Humboldt SoE Wirtz pump demo/fa
پروژه نمایش پمپ Wirtz توسط تیم Intrepid Hobbits برای دپارتمان مهندسی در پردیس Cal Poly Humboldt در آرکاتا، کالیفرنیا طراحی شده است. این طرح در طول ترم بهار 2024 برای کلاس ENGR205 Cal Poly Humboldt ایجاد شد: مقدمه ای بر طراحی. این پروژه برای جذب مهندسان آینده نگر به برنامه مهندسی Cal Poly Humboldt ایجاد شد.
پس زمینه
این پروژه توسط مشتری مربوطه تیم، رئیس گروه دانشکده مهندسی، آیلین کشمن، معرفی شد. پمپ Wirtz به گونه ای طراحی شده است که به عنوان تصویری در رویدادهای اطلاع رسانی یا هر زمان که برای برنامه مهندسی مورد نیاز است، استفاده شود.
بیان مشکل
هدف از این پروژه ارائه یک صفحه نمایش رومیزی به بخش مهندسی است که می تواند برای نمایش ارزش های مهندسی Humboldt در طول رویدادهای توسعه استفاده شود. طراحی باید آموزشی باشد،
معیارها
در طول مرحله تجزیه و تحلیل مسئله در فرآیند طراحی، هابیت های بی باک مجموعه ای از معیارها را ارائه کردند که نیازهای مشتری را برآورده می کرد. سپس تیم با مشتری کار کرد تا اهمیت معیارها را نسبت به یکدیگر در مقیاس 1-10 ارزیابی کنند.
| معیارها | محدودیت ها | وزن |
| اندازه | پروژه باید بتواند روی میز یا اطراف میز باشد | 6 |
| هزینه | باید زیر 400 دلار باشد | 3 |
| زمان ساخت | محصول نهایی باید ظرف 6 هفته ساخته شود | 10 |
| زیبایی شناسی | باید از نظر بصری جذاب باشد | 8 |
| ارزش های کال پلی هومبولت | این پروژه باید پایداری و ایمنی زیست محیطی را نشان دهد. | 9 |
| ماندگاری | این پروژه باید بتواند چندین بار در سال را برای چندین سال تحمل کند | 8 |
نمونه سازی
به منظور برآورده کردن معیارهای خود، تصمیم گرفتیم سیستمی طراحی کنیم که از یک پمپ دستی برای حرکت دادن آب به سمت بالا در یک فاصله عمودی استفاده کند تا در مسیر تخلیه شود، جایی که چرخی را که به یک ژنراتور کوچک برای تولید برق می چرخاند، سپس به مخزن بازگردانده شود تا دوباره وارد چرخه شود. ما تصمیم گرفتیم از پمپ Wirtz برای حرکت آب استفاده کنیم و طرحی را برای ژنراتور میل لنگ دستی برای تولید برق تطبیق دهیم. در ساخت پمپ Wirtz ما مجبور شدیم برای لوله وینیل خود کوپلینگی تولید کنیم که به یک سر آن اجازه میدهد بچرخد در حالی که سر دیگر ثابت بماند و آب و هوا محفوظ بماند. همچنین متوجه شدیم که تعداد سیمپیچهایی که پمپ Wirtz دارد، مطابق با حداکثر فاصله عمودی بالاتری است که میتواند پمپ کند (کویلهای بیشتر برابر با ارتفاع بیشتر). ژنراتور میتوانست مقدار مناسبی نیرو تولید کند، اما متوجه شدیم که نیروی آب نمیتواند چرخی را که ژنراتور را به آن وصل کردهایم بچرخاند، این منجر به دستکاری در طراحی ژنراتور برای کوچک کردن آن و کاهش وزن آن میشود و در عین حال میزان آبی که چرخ آب میتواند در خود جای دهد را به حداکثر میرساند. دومین نسخه مینی ژنراتور تولید شد اما به سختی قادر به تولید ولتاژ بود. این باعث شد که ایده تولید برق را کنار بگذاریم و فقط روی خروجی پمپ Wirtz تمرکز کنیم، تصمیم گرفتیم توانایی پمپ Wirtz در دستکاری جریان آب را نشان دهیم. پیچ و خم آب نشان می دهد که چگونه در سیستم تحت فشار یک پمپ Wirtz می تواند جهت جریان آب را با چرخاندن پمپ در جهت معکوس تغییر دهد، آب در واقع به سمت عقب در پیچ و خم حرکت می کند.
- گالری نمونه
محصول نهایی
محصول نهایی ما شامل یک پمپ Wirtz است که بر روی یک مخزن مستطیلی ساخته شده است، که مستقیماً بالای یک تخته میخ به مخزن وصل شده است که از چوب قرمز بازیافت شده قدیمی برای تکیه گاه آن استفاده می کند. هنگامی که دستگیره در جهت عقربه های ساعت چرخانده می شود، آب از لوله عمودی به سمت بالا حرکت می کند و از طریق سیستم لوله وینیل به جلو می رود تا در انتهای خود با ورودی پیچ و خم آب مواجه شود. آب در پیچ و خم راه خود را طی می کند تا زمانی که به انتهای آن برسد، جایی که مستقیماً روی چرخ آب بیفتد و آن را بچرخاند، به عنوان مثالی از این که چگونه می توان از این سیستم برای تولید خروجی مفید در صورت افزایش اندازه آن استفاده کرد. پس از چرخاندن چرخ، آب دوباره به مخزن می ریزد و می تواند دوباره به سیستم پمپ شود. با چرخاندن پمپ Wirtz در جهت خلاف جهت عقربه های ساعت، آب در جهت معکوس از طریق سیستم حرکت کرده و از ورودی پمپ خارج می شود.
