Центробежный насос
Центробежный насос — еще одна модель насоса, которую мы можем построить сами для нужд нашей физической лаборатории. На этот раз у насоса не будет поршня или клапанов. Ротор будет перемещать воду или другие жидкости. Поскольку ротор должен вращаться быстро, на этот раз мы будем использовать небольшой электродвигатель для привода нашей модели.
Ротационные насосы относятся к группе ротационных машин. На практике, т.е. дома, такой насос можно встретить в бытовой электрической стиральной или посудомоечной машине. Незасоряющийся роторный насос легко выливает грязную воду и измельченные остатки пищи. Аналогично работают большой и малый фонтанные насосы. Принцип работы центробежного насоса заключается в увеличении крутящего момента жидкости с помощью ротора, снабженного лопастями и вращающегося с постоянной скоростью.
Энергия электродвигателя передается жидкости через ротор. Жидкость, которая постоянно течет через вращающееся рабочее колесо, подвергается действию центробежной силы или выталкивающей силы лопастей, или того и другого. Это увеличивает энергию давления и кинетическую энергию жидкости. Звучит сложно, но работу насоса проверим на практике. Электрическая схема привода состоит из электродвигателя, аккумуляторного блока и выключателя.
Двигатель соединен с ротором отрезком резиновой трубки от клапана. Трубка действует как муфта. Наш ротор будет простым четырехлопастным ротором, работающим в камере, сделанной из кремовой коробки. Для простоты он немного отличается от большинства насосов этого типа. Насос в традиционной центробежной насосной системе был бы более эффективным, но его было бы сложнее вписать в нашу коробку. Насос может работать в замкнутом контуре, т.е. забирать воду из бака и выливать ее обратно в бак после прохождения через насос.
Материалы: плоская кремовая коробка, электродвигатель, две пальчиковые батарейки 1,5 В, готовая корзина для этих батареек, миниатюрный электрический выключатель, кусок велосипедного вентиля, малоплавкий технический вазелин, медная пластина, тонкая алюминиевая пластина из свеча от обогревателя, гвоздь диаметром 3 мм, кусочек палочки-кисти, доска, пластиковый шланг.
Инструменты: ножовка, дрель, плоскогубцы, дремель, ножницы по металлу, циркуль, карандаш, тиски, двухкомпонентный клей, паяльник с оловом и паяльной пастой, серебряный аэрозольный лак, горячий клей из клеевого пистолета. На всякий случай следует также подготовить хорошо впитывающую ткань.
Ротор. Его мы будем делать из отрезного среза-диска дерева от палочки-кисти. Нам понадобится диск диаметром 20 мм и толщиной 15 мм. Просверлите отверстие точно по центру сверлом диаметром 3 мм, следя за тем, чтобы оно было перпендикулярно поверхности диска. По периметру делаем ножовочное полотно через каждые 90° четыре прорези глубиной примерно 3 мм. На лезвии имеются мелкие насечки, которые помогают выполнять работу точно.
Лопасти. Вырезать их мы будем из медного листа толщиной 0,5 мм. Нам понадобится 4 одинаковых весла, каждое размером 12×10 мм. 10 мм – это ширина плеча, а 12 – его высота. Выровняв лопасти напильником по металлу или наждачной бумагой, вклейте их в подготовленные прорези в деревянном роторе. Я предлагаю приклеить весла крепким двухкомпонентным клеем, потому что они все равно будут тяжело работать. Когда клей высохнет, еще раз зачистим плоскости ротора мелкой наждачной бумагой. В завершение элемент можно покрасить серебряным или хромовым лаком.
Ось ротора. Сделаем его из гвоздя длиной 35 мм и диаметром 3 мм. Ось вклеивается двухкомпонентным клеем в отверстие ротора.
основа помпезный. Его мы будем вырезать из куска дюймовой доски. Базовые размеры 280×110×25 мм. Основание модели должно быть достаточно тяжелым и устойчивым. В конце отшлифуйте все неровности наждачной бумагой.
