SE509406C2 - Metod och anordning vid cirkulationspumpar - Google Patents

Description

509 406 LösNINGEN För detta ändamål kännetecknas uppfinningen av att bypassledningen ansluter till pumpen på så sätt att ett flöde genom denna ledning åstadkommer och/eller ökar en förrotation av inflödet till pumphjulet som medför en sänkning av pumpens effektbehov. Genom denna anordning av bypassflödet ökar pumpens verkningsgrad så länge en andel av kylflödet passerar genom bypassledningen.

Enligt ett fördelaktigt utföringsexempel av uppfinningen leds bypassflödet in i pumpen via en passage som ansluter huvudsakligen tangentiellt mot ett centralt pumpinlopp.

Lämpligen uppvisar passagen en krökt yttre väggyta med en tvärsnittsarea som krymper monotont i riktning mot det centrala pumpinloppet.

Passagen kan därvid sträcka sig snäckformigt runt det centrala inloppet.

Lämpligen bildar passagen en areaminskning, som ger flödet från bypassledningen ökad väsentligen tangentiellt flödeshastighet i riktning mot inloppet.

I ett utförande är åtminstone ett inlopp riktat mot centrum av pumphjulet och bypassledningen sträcker sig åtminstone delvis lindad kring inloppet och bypassledningen är förgrenad.

I ett annat lämpligt utförande sträcker sig ett inlopp en bit i bypassledningen och är riktat mot centrum av en anordning försedd med skovel som har en öppning, vilken anordning riktar flödet ñån bypassledningen väsentligen tangentiellt mot flödet från inloppet genom sagda öppning och åstadkommer en förrotation. Den med skovel försedda anordningen befinner sig huvudsakligen i flödet från bypassledningen strax före pumphjulet.

I de föredragna utföranden är förrotationen i pumphjulets rotationsriktning. 10 15 20 25 30 509 406 3 Uppfinningen avser även en kylmediepump fór pumpning av ett kylmedium medelst ett roterande purnphjul, exempelvis för kylning av ett fordons drivmotor, vilken pump ingår i ett kylsystem omfattande en matarledning från motom till en kylare, en returledning från kylaren till pumpen och en ventil för shuntning av utloppsflödet från motom via en bypassledning tillbaka till pumpen. Bypassledningen är ansluten till pumpen på så sätt att ett flöde väsentligen från denna ledning åstadkommer och/eller ökar en fórrotation av inflödet till pumphjulet, vilken fiârrotation medför en sänkning av pumpens effektbehov. I kylmediepumpen är flödet i beroende av motorns driftsfórhållande. Företrädesvis är ventilen termostatstyrd.

En metod, enligt uppñnningen, för optimering av flödeskapaciteten i en cirkulationspump fór pumpning av ett kylmedium medelst ett roterande pumphj ul, exempelvis fór kylning av ett fordons drivmotor, vilken pump ingår i en cirkulationskrets omfattande en matarledning från motom till en kylare, en returledning från kylaren till pumpen och en reglerventil för shuntning av utloppsflödet från motom via en bypassledning tillbaka till pumpen, i beroende av motoms drifisfórhållanden, ett inlopp är riktat mot pumphjulets centrum och ett snäckforrnat utlopp sträcker sig från pumphjulets yttre kant, kännetecknas av att bypassflöde väsentligen från bypassledningen möter det centrala inloppsflödet från inloppet väsentligen på så sätt att en rotation av inloppsflödet åstadkommes och bypassflödet möter inloppsflödet väsentligen tangentiellt.

BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer nedan att beskrivas med hänvisning till utíöringsexempel som visas på de bifogade ritningarna, på vilka Fig. l visar schematiskt en skiss över kylmediekretsen i ett fordon.

Fig. 2 och 3 visar schematiskt och delvis i perspektiv, ett snitt genom en cirkulationspump, avsedd för illustration av principen for åstadkommande av fórrotation, enligt föreliggande uppfinning i en cirkulationspump.

