Паровой двигатель из двс своими руками: Самодельный паровой двигатель из двс |

Содержание

Самодельный паровой двигатель из двс

Содержание

Мастер сделал сам паровой двигатель

Вы видели когда-нибудь, как работает паровой двигатель не на видео? В наше время найти такую функционирующую модель не просто. Нефть и газ давно вытеснили пар, заняв господствующее положение в мире технических установок, приводящих механизмы в движение. Однако, ремесло это не утрачено, можно найти образцы успешно работающих двигателей, установленных умельцами на автомобилях и мотоциклах. Самодельные образцы чаще напоминают музейные экспонаты, чем изящные лаконичные аппараты, пригодные для эксплуатации, но они работают! И люди успешно ездят на паровых авто и приводят в движение разные агрегаты.

В этом выпуске канала “Techno Rebel” вы увидите паровую двухцилиндровую машину. Всё началось с двух поршней и такого же количества цилиндров.
Убрав все лишнее, мастер увеличил ход поршня и рабочий объем. Что привело к увеличению крутящего момента. Самой сложной деталью проекта является коленвал. Состоит из трубы, которую расточили под 3 подшипника. 15 и 25 трубы. Труба спилена после сварки. Подготовил трубу под поршень. После обработки он станет цилиндром или золотником.

От кромки оставляется на трубе 1 сантиметр, чтобы, когда будет варится крышка, металл может повезти в сторону. Поршень может застрять. На видео показана доработка распределительного цилиндров. Одно из отверстий заглушена, сужено до трубки двадцатки. Здесь будет поступать пар. Отверстие для выхода пара.

Как сделать рабочую модель парового двигателя на дому

Если вы были заинтересованы в модельных паровых двигателях, вы, возможно, уже проверили их в Интернете, шокирующим будет то, что они очень дорогие. Если вы не ожидаете ценовой диапазон, то вы можете попытаться найти другие варианты, где у вас может быть собственная модель парового двигателя. Это не означает, что вам нужно только купить их, так как вы можете сделать их самостоятельно. Вы можете посмотреть процессы создания собственной модели парового двигателя на сайте WoodiesTrainShop.com. Там нет ничего, что вы не можете сделать и выяснить, не имея немного собственных исследований.

Как создать свой собственный паровой двигатель?

Это звучит удивительно, но на самом деле вы можете создать модельный паровой двигатель с нуля. Вы можете начать с создания очень простого трактора, тянущего двигатель. Он может легко перевозить взрослого человека, и вам понадобится около ста часов, чтобы закончить строительство. Самое замечательное в том, что это не так дорого, и процесс его создания очень прост, и все, что вам нужно сделать, это сверлить и работать на токарно-фрезерном станки весь день. Вы всегда можете проверить свои возможности на сайте WoodiesTrainShop.com, на котором найдете более подробную информацию о том, как вы можете начать делать свою собственную модель парового двигателя.

Обода задних колес самодельные, модель парового двигателя сделана из газовых баллонов, и вы можете купить готовые передачи, а также приводные цепи на рынке. Простота модели «сделай сам» с паровым двигателем – это то, что делает его привлекательным для всех, поскольку он предлагает вам очень простые инструкции и быструю сборку. Вам даже не нужно изучать что-либо техническое, чтобы иметь возможность делать все самостоятельно. Простых рисунков и рисунков достаточно, чтобы помочь вам с рабочей нагрузкой от начала до конца.

Паровой двигатель начал свою экспансию еще в начале 19-го века. И уже в то время строились не только большие агрегаты для промышленных целей, но также и декоративные. В большинстве своем их покупателями были богатые вельможи, которые хотели позабавить себя и своих детишек. После того как паровые агрегаты плотно вошли в жизнь социума, декоративные двигатели начали применяться в университетах и школах в качестве образовательных образцов.

Паровые двигатели современности

В начале 20-го века актуальность паровых машин начала падать. Одной из немногих компаний, которые продолжили выпуск декоративных мини-двигателей, стала британская фирма Mamod, которая позволяет приобрести образец подобной техники даже сегодня. Но стоимость таких паровых двигателей легко переваливает за две сотни фунтов стерлингов, что не так и мало для безделушки на пару вечеров. Тем более для тех, кто любит собирать всяческие механизмы самостоятельно, гораздо интереснее создать простой паровой двигатель своими руками.

