Термін служби водяного насоса 3D-принтера та посібник із зменшення шуму

Показник терміну служби водяного насоса 3D-принтера нічого не означає без його робочого режиму: 300 000 циклів — це приблизно 667 годин за схемою 5 секунд увімкнення, 3 секунди вимкнення, використаної в опублікованому тесті, але 2500 годин при 10 секундах увімкнення та 20 секундах у вимкненому стані. Шум залежить від кріплення та налаштувань приводу так само, як і від насоса.

1. Що насправді вимірює термін служби насоса

Опублікована цифра терміну служби має значення лише з додаванням трьох речей: робочого режиму, за якого він був перевірений, рідини, з якою він був протестований, і визначення кінця терміну служби.

Опубліковані тести в цьому сімействі використовують різні моделі. П’ять секунд увімкнення та три секунди вимкнення — це 62,5 відсотка роботи та 450 циклів на годину; десять секунд увімкнено та двадцять секунд вимкнено — це 33,3 відсотка навантаження та 120 циклів на годину. Тому той самий рейтинг 300 000 циклів описує приблизно 667 годин роботи за першою схемою та приблизно 2 500 годин календарної роботи за другою – майже чотири рази, лише за умов тестування.

Таблиця 1. Опубліковані показники терміну служби для одного сімейства насосів і схема роботи кожного з них.

Джерела: сторінка продукту виробника, стаття про застосування та короткий опис специфікацій; опубліковані цифри.

Малюнок 1. Роки служби, визначені кожним опублікованим рейтингом циклу, порівняно з подіями поповнення на день.

Джерело: арифметика автора - рейтинг поділений на щоденні події, помножені на 365. Зменшення рейтингу не застосовується: не публікується.

Чи реалістичний термін служби перистальтичного насоса в 480 000 циклів?

Цифра опублікована, але вона не узгоджується зі сторінкою власного продукту виробника, де зазначено понад 300 000 циклів за однаковою схемою 5 секунд увімкнення та 3 секунди вимкнення та повідомляється окремий тест, проведений для 600 000 циклів доставки. Три цифри для одного шаблону означають, що принаймні два вимірюють різні речі, або одне неправильне. Сприймайте оцінку як опис тесту: запитайте, чим закінчився тест, і плануйте заміну трубки на години, а не на заголовок циклу.

Читати далі:Сторінка продукту SC2201RPW.

2. Деталі, які визначають тривалість роботи насоса

Термін служби визначається однією частиною, що швидко зношується, на сім’ю: трубкою перистальтичного насоса та шестернями, підшипниками та щітками двигуна шестеренчастим насосом.

На перистальтичному насосі рідина ніколи не виходить із трубки, і трубка виходить з ладу, приймаючи постійний компресійний тиск, поведінка якого охоплюється стандартним тестуванням компресійного тиску. Потік падає перед тим, як насос зупиняється, і нова трубка відновлює шлях рідини. Опубліковані вказівки щодо терміну служби трубки від кількох місяців до одного року.

У шестеренчастому насосі рідина також є мастилом. Опублікована специфікація забороняє роботу насухо понад 20 секунд, оскільки шестерні постійно зношуються на корпусі без рідини та відкритих зазорів, що зменшує потік і тиск протягом усього терміну служби насоса. Шестеренчасті насоси тут не самовсмоктувальні, а заблокований вихід не зупиняє насос: це підвищує внутрішній витік, нагрів і знос.

Таблиця 2. Деталі, що зношуються, механізм несправності та симптом, який з’являється першим.

Джерела: сторінка продукту виробника, стаття про заправку смолою та короткий опис специфікацій; поведінка при стиску відповідно до ASTM D395.

Читати далі:Перистальтичний проти шестеренного насоса.

3. Шум: про що говорить і про що не говорить показник дБ

Коефіцієнт шуму можна порівняти лише за чотирьох умов: відстані, монтажу, частотного зважування та рівня фону. Жодна опублікована тут цифра не містить усіх чотирьох.

Сторінка насоса 3 В більш прозора: нижче 60 дБ на відстані 30 см, виміряно при 5 В постійного струму з насосом на 5 см губці для поглинання шуму вібрації. Це віброізоляційне стендове вимірювання, а не те, що ви отримуєте з насосом, прикріпленим болтами до жорсткої рами. Насос 24 В опубліковано при 60 дБ, виміряному на відстані 50 см, без зазначення умов монтажу.

