این پایان نامه در مورد یک طراحی بهینه سازی شده از واتر پمپ سیستم خنک کاری خودرو است که به وسیله موتور الکتریکی DC کار می کند.موتورهای بنزینی گرچه تا حدزیادی بهبود یافته و اصلاح شده اند، اما هنوز بازده بالایی برای تبدیل انرژی شیمیایی به توان مکانیکی ندارند. بیشترین میزان انرژی موجود در بنزین (شاید ۷۰درصد) به گرما تبدیل می شود و مهم ترین وظیفه سیستم خنک کاری خودرو، مراقبت و استفاده صحیح از گرمای ایجاد شده است. در واقع، نخستین وظیفه سیستم خنک کاری خودرو، جلوگیری از گرم شدن بیش از حد مجاز خودرو ازطریق انتقال گرما به هوای بیرون خودرو است. موتور خودرو، بهترین عملکرد را در دمای مناسب و بهینه بالای خود دارد. وقتی موتور سرد است، عملکرد اجزای آن با نقصان مواجه می شود و بازده موتور کمتر و در نتیجه آلودگی ایجاد شده بیشتر می شود. بنابراین، دیگر وظیفه مهم سیستم خنک کاری خودرو این است که به موتور اجازه دهد با سرعت ممکن به دمای بالای بهینه و مناسب برسد و گرم شود، سپس موتور را در دمایی ثابت نگه دارد.
درون موتور خودرو، سوخت به طور دائم می سوزد و عمل احتراق انجام می شود. گرمای حاصل از احتراق، به میزان زیادی از طریق اگزوز خارج می شود، اما مقداری از گرمای ایجاد شده به داخل موتور رسوخ کرده و باعث افزایش دما و در نهایت گرم شدن موتور می شود. موتور، زمانی خوب کار می کند که دمای مایع سردکننده، حدود ۹۳درجه سانتی گراد یا حدود ۲۰۰ درجه فارنهایت باشد. در این دما محفظه احتراق به اندازه کافی گرم می شود تا احتراقی بهتر و آلودگی کمترحاصل شود. لزجت روغن موتور کمتر(در اندازه استاندارد) و در نتیجه عملکرد اجزای آن روانتر و درنهایت میزان اتلاف توان موتور کمتر می شود. فرسایش قطعات و اجزای فلزی کمتر می شود. در این دما محفظه احتراق به اندازه کافی گرم می شود تا احتراقی بهتر و آلودگی کمترحاصل شود. لزجت روغن موتور کمتر(در اندازه استاندارد) و در نتیجه عملکرد اجزای آن روانتر و درنهایت میزان اتلاف توان موتور کمتر می شود. فرسایش قطعات و اجزای فلزی کمتر می شود.
خنک کاری داخل موتور به وسیله مایع خنک کاری انجام می گیرد که در بیشتر موارد ترکیبی از آب و ضدیخ است.این مایع خنک کاری به وسیله واتر پمپ در داخل موتور به حرکت در می آید.در سیستم های که امروزه در تمام دنیا رایج است واتر پمپ بوسله تسمه و دو عدد پولی که یکی به واتر پمپ و دیگری به میل لنگ وصل شده است انرژی و توان لازم برای حرکت خودرا از میل لنگ خودرو تامین می کند و به همین دلیل مقداری از توان تولید شده توسط موتور باید صرف به حرکت درآوردن واتر پمپ می شود تا این قطعه بتواند آب را به خوبی داخل محفظه موتور و رادیاتور به حرکت در بیاورد. این امر بدین معنی است که در اینجا ما مقداری اتلاف انرژی داریم که هم به دلیل وجود تسمه و پولی ها است و دیگری اتلاف توانی است که واتر پمپ از موتور خودرو می گیرد تا به حرکت در بیاید. سرعت حرکت واتر پمپ با سرعت شفت پمپ که به وسیله تسمه نیروی خود را از میل لنگ می گیرد برابر است و پس از اینکه موتور خودرو گرم شود واتر پمپ باید برای سرد کردن موتور با سرعت شفت بگردد.
