Pompa wirowa

Pompa wirowa
e-suplement
Pompa wirowa to jeszcze jeden model pompy, który możemy samodzielnie zbudować dla potrzeb naszego gabinetu pracowni fizyki. Tym razem pompa nie będzie miała tłoka ani zaworów. Wodę czy inne płyny będzie przetaczał wirnik. Ponieważ wirnik musi szybko się obracać, tym razem do napędu naszego modelu użyjemy małego silnika elektrycznego.

Pompy rotacyjne należą do grupy maszyn wirnikowych. W praktyce, czyli w domu, taką pompę znajdziemy w domowej pralce elektrycznej czy też zmywarce. Niezatykająca się pompa rotacyjna bez trudu wylewa brudną wodę i rozdrobnione resztki posiłków. Podobnie działają także duże i małe pompy fontannowe. Zasada działania pompy wirowej polega na zwiększaniu krętu cieczy za pomocą rotora zaopatrzonego w łopatki i obracającego się ze stałą prędkością obrotową. Energia silnika elektrycznego jest przekazywana cieczy za pośrednictwem wirnika. Ciecz, 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. Brzmi to skomplikowanie, ale działanie pompy sprawdzimy w praktyce. Obwód elektryczny napędu składa się z silniczka elektrycznego, zespołu baterii i włącznika. Silnik z wirnikiem połączony jest odcinkiem gumowej rurki od wentyla. Rurka pełni rolę sprzęgła. Nasz wirnik będzie prostym czterołopatkowym wirnikiem pracującym w komorze zrobionej z pudełka po kremie. Dla uproszczenia budowy różni się nieco od większości pomp tego typu. Pompa w tradycyjnym układzie pompy odśrodkowej byłaby wydajniejsza, ale trudniej byłoby ją zmieścić w naszym pudełku. Pompa może pracować w obwodzie zamkniętym, czyli pobierać wodę ze zbiornika i po przejściu jej przez pompę do tego zbiornika ją z powrotem wlewać.

Materiały: płaskie pudełko po kremie, silniczek elektryczny, dwie baterie paluszki 1,5 V, gotowy koszyczek na te baterie, miniaturowy włącznik elektryczny, kawałek wentyla od roweru, wazelina techniczna niskotopliwa, blaszka miedziana, cienka blaszka aluminiowa od świeczki z podgrzewacza, gwóźdź o średnicy 3 mm, plasterek kija od szczotki, deseczka, wężyk plastikowy.

Narzędzia: piła do metalu, wiertarka, kombinerki, dremel, nożyce do blachy, cyrkiel, ołówek, imadło, klej dwuskładnikowy, lutownica z zapasem cyny i pasty do lutowania, lakier srebrny w sprayu, klej na gorąco z glutownicy. Na wszelki wypadek przygotować jeszcze należy ścierkę o dużej chłonności.

Wirnik. Zrobimy go z odciętego plasterka-krążka drewna z kija od szczotki. Potrzebujemy krążek o średnicy 20 mm i grubości 15 mm. Dokładnie w środku wiercimy otwór wiertłem o średnicy 3 mm, dbając, by był prostopadły do powierzchni krążka. Na obwodzie wykonujemy brzeszczotem piły do metalu co 90° cztery szczeliny o głębokości około 3 mm. Brzeszczot taki ma drobne ząbki, co ułatwia dokładne wykonanie zadania.

Łopatki wirnika. Wytniemy je z blachy miedzianej o grubości 0,5 mm. Potrzebujemy 4 jednakowych łopatek, każda o wymiarach 12×10 mm. Przy czym 10 mm to szerokość łopatki, a 12 jej wysokość. Łopatki, po wyrównaniu ich pilnikiem do metalu albo papierem ściernym, wklejamy do przygotowanych szczelin w drewnianym wirniku. Łopatki proponuję wkleić mocnym klejem dwuskładnikowym, bo mimo wszystko będą ciężko pracować. Kiedy klej wyschnie, jeszcze raz wyrównajmy płaszczyzny wirnika drobnym papierem ściernym. Na koniec element możemy pomalować lakierem srebrnym lub chromowym.

Oś wirnika. Zrobimy ją z gwoździa o długości 35 i średnicy 3 mm. Oś wklejamy klejem dwuskładnikowym do otworu w wirniku.

Podstawa pompy. Wytniemy ją z kawałka deski calowej. Wymiary podstawy to 280×110×25 mm. Podstawa modelu powinna być wystarczająco ciężka i stabilna. Na koniec wszystkie nierówności szlifujemy papierem ściernym.

Suport pompy. Deseczka o wymiarach 160×100×10 mm. Suport będzie prostopadle przyklejony do podstawy, tak jak to widać na zdjęciu modelu. Najpierw jednak wywiercimy otwór, w którym zamontujemy włącznik pompy. Zastosowany w modelu włącznik wymagał otworu prostokątnego kształtu o wymiarach 10×20 mm. Do wykonania otworu prostokątnego można zastosować dremel z jego niezawodnymi końcówkami do piłowania i szlifowania. Łatwiej jednak jest użyć wyłącznika okrągłego, bo wiercenie wymaga jedynie wiertarki, co znacznie ułatwia prace montażowe.

