Humboldt SoE Wirtz pump demo/uk
Проект Wirtz Pump був розроблений командою Intrepid Hobbits для інженерного факультету в кампусі Cal Poly Humboldt в Аркаті, Каліфорнія. Дизайн було створено протягом весняного семестру 2024 року для класу Кел Полі Гумбольдта ENGR205: Вступ до дизайну. Цей проект був створений для залучення майбутніх інженерів до інженерної програми Cal Poly Humboldt.
Фон
Проект був представлений відповідним клієнтом команди, завідувачем кафедри Інженерної школи Ейлін Кешман. Насос Wirtz був розроблений, щоб служити в якості візуалізації на інформаційних заходах або коли це необхідно для інженерної програми.
Постановка задачі
Метою цього проекту є забезпечення інженерного відділу настільним дисплеєм, який можна використовувати для демонстрації інженерних цінностей Humboldt під час інформаційних заходів. Дизайн повинен бути освітнім,
Критерії
На етапі аналізу проблеми в процесі проектування Intrepid Hobbits розробили набір критеріїв, які відповідали б потребам клієнта. Потім команда працювала з клієнтом, щоб зважити важливість критеріїв відносно один одного за шкалою від 1 до 10.
| Критерії | обмеження | вага |
| Розмір | Проект повинен бути в змозі на або навколо столу | 6 |
| Вартість | Має бути менше 400 доларів | 3 |
| Час створення | Кінцевий продукт має бути створений протягом 6 тижнів | 10 |
| Естетика | Має бути візуально привабливим | 8 |
| Значення Cal Poly Humboldt | Проект повинен представляти екологічну стійкість і безпеку. | 9 |
| Довговічність | Проект повинен бути здатний витримувати багаторазове використання на рік протягом кількох років | 8 |
Прототипування
Щоб відповідати нашим Критеріям, ми вирішили розробити систему, яка використовуватиме ручний насос для переміщення води вгору по вертикалі для стікання на колію, де вона обертатиме колесо, прикріплене до невеликого генератора, для виробництва електроенергії, а потім повертатиметься назад до резервуара для повторного входу в цикл. Ми вирішили використовувати насос Wirtz для переміщення води та адаптувати конструкцію ручного генератора для виробництва електроенергії. Створюючи насос Wirtz, ми повинні були виготовити муфту для нашої вінілової трубки, яка б дозволяла одному її кінці обертатися, а інший залишався нерухомим, і була водонепроникною. Ми також дізналися, що кількість котушок, які має насос Wirtz, відповідає максимально високій вертикальній відстані, яку він може прокачати (більше котушок дорівнює більшій висоті). Конструкцію ручного кривошипного генератора ми знайшли в Інтернеті, він використовував тривимірний друк і включав створення частин генерації електроенергії з магнітів, дроту та підшипників. Генератор міг виробляти пристойну кількість енергії, але ми виявили, що сила води не може обертати колесо, до якого ми прикріпили генератор, це призвело до маніпуляцій з конструкцією генератора, щоб зменшити його та зменшити його вагу, одночасно максимізуючи кількість води, яку може вмістити водяне колесо. Була виготовлена друга міні-версія генератора, але вона ледве виробляла вольт. Це змусило нас відмовитися від ідеї виробництва електроенергії та зосередитися лише на потужності насоса Wirtz, ми вирішили продемонструвати здатність насоса Wirtz маніпулювати потоком води. Водяний лабіринт показує, як у системі під тиском насос Wirtz може змінювати напрямок потоку води, повертаючи насос у зворотному напрямку, вода фактично рухатиметься назад у лабіринті.
- Галерея зразків
Кінцевий продукт
Наш кінцевий продукт включає в себе насос Wirtz, вбудований у прямокутний резервуар, безпосередньо над дошкою, прикріпленою до резервуару, використовуючи стару перероблену секвойю як опору. коли рукоятка обертається за годинниковою стрілкою, вода рухається вгору по вертикальній трубці і вперед через систему вінілових трубок, доки на її кінці не натрапить на вхід у водяний лабіринт. Вода проходитиме крізь лабіринт, поки не досягне кінця, де вона впаде на водяне колесо прямо під ним і поверне його, як приклад того, як цю систему можна використовувати для отримання корисних результатів, якщо її розмір збільшити. Після повороту колеса вода знову потраплятиме в резервуар, звідки її можна знову закачати назад у систему. При обертанні насоса Wirtz проти годинникової стрілки вода рухається по системі в зворотному напрямку і виходить на вхід насоса.