1-1-سیستم روغن کاری… 2
1-2-جهت عکس جریان به دو دلیل مناسب نیست… 3
1-3-اثرات افزایش دمای کارکرد موتور… 3
1-4-اثرات کاهش دمای کارکرد موتور… 4
1-5-وظیفه سیستم خنک کاری… 5
1-6-انواع سیستم خنک کاری… 5
1-6-1- سیستم خنک کاری با هوا (Air-Cooled System)… 5
1-6-2- سیستم خنک کاری با مایع (Liquid-Cooled System)… 6
1-7- موتور، بلوک موتور و سرسیلندر… 7
1-8- رادیاتور… 8
1-8-1- لوله های رادیاتور… 9
1-8-1-1- لوله با پره… 9
1-8-1-2- رادیاتور لانه زنبوری… 10
1-8-2- طرز قرار گرفتن رادیاتور خودرو… 10
1-8-2-1- رادیاتور عمودی… 10
1-8-2-2- رادیاتور افقی… 10
1-8-3- ملاحظات طراحی رادیاتور… 10
1-8-4- رادیاتور و نحوه انتقال حرارت از سیال گرم به هوا… 11
1-8-5- انواع رادیاتور… 11
1-8-6- درب رادیاتور… 12
1-8-6-1- درب رادیاتورساده… 12
1-8-6-2- درب فشاری رادیاتور… 12
1-9- فن خنک کننده سیستم خنک کاری… 12
1-10- واتر پمپ… 13
1-11- سیستم لوله کشی یا مسیرها و مجراهای تعبیه شده در سیستم خنک کاری… 15
1-12- مایع خنک کننده… 15
1-12-1- طریقه امتحان ضدیخ… 15
1-13- ترموستات… 16
1-13-1 انواع ترموستات… 17
1-13-1-1 ترموستات فانوسی… 17
1-13-2 نصب و بازید ترموستات… 19
1-13-3 ساختمانترموستات… 19
1-13-4 طرز بستن ترموستات… 19
1-13-5 طریقه آزمایش ترموستات… 20
1-14 بخاری یا سیستم گرمایش خودرو… 20
1-15 منبع انبساط… 21
1-16 تسمه… 21
ساختمان و طرز کار پمپ های هیدرولیکی… 24
پمپ ها در صنعت هیدرولیک به دو دسته کلی تقسیم می شوند… 24
پمپ های با جابجایی مثبت… 24
پمپ ها با جا به جایی غیر مثبت… 24
2-3 تاریخچه پمپ گریز از مرکز… 25
2-4 پمپ گریز از مرکز چگونه کار می کند… 25
2-5 دسته بندی پمپ های گریز از مرکز… 26
2-5-1 پمپ های جریان شعاعی… 26
2-5-2 پمپ های جریان مختلط… 26
2-5-3 پمپ های جریان محوری… 27
2-6 پروانه ها… 28
2-7 تیغه… 28
2-8 مزایا و معایب استفاده از پمپ گریز از مرکز… 29
2-9 نابالانسی در پمپ های گریز از مرکز… 29
2-10 دلایل بروز نابالانسی… 30
2-11 نحوه انتخاب پمپ در سیستم های هیدرولیکی… 31
2-12 نحوه انتخاب پمپهای هیدرولیک… 32
2-13 نتیجه گیری… 32
3-1-ساختمان واترپمپ مکانیکی… 35
3-2-وظیفه و کار واترپمپ… 35
3-3-طراحی واتر پمپ… 36
3-4-محاسبات مربوط به واتر پمپ… 37
3-4-1-محاسبه توان مصرفی واترپمپ… 37
3-4-2-سرعت مخصوص واتر پمپ… 37
3-4-3-راندمان حجمی… 38
3-4-4-محابه راندمان هیدرولیکی واتر پمپ… 38
3-5-4-راندمان مکانیکی… 38
3-4-6-توان مصرفی واتر پمپ… 39
4-1- مقدمه … 41
4-2 انواع موتورهای الکتریکی… 41
4 -2-1 موتورهای DC… 41
4-2-2 موتورهای میدان سیم پیچی شده… 43
4-2-3 موتورهای یونیورسال… 43
4-2-4 موتورهای پله ای… 43
4-2-5 موتورهای خطی… 44
5-1- شرح ساختمان و کار کرد واتر پمپ الکتریکی… 46
5-2-نحوه کارکرد واجزای سیستم خنک کاری هوشمند… 48
5-3-ضریب اطمینان موجود در سیستم… 49