Устройство двигателя очень простое. Огонь нагревает котел с водой. Под действием температуры вода превращается в пар, который толкает поршень. Пока в емкости есть вода, соединенный с поршнем маховик будет вращаться. Это стандартная схема строения парового двигателя. Но можно собрать модель и совершенно другой комплектации.

Что же, перейдем от теоретической части к более увлекательным вещам. Если вам интересно делать что-то своими руками, и вас удивляют столь экзотичные машины, то эта статья именно для вас, в ней мы с радостью расскажем о различных способах того, как собрать двигатель своими руками паровой. При этом сам процесс создания механизма дарит радость не меньшую, чем его запуск.

Метод 1: мини-паровой двигатель своими руками

Итак, начнем. Соберем самый простой паровой двигатель своими руками. Чертежи, сложные инструменты и особые знания при этом не нужны.

Для начала берем алюминиевую банку из-под любого напитка. Отрезаем от нее нижнюю треть. Так как в результате получим острые края, то их необходимо загнуть внутрь плоскогубцами. Делаем это осторожно, чтобы не порезаться. Так как большинство алюминиевых банок имеют вогнутое дно, то необходимо его выровнять. Достаточно плотно прижать его пальцем к какой-нибудь твердой поверхности.

На расстоянии 1,5 см от верхнего края полученного «стакана» необходимо сделать два отверстия друг напротив друга. Желательно для этого использовать дырокол, так как необходимо, чтобы они получились в диаметре не менее 3 мм. На дно банки кладем декоративную свечку. Теперь берем обычную столовую фольгу, мнем ее, после чего оборачиваем со всех сторон нашу мини-горелку.

Мини-сопла

Далее нужно взять кусок медной трубки длиной 15-20 см. Важно, чтобы внутри она была полой, так как это будет наш главный механизм приведения конструкции в движение. Центральную часть трубки оборачивают вокруг карандаша 2 или 3 раза, так, чтобы получилась небольшая спираль.

Теперь необходимо разместить этот элемент так, чтобы изогнутое место размещалось непосредственно над фитилем свечки. Для этого придаем трубке формы буквы «М». При этом выводим участки, которые опускаются вниз, через проделанные отверстия в банке. Таким образом, медная трубка жестко фиксируется над фитилем, а ее края являются своеобразными соплами. Для того чтобы конструкция могла вращаться, необходимо отогнуть противоположные концы «М-элемента» на 90 градусов в разные стороны. Конструкция парового двигателя готова.

Запуск двигателя

Банку размещают в емкости с водой. При этом необходимо, чтобы края трубки находились под ее поверхностью. Если сопла недостаточно длинные, то можно добавить на дно банки небольшой грузик. Но будьте осторожны — не потопите весь двигатель.

Теперь необходимо заполнить трубку водой. Для этого можно опустить один край в воду, а вторым втягивать воздух как через трубочку. Опускаем банку на воду. Поджигаем фитиль свечки. Через некоторое время вода в спирали превратится в пар, который под давлением будет вылетать из противоположных концов сопел. Банка начнет вращаться в емкости достаточно быстро. Вот такой у нас получился двигатель своими руками паровой. Как видите, все просто.

Модель парового двигателя для взрослых

Теперь усложним задачу. Соберем более серьезный двигатель своими руками паровой. Для начала необходимо взять банку из-под краски. При этом следует убедиться, что она абсолютно чистая. На стенке на 2-3 см от дна вырезаем прямоугольник с размерами 15 х 5 см. Длинная сторона размещается параллельно дну банки. Из металлической сетки вырезаем кусок площадью 12 х 24 см. С обоих концов длинной стороны отмеряем 6 см. Отгибаем эти участки под углом 90 градусов. У нас получается маленький «столик-платформа» площадью 12 х 12 см с ногами по 6 см. Устанавливаем полученную конструкцию на дно банки.

По периметру крышки необходимо сделать несколько отверстий и разместить их в форме полукруга вдоль одной половины крышки. Желательно, чтобы отверстия имели диаметр около 1 см. Это необходимо для того, чтобы обеспечить надлежащую вентиляцию внутреннего пространства. Паровой двигатель не сможет хорошо работать, если к источнику огня не будет попадать достаточное количество воздуха.