Fig. 4 visar en mer detaljerad och enligt uppfinningen utformad cirkulationspump, delvis sektionerad, i vy från sidan, 10 15 20 25 30 509 406 4 Fig. 5 är en ändvy av den i fig. 4 visade pumpen.

F íg. 6 visar ett andra utförande av en pump, enligt uppfinningen med en del av pumphuset borttagen och delvis genomskinligt.

Fig. 7 visar ett snitt genom ett altemativt utförande av en cirkulationspump, enligt uppfinningen.

Fig. 8 visar ett snitt längs linjen VIII-VIII i fig. 7.

Fig. 9 är ett diagram som visar effekt/flöde- förhållandet.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Uppfinningen avser huvudsakligen att åstadkomma en förrotation i en cirkulationspump. Även om i följande beskrivning, sker hänvisning till ett utföringsexempel baserat på en cirkulationspump i samband med en motor och i synnerhet en fordons motor, är det uppenbart för fackmän att principen enligt föreliggande uppfinning kan appliceras på alla typer av cirkulationspumpar, där en kombination av ett första och andra flöde används för att åstadkomma en förrotation.

Fig. 1 visar ett blockschema över kylmediekretsen i ett fordon, som huvudsakligen innefattar en motor 25, en huvudsakligen termostatstyrd reglerventil 26, en eventuell expansionstank 27, en kylare 28, en cirkulationspump 29 och en bypassledning 30.

Självfallet kan andra, för uppfinningen icke relevanta delar förekomma, vilka uteslutes i följande beskrivning.

Den termostatstyrda ventilen 26 har ett första och ett andra extremlägen samt ett antal mellanlägen. I det första läget styres flödet via kylaren 28 till pumpen 29 och i det andra läget styres flödet via en bypassledning 30 till pumpen 29. Dessa två lägen bestämmes i regel av temperaturen i mediet som 'flödar i kylkretsen, t.ex. under kalla dagar, cirkuleras kylmediet, huvudsakligen vid start, via bypassledningen 30 tills en viss temperatur uppnås, varpå mediet styres genom kylaren 28. I synnerhet i dagens fordon som har en förhållandevis bra kylning av motom, passerar flödet under cza 90% av tiden via bypassledningen. lO 15 20 25 30 509 406 5 Fig. 2 och 3 visar mycket schematiskt uppfinningens grundläggande princip. Pumpen 29 innefattar huvudsakligen ett hus 10, pumphjul 17, pumphjulsvingar 18, ett första inlopp 19, ett andra inlopp 22 samt ett utlopp som inte visas. Inloppet 19 är anslutet till kylaren medan inloppet 22 är anordnat väsentligen omedelbart före pumphjulet 17 och anslutet till bypassledningen 30. I fig. 2 visas endast ett flöde in i pumpen från kylaren, medan i fig. 3 visas även flödet från bypassledningen 30 via inloppet 22, vilket åstadkommer en riktning av bypassflödet så att detta flöde möter det centrala inloppsflödet, väsentligen tangentiellt. Detta medför en förrotation i hjulets rotationsriktning. Resultatet av detta riktade tillflöde blir att belastningen på pumpens drivaxel p.g.a. impulsmomentet i förrotationen reduceras, så snart ett delflöde styrs av reglerventilen till bypassledningen. Belastningen på pumpens drivaxel minskar naturligtvis i proportion till hur stor andel av kylmediet, som passerar genom bypassledningen.

Ett mera detaljerat utföringsexempel av en cirkulationspump 29, enligt uppfinningen visas i fig. 4 och 5. Cirkulationspumpen omfattar en första hushalva 10 som inrymmer pumpens flödeskanaler. Ett delningsplan ll är gemensamt med en andra hushalva 12 som inrymmer lager 13 och tätning 14 för en diivaxel 15.

Drivaxelns yttre, högra ände i fig. 4 uppvisar ett drivhjul 16, t.ex. ett tandat kuggremdrev eller ett kugghjul som står i drivförbindelse med en drivmotor. Den motsatta änden av drivaxeln 15 skjuter in i den första hushalvan 10 och bär ett pumphjul 17 med purnpvingar 18.

