Zostań w domu, zamów taniej!
Nie wychodź z domu i zamów online swoje ulubione pisma 20% taniej. Skorzystaj z kodu rabatowego: czytajwdomu

Pompa rotacyjna

Pompa rotacyjna
Pompa jest urządzeniem służącym do wytworzenia różnicy ciśnień między stroną ssawną, czyli wlotem do pompy, a tłoczną, będącą wylotem. Takiej wersji, jaką zbudujemy, nie zobaczymy jednak na działkach ani w plenerze. Prędzej w domu, ale tam jest ukryta w niektórych urządzeniach AGD. Nasz model zrobiony z cylindrycznego pudełka to pompa rotacyjna, której wirnik pracuje naprzemiennie w dwóch różnych kierunkach. Wymusi to niezwykły rodzaj napędu.

Profesjonalne beztłokowe pompy wirowe zwykle pracują w przemyśle, a w domu znajdziemy je w zmywarce czy automatycznej pralce. Brudy lub resztki jedzenia skutecznie unieruchomiłyby zwykłą pompę tłokową - zwyczajnie zatarłby się w niej tłok. Tutaj zaś wirnik nie styka się bezpośrednio z bocznymi ściankami obudowy pompy i dlatego może pracować w trudnych warunkach.

Zasada działania pompy wirowej polega na zwiększaniu krętu cieczy (momentu pędu) za pomocą rotora zaopatrzonego w łopatki i obracającego się ze stałą prędkością obrotową. Energia silnika elektrycznego jest przekazywana cieczy za pośrednictwem wirnika. Powoduje to wzrost energii ciśnienia i energii kinetycznej w wodzie. Niezatykająca się pompa rotacyjna bez trudu wylewa brudną wodę i rozdrobnione resztki posiłków. Podobnie działają także duże i małe pompy fontannowe pracujące w obiegu zamkniętym. Woda, stale przepływająca przez obracający się wirnik, podlega działaniu siły odśrodkowej lub działaniu siły wyporu łopatek, albo obu tych sił łącznie. Powoduje to wzrost energii ciśnienia i energii kinetycznej w cieczy, co skutkuje wypływem przepompowywanej cieczy lub tryskaniem wody w fontannie.

1. Część materiałów do budowy pompy
2. Z puszki odcinamy prostokątny kawałek blach na wirnik

Nasza pompa okaże się niewielka, a wirnik - w zależności od kierunku przesuwania się łuku ręcznego napędu - okresowo zmieniać będzie kierunek obrotów. To ją odróżni od wspomnianych pomp wirnikowych. Tryb pracy wymusi niepowtarzalny ręczny napęd, w postaci łuku i napiętej cięciwy. Nie zniechęcajcie się, bo wszystkie materiały do zrobienia tego modelu pompy wirowej prawdopodobnie znajdziecie w domu, a sam model da się zbudować i wypróbować w jeden wieczór.

3. Wycinamy go według wymiarów
4. Wyznaczamy oś symetrii

Materiały: plastikowe cylindryczne pudełko z pokrywką o wymiarach 75 mm wysokości i 35 mm średnicy, prosty odcinek starej szprychy rowerowej albo szydło (1), fragment drutu z drucianego wieszaka, koralik, odcinek igielitowego wężyka, szpagat, prostokątna blaszka (może być wycięta z puszki po konserwach) (2, 3).

5. Koralik wiercimy wiertłem o średnicy nieco większej niż oś wirnika
6. Koralik przytrzymamy podczas wiercenia za pomocą kombinerek

W przypadku zabawy w pokoju lub w ramach demonstrowania eksperymentu w klasie, koniecznie potrzebna będzie ścierka o dużej chłonności do wycierania wody z biurka i podłogi.

Narzędzia: wiertarka lub wkrętarka elektryczna, glutownica z klejem na gorąco, nożyce do blachy i kombinerki.

Elementy krok po kroku

Korpus pompy. Zrobimy go z cylindrycznego pudełka po lekach lub tubki po witaminach. Zaczniemy od wywiercenia otworów w dnie i pokrywce (7). Otwory mają mieć średnicę nieco większą niż drut lub szydło wybrane na oś wirnika. Zwykle na elementach okrągłego pudełka i pokrywki znajdziemy fabrycznie wyznaczone miejsca środka. Zadbajmy, by otwory były wywiercone dokładnie tam. W nich będzie się obracała oś wirnika naszej pompy.