Для невеликого джерела у вільному полі звуковий тиск падає приблизно на 6 дБ кожного разу, коли відстань подвоюється, тому 60 дБ на 30 см відповідає приблизно 54 дБ на 60 см і 48 дБ на 120 см (рис. 2). Таким чином, цифра, зазначена на відстані 50 см, є меншою точкою вимірювання, ніж точка вимірювання на відстані 30 см, і жодна з них не порівнюється з показаннями третьої сторони, якщо зважування не збігається: узгоджені рівні A-зважені, прилади, які їх виробляють, визначені в IEC 61672-1, а офіційно визначене значення звукової потужності відповідає стандарту ISO 3744.

Для контексту, обмеження професійного впливу в США становлять 85 дБА як 8-годинний рівень дії та 90 дБА як допустиму межу впливу, тому насос, виміряний нижче 60 дБ, добре відповідає обом; корисне питання полягає не в безпеці, а в тому, чи достатньо тихо, щоб сидіти поруч.

Малюнок 2. Два опублікованих твердження, нанесені на графік відносно відстані, використовуючи правило 6 дБ на подвоєння для невеликого джерела у вільному полі.

Джерело: розрахунок автора на основі опублікованих заяв (нижче 60 дБ на 30 см; 60 дБ на 50 см). Справжній корпус відображає звук, тому читайте криві як тенденцію, а не як прогноз.

Читати далі:Рішення шуму мікронасосу постійного струму.

4. Привід перистальтичного насоса: налаштування ШІМ, які змінюють шум і термін служби

ШІМ-привід встановлює швидкість через робочий цикл і встановлює звук приводу через його частоту. Рекомендації виробника починати з 20 кГц і використовувати від 20 до 25 кГц для тихого режиму; його пікова ефективність від 60 до 80 відсотків опублікована для мембранних насосів, тому повторно виміряйте його на перистальтичному або шестеренчатому насосі.

ШІМ вмикає та вимикає напругу живлення з фіксованою частотою та змінює час увімкнення; двигун усереднює імпульси, тому ефективна напруга та потужність зростають із навантаженням. При 50-відсотковому навантаженні ефективна напруга становить приблизно половину напруги живлення, навантаження та швидкість приблизно пропорційні, а потік слідує за швидкістю, тому що перистальтичний насос є об’ємним. Нижче порогового значення насос не запускається - мертву зону легко прийняти за несправність.

Частота визначає, що ви чуєте. Занадто низький, і привід скиглить, пульсує та подає нерівномірний крутний момент; занадто високі, і втрати на перемикання нагрівають драйвер і серцевину двигуна понад приблизно 30-40 кГц. Втрати міді дорівнюють струму в квадраті, помноженому на опір, і опір зростає приблизно на 0,4 відсотка на градус C, тому повільніший насос автоматично не означає холодніший.

Електрична сторона має таке ж значення, як і сторона керування в рішенні для керування рідиною для 3D-друку. MCU принтера створює приблизно від 25 до 40 мА на контакт, тоді як невеликі насоси споживають від 100 до 500 мА, тому каскад MOSFET необов’язковий. Оскільки двигун насоса є індуктором, каскаду також потрібен зворотноходовий діод, запобіжник на відгалуженні та конструкція, відповідна розміру для пускового імпульсу. ШІМ контролює середню потужність, а не піковий струм, і не обмежує зупинений двигун.

Чи працює ШІМ-регулювання швидкості однаково на перистальтичних і шестеренних насосах?

Принцип ідентичний: обидва сімейства мають позитивний об’єм, тому потік пропорційний швидкості валу, а робочий цикл дає вам задане значення потоку. Навантаження різне. Струм шестеренного насоса різко зростає з тиском і в’язкістю, а його внутрішній витік зростає, коли рідина розріджується; навантаження перистальтичного насоса встановлюється тиском, проти якого закупорюється трубка, який зростає, коли трубка приймає компресію. За замовчуванням жодна з них не повинна працювати на повну потужність: пік ефективності знаходиться нижче максимальної швидкості.

Таблиця 3. Симптоми, причини та параметри, які усувають кожну з них.

Джерела: посібник із застосування ШІМ від виробника та посібник із відповідності напруги та струму материнської плати принтера.

Читати далі:Як ШІМ впливає на мікронасоси.

5. Зменшення шуму шестеренного насоса

Шум редуктора є тональним і зростає зі швидкістю та тиском, тому зменшення шуму шестеренного насоса починається з уповільнення насоса та усунення гідравлічних умов, які його посилюють, а не з піни. Шестеренні насоси витісняють рідину за допомогою зачеплення шестерень у тісній порожнині, і в літературі зазначається, що агрегати, які підштовхуються до вищих тисків і швидкостей, як правило, шумні та потребують спеціальних запобіжних заходів.