Ett första, centralt pumpinlopp 19 bildar en böjd flödeskanal in mot pumphjulets 17 centrum, och är förbundet via en rörledning med en i kylsystemet ingående, icke visad kylare. På konventionellt sätt driver det roterande pumphj ulets vingar kylvätska att strömma från pumpens inloppssida under ökning i flödeshastighet och tryck längs en snäckformad kanal 20 med monotont ökande tvärsnittsarea från pumpens centrum, ut till ett utlopp 21. Utloppet är förbundet med drivmotorns cylinderblock. 10 15 20 25 30 509 406 6 Ett andra pumpinlopp 22 är förbundet med kylsystemets bypassledning som sträcker sig till reglerventil för shuntning av motoms utloppsflöde tillbaka till pumpen.

Reglerventilen 26 (fig. 1) ingår i kretsen, som ansluter kylkanalutloppet i motom till kylsystemets kylare. Purnpinloppet 22 övergår i en snäckforrnad kanal 23, som sträcker sig med monotont krympande tvärsnittsarea i riktning mot det centrala pumpinloppet 19 och parallellt med kanalen 20. Kanalen 23 förenar sig med det centrala pumpinloppet 19 väsentligen omedelbart före pumphjulet 17 och åstadkommer en riktning av bypassflödet, så att detta flöde möter det centrala inloppsflödet väsentligen tangentiellt med avsevärd kraft.

Detta riktade tillflöde till pumphjulet 17, resulterar på samma sätt som ovan, att belastningen på pumpens drivaxel 15 reduceras, så snart ett delflöde styrs av reglerventilen till bypassledningen. Belastningen på pumpens drivaxel 15 minskar naturligtvis i proportion till hur stor andel av kylvattnet som passerar genom bypassledningen. När flödet genom bypassledningen är, t.ex. noll eller nära noll, dvs. när motorn drivs under fullast-fórhållanden, fungerar pumpen som en konventionell kylmediepump. lnloppet 19 omfattar en grenanslutning 24, vilken förbinder pumpen med expansionskärlet 27 fór kylvätska, och har till uppgift att trycksätta kylsystemet.

Grenanslutningen är placerad i linje med pumphjulets rotationsaxel, där trycket är lågt.

Som ett alternativ till den visade utfonnningen av grenanslutningen, kan anslutningen sträcka sig med en rörstuts ett stycke in i pumpen och åstadkommer bättre trycksättning.

Ett andra utföringsexempel av uppfinningen visas schematiskt i ñg. 6, vari fórrotationen skapas genom att bypassflödet fóres in genom bypassledningen 30', som “lindas” ett godtyckligt antal varv runt, det mot pumphjulets centrum väsentligen axiellt riktade inloppet 19'. Ledningen 30' förgrenas i två grenar 30'a och 30'b och mynnar in i pumpinflödet via två inlopp 22'a resp. 22'b, väsentligen tangentiellt riktade mot flödet från inloppet 19'. Självklart kan en eller fler än två förgreningar av bypassledningen och 10 15 20 25 30 509 406 7 ett eller fler än två inlopp därav förekomma. Även diametern av de íörgrenade ledningarna kan variera, företrädesvis monotont minskande mot inloppen 22'a resp. 22'b.

I ännu ett utföringsexempel, som visas i fig. 7 är en del av inloppet l9" införd i bypassledningen 30", som en kort rörstuts 31. Strax före pumphjulet l7" är en med skovlar 32 försedd trumma 33 anordnad, ett tvärsnitt av vilken visas i fig. 8. Trumman 33 är i sin centrum försedd med en öppning 34 genom vilken flödet in till pumphjulet l7" passerar. Rörstutsen 31 är så anordnad att den riktar ett flöde väsentligen till den öppna mitten av trumman 33, innanför skovlarnas inre avslutande gränslinje, medan flödet från bypassledningen 30" träffar skovlarna 32 och p.g.a. skovlamas krökta och mot centrum av trumman 33 lutande utfonnning riktas ett väsentligen tangentiellt flöde mot flödet från inloppet 19" och åstadkommer en förrotation.

