Humboldt SoE Wirtz pump demo/ru
Проект экспозиции насоса Wirtz был разработан командой Intrepid Hobbits для инженерного факультета кампуса Cal Poly Humboldt в Аркате, Калифорния. Дизайн был создан во время весеннего семестра 2024 года для класса ENGR205 Cal Poly Humboldt: Введение в дизайн. Этот проект был создан для привлечения будущих инженеров в инженерную программу Cal Poly Humboldt.
Содержание
Фон
Проект был представлен соответствующим клиентом команды, заведующей кафедрой Школы инженерии Эйлин Кэшман. Насос Wirtz был разработан для использования в качестве визуального элемента на выездных мероприятиях или в тех случаях, когда это необходимо для инженерной программы.
Постановка проблемы
Целью этого проекта является предоставление инженерному отделу настольного дисплея, который может быть использован для демонстрации инженерных ценностей Гумбольдта во время выездных мероприятий. Дизайн должен быть образовательным,
Критерии
На этапе анализа проблем в процессе проектирования Intrepid Hobbits разработали набор критериев, которые соответствовали потребностям клиента. Затем команда работала с клиентом, чтобы взвесить важность критериев относительно друг друга, ранжируя их по шкале от 1 до 10.
| Критерии | Ограничения | Масса |
| Размер | Проект должен быть способен работать на столе или вокруг него. | 6 |
| Расходы | Должна быть менее 400 долларов США | 3 |
| Время сборки | Конечный продукт должен быть создан в течение 6 недель. | 10 |
| Эстетика | Должен быть визуально привлекательным | 8 |
| Ценности Калифорнийского политехнического университета имени Гумбольдта | Проект должен обеспечивать экологическую устойчивость и безопасность. | 9 |
| Прочность | Проект должен выдерживать многократное использование в течение нескольких лет. | 8 |
Прототипирование
Чтобы соответствовать нашим критериям, мы решили разработать систему, которая будет использовать ручной насос для перемещения воды вверх по вертикали, чтобы слить ее на рельсы, где она будет вращать колесо, прикрепленное к небольшому генератору, для выработки электроэнергии, а затем возвращаться обратно в резервуар для повторного включения в цикл. Мы решили использовать насос Wirtz для перемещения воды и адаптировать конструкцию для ручного генератора для выработки электроэнергии. При создании насоса Wirtz нам пришлось изготовить муфту для нашей виниловой трубки, которая позволила бы одному ее концу вращаться, в то время как другой оставался неподвижным, и была бы водо- и воздухонепроницаемой. Мы также узнали, что количество катушек, которые имеет насос Wirtz, соответствует максимальному вертикальному расстоянию, которое он может перекачивать (больше катушек соответствует большей высоте). Ручной генератор был конструкцией, которую мы нашли в Интернете, он использовал 3D-печать и включал создание электрических генераторных деталей из магнитов, проволоки и подшипников. Генератор мог вырабатывать приличное количество энергии, но мы обнаружили, что сила воды не могла вращать колесо, к которому мы прикрепили генератор, это привело к манипуляциям с конструкцией генератора, чтобы уменьшить его и уменьшить его вес, при этом максимально увеличив количество воды, которое может вместить водяное колесо. Была изготовлена вторая мини-версия генератора, но она едва могла вырабатывать вольт. Это заставило нас отказаться от идеи выработки электроэнергии и сосредоточиться только на выходной мощности насоса Wirtz, мы решили продемонстрировать способность насоса Wirtz управлять потоком воды. Водный лабиринт показывает, как в напорной системе насос Wirtz может изменить направление потока воды, повернув насос в обратном направлении, вода фактически будет двигаться назад в лабиринте.
- Галерея образцов
Конечный продукт
Наш конечный продукт включает насос Wirtz, встроенный в прямоугольный резервуар, прямо над которым прикреплена доска с колышками, использующая старую переработанную красную древесину для своих опор. Когда ручка вращается по часовой стрелке, вода движется вверх по вертикальной трубе и вперед через систему виниловых трубок, пока в ее конце не встретит вход в водный лабиринт. Вода будет проходить через лабиринт, пока не достигнет конца, где она упадет на водяное колесо прямо под ним и повернет его, как пример того, как эта система может быть использована для получения полезной продукции, если ее размер будет увеличен. После поворота колеса вода упадет обратно в резервуар, откуда ее можно будет снова закачать обратно в систему. При повороте насоса Wirtz против часовой стрелки вода движется в обратном направлении через систему и выходит из входа насоса.
