Как сделать мини-водяной насос: руководство по микронасосу своими руками

Вы можете сделать функциональный мини-водяной насос дома, используя небольшой двигатель постоянного тока, пластиковую крышку от бутылки или корпус шприца и обычную трубку. — Вся сборка может стоить менее 5 долларов и занимает менее часа. Для большинства целей «сделай сам» самый простой и надежный подход — построить центробежный микро водяной насос использование коллекторного двигателя постоянного тока (3–12 В) с крыльчаткой, прикрепленной непосредственно к валу двигателя.

В этом руководстве рассматриваются три практические конструкции микроводяных насосов, сделанных своими руками — от базового центробежного насоса с крышкой от бутылки до перистальтического насоса, использующего аквариумные трубки — с пошаговыми инструкциями, спецификациями компонентов и ожидаемыми эксплуатационными характеристиками для каждого из них.

Как работает микроводяной насос: основные принципы

Прежде чем приступать к сборке, понимание того, какой насосный механизм подходит для вашего проекта, сэкономит время и позволит избежать необходимости повторной сборки. Три типа, практичные для изготовления микроводяных насосов своими руками:

• Центробежный насос: Вращающаяся крыльчатка выбрасывает воду наружу под действием центробежной силы, создавая низкое давление в центре, что втягивает больше воды. Лучше всего подходит для применений с непрерывным потоком — аквариумов, фонтанов и систем охлаждения. Расход 1–5 литров в минуту достижимы с помощью небольших двигателей постоянного тока.
• Перистальтический насос: Ролики последовательно сжимают гибкую трубку, проталкивая жидкость без ее контакта с двигателем или корпусом. Идеально подходит, когда чистота жидкости имеет значение — системы дозирования, медицинские проекты «Сделай сам» или перекачивание химикатов. Скорость потока ниже (обычно 0,1–1 литр в минуту ), но очень контролируемый.
• Мембранный насос: Гибкая мембрана колеблется, создавая попеременные удары всасывания и давления. Способен самовсасываться и кратковременно работать всухую без повреждений. Распространен в автоматизированных системах полива растений и небольших опрыскивающих установках.

Для большинства строителей-новичков центробежную конструкцию проще всего сконструировать, и она дает наиболее удовлетворительный видимый результат — устойчивый сильный поток воды из минимального количества компонентов.

Компоненты, необходимые для сборки мини-водяного насоса

Точные детали зависят от того, какую конструкцию вы выберете, но в следующей таблице показано, что необходимо для каждого из трех основных типов микронасосов, сделанных своими руками:

Все компоненты можно приобрести у поставщиков электроники, таких как AliExpress, Amazon или в местных магазинах товаров для хобби. Двигатели постоянного тока, наиболее часто используемые в сборках микронасосов для начинающих, Коллекторные двигатели типоразмера 130 или 180 , которые недороги (менее 1 доллара за штуку) и доступны в вариантах на 3 В, 5 В и 12 В.

Сборка 1: Как сделать мини-центробежный водяной насос из бутылочных крышек

Это наиболее распространенная конструкция микроводяного насоса, сделанная своими руками: она не требует 3D-печати или механической обработки и представляет собой функциональный насос, способный поднимать воду. 30–50 см по вертикали и доставка примерно 0,5–1,5 литра в минуту в зависимости от скорости двигателя.

Требуемые материалы

• 1 небольшой двигатель постоянного тока (размер 130, номинальное напряжение 3–6 В)
• 2 пластиковые крышки для бутылок (одинакового размера — хорошо подойдут стандартные крышки для бутылок с водой диаметром 28 мм)
• 2 пластиковые трубочки для питья (одна на входе, одна на выходе)
• Водостойкая эпоксидная смола или пистолет для горячего клея.
• Небольшой кусок тонкого пластикового листа (из пластиковой папки или упаковки) для лопастей крыльчатки.
• Держатель батарей типа АА (2×АА на 3 В) или источник питания USB
• Канцелярский нож, ножницы и небольшая дрель или нагретая булавка для проделывания отверстий.