Основной элемент

Из медной трубки делаем спираль. Необходимо взять около 6 метров мягкой медной трубки диаметром 1/4-дюйма (0,64 см). От одного конца отмеряем 30 см. Начиная с этой точки, необходимо сделать пять витков спирали диаметром 12 см каждая. Остальную часть трубы изгибают в 15 колец диаметром по 8 см. Таким образом, на другом конце должно остаться 20 см свободной трубки.

Оба вывода пропускают через вентиляционные отверстия в крышке банки. Если окажется, что длины прямого участка недостаточно для этого, то можно разогнуть один виток спирали. На установленную заранее платформу кладут уголь. При этом спираль должна размещаться как раз над этой площадкой. Уголь аккуратно раскладывают между ее витками. Теперь банку можно закрыть. В итоге мы получили топку, которая приведет в действие двигатель. Своими руками паровой двигатель почти сделан. Осталось немного.

Емкость для воды

Теперь необходимо взять еще одну банку из-под краски, но уже меньшего размера. В центре ее крышки сверлят отверстие диаметром в 1 см. Сбоку банки проделывают еще два отверстия — одно почти у дна, второе — выше, у самой крышки.

Берут два корка, в центре которых проделывают отверстие с диаметров медной трубки. В один корок вставляют 25 см пластиковой трубы, в другой — 10 см, так, чтобы их край едва выглядывал из пробок. В нижнее отверстие малой банки вставляют корок с длинной трубкой, в верхнее — более короткую трубку. Меньшую банку размещаем на большой банке краски так, чтобы отверстие на дне было на противоположной стороне от вентиляционных проходов большой банки.

Результат

В итоге должна получиться следующая конструкция. В малую банку заливается вода, которая через отверстие в дне вытекает в медную трубку. Под спиралью разжигается огонь, который нагревает медную емкость. Горячий пар поднимается по трубке вверх.

Для того чтобы механизм получился завершенным, необходимо присоединить к верхнему концу медной трубки поршень и маховик. В итоге тепловая энергия горения будет преобразовываться в механические силы вращения колеса. Существует огромное количество различных схем для создания такого двигателя внешнего сгорания, но во всех них всегда задействованы два элемента — огонь и вода.

Кроме такой конструкции, можно собрать паровой двигатель Стирлинга своими руками, но это материал для совершенно отдельной статьи.

Всем привет! С вами снова kompik92!
И сегодня и мы будем делать паровой двигатель!
Думаю каждому было когда-то хотелось сделать паровой двигатель!
Ну так давайте сделаем ваши мечты реальностью!

У меня есть два варианта его сделать: лёгкая и сложная. Оба варианта очень классные и интересные и если вы думаете что тут будет только один вариант, то вы правы. Второй вариант я выложу немного позже!

И давайте сразу к инструкции!

Правила безопасности:

Когда двигатель работает, и вы хотите его перенести, используйте щипцы, толстые перчатки или не проводящий тепло материал!
Если вы хотите сделать двигатель сложнее или мощнее, лучше узнать у кого- либо чем экпериментировать! Неправильная сборка может привести к взрыву котла!
Если вы хотите взять работающий двигатель, не направляйте пар на людей!
Не блокируйте пар в банке или трубке, паровой двигатель может взорваться!

А вот и инструкция для варианта №1 :

Банка из под Колы или Пепси из алюминия
Плоскогубцы
Ножницы по металлу
Дырокол для бумаги (не путать с дроколом)
Маленькая свечка
Фольга из алюминия
Трубка из меди 3мм
Карандаш
Вода
Салатница или большая миска

Давайте приступим!
1. Вам нужно отрезать дно банки с высотой в 6.35 см. Для лучшего среза, сначала нарисуйте карандашом линию а потом ровно по ней срежьте дно банки. Таким образом мы получаем корпус нашего двигателя.

6. Создайте змеевик. Сделайте три четыре мотка в середине трубки при помощи карандаша. С каждой стороны должно быть не меньше 5 см. Мы сделали змеевик. Не знаете что это?

Вот вам цитата из википедии.