Будівництво
Каркас було виготовлено зі старої переробленої деревини секвої та прикріплено 2-дюймовими гвинтами Torx з потайною головкою, задня ніжка закріплена на дверній петлі з вторинної сировини зі скошеним 30-градусним скосом у нижній частині, щоб допомогти стабілізувати спинку, яка є Стандартна дошка з кілочками, пофарбована спрей-фарбою Rust Oleum і покрита шаром шелаку, щоб захистити її від пошкодження водою, були отвори просвердлені з розташованого центру резервуара на кожній з його довгих сторін на 2 дюйма вниз від верху. Раму потім прикріпили до резервуара за допомогою герметичного гвинта, що проходить із зовнішнього боку в секвою, потім обертовий шарнір був зібраний за допомогою Коліно ящика для льоду на зовнішній стороні задньої частини резервуара та муфта обертового шланга на внутрішній стороні резервуара, а стабілізаційний кронштейн був встановлений на коліно ящика для льоду, щоб запобігти його обертанню, потім з’єднується з коліном ящика для льоду за допомогою тефлонової стрічки та проходить через стабілізаційний кронштейн для вінілових трубок і прикріплюється до дошки з квітковим дротом у потрібному напрямку. . Потім водяний лабіринт і водяне колесо розміщують у відповідних місцях, щоб вода взаємодіяла з ними, як задумано. Насос Wirtz було зібрано шляхом використання вінілової трубки діаметром 1/2 дюйма з внутрішнім довжиною та обгортання її навколо себе, щоб утворити кілька котушок, які потім зв’язали разом за допомогою шпагату та рами, виготовленої з двох палиць Дугласової ялини 1 x 2 дюйма. Потім спочатку встановили помпу Wirtz, пофарбовану спреєм на шелак розміром 7/8 дюймів насоса до ротаційної муфти через вінілову трубку з внутрішнім діаметром 1/2 дюйма до з’єднання адаптера шланга з використанням тефлонової стрічки. Вінілову трубку з зовнішнім діаметром 1" пропустили через отвір у передній частині резервуару та через отвір у центрі рами нашого насоса Wirtz, де вона щільно прилягає, а потім ручку та деталі валу прикріпили гвинтами з ущільнювачем, щоб завершити збірку.
- Галерея зразків
Відеоінструкції
Керування насосом Wirtz є простим процесом, який передбачає обертання ручки, щоб насос почав обертатися.
Перелік матеріалів
Це таблиця всіх матеріалів, використаних у остаточному проекті. Перераховані витрати є поточними цінами на кожну позицію та сплаченою ціною.
| Пункт | Сума | Вартість за одиницю | Всього |
|---|---|---|---|
| Gorilla Glue | 2 | 8,62 доларів США | 17,24 доларів США |
| Квітковий дріт | 1 | 7,80 доларів США | 7,80 доларів США |
| Нейлоновий шпагат | 1 | 6,82 доларів США | 6,82 доларів США |
| Шелак Спрей | 1 | 13,02 доларів США | 13,02 доларів США |
| Крестові гвинти та плоскі шайби | 6 | 0,18 доларів США | 1,08 доларів США |
| Латунь 3/4" поворотний FHT | 1 | 5,15 доларів США | 5,15 доларів США |
| Латунь 3/4" MHT | 2 | 5,45 доларів США | 10,90 доларів США |
| Перехідник для шланга | 2 | 1,95 доларів США | 3,90 доларів США |
| Перехідник для шланга Qc на 1/4" | 1 | 9,17 доларів США | 9,17 доларів США |
| 3/16" ID вінілова трубка | 10 | 0,15 доларів США | 1,50 доларів США |
| Локоть льодогенератора | 1 | 7,80 доларів США | 7,80 доларів США |
| Handle Hardware | 1 | 6,12 доларів США | 6,12 доларів США |
| Тефлонова стрічка | 1 | 1,75 доларів США | 1,75 доларів США |
| Кошик для сміття — HSU придбано | 1 | 0,00 доларів США | 0,00 доларів США |
| Вінілова трубка діаметром 1/2 дюйма — придбано HSU | 1 | 0,00 доларів США | 0,00 доларів США |
| Фарба-спрей (Rust oleum) — жовтий, зелений | 2 | 7,35 доларів США | 14,70 доларів США |
| дошка для кілків — HSU придбано | 1 | 0,00 доларів США | 0,00 доларів США |
| Загальна сума | 106,95 доларів СШАEUR 91.98 <br />GBP 78.07 <br />CAD 132.62 <br />MXN 2,229.91 <br />INR 8,005.21 <br /> | ||
Операція
Існує кілька простих кроків, необхідних для того, щоб насос Wirtz працював під час кожного використання.