Komora wirnika. Jest zrobiona z pudełka po kremie o średnicy około 70 mm. Z boku pudełka wiercimy dwa otwory, tak jak jest to widoczne na zdjęciu. Do tych otworów wkleimy 120-milimetrowe odcinki plastikowego węża. Należy zadbać, by dolny otwór, który ma kształt wydłużonej elipsy, był jak najbardziej styczny z końcem wężyka dopływowego. Tu także bardzo pomocny jest dremel, ale możemy go zastąpić okrągłym pilniczkiem kluczykowym. Plastik łatwo się piłuje. Rurki wężyka wklejamy klejem na gorąco. Robi się to w następujący sposób. Rozgrzany klej nakładamy na koniec plastikowego wężyka i wsuwamy w otwór pudełka. Palcem zwilżonym zimną wodą kształtujemy jeszcze ciepły klej. Pamiętajmy, by najpierw przymierzyć bez kleju, czy otwór jest odpowiedniej wielkości i czy wężyk da się ułożyć tak, jak tego potrzebujemy. Teraz możemy przymierzyć korpus do suportu pompy, zaznaczyć jego położenie ołówkiem, a następnie wywiercić otwór 3-milimetrowej średnicy na oś wirnika. Otwór na oś wirnika w drewnianym suporcie pompy rozwiercamy wiertłem o średnicy 8 mm na głębokość 4 mm. Utworzoną w ten sposób komorę wypełniamy niskotopliwą wazeliną. Ona nie pozwoli wyciekać wodzie wzdłuż osi wirnika podczas pracy pompy. Widzimy tę komorę z wazeliną na zdjęciu. Pudełko pełniące rolę korpusu pompy wreszcie przyklejamy do suportu komory, dbając, by otwory na oś wirnika trafiły na siebie. Najlepiej pomóc sobie gwoździem, takim samym z jakiego zrobiona jest oś wirnika.

Suport silnika. To deseczka, na której będzie spoczywał silniczek i koszyczek z bateriami. Suport silnika ma wymiary 160×50×20 mm. Ten element przykleimy klejem na gorąco do suportu pompy na takiej wysokości, by silniczek elektryczny trafił swoją osią na oś wirnika. Mimo że sprzęgło jest elastyczne i wydawałoby się mało czułe, to jednak drgania i niedokładności montażu mogą sprawić że mechanizmy rozprzęgną się podczas pracy. W deseczce wiercimy otwory pod wkręty, którymi przymocujemy koszyczek na baterie i obejmę silniczka.

Mocowanie silniczka. Silniczek mocujemy do suportu obejmą z cienkiej aluminiowej blaszki i dwóch drewnowkrętów. Położenie silniczka na desce wyznaczamy doświadczalnie wiedząc, że osie rotora i silnika mają na siebie trafiać. Potem będzie można, luzując obejmę, przeprowadzać jedynie regulację wzdłużną.

Sprzęgło pompy. Ma połączyć i przenieść obroty z osi silniczka na oś wirnika. Jest łatwe do zrobienia, bo to odcinek zwykłego wentyla rowerowego o długości 15 mm, który nałożymy na oś wirnika, a drugi koniec na oś silniczka. Pozostaje sprawdzić, czy silniczek obraca wirnik. Zwykle okazuje się, że siła tarcia jest wystarczająca, by przenieść napęd z silniczka na oś wirnika pracującego w wodzie.

Zbiornik wody. Zrobimy go z gotowego plastikowego pudełka. Moje pudełko ma kształt walca o wymiarach 120×100 mm. W dolnej części boku wiercimy otwór na wężyk doprowadzający wodę do pompy. Zbiornik przyklejamy do podstawy. Do otworu wklejamy wężyk łączący zbiornik z pompą.

Uszczelnienie pokrywy wirnika. Gwint plastikowej pokrywy przed nakręceniem na korpus pompy smarujemy wazeliną niskotopliwą, bo inaczej woda będzie ciekła na wszystkie strony.

Uruchomienie pompy, zabawa. Po włączeniu silnika pompa wymaga zalania, bo bez tego nie będzie chciała pracować. Do zalania można użyć na przykład starej plastikowej strzykawki lekarskiej. Jeśli wszystko dobrze zadziała, woda czerpana ze zbiornika powinna popłynąć przez pompę, a potem górnym wężykiem z powrotem do tegoż zbiornika. Przed uruchomieniem urządzenia przygotujcie jeszcze ścierkę na wszelki wypadek. Być może będziecie chcieli ulepszyć wartości dydaktyczne naszego modelu i w pokrywie zamykającej korpus pompy wyciąć otwór i zrobić za pomocą cienkiego przeźroczystego plastiku okienko, w którym widać będzie pracujący wirnik. Jeśli się i to uda, to model będzie jeszcze ciekawszy dla obserwatorów.

Przeczytaj także
Magazyn