DIY离心泵 - 如何从木材中制作泵

了解如何构建泵,主要部件,然后还使用CFD计算流体动力学优化设计。

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如何制作泵

这是我们建造的泵。它是一款离心式泵,主要由木材和塑料制成,它由带有脉冲宽度调制速度控制器的直流电机驱动。然后我们以各种速度耗尽泵,看看它是如何执行的。

泵演示

如您所见,该泵在开环系统中使用,在储存器之间循环水,泵,然后返回到同一储层。这是一种与水冷式冷却器的冷凝器侧类似的设置,用于为高层商业建筑提供大规模空调。水通过冷却器的热交换器推动,从建筑物上拾取不需要的热量,然后将其送到屋顶上的冷却塔,喷水以将热量释放到大气中,然后现在较冷的水释放到大气中,然后较冷地在冷却塔的平底锅中收集并循环回到冷水机组中以拿起更多热量。

类似于水冷式冷却器的冷凝器侧

通过使用该系统,我们在泵入口上保持相同的吸入压力。

保持恒定的压力

如果泵排出单独的罐,则入口处的水位会改变,因此压力也会变化,从而导致泵性能变化。为了打击这一点,我们需要加上相同数量的水被移除。因此,更容易将水返回到同一个罐中。

将水返回坦克

离心泵相当简单,只有几个部分。主要是泵壳。叶轮。轴。入口和出口。一些轴承和电动机。

离心泵

我们的设计看起来像这样。我们有泵壳,叶轮和轴。轴承屋。入口和外部和电直流电动机。

我们的泵设计

泵设计

为了保持设计简单,我们决定使用随时可用的材料。对于我们使用海洋胶合板的泵壳,这是一种强大的材料,它形成了防水胶水,很容易与之合作,经常用于建造船。我们希望能够在泵内看到,因此我们决定使用厚厚的丙烯酸薄板,在该厚板和泵壳之间。对于我们再次使用丙烯酸的叶轮,因为它易于使用并且可以与溶剂一起使用以形成强的关节。轴由不锈钢螺纹杆制成,具有不锈钢锁紧螺母。我们使用不锈钢,因为叶轮将被浸没在水中,而不锈钢与低碳钢相比,不锈钢更难以锈。管道由PVC制成,因为它便宜并且具有非常低的摩擦系数。配件主要由铜制成,因为这就是我们当地的商店有库存的东西。要驱动泵,我们使用775个直流电机,可变速度驱动。

零件使用

PWM速度控制:http://engineerz.club/pwm-speed-control.

775电机:http://engineerz.club/775-Motor.

电机耦合:http://engineerz.club/dc-motor-coupling.

螺纹杆:M8不锈钢螺纹杆

木材:12mm海洋胶合板

丙烯酸片:12mmhttp://engmind.info/acrylic-sheet.

直流电源:http://elelecticl.info/dc-bench-d-l...

水杯:https://amzn.to/2ncnmih

管道:22mm屏障管PVC

密封:2mm黑色橡胶

刀片管:50mm OD丙烯酸管

现在我们选择了材料,我们只需要设计泵。离心泵使用蜗壳,这是叶轮周围的膨胀通道,其将水速度转化为压力,以及允许流速发展。

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蜗壳解释说明

我们已经为叶轮有了一些70毫米的光盘,所以我们基于我们的蜗壳,并在CAD中绘制了粗糙的速度形状。

叶轮设计

设计叶轮的刀片,我们有3个主要选择。刀片可以向后弯曲,直线或向前弯曲。为了保持设计简单,我们决定使用50毫米丙烯酸管的段来形成刀片的曲线。管道的尺寸意味着我们只能将5叶片安装在叶轮上。我们刚刚使用这种设计的逆向前锋曲线叶轮。对于直线设计,我们还将使用5刀片由薄薄的丙烯酸制成。

叶轮设计

评估每个泵叶轮设计的性能

为评估每个泵叶轮设计的性能,我们已经利用了SimScale CAE平台,他们善意赞助了这个视频。SimScale通过简单的订阅模型可用的用户友好的基于云应用提供了即时访问在线计算流体动力学以及有限元分析。您可以免费尝试使用该软件,并编辑公共项目simscale.com.通过他们的社区账户,或者您通过专业,团队或企业账户创建具有增强功能的私人项目。如果您想尝试此软件,请单击这里。

SimScale.