ساخت و ساز
قاب از چوب قرمز بازیافتی قدیمی ساخته شده و با پیچهای تورکس 2 اینچی متصل شده است، پایه پشتی با یک لولای در کابینت بازیافتی با یک اریب 30 درجه در آن بریده شده است تا به تثبیت تخته پشتی کمک کند، که یک تخته میخ استاندارد است که با Rust oleum برای محافظت در برابر اسپری آب رنگ شده است. از مرکز واقع شده مخزن در هر یک از وجه های بلند آن به اندازه 2 اینچ از بالا سوراخ شده است. سپس قاب از طریق یک پیچ گازدار که از بیرون به داخل چوب قرمز می رود به مخزن متصل می شود، سپس مفصل چرخشی با زانویی جعبه یخ در قسمت بیرونی پشت مخزن مونتاژ می شود و مخزن چرخشی روی قلاب چرخشی داخل مخزن قرار می گیرد. روی زانویی جعبه یخ نصب می شود تا از چرخش آن جلوگیری کند. سپس لوله وینیل 1/4 اینچی با استفاده از نوار تفلون به زانو جعبه یخ متصل می شود و از طریق براکت تثبیت کننده لوله وینیل می گذرد و از طریق سیم گلدار به تخته میخ متصل می شود. پیچ و خم آب و چرخ آب سپس در موقعیت های مناسب قرار می گیرند به طوری که آب همانطور که در نظر گرفته شده است با آنها تعامل می کند. پمپ Wirtz با گرفتن لوله وینیل ID 1/2 اینچی مونتاژ شد و آن را به دور خود پیچید تا تعدادی کلاف تشکیل دهد که سپس با استفاده از ریسمان به هم گره خورده و به چارچوب آن که از دو چوب داگلاس فر 1 "x2"x10" رنگ آمیزی شده و با اسپری روی پوسته با یک پمپ 7/8 اینچی از سوراخ مرکزی آن نصب شده است، به پایان رسید. انتهای خروجی پمپ به کوپلینگ چرخشی از طریق یک لوله وینیل ID 1/2 اینچی به جفت آداپتور شلنگ با استفاده از نوار تفلون. لوله وینیل OD 1 اینچی از سوراخ جلوی مخزن و از سوراخ در مرکز قاب پمپ Wirtz ما در جایی که به خوبی جا میگیرد، عبور داده شد، سپس قسمتهای دسته و شفت از طریق پیچهای گازکشی برای پایان مونتاژ وصل شدند.
- گالری نمونه
دستورالعمل های ویدئویی
راه اندازی پمپ Wirtz یک فرآیند آسان است که شامل چرخاندن دسته ای برای چرخش پمپ است.
لایحه مواد
این جدول تمام مواد مورد استفاده در پروژه نهایی است. هزینه های ذکر شده قیمت های فعلی برای هر کالا و قیمت پرداخت شده است.
| مورد | مقدار | هزینه هر واحد | مجموع |
|---|---|---|---|
| چسب گوریلا | 2 | 8.62 دلار آمریکا | 17.24 دلار آمریکا |
| سیم گل | 1 | 7.80 دلار آمریکا | 7.80 دلار آمریکا |
| ریسمان نایلونی | 1 | 6.82 دلار آمریکا | 6.82 دلار آمریکا |
| اسپری شلاک | 1 | 13.02 دلار آمریکا | 13.02 دلار آمریکا |
| پیچ های فیلیپ و واشرهای تخت | 6 | 0.18 دلار آمریکا | 1.08 دلار آمریکا |
| برنجی 3/4 اینچی FHT چرخشی | 1 | 5.15 دلار آمریکا | 5.15 دلار آمریکا |
| برنج 3/4 اینچ MHT | 2 | 5.45 دلار آمریکا | 10.90 دلار آمریکا |
| آداپتور شیلنگ | 2 | 1.95 دلار آمریکا | 3.90 دلار آمریکا |
| آداپتور شیلنگ Qc به 1/4 اینچ | 1 | 9.17 دلار آمریکا | 9.17 دلار آمریکا |
| لوله وینیل ID 3/16 | 10 | 0.15 دلار آمریکا | 1.50 دلار آمریکا |
| آرنج یخ ساز | 1 | 7.80 دلار آمریکا | 7.80 دلار آمریکا |
| سخت افزار را کنترل کنید | 1 | 6.12 دلار آمریکا | 6.12 دلار آمریکا |
| نوار تفلون | 1 | 1.75 دلار آمریکا | 1.75 دلار آمریکا |
| Tote bin - HSU خریداری شد | 1 | 0.00 دلار آمریکا | 0.00 دلار آمریکا |
| لوله وینیل ID 1/2 - HSU خریداری شده است | 1 | 0.00 دلار آمریکا | 0.00 دلار آمریکا |
| اسپری رنگ (Rust oleum) - زرد، سبز | 2 | 7.35 دلار آمریکا | 14.70 دلار آمریکا |
| تخته میخ - HSU خریداری شده است | 1 | 0.00 دلار آمریکا | 0.00 دلار آمریکا |
| کل کل | 106.95 دلار آمریکاEUR 91.98 <br />GBP 78.07 <br />CAD 132.62 <br />MXN 2,229.91 <br />INR 8,005.21 <br /> | ||
عملیات
برای اینکه پمپ Wirtz برای هر کاربری کار کند، چند مرحله ساده ضروری است.
