user10353888

Собираю электронику насоса-дозатора

Я занимаюсь промышленной водоподготовкой. Сейчас у нас исследовательский проект: изучаем методы предочистки высокоминерализованной воды. Пробуем разные коагулянты и флокулянты, меняем дозы и градиенты перемешивания. Каждый режим держим около двух часов, потом отбираем пробы и сравниваем результат.

Для такого исследования нужен точный перистальтический насос-дозатор на маленький расход: реагент идёт в воду непрерывно, доза задаётся в мг/л, подача 1–13 мл/мин. Если подача плавает, непонятно, что сработало — реагент или случайность. Реагентов два, коагулянт и флокулянт, значит, нужно два канала.

Недорогие дозаторы для аквариумов работают по таймеру: включились, быстро выдали порцию, встали. А мне нужно качать непрерывно, с заданной скоростью от 0,5 до 30 мл/мин и с дозой в мг/л. Лабораторные насосы так умеют, но стоят около 24 000 ₽ за канал. Открытые проекты с Thingiverse я тоже пробовал: напечатал несколько. Ни один не заработал на моей трубке без переделки.

Ладно, думаю, нарисую сам.

Вот что получилось. Головка напечатана, мотор — обычный NEMA17 от 3D-принтера

Корпус 118 × 88 × 99 мм. На лицевой панели тумблер и индикатор «Работа». Корпуса ставятся друг на друга: один насос — один канал.

Внутри головки ротор с тремя роликами. Каждый ролик — два подшипника 623. Ролики пережимают силиконовую трубку и гонят раствор. Раствор касается только трубки, так что головку не нужно промывать.

Головка в разобранном виде: крышка, ротор, вкладыш, корпус, мотор

Так ролики перегоняют раствор — анимация модели:

Всё печатается из PETG. Головка — около 47 г пластика, корпус для электроники — ещё около 150 г.

Печатается лицевая панель корпуса

Первый насос жил на столе: провода наружу, вода из стакана.

Отладка. Насос качает воду из стакана, электроника пока снаружи

Электроника стоит в отдельном печатном корпусе: плата ESP32, драйвер TMC2209 на плате-адаптере и разъёмы. Провода идут с готовыми разъёмами, паять почти ничего не нужно.

Управляет насосом ESP32 через драйвер TMC2209. Экрана нет: насос раздаёт свой Wi-Fi, подключаюсь телефоном, и открывается приложение. Ввожу дозу в мг/л, расход воды и концентрацию раствора — насос сам считает мл/мин. Калибрую мерным цилиндром прямо из приложения.

Режим «Доза»: 5 мг/л при 30 л/ч и растворе 5 г/л — насос ставит 0,50 мл/мин

Калибровка — тоже в приложении: опускаю трубку в мерный цилиндр, ввожу объём, насос пересчитывает коэффициент.

Первый насос качал, но ниже 4 мл/мин подавал меньше, чем задано, а по трубке шёл пузырь воздуха.

Пережим трубки задаёт сменный вкладыш — полукольцо, в канавке которого лежит трубка. Первые вкладыши я рассчитал на пережим 5–20 %. Силиконовая трубка оказалась мягче, и ни один из них не закрывал её полностью. Пока трубку жмут два ролика, этого хватает. Остаётся один — и через неплотный пережим проходит воздух.

Тогда я напечатал вкладыши потуже. С пережимом 30 % насос ровно подаёт около 1 мл/мин, воздух больше не проходит. Вкладыш печатается 20 минут — ради этого я и делал пережим сменной деталью, а не намертво.

Трубка меняется за минуту: откручиваю четыре винта крышки.

Сейчас оба стоят на установке и уже неделю работают по 10–12 часов в день. Коагулянт — технический сульфат алюминия, раствор 12,5 г/л, 5–7,5 мл/мин. Флокулянт — раствор 0,015–0,05 г/л, 3,3–13,3 мл/мин. Проверяю мерным цилиндром — расход совпадает с заданным.

Насос на установке. Трубка в мерном цилиндре — так проверяю расход

Установка целиком: насосы подают коагулянт и флокулянт.

Чтобы трубка лежала правильно, напечатал ещё две детали. Скоба надевается на стенку ёмкости без клея и винтов. Трубка защёлкивается в канавку и не заламывается, а конец уходит под воду — нет капель и корки на кончике.

Заборник бросаю в канистру: внутри три нержавеющие гайки, поэтому он лежит на дне и не всплывает. Раствор заходит через щели на высоте 33 мм, осадок со дна не подсасывается. Разбирается поворотом, без ключей.

Делал под лабораторию, но насосу всё равно, что качать. Аквариумистам — удобрения и кальций для морского аквариума. В бассейн — корректор pH и хлор (для хлора нужна трубка PharMed). Пивоварам — сироп или добавки, с пищевой силиконовой трубкой.

Комплектующие на один насос вышли примерно в 5 100 ₽: мотор, драйвер, ESP32, блок питания, шесть подшипников, винты и около 200 г PETG.

Головка собирается за 9 шагов:

Рабочее место, где собирались насосы:

Приложение насоса можно попробовать прямо в браузере, насос там имитируется: dozator.sergey-kireev.ru/demo

Модели, прошивка и инструкция по сборке — на сайте: dozator.sergey-kireev.ru