Думаю стало легче, но если всё равно не стало легче то я объясню сам. Змеевик это трубка в которой протекает жидкость чтобы её нагревали или охлаждали.

Вот и всё! Через некоторое время я выложу продолжение!
С вами был kompik92!

Паровой мотоцикл своими руками / Хабр

Паровой мотоцикл Лёхи Романтика

Введение

Этот проект «Паровой Мотоцикл» создавался с целью заглянуть в прошлое, ощутить дух того времени, прикоснуться к технологиям 18-19 веков, ощутить романтику паровой эпохи и просто из инженерного интереса. Хотелось понять свойства и качества настоящей паровой машины, а также технические нюансы, тонкости и возможность реального применения старых технологий. Иными словами, хотелось создать паровой двигатель, посмотреть, на что это будет способно и просто насладиться его работой.

Над проектом трудился несколько лет. Мотоцикл пережил не одну глобальную модернизацию, и в итоге получился уникальный аппарат, с рекордными, (для своего типа) параметрами. Максимальная скорость по ровной дороге 60 км/ч. А запас хода 15 км. Что является абсолютным рекордом для паровых мотоциклов с классическим типом двигателя. Мотоцикл сделан вручную, из металлолома, без применения каких-либо промышленных мощностей.

Ну а теперь, давайте разберём всё поподробнее.

Шасси

Этот мотоцикл планировался быть сделанным на базе мопеда «Карпаты». Как-то раз, сосед по гаражу подарил мне сломанный мопед со словами, мол, ты занимаешься всякими железками, может, что то и с ним придумаешь. Я посмотрел его, и понял, что двигатель там совершенно безнадёжен. Так и родилась идея сделать паровой мотоцикл. Но начав его анализировать, я понял, что рама там такая слабая, что это ну просто никуда не годится. Поэтому раму пришлось сварить полностью новую из металлолома. От мопеда там осталось только колёса, вилка и крылья.

Рама «сухарь»

Раму пришлось сделать по типу «сухарь». Это означает, что у мотоцикла нет заднего амортизатора. Такое решение вызвано техническим ограничением. Дело в том, что паровому двигателю необходим маховик с жёстко обусловленным центром вращения. А поскольку колесо и является маховиком, то его движения относительно двигателя пришлось полностью исключить. Для того что бы можно было хоть как то ездить без амортизаторов, пришлось сделать подпружиненое сидение с очень большим ходом.

Котёл

Котёл с горелкой и топливными бочками

Котёл был сделан из баллона для газа со стенкой 4 мм. По паспорту эта ёмкость рассчитана на давление 56 атм. Поскольку паровозы ездили при 16 атм., я решил тоже использовать именно это давление. Котёл в своей конструкции очень прост. В баллон была вварена топка и реализован сухопарник (выход для пара). Топка — это всего-навсего труба, пронизанная более тонкими, поперечными трубками. Смысл её работы заключается в следующем: Пламя и горячие газы, проходя по топке, обтекают вваренные в неё тонкие трубки, в которых находится вода. Вода закипает, и приготавливается пар. По своему функционалу такую топку можно назвать «теплообменником».

После изготовления котла, я его опрессовал на 25 атм., с помощью самодельного насоса сделанного из газлифта (доводчика от капота автомобиля). Котёл выдержал бы давление и выше, но больше 25 атм. я просто не смог накачать. И после удачной гидравлической проверки, ввернул предохранительный клапан, который настроил на 18 атм. После проверки работы давлением воды, котёл был обмотан 2 слоями утеплителя, обтянут тканью, и покрашен чёрной краской для создания стиля.

Сейчас котёл выглядит как средневековый клепаный артефакт. И смотрится это так правдоподобно, что люди иногда дают совет, покрыть котёл утеплителем, что бы не растрачивать тепло напрасно. Хотя по сути, они видят как раз именно утеплитель, а не сам котёл.

Котёл парового мотоцикла

Но не всё так гладко. Котёл, в этом мотоцикле, сейчас самое слабое звено. Он очень маленький для такого двигателя. Изначально в топку было врезано 2 поперечные трубки. Параметры котла оказались просто ужасными. Поэтому я вырезал топку, и вварил 12 поперечных трубок.