Монтаж — це другий важіль: опублікований коефіцієнт шуму для насоса 3 В було взято з насосом на 5 см губці для поглинання вібраційного шуму. Якщо губка змінює номер, кронштейн вирішує, що почує оператор. Жорстке кріплення метал-метал перетворює насос в гучномовець, що приводиться в рух рамою; еластомерні прокладки, плаваючий кронштейн і гнучка петля з трубки порушують цей шлях.

Список несправностей виробника короткий і практичний, а в таблиці 4 кожна причина поєднується з її контрзаходом. Три з п'яти є проблемами технічного обслуговування, а не конструктивними помилками, а допуск ротора та вала названо найбільшим єдиним джерелом.

Таблиця 4. Опубліковані причини шуму та контрзаходи для кожної з них.

Джерела: примітка виробника щодо усунення несправностей щодо шуму та аналіз насоса принтера; поведінка шестеренного насоса відповідно до загального зразка шестеренного насоса.

Читати далі:Засмічення, бульбашки та витоки.

6. Технічне обслуговування, яке продовжує термін служби водяного насоса 3D-принтера

Календар випереджає відповідь на помилку. Опубліковані рекомендації виконуються щотижня, щомісяця та щокварталу, причому витратні матеріали змінюються приблизно через 500 годин або через дві третини розрахункового терміну служби, залежно від того, що настане раніше; У таблиці 5 наведено кожен інтервал і помилку, яку він усуває.

Навколишнє середовище перш за все: опублікований діапазон навколишнього середовища становить від 5 до 45 градусів C, а безперервна робота підвищує температуру двигуна та може скоротити термін служби щіток, тому плануйте потік повітря навколо двигуна. Орієнтація: торцева кришка двигуна утримує щітки, друковану плату та з’єднання, тому прокладіть трубку за допомогою крапельної петлі та розташуйте насос так, щоб у нього не міг стікати зливний фітинг.

Потім інструментуйте петлю. Реєстрація потоку, тиску та робочого циклу на кожну конструкцію перетворює технічне обслуговування на тенденцію: падіння потоку при постійному режимі роботи є компресією трубки або засміченням фільтра, а зростання струму при постійному витраті є проблемою підшипника або щітки.

Таблиця 5. Календар технічного обслуговування насосів принтера та несправність, яку усуває кожен інтервал.

Джерело: вказівки виробника з технічного обслуговування рідинної системи, розширені діапазоном навколишнього середовища, примітки до торцевої кришки та рекомендації щодо реєстрації.

Читати далі:Діапазон перистальтичних насосів.

7. Що потрібно перевірити, перш ніж вказати

П'ять опублікованих тверджень у цій родині не узгоджуються. Кожен із них має бути вирішений у письмовій формі, перш ніж насос потрапить до списку матеріалів.

Сімейство насосів.На одних сторінках однакові номери моделей описані як зубчасті насоси, а на інших – як перистальтичні насоси. Перистальтичний насос не має змочених шестерень і ущільнення вала, тому обидва не можуть бути правильними. Технічні деталі - корпус діаметром 190 мм, внутрішні шестерні, матова торцева кришка, витік при відключенні та відсутність самовсмоктування - поєднуються з описом шестерні.

Кількість циклів.Та сама модель 5 секунд увімкнення, 3 секунди вимкнення вказується як понад 300 000 циклів, як перевірений термін служби 480 000 циклів і як тестування, проведене до 600 000 циклів доставки. Запитайте, який рейтинг, який тестовий ліміт і чим закінчився кожен тест.

Встановлена ​​напруга.На одній сторінці вказано 3 В, 5 В і 8 В; інший перераховує 3 В, 6 В і 12 В для тієї ж моделі. Водій лише на 5 В не може обслуговувати насос на 6 В, і різниця змінює перетворювач і бюджет рейок.

Статус витратних матеріалів.На одній сторінці зазначено, що немає витратних матеріалів для заміни трубок; на сторінці продукту шлях рідини описується як силіконова трубка зазначеної довжини. Інтервал заміни трубок є витратою на обслуговування, тому це змінює вартість власності.

Тиск.Той самий насос зазначений при тиску понад 30 кПа і не менше 6 фунтів на квадратний дюйм, що становить приблизно 41 кПа. Зафіксуйте одну одиницю і одне число в специфікації.

Читати далі:Відповідність напруги та струму материнської плати.