مخزن را در محل کار تنظیم کنید، تخته پشتی را از طریق پیچ های گازدار به مخزن وصل کنید
لوله وینیل را با استفاده از انبردست به زانو جعبه یخ واقع در پشت مخزن وصل کنید، سپس مخزن را با آب پر کنید تا زمانی که اهرم آب فقط به چوب قرمز برخورد کند. هنگامی که پر شد، فقط دسته را بچرخانید تا کار کند، در جهت عقربه های ساعت آب را به سمت جلو در خلاف جهت عقربه های ساعت حرکت می دهد و آن را برعکس حرکت می دهد.
تعمیر و نگهداری
این پروژه به گونه ای طراحی شده است که تعمیر و نگهداری کم و بادوام باشد. بسیاری از اجزای مورد استفاده سال ها دوام خواهند داشت و استفاده می شود. با این حال، قطعات به مرور زمان فرسوده می شوند. این تیم پیشبینی کرد که چه قطعاتی ممکن است در آینده خراب شوند، و همچنین حداقل تعمیر و نگهداری مورد نیاز برای پروژه را در هر بار استفاده در نظر گرفتند.
برنامه زمانبندی تعمیر و نگهداری
- در هر استفاده
- اتصالات را از نظر نشتی بررسی کنید و هر جا لازم بود سفت کنید
- هر چند سال یکبار
- مهره فشرده سازی را در صورت شکستگی (به دلیل سفت شدن بیش از حد یا سایش مداوم) تعویض کنید.
نتیجه گیری
نتایج آزمایش
طراحی پمپ Wirtz با موفقیت از نیروی انسانی برای نمایش توانایی پمپ در حرکت عمودی آب و دستکاری جریان آب برای حرکت به جلو و عقب در یک سیستم استفاده می کند. آزمایشهای اولیه برای استفاده از آب برای چرخاندن یک چرخ آبی که میتواند برق تولید کند، شکست خورد و تیم برای یافتن راهحل جدید کمبود وقت داشت.
بحث
به منظور آزمایش پمپ Wirtz، متغیرهای زیادی وجود داشت که میتواند پیامدهایی برای موفقیت پمپ داشته باشد. برخی از متغیرها عبارت بودند از اتصالات نشتی، کمبود فشار هوا، مقدار سیم پیچ لوله، فاصله سیم پیچ ها، سرعت چرخش پمپ و ترکیبی از عوامل مختلف به طور همزمان. از طریق آزمایش پمپ Wirtz، تیم متوجه شد که فاصله عمودی آب می تواند توسط تعداد سیم پیچ های پمپ محدود شود. همچنین سرعت چرخش پمپ باید به اندازه کافی آهسته باشد تا تبادل آب هوا در سیم پیچ ها انجام شود.
درس های آموخته شده
بزرگترین درسی که تیم آموخت این بود که قبل از اندازهگیری اجزا و خرید مواد، نیازهای مشتری را با ارتباط مستمر درک کنند. تیم زمان و پول زیادی را صرف ساختن نمونههای اولیه کرد که برای نیازهای مشتری بسیار بزرگ بود.
مراحل بعدی
یکی از امکانهای آینده این پروژه میتواند طراحی یک مفصل چرخشی برای پمپ باشد که به جای حجیم و نامناسب بودن، دقیقتر و آسانتر اجرا شود. گام دیگر می تواند یافتن راهی برای تولید برق از طریق نیروگاه آبی پس از پمپاژ آب باشد که می تواند نیاز به افزایش اندازه پمپ و استفاده بیشتر از آب داشته باشد.
عیب یابی
| مشکل | پیشنهاد |
|---|---|
| یک قطعه پرینت سه بعدی شکسته یا ترک خورده است | با استفاده از فایل های STL ذخیره شده در یک فلش درایو در Makerspace آن را دوباره چاپ کنید |
| در مفاصل چرخشی نشتی وجود دارد | اتصالات را با انبردست یا آچار محکم کنید. اگر کار نکرد، اتصالات را جدا کرده و نوار تفلون را تعویض کنید. |
| رشته اتصال لوله های پمپ Wirtz به هم شل می شود | رشته را دوباره ببندید یا رشته را به لوله ها بچسبانید تا به هم بچسبد |