Топка водотрубного котлаТопка, вид внутрь

Стало намного лучше, но всё равно, мотоцикл не способен ехать постоянно без остановок с максимальной скоростью. По идее, нужно бы врезать в трубку 50-80 поперечных трубок, но из-за небольшой длины всего котла, не удастся осуществить такую плотность упаковки трубок, что бы при этом не затормозить поток пламени до недопустимых значений.

Горелка

Энергетическая система данного мотоцикла состоит из баллонов для топлива, крана подачи топлива и горелки. Бачки для топлива объединены в параллель, и имеют как горловину для залива жидких видов топлива, так и терминал для заправки газами.

Топливные баки

Система мультитопливная и может питаться практически любым газообразным или жидким топливом. Метан, гексан, этилен, бутан, пропан и прочие газы. Из жидких: бензин, керосин, ацетон, растворитель, сольвент, соляра и другие. Проблемы возникли только со спиртом, его пламя постоянно уносит наружу, и с тяжёлыми углеводородами, такими, как подсолнечное масло, отработка, сырая нефть. От них остаётся очень много кокса, который забивает испарительную камеру. Сама горелка по своему устройству, ничем не отличается от обычной паяльной лампы. Принцип её работы заключается в том, что топливо вначале подаётся в некую полость (испарительную камеру), там испаряется, и в виде пара подаётся в камеру сгорания, которая заодно является стенками испарительной камеры. Такая конструкция позволяет использовать в виде топлива и газ, и жидкости, так как они всё равно превращаются в пар (газ).

Пламя горелки работающей на газу

Единственное, что должен подметить, что для каждого вида топлива необходимо подобрать свою форсунку. Так как у всех энергоносителей разные свойства и время сгорания. Я предусмотрел это, и заказал полный набор сопел от 3D-принтера, в качестве сменных форсунок. Экспериментально подобрал, что для пропана подходит форсунка с отверстием 0.8 мм, для керосина с диаметром 0,6 мм., а для бензина 0,5 мм.

С газообразным топливом работать удобнее всего, но у жидкого топлива есть два очень серьёзных преимущества. Его можно заправить очень много, хоть прям по горлышко, что с газами сделать невозможно. И большинство жидких топлив серьёзно превосходят газы по теплотворной энергии.

Горелка совмещённая с пароперегревателем

На этом мотоцикле горелка несёт ещё одну функцию. Половина горелки является пароперегревателем. Это нужно, чтобы осушить пар, подаваемый в двигатель и поднять его температуру, что в итоге экономит воду.

Двигатель

Изначально я решил сделать самый простой тип паровой машины двойного действия, которую изобрёл Джеймс Уатт ещё в 1774 году.

В этом двигателе выглядело всё очень просто, при этом поршень уже мог совершать работу, когда шёл в обоих направлениях. Что увеличивало мощность двигателя в два раза. Суть работы такого двигателя заключается в следующем: Парораспределительный блок, при помощи золотникового клапана направляет пар в полость рабочего цилиндра.

Пар, давит на поршень, и совершается работа. Когда поршень дойдёт до своей «мёртвой точки», клапан смещается, и выпускает отработавший пар на улицу, при этом начинается подача свежего пара с другой стороны поршня. И поршень, и золотниковый клапан механически завязаны на колесо, поэтому процесс зацикленный и бесконечный.

Поскольку запчастей для паровых двигателей сейчас не производят, пришлось всё делать самому. Я взял какую-то нержавеющую трубу и облил её снаружи расплавленным алюминием, так получился рабочий цилиндр.

А парораспределительный блок, это вообще кусок алюминия, в котором была проделана продольная дыра. Все остальные тяги, дышла и прочее, это штоки от автомобильных амортизаторов. Поскольку в данном двигателе отсутствует какая либо смазка, все уплотнения я делал из фторопласта. У него отличный коэффициент скольжения, температура разрушения 400 °С, и он отлично герметизирует.

С таким двигателем мотоцикл мог разгоняться до 34 км/ч, и потреблял просто безумное количество пара. Покатавшись некоторое время, я понял, что так дело не пойдёт. Я чувствовал, что мотоцикл способен на большее. Почитав умные книжки и изучив устройство последних паровозов, я решил провести модернизацию двигателя. Во-первых, я расточил все каналы, чтобы пар мог быстрее наполнять цилиндр и быстрее покидать его. Во-вторых, я решил применить двух-золотниковую систему клапана. И в этом было очень много смысла.