Строительство
Рама была изготовлена из старого переработанного красного дерева и прикреплена потайными винтами Torx 2", задняя ножка прикреплена к переработанной дверной петле шкафа со скосом 30 градусов, вырезанным в нижней части, чтобы помочь стабилизировать заднюю панель, которая представляет собой стандартную доску для крепления, окрашенную распылительной краской Rust oleum и покрытую слоем шеллака, чтобы защитить ее от повреждения водой. Отверстия диаметром 1 дюйм были просверлены в центре резервуара на каждой из его длинных сторон на 2 дюйма ниже верха. Затем рама была прикреплена к резервуару с помощью прокладочного винта, идущего снаружи в красное дерево, затем вращающееся соединение было собрано с коленом ящика для льда на внешней стороне задней части резервуара и вращающейся муфтой шланга на внутренней стороне резервуара, а стабилизирующий кронштейн был установлен на колене ящика для льда, чтобы предотвратить его вращение. Затем виниловая трубка 1/4" соединяется с коленом ящика для льда с помощью тефлоновой ленты и проходит через стабилизирующий кронштейн виниловой трубки и крепится к доске для крепления с помощью Цветочная проволока по желаемому пути. Водный лабиринт и водяное колесо затем размещаются в соответствующих положениях так, чтобы вода взаимодействовала с ними, как и предполагалось. Насос Wirtz был собран путем взятия виниловой трубки с внутренним диаметром 1/2 дюйма и обматывания ее вокруг себя, чтобы сформировать несколько витков, которые затем связываются вместе с помощью шпагата и к его раме, которая сделана из двух палок пихты Дугласа 1"x2"x10", окрашенных и отделанных распылением шеллака с отверстием 7/8", просверленным в его центре. Затем насос Wirtz был сначала установлен путем прикрепления выходного конца насоса к вращающейся муфте через виниловую трубку с внутренним диаметром 1/2 дюйма к муфте-адаптеру шланга с использованием тефлоновой ленты. Виниловая трубка с внешним диаметром 1" была пропущена через отверстие в передней части резервуара и через отверстие в центре рамы нашего насоса Wirtz, где она плотно прилегает, затем ручки и детали вала были прикреплены с помощью прокладочных винтов, чтобы завершить сборку.
- Галерея образцов
Видеоинструкция
Управление насосом Wirtz — простой процесс, который заключается в повороте ручки, чтобы насос начал вращаться.
Спецификация материалов
Это таблица всех материалов, использованных в конечном проекте. Указанные цены — это текущие цены на каждый товар и уплаченная цена.
| Элемент | Количество | Стоимость за единицу | Общий |
|---|---|---|---|
| Клей Гориллы | 2 | 8,62 долл. США | 17,24 долл. США |
| Цветочная проволока | 1 | 7,80 долл. США | 7,80 долл. США |
| Нейлоновый шпагат | 1 | 6,82 долл. США | 6,82 долл. США |
| Шеллак-спрей | 1 | 13,02 долл. США | 13,02 долл. США |
| Винты с крестообразным шлицем и плоские шайбы | 6 | 0,18 долл. США | 1,08 долл. США |
| Латунный 3/4" поворотный FHT | 1 | 5,15 долл. США | 5,15 долл. США |
| Латунь 3/4" MHT | 2 | 5,45 долл. США | 10,90 долларов США |
| Адаптер шланга | 2 | 1,95 долл. США | 3,90 долл. США |
| Адаптер для шланга QC на 1/4" | 1 | 9,17 долларов США | 9,17 долларов США |
| Виниловая трубка с внутренним диаметром 3/16 дюйма | 10 | 0,15 долл. США | 1,50 долл. США |
| Локоть льдогенератора | 1 | 7,80 долл. США | 7,80 долл. США |
| Ручка оборудования | 1 | 6,12 долл. США | 6,12 долл. США |
| Тефлоновая лента | 1 | 1,75 долл. США | 1,75 долл. США |
| Мусорный контейнер — HSU куплен | 1 | 0,00 долларов США | 0,00 долларов США |
| Виниловая трубка с внутренним диаметром 1/2 дюйма — приобретена HSU | 1 | 0,00 долларов США | 0,00 долларов США |
| Аэрозольная краска (Rust oleum) — желтая, зеленая | 2 | 7,35 долл. США | 14,70 долларов США |
| доска для колышков — HSU куплена | 1 | 0,00 долларов США | 0,00 долларов США |
| общий итог | 106,95 долларов СШАEUR 91.98 <br />GBP 78.07 <br />CAD 132.62 <br />MXN 2,229.91 <br />INR 8,005.21 <br /> | ||
Операция
Чтобы насос Wirtz начал работать в любых условиях, необходимо выполнить несколько простых шагов.
