы могут привести к закипанию мотора. Чтобы избежать печальных последствий, к выбору комплектующей стоит подойти ответственно. Рассмотрим несколько критериев, по которым легко определить качественный водяной насос.

Крыльчатка

Крыльчатка — исполнительный механизм, перекачивающий антифриз

Особое внимание нужно обратить на материал, из которого изготовлен этот элемент

Пластмассовая крыльчатка. Большинство современных комплектующих оснащены крыльчаткой из пластика. Она имеет меньший вес, по сравнению с металлическими аналогами, а, соответственно, обладает более низкой инерцией. Это позволяет двигателю тратить меньше энергии для раскручивания крыльчатки. Тонкие лопасти эффективно подают жидкость. Зачастую такая конструкция является закрытой.

Однако, у пластмассовой крыльчатки есть и недостатки. Хрупкий материал поддается влиянию высоких температур и деформируется. Лопасти могут изнашиваться и даже срываться со штока. Это все негативно сказывается на КПД помпы.

Металлическая крыльчатка. Железная крыльчатка обладает большим ресурсом работы. Но и здесь есть свой недостаток — большая инерционность. Для запуска и раскручивания лопастей, двигателю потребуется значительно больше энергии, чем в случае с пластиковым аналогом. Металл имеет свойство ржаветь, особенно, если в систему залит некачественный антифриз.

Чугунная крыльчатка. Чугунный вариант обойдется дешевле, так как для его изготовления не требуются особые технологии. Такая крыльчатка очень устойчива к коррозии. Однако, чугунная поверхность будет неоднородной, что может уменьшать КПД помпы ( из-за образования волн антифриза). Толщина таких лопастей очень большая, что также губительно сказывается на КПД.

Алюминиевая крыльчатка. Алюминиевая крыльчатка устойчива к коррозии. Лопасти из этого материала получаются тонкими и обладают гладкой поверхностью.

Крыльчатка из листовой стали. Самые тонкие лопасти изготавливаются из листовой стали. Они обладают антикоррозийными свойствами и имеют идеальную поверхность. Однако, такие лопасти не будут литыми — их приклепывают на площадку. К тому же, форма лопастей из листовой стали не может быть закругленной.

Параметры крыльчатки

Еще одним немаловажным фактором является высота крыльчатки. Чем ниже лопасти, тем меньше производительность. Другой критерий — вылет крыльчатки. Здесь действует обратный принцип — чем ближе лопасти к ответной части помпы, тем лучше подача антифриза

Кроме того, важно, чтобы крыльчатка правильно запрессовывалась на вал. Дисбаланс может привести к люфту и возникновению сильного гула

Не стоит выбирать наиболее дешевого производителя, так как контролировать все эти моменты — задача не из легких.

Сальник

Сальник отвечает за герметичность помпы. Для улучшения свойств уплотнителя, используется антифриз с добавлением смазки. Большинство современных помп оснащены керамическим сальником, состоящим из двух элементов по типу плоского золотника.

Подшипник

Наиболее распространенные конструкции включают в себя двухрядный закрытый шарикоподшипник или роликоподшипник. Этот элемент смазывается высокотемпературной пластичной смазкой.

Шкив

Скорость вращения вала напрямую зависит от диаметра шкива. Производитель подбирает оптимальные размеры для той или иной модификации.

Существуют шкивы трех видов:

• Зубчатый — приводится в действие зубчатым ремнем ГРМ.
• Ременной — приводится в действие обычным ремнем.
• Электромагнитный — муфта, регулирующая скорость вращения помпы при помощи магнита.

Последняя модификация не нуждается в уплотнении сальником, поэтому такая помпа никогда не потечет. Шкивы жестко крепятся к оси посредством болтов или шпоночного соединения.

Корпус

Помпы на легковые автомобили изготавливаются из алюминия. Этот материал хорошо поддается формированию, поэтому деталь может приобретать самые сложные формы. Литье из алюминия позволяет придерживаться точных размеров.

Для грузового транспорта предусмотрен чугунный корпус, рассчитанный на меньшее количество оборотов. Такая помпа обладает длительным сроком службы.

Устройство водяной помпы.