встановіть резервуар у робочому місці, встановіть та прикріпіть задню панель до резервуару за допомогою герметичних гвинтів
прикріпіть вінілову трубку до коліна коробки для льоду, розташованого в задній частині резервуара, за допомогою плоскогубців, потім наповніть резервуар водою, доки важіль води не торкнеться секвої. після наповнення просто поверніть ручку, щоб спрацювати, за годинниковою стрілкою рухається вода вперед, проти годинникової стрілки рухається назад.
Технічне обслуговування
Цей проект був розроблений таким чином, щоб не потребувати технічного обслуговування та був довговічним. Більшість використовуваних компонентів прослужать багато років і будуть використовуватися; однак деталі мають тенденцію зношуватися з часом. Команда передбачила, які частини можуть зламатися в майбутньому, а також включила мінімальне технічне обслуговування, необхідне для кожного використання проекту.
Графік технічного обслуговування
- За використання
- Перевірте з’єднання на герметичність і при необхідності затягніть
- Кожні кілька років
- Замініть компресійний валик, якщо він зламаний (через надмірне затягування або тривалий знос)
Висновок
Результати тестування
Конструкція насоса Wirtz успішно використовує силу людини, щоб продемонструвати здатність насоса рухати воду вертикально та маніпулювати потоком води, щоб рухатися вперед і назад через систему. Початкові випробування використання води для обертання водяного колеса, яке б виробляло електроенергію, провалилися, і команда не мала часу, щоб знайти нове рішення.
Обговорення
Щоб перевірити насос Wirtz, було багато змінних, які могли вплинути на успіх насоса. Серед змінних були негерметичні з’єднання, відсутність тиску повітря, кількість змійовиків труб, відстань між змійовиками, швидкість обертання насоса та комбінація різних факторів одночасно. Під час тестування насоса Wirtz команда зрозуміла, що вертикальна відстань, на яку може рухатися вода, обмежена кількістю котушок у насосі. Крім того, швидкість обертання насоса повинна бути достатньо низькою, щоб у змійовиках відбувався обмін повітря і води.
Отримані уроки
Найбільшим уроком, який команда засвоїла, було повне розуміння потреб клієнта шляхом постійного спілкування перед визначенням розмірів компонентів і купівлею матеріалів. Команда витратила багато часу та грошей на створення прототипів, які були занадто великими для потреб клієнта.
Наступні кроки
Однією з можливостей майбутнього цього проекту може бути розробка ротаційного шарніра для насоса, який є більш точним і простим у виконанні, а не громіздким і незручним. Іншим кроком може бути пошук способу виробляти електроенергію за допомогою гідроенергії після перекачування води, що може вимагати збільшення розмірів насоса та використання більшої кількості води.
Усунення несправностей
| проблема | Пропозиція |
|---|---|
| 3D-принт зламався або тріснув | Передрукуйте його, використовуючи файли STL, збережені на флеш-пам’яті в Makerspace |
| Витік у ротаційних з’єднаннях | Затягніть з’єднання плоскогубцями або гайковим ключем. Якщо це не допомогло, то демонтуйте стики і замініть тефлонову стрічку. |
| Нитка, що з’єднує трубки Wirtz Pump, ослабла | Перев’яжіть нитку або приклейте її гарячим клеєм до трубок, щоб тримати її разом |