Пошаговые инструкции

1. Делаем крыльчатку: Вырежьте из тонкого пластика круг, размер которого немного меньше внутреннего диаметра крышки бутылки (приблизительно 22 мм для стандартной крышки). Отрежьте 4–6 изогнутых или прямых лезвий от краев к центру, затем согните поочередные лезвия вверх примерно под углом 45 градусов. Наденьте центр этого диска на вал двигателя и закрепите небольшой каплей суперклея. Крыльчатка должна вращаться свободно, без раскачивания.
2. Подготовьте корпус насоса: Возьмите одну крышку от бутылки и с помощью нагретой булавки или небольшого сверла проделайте в центре основания отверстие, достаточно большое, чтобы в него мог пройти вал двигателя. Рядом с краем боковой стенки колпака сделайте второе отверстие — это будет выход воды. Вставьте короткую соломинку в боковое отверстие под тангенциальным углом и заклейте эпоксидной смолой.
3. Установите двигатель: Протолкните вал двигателя через центральное отверстие крышки так, чтобы крыльчатка оказалась внутри полости крышки. Корпус двигателя должен находиться снаружи. Загерметизируйте место входа вала двигателя водостойкой эпоксидной смолой, стараясь не повредить сам вал. Дайте полностью застыть — не менее 2 часов для эпоксидной смолы и 30 минут для горячего клея.
4. Добавьте вход: Возьмите вторую крышку от бутылки и просверлите или выплавьте центральное отверстие диаметром примерно 8–10 мм. Эта крышка защелкивается или приклеивается к открытой поверхности крышки корпуса, образуя закрытую камеру насоса. Центральное отверстие во второй крышке становится входом для воды — при необходимости вы можете вставить сюда короткую соломинку для подсоединения к трубке.
5. Герметизация всех стыков: Нанесите полоску водостойкой эпоксидной смолы на стык между двумя крышками и вокруг всех точек входа соломинок. Дайте полностью застыть, прежде чем тестировать с водой.
6. Проверьте насос: Погрузите входную соломинку в воду, подключите двигатель к аккумулятору и проверьте поток воды из выпускного отверстия. Заправьте насос, ненадолго погрузив весь блок в воду, если поток не начнется сразу.

Ожидаемая производительность: При 3V ожидайте умеренного потока, подходящего для небольших декоративных фонтанов. При напряжении 5–6 В с тем же двигателем скорость потока заметно увеличивается, а вертикальный подъем увеличивается примерно до 40–60 см.

Сборка 2: Как сделать перистальтический микроводяной насос

Перистальтический насос идеален, когда вам необходимо точное дозирование в небольших объемах — например, автоматический питатель для растений, который подает ровно 10 мл питательного раствора в установленное время. Для этой конструкции требуется мотор-редуктор (для крутящего момента, а не для скорости) и круглый ротор с роликами, которые сжимают силиконовую трубку внутри изогнутого корпуса.

Требуемые материалы

• 1 × мотор-редуктор постоянного тока (6–12 В, 10–60 об/мин — более низкие обороты = более точное дозирование)
• Силиконовая трубка, внутренний диаметр 4 мм (пищевая, если перекачивают жидкости для потребления)
• Диск ротора: напечатан на 3D-принтере, вырезан из толстого акрила или изготовлен из твердой древесины.
• 3 небольших роликоподшипника или болта с гладкой головкой в качестве роликов (установлены на роторе под углом 120°)
• Корпус: короткий отрезок трубы ПВХ или изогнутый швеллер, напечатанный на 3D-принтере.
• Винты, гайки и небольшая опорная пластина

Обзор сборки

1. Собираем ротор: Вырежьте круглый диск диаметром примерно 30–40 мм. Просверлите три отверстия на равном расстоянии (120° друг от друга) возле края. В каждое отверстие установите небольшой болт или подшипник — это ваши ролики. Ролики должны немного выступать за край диска.
2. Создайте канал жилья: Трубка должна двигаться по изогнутой траектории вокруг ротора примерно на 180–270 °. Простой подход — вырезать изогнутую прорезь в куске толстой фанеры или акрила, которая удерживает трубку на пути роликов ротора. Зазор между внешним краем ротора (с роликом) и внутренней стенкой корпуса должен быть немного меньше внешнего диаметра трубки для обеспечения достаточного сжатия без повреждения трубки.
3. Установите двигатель и ротор: Закрепите двигатель на опорной плите и прижмите или прикрутите диск ротора к валу мотор-редуктора. Ротор должен вращаться плавно, без раскачивания вала.
4. Установите трубку: Вставьте силиконовую трубку в канал корпуса так, чтобы она проходила вокруг изогнутой части и выходила с обоих концов для впускных и выпускных соединений. Ролики должны сжимать трубку при вращении ротора, создавая перистальтическое действие.
5. Тестирование и калибровка: Подключите двигатель к источнику питания и поместите впускную трубку в воду. Подсчитайте количество оборотов двигателя, необходимое для подачи известного объема (например, 10 мл в мерный контейнер) — это дает вам калибровочную цифру, которую вы можете использовать с таймером или схемой счетчика для точного дозирования.

Выбор подходящего двигателя постоянного тока для вашего микроводяного насоса

Выбор двигателя — самое важное решение при сборке микронасоса своими руками. Неправильный двигатель либо не производит полезного потока, либо сгорает в течение нескольких минут. Используйте эту ссылку:

Для первой сборки Двигатель размера 130, питание от 2 батареек типа АА (3 В). является рекомендуемой отправной точкой. Он не допускает дисбаланса рабочего колеса, его легко найти и он достаточно дешев, поэтому его замена после испытаний не является проблемой.