установить резервуар в месте эксплуатации, установить и прикрепить заднюю панель к резервуару с помощью винтов с прокладками
Прикрепите виниловую трубку к колену ледника, расположенному в задней части резервуара, с помощью плоскогубцев, затем заполните резервуар водой до тех пор, пока рычаг подачи воды не коснется секвойи. После заполнения просто поверните ручку, чтобы включить прибор: по часовой стрелке вода поступает вперед, против часовой стрелки — в обратном направлении.
Обслуживание
Этот проект был разработан с учетом минимального обслуживания и долговечности. Большинство используемых компонентов прослужат много лет и применений; однако детали имеют тенденцию изнашиваться со временем. Команда спрогнозировала, какие детали могут сломаться в будущем, а также включила минимальное обслуживание, необходимое для проекта на каждое использование.
График технического обслуживания
- За использование
- Проверьте соединения на герметичность и подтяните их при необходимости.
- Каждые несколько лет
- Замените компрессионный буртик, если он сломан (из-за чрезмерного затягивания или постоянного износа).
Заключение
Результаты тестирования
Конструкция насоса Wirtz успешно использует человеческую силу, чтобы продемонстрировать способность насоса перемещать воду вертикально и управлять потоком воды для движения вперед и назад через систему. Первоначальные испытания по использованию воды для вращения водяного колеса, которое вырабатывало бы электричество, провалились, и у команды не хватило времени, чтобы придумать новое решение.
Обсуждение
Для того чтобы протестировать насос Wirtz, было много переменных, которые могли бы повлиять на успешность насоса. Некоторые из переменных включали негерметичные соединения, отсутствие давления воздуха, количество трубчатых змеевиков, расстояние между змеевиками, скорость вращения насоса и комбинацию различных факторов одновременно. В ходе тестирования насоса Wirtz команда поняла, что вертикальное расстояние, на которое может перемещаться вода, ограничено количеством змеевиков в насосе. Кроме того, скорость вращения насоса должна быть достаточно медленной, чтобы позволить воздуховодному обмену происходить в змеевиках.
Извлеченные уроки
Самый большой урок, который усвоила команда, заключался в том, что необходимо полностью понять потребности клиента путем непрерывного общения, прежде чем определять размеры компонентов и закупать материалы. Команда потратила много времени и денег на создание прототипов, которые были слишком большими для нужд клиента.
Следующие шаги
Одной из возможностей для будущего этого проекта может быть разработка вращающегося соединения для насоса, которое будет более точным и простым в реализации, а не громоздким и неудобным. Другим шагом может быть поиск способа выработки электроэнергии с помощью гидроэнергетики после перекачивания воды, что может потребовать увеличения размера насоса и использования большего количества воды.
Поиск неисправностей
| Проблема | Предположение |
|---|---|
| Деталь, напечатанная на 3D-принтере, сломалась или треснула | Перепечатайте его, используя файлы STL, сохраненные на флэш-накопителе в Makerspace. |
| В вращающихся соединениях есть утечка. | Затяните соединения плоскогубцами или гаечным ключом. Если это не помогло, то разберите соединения и замените тефлоновую ленту. |
| Веревка, соединяющая трубки насоса Wirtz, ослабевает | Свяжите веревку заново или приклейте ее к трубкам горячим клеем, чтобы они держались вместе. |