7. W dnie i pokrywce wiercimy otwory na oś wirnika
8. Boczny otwór wylotowy - nim będzie tryskać wypływająca woda

To nie koniec wiercenia. W dnie pudełka wykonujemy dwa otwory o średnicy 5 mm każdy. To nimi będzie zasysana woda (11). Ostatni otwór, też o średnicy 5 mm, wywiercimy w bocznej powierzchni pudełka korpusu, blisko górnej krawędzi (8). Z tego otworu będzie tryskać wypompowywana woda. Nasza pompę możemy rozbudować, doklejając w miejscu otworu krótki igielitowy wężyk.

9. Na początek punktowo mocujemy oś do blaszki wirnika, trzymając się wyznaczonego środka symetrii
10. Teraz nie żałujmy kleju, bo wirnik musi być trwale zamocowany
Rys. 1. Budowa modelu

Oś wirnika. Zrobimy ją z odcinka szprychy, drutu od robótek o długości 190 mm i średnicy 3 mm - lub innej, dostosowanej do wielkości korpusu naszej pompy.

Wirnik. Do osi przyklejamy blaszkę o wymiarach dostosowanych do wielkości korpusu pompy. Blaszka ma obracać się swobodnie we wnętrzu korpusu, nie dotykając jego ścianek. W tym celu najpierw na prostokątnej blaszce wirnika już o odpowiedniej wielkości wyznaczymy oś symetrii (4), a dopiero potem przykleimy drut wirnika - klejem na gorąco (9, 10).

Łożysko. Zrobione zostanie z koralika o średnicy 12 mm. Będziemy musieli rozwiercić otwór w koraliku, tak by z łatwością obracał się na osi wirnika (5). Podczas wiercenia można go przytrzymać kombinerkami (6). Koralik nałożony na oś wirnika pracuje pomiędzy dnem korpusu a wirnikiem, czyli blaszką przymocowaną do osi (12). Fachowo powiedzielibyśmy, że jest to typ łożyska oporowego. Zmniejszy tarcie i zapobiegnie opadaniu wirnika razem z jego osią na dno pudełka.

Napęd ręczny. To rodzaj łuku z cięciwą zrobioną ze szpagatu. Łuk wykonamy z drutu pochodzącego od wieszaka, jaki dostajemy czasem z pralni razem z upranymi rzeczami (14). Odcinek drutu wyginamy w łuk. Na jego końcach robimy oczka. Do nich przywiązujemy końce szpagatu, które będą cięciwą - solidnie naciągniętą (15). Sznurek cięciwy można zabezpieczyć przed zsuwaniem się za pomocą kleju na gorąco.

11. Widoczne otwory zasysające w dnie korpusu
12. Zmontowany wirnik i koralik łożyska

Montaż modelu

Od spodu wirnika nakładamy na oś koralik. Wkładamy całość do korpusu i zakładamy pokrywkę, przez którą wychodzi górna części osi wirnika. Nasz model jest gotowy (16).

13. Do eksperymentu można użyć wkrętarki jako napędu pompy
14. Wieszak druciany posłuży do zbudowania docelowego napędu pompy

Jeśli jesteśmy niecierpliwi, a chcemy się dowiedzieć, czy pompa wirowa prawidłowo działa, możemy wirnik wprawić w ruch za pomocą niezawodnej wkrętarki (13). Jeśli wirnik nie zawadza o korpus i opiera się na koraliku, wszystko powinno bezbłędnie zadziałać.

Rys. 2. Działanie napędu
Rys. 3. Łuk napędowy

Zabawa

Korpus umieszczamy w wodzie, tak by dno było zanurzone, ale otwór wylotowy sięgał tuż poza krawędź naczynia, czyli zbiornika wody. Na oś wirnika zakładamy cięciwę łuku - cięciwa ma ją owinąć. Wykonując ręką powolny ruch naszym łukiem, posuwisto-zwrotny, wprowadzamy w obroty wirnik pompy. Ten mechanizm działa zadziwiająco sprawnie. Woda zasysana przez wirnik tryska z króćca rurki bocznego otworu (17). Jeśli wykonamy to doświadczenie na stole, uświadomimy sobie, jak niezbędna jest w tym przypadku chłonna ścierka. Bawimy się więc raczej w łazience lub kuchennym zlewie.

15. Napędowy łuk gotowy
16. Pompa przygotowana do działania
17. Gdy obracamy wirnik, woda raźno tryska

Gdy już nacieszymy się efektami, jak zwykle proponuję zanieść model do szkolnej pracowni fizyki. Nasza dociekliwość i pasja eksperymentowania zostaną z pewnością nagrodzone.

Chyba, że podpadniemy ekipie sprzątającej klasy…

Adam Łowicki

Zobacz także:

Druciany mobil
Mobil dwucylindrowiec
Mikroszlifierka talerzowa