因此,在我们设计泵壳和CAD中的不同叶轮设计之后,然后进口到SIMSCALE以进行分析。我们不知道从一开始就知道所有参数,但这很好,因为我们可以同时做出假设并同时运行不同的操作点,以了解泵如何在宽范围内执行。例如,转速,出口压力,流量等。

一旦我们在SimScale中设置和运行我们的模拟,对于不同的叶轮类型,我们可以比较结果。

比较结果

比较结果

When we compare the results side by side with regards to pressure- The backwards curved design has this nice transition from the centre and out to the edges where the pressure is the greatest so the velocity is turning into static pressure, that’s what we need for the pump to work. The straight blade doesn’t have such a smooth transition, there are pockets of low pressure developing at the centre which is going to impact the blades performance. The forwards curved impeller has the most dramatic results with large areas of low pressure at the centre and sudden changes towards the tips. So, from this we can see that the backwards curved impeller should be the most efficient at transforming velocity into pressure.

如果我们更深入地看着向后弯曲的叶轮,我们可以看到这种设计并不完美,需要一些微调。每个刀片的两个尖端周围有区域,以减少损耗。

仔细看看向后弯曲的叶轮

然后,如果我们改变视图,我们可以看到刀片之间有集中压力的区域。这导致泵内重新循环。我们可以使用一个裹尸布来减少它并提高性能,我们可以再次在模拟中运行,以量化其影响。

集中压力的区域

为了真正工程师这种设计,我们希望用不同的刀片厚度,不同的刀片角,不同直径叶轮以及数量的刀片运行多种模拟,以找到最佳设计。但是,这将为现在是一个简单的项目。

施工

为了建造泵,我拿了一些木材宽145毫米,高170毫米,厚12毫米。
我们打印出我们的蜗壳绘图,然后使用修剪器将纸张切割成尺寸并将其粘在木材中以用作模板。为了节省时间,我们将两张纸张拧在一起,然后使用滚动锯,从模板上仔细切出中心。随着中心的拆除,我们可以看到泵蜗壳的形状。

蜗壳模板

然后,我们将模板粘在一起到另一张木板上,并使用孔锯去除一些内部段。这使我们能够插入锯片并切断中心。

背板

随着泵壳的主要拍拍,我们用一些强大的木材胶水在每个片材之间形成密封,并将其留成套。一旦准备就绪,我们将所有三张床单拧在一起,并使用文件和砂纸来确保平滑的内表面。

主要部件密封在一起

对于前盖,我们再次剪掉纸模板并将其粘贴到透明丙烯酸片中。这将螺栓固定在泵壳中,因此我们使用钻头钻出许多孔,钻头如此略大于螺栓的直径。然后,我们使用22毫米孔,在PVC入口管中形成一个孔。试图确保紧密贴合,我们花了一些木材并将其提交,直到它安装在PVC管内。然后,我们用热枪将管子加热,直到它是邮寄并推动前盖,以便形成密封。然后将其覆盖在内部和外部的热胶中。

密封形成

Between the front case and the pump volute we need a rubber seal, for that we’re using a 2mm thick sheet of rubber which we traced the volute outline onto and then cut this out so we could see inside, whilst ensuring a seal around the edge.

橡胶密封

对于叶轮,我们采用了一台70毫米的丙烯酸盘,并在组合集上使用中心计找到了中心。然后,我们使用钻头钻孔,钻头与螺纹轴相同的直径。

丙烯酸圆盘

为了形成刀片,我们拿走了一些50毫米的丙烯酸管,然后紧紧包裹,贴在其中的一些白纸,确保边缘对齐。刀片高度为20mm,因此我们在管上测量它并使用纸张的边缘来围绕圆周绘制一条线。然后,我们沿着线路剪切以删除我们需要的部分,然后将该段放在叶轮设计上以标记开始和终点。这些段仅脱离管子以形成刀片。

丙烯酸管
标记开始和终点

随着现在切割的所有刀片,我们在将刀片移动到所需位置之前,我们采用了一些溶剂并将其施加到每个刀片的底部。溶剂基本上熔化材料,使它们融合在一起并形成非常强的关节。

刀片

对于轴承壳,我们再次切出CAD模板并将其粘在一块木头上。一旦设置了,我们将它连接到另外两块木头上并使用一个孔锯切割轴承将坐在的孔。然后我们一起胶合木材并用螺丝加入它们。