Utförandet enligt detta exempel kan självklart ändras genom att bypassledningen och inloppet enligt fig. 7 byter plats. I detta fall måste den skoveltörsedda trumman anordnas centralt, t.ex. i eller strax utanför bypassflödesledningens mynning så att flödet riktas tangentiellt utåt mot flödet från inloppet.

I ett fordon, är vinsten med anordningen av cirkulationspumpen enligt uppfinningen beroende av hur stor andel av en körcykel som motom drivs med dellast respektive fullast. Praktiska försök har visat att bränslebesparingen under en normal körcykel kan, t.ex. uppgå till cirka 5 procent, genom användning av cirkulationspumpen enligt uppfinningen.

Grafen i fig. 9 visar schematiskt och som ett exempel vinsten då fórrotation enligt uppfinningen används. Grafens horisontella axel representerar procent av bypassflödet och den vertikala axeln visar effekten. Kurva A visar att effekten är noll eller väsentligen nära 0 W då ingen törrotation används. Kurva B visar däremot effekten med avseende på bypassflödet vid utnyttjande av förrotation. Såsom framgår av figuren vid 100% flöde genom bypassledningen uppnås en effekt av 400 W. 10 15 20 509 406 8 Vid ett konventionellt kylsystem dimensioneras bypasskanalen med strypning för ett nyckfall som motsvarar tryckfallet genom kylaren, så att reglerventílen skall kunna reglera sitt tillflöde i riktning mot två likvärdiga flödesvägar. Således arbetar pumpen med samma last antingen kylvätskan strömmar genom kylaren eller genom bypassledningen. Genom utformningen av cirkulationspumpen enligt föreliggande uppfinning, kan denna strypning anordnas inuti pumpen, på så sätt att hastighetsökningen i flödet utnyttjas till reducering av effektbehovet.

I vissa kylmediepumpar mynnar flödet från kylaren in i pumphuset så att det i sig skapar en förrotatíon och pumpen arbetar normalt med förrotatíon. I en sådan pump kan flödet från bypassledningen öka den befintliga förrotationen, eller vid nollflöde från kylaren ge större förrotatíon.

Inloppsflödet behöver heller inte vara axiellt riktat mot pumphjulet, utan kan det delvis tangentiellt riktas mot pumphjulet. I detta fall kan flödet från bypassledningen riktas mot inloppsflödet på så sätt att det ökar förrotationen.

Uppfinningen är ej begränsad till de ovan beskrivna uttöringsexemplen, utan flera varianter är tänkbara inom ramen för efierfóljande krav. Exempelvis kan pumpens inlopp och utlopp utformas annorlunda. 10 l5 20 25 HÄNVISNINGSBETECIGINGAR Första pumphushalva Delningsplan Andra pumphushalva Lager Tätning Drivaxel Drivhjul Pumphj ul Pumphjulsvingar Pumpinlopp Kanal Utlopp Pumpinlopp Kanal Grenanslutning Motor Reglerventil Expansionstarxlc Kylare Pump Bypassledning Rörstuts Skovel Trumma Owmæ 509 4Û6

Claims (16)

10 15 20 25 30 509 406 10 PATENTKRAV

1. Cirkulationspump (29) för pumpning av en fluid, t.ex. för värmeväxling, medelst ett roterande pumphjul (I 7), vilken pump (29) ingår i en cirkulationskrets omfattande en första matarledning från en värmekälla till en kylaranordning (28), en returledning fiån kylaranordningen till pumpen och en ventil (26) för shuntning av utloppsflödet från värmekällan (25) via en bypassledning (30) tillbaka till pumpen, kännetecknad därav , att bypassledningen (30) är ansluten till pumpen (29) på så sätt att ett flöde väsentligen fiån denna ledning åstadkommer och/eller ökar en fórrotation av inflödet till pumphjulet (17), vilken fiårrotation medför en sänkning av pumpens effektbehov.

2. Cirkulationspump enligt kravet 1, kännetecknad därav, att ett inlopp (19) är riktat mot centrum av pumphjulet (17) och ett utlopp (20, 21) sträcker sig från pumphjulets yttre kant.