Поддержка насоса. Доска размером 160×100×10 мм. Нижний кронштейн будет перпендикулярен основанию, как показано на фото модели. Однако сначала мы просверлим отверстие, в которое установим переключатель насоса. Для переключателя, использованного в модели, требовалось прямоугольное отверстие размером 10×20 мм. Дремель с его надежными режущими и шлифовальными наконечниками можно использовать для создания прямоугольного отверстия. Однако проще использовать круглый переключатель, т. к. для сверления требуется только дрель, что значительно упрощает сборочные работы.
Роторная камера. Он сделан из кремовой коробки диаметром около 70 мм. Сбоку коробки сверлим два отверстия как показано на фото. В эти отверстия вклеим отрезки пластикового шланга длиной 120 мм. Убедитесь, что нижнее отверстие в форме эллипса находится как можно ближе к концу наливного шланга. Дремель здесь также очень полезен, но мы можем заменить его круглым напильником. Пластик легко пилится. Склеиваем трубочки тюбинга горячим клеем. Это делается следующим образом. Наносим разогретый клей на конец пластиковой трубки и вставляем ее в отверстие коробки.
Смоченным в холодной воде пальцем придайте форму еще теплому клею. Не забудьте примерить без клея, если отверстие нужного размера и можно ли расположить шланг так, как нам нужно. Теперь можно примерить корпус к опоре насоса, отметить его положение карандашом, а затем просверлить отверстие диаметром 3 мм под ось ротора. Отверстие под ось ротора в деревянной опоре насоса просверливают сверлом диаметром 8 мм на глубину 4 мм.
Созданная таким образом камера заполняется легкоплавким вазелином. Он не позволит воде протекать по оси рабочего колеса во время работы насоса. Эту вазелиновую камеру мы видим на фото. Наконец, приклейте коробку, выполняющую роль корпуса насоса, к нижнему кронштейну камеры, следя за тем, чтобы отверстия для оси ротора совпадали друг с другом. Лучше всего помочь себе гвоздем, таким же, из которого сделана ось ротора.
Поддержка двигателя. Это доска, на которую будет опираться мотор и корзина с аккумуляторами. Опора двигателя измеряет 160×50×20 мм. Этот элемент будет приклеен горячим клеем к опоре насоса на такой высоте, чтобы электродвигатель своей осью ударялся о ось ротора. Хотя муфта гибкая и кажется нечувствительной, вибрации и неточности сборки могут привести к расцеплению механизмов во время работы. В плате просверлите отверстия для винтов, чтобы прикрепить корзину для батареи и зажим двигателя.
Крепление двигателя. Двигатель крепится к каретке с помощью хомута из тонкой алюминиевой пластины и двух шурупов. Положение мотора на доске определяем опытным путем, зная, что оси ротора и мотора должны ударять друг друга. После этого можно будет произвести только продольную регулировку, ослабив хомут.
Муфта насоса. Он заключается в объединении и передаче вращения от оси двигателя к оси ротора. Его легко сделать, ведь это отрезок обычного 15 мм велосипедного вентиля, который мы надеваем на ось ротора, а другой конец на ось мотора. Осталось проверить, что двигатель крутит ротор. Обычно оказывается, что силы трения достаточно для передачи привода от двигателя на ось ротора, работающего в воде.
Резервуар для воды. Делать его будем из готовой пластиковой коробки. Моя коробка имеет форму цилиндра размером 120×100 мм. В нижней части борта просверлите отверстие для шланга подачи воды к насосу. Приклейте бак к основе. В отверстие вклейте шланг, соединяющий бак с насосом.
Уплотнение крышки ротора. Перед навинчиванием корпуса насоса смажьте резьбу пластиковой крышки легкоплавким вазелином, иначе вода будет бежать во все стороны.
Запуск насоса, весело. После запуска двигателя насос требует прокачки, так как без нее он работать не будет. Например, для заливки можно использовать старый пластиковый медицинский шприц. Если все работает хорошо, вода, взятая из бака, должна проходить через насос, а затем по верхнему шлангу обратно в бак. Перед запуском устройства подготовьте тряпку на всякий случай. Возможно, вы захотите улучшить дидактические качества нашей модели и в крышке, закрывающей корпус насоса, прорезать отверстие и сделать окошко из тонкого прозрачного пластика, в котором вы увидите работающую крыльчатку. Если это удастся, модель станет еще более интересной для наблюдателей.