Этот клапан состоит из двух отдельных цилиндрических клапанов, но не всё так просто. За этой простой конструкцией кроются многие годы изучений испытаний, открытий и упорного труда. И вот в чём смысл:

1. Поскольку оба клапана находятся друг от друга на некотором расстоянии, это позволяет значительно сократить длину паровых каналов, а значит сделать двигатель более быстрым.

2. Клапан удлинён на некоторое значение, которое называется «перекрышей впуска». Это позволяет сделать так называемую «отсечку» пара. Дело в том, что не обязательно впускать пар в цилиндр всё время. Достаточно его впустить некоторое небольшое количество, а дальнейшую работу он сделает за счёт своего расширения. Это позволяет существенно экономить пар (воду), и в итоге делает паровую машину ещё быстроходней, так как расширенный (отработанный) пар получается проще и быстрее выпустить наружу.

3. С другой стороны клапан тоже обзавёлся удлинением, которое называется «перекрышей выпуска». Это удлинение клапана позволяет перекрывать пар раньше, чем поршень дойдёт до своей «мёртвой точки». В этом случае остатки пара сжимаются, и формируют некую паровую подушку, об которую, как от пружины поршень отбивается, и начинает свой ход в другую сторону. Это позволяет смягчить переходные процессы и скомпенсировать инерцию массивных железных частей. Кроме того, обеспечивает более мягкий впуск свежего пара, так как разница давлений будет не велика .

4. Поскольку между двумя золотниковыми клапанами оказывается много пространства, Подходящий пар не придавливает их к задней стенке. Нагрузка распределяется равномерно и благодаря этому, серьёзно уменьшается износ всего механизма.

Когда я ввёл в конструкцию все эти изменения, получился совершенно иной двигатель. Изменения почувствовал сразу, когда сделал первые опробования на воздухе. Изменился звук работы двигателя, он стал мягче. Двигатель гораздо легче стартовал, и при том же давлении работал вдвое быстрее. После этого я выехал на шоссе, что бы собрать данные и удивился. Двигатель стал «любить» быструю езду. Теперь мотоцикл разгонялся уже до 60 км/ч. При этом расходовал пара примерно на 60% меньше. У него появился просто шикарный паровозный звук и пропали удары в двигателе при прохождении «мёртвых точек».

Заключение

Начал этот проект я чисто из инженерного интереса. Хотелось сделать паровой двигатель, всё там подогнать, отстроить, настроить, и посмотреть, как оно работает. Но чем больше я погружался в это дело, тем интересней становилось. А когда начались первые испытания, сперва двигателя, а затем и самого мотоцикла, остановиться было уже не возможно. После первых проеханых метров Я начал ощущать нечто совершенно иное, чем просто инженерный интерес. Я почувствовал что, как говорят машинисты паровозов, паровая техника живая. С того момента, как все «органы» объединились и стали работать как одно целое, в него ещё поселился дух или душа, не знаю как уж выразиться. Он стал чем-то большим, чем изделие. Тогда я начал создавать ему внешний вид и стиль.

Эта культура «Стимпанк» дарит, что-то необъяснимо приятное. И даже имея у себя в гараже настоящий паровой двигатель, я понимаю, что только-только приближаюсь к пониманию этого духа, этой романтики той эпохи. Представляю, как горели глаза и сверкали идеи в головах у инженеров и энтузиастов того парового мира. Насколько они были счастливы, когда появлялась новая идея или изобретение.

Как-то раз мне довелось увидеть, как подъезжал настоящий паровоз. Я ощутил, что то совершенно необычное. Передо мной было не железо, а существо, организм. Там внутри что-то булькало, щёлкало, парило, что-то цокало, шевелилось. Оно было точно живое. Такого я никогда не ощущал рядом с современными электрическими или дизельными электровозами. Мне тогда пришло понимание, что был целый удивительный загадочный мир, который мы просто забыли.