5-4-مزایای این سیستم… 51
5-5-مدارات الکتریکی و نحوه کار آن در سیستم شماتیک ساخته شده بدون واحد کنترل… 51
5-6-اجزاء تشکیل دهنده سیستم… 52
5-7-آزمایش با واتر پمپ الکتریکی در خودرو ROA (یکی از محصولات ایران خودرو)… 53
5-8-محل نصب واتر پمپ الکتریکی… 55
5-9-مقایسه پارامترهای واترپمپ… 56
6-1 آنالیز پارامتر های مختلف در طراحی واتر پمپ الکتریکی… 60
6-2 پارامتر های مدل مربوط به محاسبات واتر پمپ الکتریکی… 62
6-3 هندسه اجزای موتور الکتریکی… 63
6-4 هندسه و اجزای پمپ… 64
6-5 آنالیز دمای واتر پمپ الکتریکی… 65
6-5-1مدل مقاومت گرمایی موتور الکتریکی… 65
مراجع و مآخذ… 71
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل 1-1: سیستم خنک کاری… 5
شکل 1-2: اجزای سیستم خنک کاری با مایع خنک کننده… 6
شکل 1-3: سیکل مایع در داخل موتور… 7
شکل 1-4: مسیرهای تعبیه شده در روی بلوکه سیلندر… 8
شکل 1-5: رادیاتور سیستم خنک کاری… 8
شکل 1-6: فن سیستم خنک کاری… 13
شکل 1-7: واتر پمپ… 14
شکل 1-8: پمپ گریز از مرکز… 14
شکل 1-9 تر موستات در حالت بسته… 16
شکل 1-10 ترموستات در حالت باز… 17
شکل 1-11 ساختمان ترموستات… 19
شکل 1-12 سیستم گرمایش خودرو… 21
شکل 1-13 انتقال حرکت به وسیله تسمه… 22
شکل 1-2 اجزای پمپ گریز از مرکز(سانتریفیوژ)… 25
شکل 2-2 شبیه سازی جریان سیال در پمپ… 25
شکل 3-2 پمپ با تیغه های توربینی و مارپیچی… 27
شکل 4-2 نمونه ای از پروانه مارپیچ و عملکرد آن… 29
شکل 5-2 انواع نابالانسی… 31
شکل 3- 1 شکل انفجاری واتر پمپ مکانیکی… 35
شکل 3 -2 واتر پمپ و پره های آن… 36
شکل 4-1 انواع موتور الکتریکی DC… 42
شکل 5-1 شماتیک ساخته شده واتر پمپ الکتریکی… 46
شکل 5-2 شکل واتر پمپ الکتریکی گریز از مرکز… 50
شکل 5-3 موتور الکتریکی سیستم خنک کاری هوشمند… 53
شکل 5-4مدل طراحی شده واتر پمپ الکتریکی در نرم افزار Catia… 55
شکل 6-1 آنالیز فعل و انفعالات(پارامتر های مختلف)در واتر پمپ الکتریکی… 60
شکل 6-2 شماتیک موتور الکتریکی DC… 64
شکل 6-3 شماتیک پمپ گریز از مرکز واتر پمپ… 65
شکل 6-4 مدل مقاومت گرمایی موتور الکتریکی DC… 66
جدول 1-1 مشخصات مایع خنک کننده… 15
جدول 3-1 دبی واتر پمپ مکانیکی در خودرو… 37
جدول 5-1 مشخصات موتور الکتریکی… 52
جدول 5-2 آزمایش در دمای 70 درجه سانتی گراد و دور موتور 900 دوردر دقیقه… 54
جدول 5-3 آزمایش در دمای80 درجه سانتی گراد و دور موتور 3000 دوردر دقیقه… 54
جدول 5-4 آزمایش در حالت ساسات در دمای 37 درجه سانتی گراد و دور موتور 1130دور در دقیقه… 54
جدول 5-5 دستور العمل کنترل کیفیت عملکرد واتر پمپ مکانیکی… 56
جدول5-6 مشخصات فنی واتر پمپ الکتریکی… 57
جدول 6-1 آنالیزعملکرها واتر پمپ الکتریکی… 61
جدول 6-2 طراحی متغییر های موجود در واتر پمپ الکتریکی… 61
جدول 6-3 پارامتر های مدل… 63
جدول 7-1 نتایج بهینه سازی طراحی واتر پمپ الکتریکی… 68