轴承座

一旦胶水干燥,我们使用一个文件去除多余的胶水并加宽孔,使轴承紧紧适合。然后,我们将两个轴承和间隔物放在螺纹轴上并迫使它们到位。

保持叶轮到位

对于我们使用一些不锈钢螺纹杆以及一些法兰锁紧螺母,以将叶轮固定到位。暂时安装的刀片我们可以看到它旋转良好,刀片和轴承屋墙之间存在小的间隙。

蜗壳壳体和轴承座胶合在一起形成材料之间的密封,然后与一些超长螺钉一起保持在一起。木材覆盖着白色底漆和几层防水涂层。

蜗壳套管和轴承座

为了组装泵,我们将轴和叶轮放入壳体中,并使其快速旋转以测试。然后我们用一个法兰螺母和正常的螺母将它们锁定到位。这可以防止叶轮来回移动,但也允许我们以后将其移开。

泵组装
泵组装

将盖子安装在泵壳中,我们使用了一些自攻螺钉,以及金属和橡胶垫圈。这些垫圈用于减少丙烯酸片上的应力,因此它不会破裂。这也是为什么我们使用钻头略大于螺杆直径的钻头。

附加封面

对于出口,我们简单地插入了22mm管道并添加了一块橡胶以产生紧密接头,然后将这些胶水覆盖,以将它们固定到位。然后,我们将压力表安装到泵的入口和出口以进行一些测量。

泵由775直流电机驱动

泵由775直流电动机驱动,该电机是通过PWM速度控制器的控制器。另一个引线然后连接到台式电源。简单的表盘控制电机的速度。然后将这些部件安装在电动机的背面并使用耦合连接到轴上。

顺便说一下,我们涵盖了DC电机如何工作 -在这里观看以及脉冲宽度调制这里。

测试泵

开环系统

要测试泵,我们制作了一个简单的开环设置。我们有一个水箱,通过弯曲,通过球阀,然后进入泵的入口。泵由DC电机和速度控制器驱动,由台式电源供电。然后泵的出口升高,通过一些弯曲并回到供应箱中。然后我们使用水杯来测量流速。

测量流速

现在我们可以看到泵工作得很好。我们以最大流量管理每分钟16升,但我们用于测试泵的工具和方法足以让它们与我们的模拟相比。

需要计算

首先,仪表没有读取任何压力,这使得评估泵性能几乎不可能,因此它将通过手动计算和大的假设来完成。泵有一些小泄漏,大部分都可以用一些防水润滑脂停止,但不幸的是,我们当时没有任何东西。水杯不是精密仪器,但这是我们所拥有的一切。我们面临的大问题是空心。

空气内部叶轮

可以在这里看到,叶轮内部空气,空化速度随着速度的增加而增加。由于在叶轮的眼睛中产生的低压区域,这种空气从入口管周围的小间隙吸入。我们也认为将返回水落入坦克,导致供应中的小气泡。现在,这是一个工作原型所以如此如此如此,现在我们知道这些问题,我们可以在未来的模型中纠正这些问题。

泵和叶轮是如何表现的?

性能

所以,泵和叶轮是如何表现的。在所有设计中,我们都可以看到系统中没有开发的流动,直到轴达到1000 rpm。比较三种不同叶轮的结果,我们可以看到向后弯曲的叶轮是最有效的。这是因为对于消耗的每瓦电力,它能够将其转换为更有用的机械工作,从而与其他设计相比具有更高的流速。金宝博备用网址

最低有效的设计是前部弯曲叶轮,这是紧密的,扁平叶片叶轮。

泵效率

为了评估泵的效率,我们试图考虑电动机的损失。188bet官方网站从制造商数据中,它表明最小效率约为40%,最大值约为72%,但这两个数字都在没有负载条件下计算,并且显然我们的电机处于负载下。但我们将使用这些数字来获得模糊的估计。

向后叶轮效率

考虑到这一点,我们看到向后曲线叶轮的峰值效率范围为15.4和27.8%。直叶片在13.3和23.9%之间,前方曲线叶片在12.5和22.57%之间。这些只是球公园数据,但由于数据和测量中有许多不准确,我们知道,如果输入您获得错误的数据

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