Как я сделал перистальтический насос
Во многих инженерных задачах есть проблема перекачки и дозировки различных жидкостей, для ее решения используют различные насосы: импеллерные, пластинчатые, шестеренные, плунжерные, винтовые, центробежные, перистальтические. Последние получили широкое распространение благодаря следующим преимуществам:
- возможность достаточно точной дозировки;
- отсутствие негерметичных соединений в камере;
- возможность хорошей изоляции перекачиваемой жидкости от узлов насоса.
Периодически встречаются задачи в которых нужно небольшое дозирующее устройство, поэтому мы решили сделать себе его, использовав в основе перистальтический насос. Плюс этот тип насоса хорошо подходит для выполнения его на 3D принтере SkyOne, т.к. ответственные узлы являются стандартными инженерными единицами (валы, подшипники, двигатели, силиконовая трубка), а распечатать нужно только корпусные детали, с чем отлично справится 3D принтер SkyOne.
Итак, конструкция насоса предельно проста: ротор, трубчатая рабочая камера из упругого материала, статор. Создаем модель первого варианта корпуса, отправляем его на печать. Т.к. первый вариант почти всегда тестовый, то для его печати мы использовали пластик HTW PLA+, он дешевый и меньше вреда наносит окружающей среде. Для остальных узлов взяли калиброванный пруток из нержавейки (для валов и штуцеров), стандартные подшипники и вакуумный силиконовый шланг. В качестве привода поставили шаговый двигатель FL42STH47 от фирмы НПФ "Электропривод".
Для тестов в качестве контроллера использовали SMSD 1.6, очень удобный контроллер, у него есть ручной режим управления (частотный генератор по сути) и можно быстро собрать стенд для тестирования и запустить.
Насос из PLA работает не на полную мощность и двигатель взяли мощнее (FL42STH60) чтобы снизить рабочую температуру, т.к. иначе PLA "потечет".
Протестировав первую версию внесли изменения и напечатали уже итоговый насос из хорошо зарекомендовавшего себя пластика HTW P-Carbon.
Расход насоса на максимальной скорости получается 30 л/мин. Сейчас насос проверяем на износостойкость, на данный момент он прокачал через себя уже 203 л, и стали видны следы износа трубки (белый налет стертого силикона на стенках).
В итоге, после прохождения ресурсного теста мы получили следующие данные:
Тест проходил до момента разрыва трубки, после чего мы зафиксировали следующие данные:
- общее время работы насоса до разрыва трубки - 31.5 час;
- общий объем прокачанной жидкости - 610 литров.
В ходе теста было замечено значительное изменение расхода на 20-ом часу работы, т.е., взяв запас 25%, можно принять, что ресурс трубки 15 часов при расходе 25 литров.
Фотографии деталей насоса после теста:
На фотографиях видно, что трубка стирается о тело ротора, но разрыв происходит не из-за истирания, а в результате образования трещины. Скорее всего она образовалась на 20-ом часу работы, в результате чего часть жидкости стала перетирать обратно в полость всасывания и изменился ее расход. На всех остальных частях, в том числе деталях, напечатанных из пластика P-Carbon, никаких следов износа не замечено.
Для нашей задачи насос подходит, однако, в следующей версии стоит внести изменения:
- сделать регулируемый поджим трубки, чтобы без перепечатывания использовать различные диаметры трубок (хотя бы в небольшом диапазоне);
- облегчить замену трубки;
- максимально уменьшить тело ротора, чтобы оно не касалось трубки;
- расширить рабочие валики, т.к. их ширина сейчас впритык.
У насоса трубку заменили и он снова готов к работе. Для тех, кто хочет повторить проект - в качестве трубки использовали вакуумную силиконовую трубку от ВАЗ 2109.