Гидроизоляция и герметизация: наиболее распространенная проблема

Наиболее частой причиной выхода из строя микроводяных насосов, сделанных своими руками, является недостаточное уплотнение вокруг точки входа вала двигателя. Вода, попадающая в двигатель вдоль вала, разрушает щетки и обмотки в течение нескольких минут работы. Решите эту проблему правильно с самого начала:

• Используйте двухкомпонентную водостойкую эпоксидную смолу. (не стандартный горячий клей) вокруг отверстия вала двигателя. Горячий клей разлагается при погружении в воду и слегка сжимается при охлаждении, оставляя микрозазоры. Эпоксидная смола морского класса или эпоксидная смола для сантехнических работ обеспечивает прочное водонепроницаемое уплотнение.
• Если возможно, добавьте уплотнение вала: Небольшое уплотнительное кольцо, установленное вокруг вала перед его входом в корпус, обеспечивает динамическое уплотнение, позволяющее вращение и блокирующее воду. Уплотнительные кольца, рассчитанные на диаметр вала 2 мм, стоят менее 1 доллара за упаковку из 10 штук.
• Рассмотрим размещение двигателя: В центробежной конструкции с бутылочной крышкой двигатель находится вне пути потока воды — во влажную камеру проникает только вал. Удержание корпуса двигателя полностью над уровнем воды или вне его значительно снижает требования к уплотнению.
• Время лечения имеет значение: Многие эпоксидные смолы достигают прочности за 5 минут, но для этого требуется 24 часа для полного водонепроницаемого отверждения . Проверка насоса до полного затвердевания эпоксидной смолы — распространенная ошибка, которой можно избежать.
• Конформное покрытие для защиты двигателя: Нанесение тонкого слоя конформного аэрозольного покрытия (или прозрачного лака для ногтей) на корпус двигателя добавляет слой влагостойкости, не влияя на производительность.

Практическое применение мини-водяного насоса своими руками

После сборки и испытаний микроводяной насос, сделанный своими руками, имеет широкий спектр полезных применений как в любительских, так и в практических проектах:

• Настольный фонтанчик: Центробежный мини-насос, работающий при напряжении 3–5 В, обеспечивает поток, необходимый для небольшого декоративного комнатного фонтана. Соедините его с USB-блоком питания для установки без использования кабеля.
• Автоматизированная система полива растений: Перистальтический микронасос, управляемый Arduino или Raspberry Pi, может подавать комнатным растениям точный объем воды по расписанию. 10–50 мл на растение в день. является типичной мишенью для горшечных растений небольшого и среднего размера.
• Жидкостное охлаждение ПК (экспериментальное): Центробежный насос большей мощности (12 В, двигатель 775 с хорошо сбалансированной крыльчаткой) может циркулировать охлаждающую жидкость через небольшой специальный контур охлаждения процессора, хотя скорость потока и давление напора должны быть тщательно согласованы с используемым радиатором и блоком.
• Циркуляция питательных веществ в гидропонике: Микронасосы, работающие по таймеру, пропускают питательный раствор через каналы роста. Насос, доставляющий 2–3 литра в минуту достаточно для небольшой системы NFT (метод питательной пленки) из 4–6 растений.
• Модель или диорама с водными эффектами: Миниатюрные ручьи, водопады и пруды в масштабных моделях или игровой местности оживают с помощью небольшого погружного центробежного насоса, работающего от батарейки типа «таблетка» 3 В или блока АА.

Устранение распространенных проблем с микронасосами, сделанными своими руками

Большинство проблем с недавно построенным мини-водяным насосом относятся к одной из пяти категорий:

Нет потока, несмотря на работающий двигатель

Насос не залит — в камере застрял воздух. Ненадолго погрузите весь насос в воду или закройте выпускное отверстие пальцем, пока двигатель работает, чтобы создать давление, а затем отпустите. Также убедитесь, что крыльчатка вращается в правильном направлении относительно угла наклона лопастей; изменение полярности двигателя меняет направление потока.

Слабый или прерывистый поток

Обычно возникает из-за слишком маленького, несбалансированного или неправильной формы рабочего колеса. Лопасти должны выступать за стенки корпуса не более чем на 0,5–1 мм для эффективного создания давления. Большой зазор между рабочим колесом и корпусом приводит к потере большей части перекачивающей способности.

Перегрев двигателя

Двигатель заглох или перегружен. Убедитесь, что крыльчатка свободно вращается вручную, когда она отключена от источника питания — любое заедание означает, что уплотнение вала или корпус касается крыльчатки. Также убедитесь, что напряжение питания не превышает номинального максимума двигателя.

Утечка воды вокруг вала двигателя

Эпоксидное уплотнение неисправно или недостаточно. Слейте воду из насоса и высушите, удалите старый герметик канцелярским ножом и повторно нанесите свежую двухкомпонентную водостойкую эпоксидную смолу. Перед повторным тестированием дайте средству вылечиться в течение 24 часов.

Насос сначала работает, затем выключается

Наиболее вероятной причиной является разрядка аккумулятора: небольшие двигатели постоянного тока под нагрузкой потребляют больше тока, чем ожидает большинство людей. Двигатель типоразмера 130 при напряжении 3 В под нагрузкой насоса обычно потребляет 200–400 мА . Стандартные батарейки АА обеспечивают питание в течение 2–5 часов; для более продолжительной работы переключитесь на источник питания USB или литий-ионный аккумулятор.