Для стендовых испытаний предочистки высокоминерализованной воды нам понадобился точный насос-дозатор на маленький расход. Готовые не подошли, и мы сделали свой: перистальтический насос-дозатор ВАКО-ДП1 на шаговом моторе и ESP32, с головкой, напечатанной на 3D-принтере. Два таких насоса подают коагулянт и флокулянт на нашем стенде по 10–12 часов в день.
Какой дозатор нужен для стендовых испытаний
На стенде мы подбираем режим коагуляции и флокуляции: меняем реагенты, дозы и градиенты перемешивания. Каждый режим держим около двух часов, потом отбираем пробы и сравниваем результат. Если подача реагента плавает, непонятно, что сработало — режим или случайность.
Отсюда требования к дозатору:
- подаёт реагент непрерывно, а не порциями по таймеру;
- расход от 0,5 до 30 мл/мин, рабочий диапазон — 1–13 мл/мин;
- доза задаётся в мг/л, насос сам пересчитывает её в мл/мин;
- два независимых канала: коагулянт и флокулянт;
- реагент касается только трубки — не нужно промывать насос между реагентами.
Почему не купили готовый. Аквариумные дозаторы работают по таймеру: включились, быстро выдали порцию, встали. Для непрерывной дозы в поток они не подходят. Лабораторные перистальтические насосы с такими возможностями есть, но мы хотели насос, который можно дорабатывать под свою задачу прямо на стенде. Открытые проекты с Thingiverse мы напечатали и проверили: ни один не заработал на нашей трубке без переделки.
Как устроен насос
| Параметр | ВАКО-ДП1 |
|---|---|
| Тип | перистальтический, ротор с тремя роликами |
| Расход | 0,5–30 мл/мин, рабочий 1–13 мл/мин |
| Задание подачи | в мл/мин или дозой в мг/л |
| Трубка | силиконовая 2×4 мм; для окислителей — PharMed |
| Привод | шаговый мотор NEMA17, драйвер TMC2209 |
| Управление | ESP32, Wi-Fi, приложение в браузере телефона |
| Калибровка | по мерному цилиндру, из приложения |
| Корпус | PETG, 118 × 88 × 99 мм |
Головка. Внутри — ротор с тремя роликами, каждый ролик стоит на двух подшипниках 623. Ролики пережимают силиконовую трубку и гонят раствор. Раствор касается только трубки, поэтому головку не нужно промывать, а реагент можно сменить, просто поменяв трубку.
Мотор — обычный NEMA17, такой же стоит в 3D-принтерах. Шаговый привод даёт ровную подачу на малых оборотах: насос качает непрерывно, а не толчками раз в несколько секунд.
Корпус — 118 × 88 × 99 мм, на лицевой панели тумблер и индикатор «Работа». Корпуса ставятся друг на друга: один насос — один канал (на фото в начале статьи — два насоса стопкой). Всё печатается из PETG: головка — около 47 г пластика, корпус для электроники — ещё около 150 г.
Главная настройка — пережим трубки
Первый насос качал, но ниже 4 мл/мин подавал меньше заданного, а по трубке шёл пузырь воздуха.
Причина оказалась в пережиме. Его задаёт сменный вкладыш — полукольцо, в канавке которого лежит трубка. Первые вкладыши мы рассчитали на пережим 5–20 %. Силиконовая трубка оказалась мягче расчётной, и ни один вкладыш не закрывал её полностью. Пока трубку жмут два ролика, этого хватает. Когда остаётся один, через неплотный пережим проходит воздух.
Тогда мы напечатали вкладыши потуже. С пережимом 30 % насос ровно подаёт около 1 мл/мин, воздух больше не проходит. Вкладыш печатается за 20 минут — ради этого пережим и сделан сменной деталью, а не частью корпуса.
Трубка меняется за минуту: откручиваем четыре винта крышки, ротор и вкладыш не трогаем. После замены трубки канал нужно откалибровать заново.
Управление с телефона: доза в мг/л
Экрана у насоса нет. Он раздаёт свою сеть Wi-Fi: подключаемся телефоном, и открывается приложение. Вводим дозу в мг/л, расход обрабатываемой воды и концентрацию рабочего раствора — насос сам считает подачу в мл/мин:
q, мл/мин = доза, мг/л × расход воды, л/ч ÷ (концентрация раствора, г/л × 60)
Например, доза 5 мг/л при расходе воды 30 л/ч и растворе 5 г/л: 5 × 30 ÷ (5 × 60) = 0,50 мл/мин.
Калибровка — в том же приложении. Конец трубки опускаем в мерный цилиндр, насос прокачивает заданный объём, вводим, сколько набралось, — насос пересчитывает коэффициент. Проверить расход по цилиндру и секундомеру можно и в нашем бесплатном калькуляторе расхода по мерному цилиндру.
Электроника
Насосом управляет ESP32 через драйвер TMC2209. Электроника стоит в отдельном печатном корпусе: плата ESP32, драйвер на плате-адаптере и разъёмы. Провода идут с готовыми разъёмами, паять почти ничего не нужно.
Первый насос мы отлаживали прямо на столе: провода наружу, вода из стакана.
Как насосы работают на стенде
Два насоса подают коагулянт и флокулянт по 10–12 часов в день, расход — от 3 до 13 мл/мин. Регулярно проверяем подачу мерным цилиндром: расход совпадает с заданным.
Чтобы трубка лежала правильно, мы напечатали ещё две детали:
- Скоба на стенку ёмкости — надевается без клея и винтов. Трубка защёлкивается в канавку и не заламывается, а её конец уходит под воду: нет капель и корки реагента на кончике.
- Заборник для канистры — внутри три нержавеющие гайки, поэтому он лежит на дне и не всплывает. Раствор заходит через щели на высоте 33 мм, осадок со дна не подсасывается. Разбирается поворотом, без ключей.
Историю сборки с видео мы рассказали на Пикабу.
Подбор доз реагентов — часть наших пилотных испытаний. Быстро прикинуть дозу и расход реагента можно в калькуляторе дозы реагента.
Нужно подобрать реагенты и режим предочистки?
Соберём стенд, проведём испытания на вашей воде и дадим рекомендации для промышленной установки.