8. Стендовий тест, який вирішує його за десять хвилин

Більшість невпевненості зникає за один сеанс. Запустіть при робочому тиску, а не при вільному потоці, і запишіть три числа, які визначають робочу точку: потік, тиск і навантаження.

Підмітати чергування.Виміряйте потік при робочому тиску 40, 60, 80 і 100 відсотків і зверніть увагу на робочий тиск, нижче якого насос більше не запускається надійно: ваша мертва зона.

Повторіть, коли гаряче.Бігайте 30 хвилин і повторіть. Потік, який падає при постійному навантаженні, - це трубка, яка приймає компресійний набір або розріджену рідину.

Виміряйте шум двічі.Зчитуйте на 30 см і 1 м на кріпленні, яке ви збираєтеся відправити. Якщо зазор не відповідає малюнку 2, шум випромінює рама, а не насос.

Зміна частоти.Увімкніть частоту від 8 до 30 кГц у фіксованому режимі роботи, послухайте та перевірте температуру драйвера за обраного вами налаштування.

Читати далі:Специфікація насоса 24 В.

Ключові висновки

Рейтинг циклу нічого не означає без робочого режиму: 300 000 циклів — це 667 годин при 5 с увімкнено/3 с вимкнено, але 2500 годин при 10 с увімк./20 с вимкнено.

Одна деталь, що швидко зношується, вирішує життя в кожній родині - трубка перистальтичного насоса, шестерні, підшипники та щітки шестеренного насоса.

Значення в дБ потребує відстані, монтажу, ваги та рівня фону.

Функція ШІМ встановлює швидкість і потік; Частота ШІМ визначає, що ви чуєте. Почніть з 20 кГц, використовуйте 20-25 кГц для безшумного режиму та очікуйте реальних втрат на комутацію вище 30-40 кГц.

Піки ефективності нижче максимальної швидкості; повний обов'язок купує потік, який петля може не використовувати, і оплачує тепло, шум і знос.

Технічне обслуговування — це календар, а не реакція: щотижневі перевірки, щомісячна перевірка, щоквартальна заміна сітчастого фільтра та заміна витратних матеріалів приблизно через 500 годин.

Читати далі:Насос SC2301CPW 24 В.

Часті запитання

Скільки служить водяний насос 3D-принтера?

Це залежить від режиму роботи та частини, що зношується, а не від одного рейтингу. Перистальтичний насос у режимі заправки обмежений його трубкою, опублікованою від кількох місяців до року; зубчастий насос обмежений шестернями, підшипниками та щітками. Перед порівнянням насосів перетворіть будь-який рейтинг циклу в години, використовуючи його власний режим роботи.

Чому насос мого 3D-принтера такий гучний?

Спершу перевірте дешеві причини: у списку виробників робота без рідини, накип, обмежений впускний отвір і невідповідна електроніка передують механічній несправності, а найбільшим джерелом є допуск ротора. Потім перевірте кріплення: опублікований малюнок був знятий на губку, тому жорсткий кронштейн може зробити тихий звук насоса гучним.

Чи можна працювати з перистальтичним насосом насухо?

Краще, ніж зубчастий насос, тому що на шляху рідини немає нічого металевого, а трубка є частиною, що зношується. Шестеренні насоси цього класу забороняють роботу насухо понад 20 секунд, оскільки шестерні постійно зношуються через корпус і відкриті зазори. У будь-якому випадку, залийте перед початком.

Чи довше працює насос із нижчим робочим циклом ШІМ?

Зазвичай так, до певної міри. Ефективність досягає піків нижче максимальної швидкості, а повна навантаження додає тепла, шуму та зношування без корисного потоку, тому нижча навантаження при тій самій поданій подачі є більш м’яким налаштуванням, за винятком дуже низької навантаження, коли двигун перебуває у своїй мертвій зоні та погано охолоджується.

Мені замінити трубку чи весь насос?

На перистальтичному насосі замініть трубку: це зношувана частина, заміна займає хвилини, і вона оновлює шлях рідини. Шестеренчастий насос не має такого витратного матеріалу, тому вхідна фільтрація та заливка мають більше значення для такої конструкції.

Яка найкраща частота ШІМ для насоса 3D-принтера?

Почніть із частоти від 20 до 25 кГц, трохи вище діапазону чутності, що усуває більшість перемикань. Перевірте, а не припускайте: змініть частоту від 8 до 30 кГц при фіксованому режимі роботи, послухайте та спостерігайте за температурою драйвера при робочому тиску