3. Cirkulationspump enligt kravet 1, kännetecknad därav, att bypassflödet leds in i pumpen via åtminstone en passage (22, 23) som huvudsakligen tangentiellt ansluter mot ett centralt pumpinlopp (19).

4. Cirkulationspump enligt kravet 3, kännetecknad därav, att passagen (23) uppvisar en krökt yttre väggyta med en tvärsnittsarea som krymper monotont i riktning mot det centrala pumpinloppet (19).

5. Cirkulationspump enligt kravet 3 eller 4, kännetecknad därav, att passagen (23) sträcker sig snäckforrnigt runt det centrala inloppet (19). 10 15 20 25 30 509 406 ll

6. Cirkulationspump enligt något av föregående krav, kännetecknad därav, att passagen (23) bildar en areaminskning som ger flödet fi-ån bypassledningen (22) en ökad tangentiellt flödeshastighet i riktning mot inloppet (19).

7. Cirkulationspump enligt något av kraven 1 eller 3, känneteclmad därav, att åtminstone ett inlopp (19') är riktat mot centrum av pumphjulet (17') och att bypassledningen (30') sträcker sig åtminstone delvis lindad kring inloppet (19').

8. Cirkulationspump enligt kravet 7, lrännetecknad därav, att bypassledningen (3 0') är förgrenad.

9. Cirkulationspump enligt kravet 1, kännetecknad därav, att ett inlopp (19") sträcker sig en bit i bypassledningen (30") och är riktat mot centrum av en anordning (33) försedd med en skovel innefattande en öppning (34), vilken anordning (33) riktar flödet från bypassledningen (30") väsentligen tangentiellt mot flödet från in1oppet(19") genom sagda öppning och åstadkommer en törrotation.

10. Cirkulationspump enligt kravet 9, kännetecknad därav, att den med skovel (32) försedda anordningen (33) befinner sig huvudsakligen i flödet från bypass1edningen(30") strax före pumphjulet.

11. 1 1. Cirkulationspump enligt något av kraven 1-10, känneteclmad därav, att förrotationen är i pumphjulets rotationsriktning.

12. Kylmediepump för pumpning av ett kylmedium medelst ett roterande pumphjul (17), exempelvis för kylning av ett fordons drivmotor, vilken pump ingår i ett 10 15 20 25 30 509 406 12 kylsystem omfattande en matarledning från motom till en kylare, en returledning från kylaren till pumpen och en ventil för shuntning av utloppsflödet från motom via en bypassledning (22) tillbaka till pumpen, kännetecknad därav , att bypassledningen (22) är ansluten till pumpen på så sätt att ett flöde väsentligen fi-ån denna ledning åstadkommer och/eller ökar en förrotation av inflödet till pumphjulet (17), vilken förrotation medför en sänkning av purnpens effektbehov.

13. Kylmediepump enligt patentkrav 12, kännetecknad därav , att flödet äri beroende av motorns drifisförhållande.

14. Kylmediepump enligt patentkrav 12, kännetecknad därav , att ventilen (26) är terrnostatstyrd.

15. Metod för optimering av flödeskapaciteten i en cirkulationspump för pumpning av ett kylmedium medelst ett roterande pumphjul (17), exempelvis för kylning av ett fordons drivmotor, vilken pump ingår i en cirkulationskrets omfattande en matarledning fiån motom till en kylare, en returledning från kylaren till pumpen och en reglerventil för shuntning av utloppsflödet från motom via en bypassledning (22) tillbaka till pumpen, i beroende av motoms driftsförhållanden, ett inlopp (19) är riktat mot pumphjulets centrum och ett snäckformat utlopp (20, 21) sträcker sig från pumphjulets yttre kant, kärmetecknad därav, att bypassflöde väsentligen från bypassledningen (23) möter det centrala inloppsflödet från inloppet (19) väsentligen på så sätt att en rotation av inloppsflödet åstadkommes och/eller ökas.

16. Metod enligt krav 15, kärmetecknad därav, att bypassflödet möter inloppsflödet väsentligentangentiellt.