Просматривая видео, как едет этот паровой мотоцикл, восторгаюсь моментами, когда он шумит, прям как настоящий паровоз. Его двигатель бьётся как сердце, создавая ритмичный мягкий шум. Эти моменты меня так завораживают, что я пересматриваю их по много, много раз. И почему-то у меня в голове была только одна, очень яркая и чёткая мысль, что я хочу себе точно такой же, во что бы это не встало. А потом вспоминаю, что он у меня и так уже есть. Но всё равно не верю, что у меня в гараже есть такое.

Краткое видео по созданию мотоцикла и видео его испытаний можно посмотреть здесь:

Или на Яндекс Дзень

Краткое видео о создании парового мотоцикла

Испытания парового мотоцикла

Двигатель сделать самому своими руками паровой: подробное описание, чертежи

Паровые двигатели современности

Метод 1: мини-паровой двигатель своими руками

Мини-сопла

Запуск двигателя

Модель парового двигателя для взрослых

Основной элемент

Емкость для воды

Результат

Современный паровой двигатель

Я живу только на угле и воде и все еще обладаю достаточной энергией, чтобы разогнаться до 100 миль в час! Это именно то, что может сделать паровоз. Хотя эти гигантские механические динозавры в настоящее время вымерли на большей части мировых железных дорог, паровые технологии живут в сердцах людей, и локомотивы, подобные этому, до сих пор служат туристическими достопримечательностями на многих исторических железных дорогах.

Первое современные паровые машины были изобретены в Англии в начале 18 века и ознаменовали начало Промышленной Революции.

Товары для изобретателей Ссылка на магазин.

Сегодня мы вновь возвращаемся к энергии пара. Из-за особенностей конструкции в процессе сгорания топлива паровой двигатель дает меньше загрязнений, чем двигатель внутреннего сгорания. В данной публикации на видео посмотрите, как он работает.

Содержание

Конструкция и механизм действия паровой машины
Что питало старинный паровой двигатель?
Готовы ли паровые машины к эпическому возвращению?
- Под давлением
Паровые двигатели нашего времени

Конструкция и механизм действия паровой машины

Паровой двигатель сжигает топливо во внешней камере сгорания. В результате тепло превращает воду в сжатый пар, который поступает в цилиндры и поршнем вращает коленчатый вал. Последний приводит в действие зубчатую передачу двигателя. Поскольку мотор не сжигает топливо внутри цилиндра, как это делает обычный двигатель, он может работать на любом топливе с меньшим количеством выхлопов.

Электроника для самоделок вкитайском магазине.

Цилиндрический корпус современного парового двигателя сделан из алюминия. Рабочие устанавливают стержни для крепления 6 цилиндров из нержавеющей стали. Так как происходит постоянный контакт с паром, все детали сделаны из нержавеющих материалов.

Рабочий вставляет в каждый цилиндр поршень. Он алюминиевый, а головка и уплотнение, не дающие ему соприкасаться со стенками цилиндра, сделаны из жаростойкого углеродного волокна. Стойки поршней соединены с коленвалом в центре кожуха с помощью особой детали — крестовины. Она нужна, чтобы скорректировать ход поршня, создавая более ровное вращение вала и сообщая двигателю больше энергии.

В отличие от обычного автомобильного мотора, где цилиндры расположены в ряд, эти цилиндры имеют идеальную конфигурацию и потому равноудалены от центра. Это предотвращает деформацию мотора под действием высокой температуры.

Над крестовиной для еще более ровного хода коленчатого вала помещен противовес. Теперь над каждым поршнем устанавливаются толкатели, которые воздействуют на клапан, позволяющий входить в цилиндр и двигать поршень. Основание каждого толкателя вставляют в направляющее кольцо. Затем закрепляют головки цилиндров. В каждой из них находится паровой клапан. Толкатель вставляют в клапан и в завершение сборки устанавливают эксцентрик, который двигает толкатели при вращении вала.

Собранные на заводе двигатели подвергаются нескольким эксплуатационным испытаниям. Первый пробный пуск с применением сжатого воздуха для поиска утечек и проверки, все ли детали работают как нужно. Если все в порядке, то уже процесс повторяют уже с паром.

Такой паровой двигатель может давать энергию разным механизмам. От автомобилей и кораблей до электрогенераторов. В автомобиле ему не нужна трансмиссия. Он производит большое количество энергии вращения.

Теперь теплообменник — компонент, превращающий воду в пар, который и создает энергию. При помощи колеса стальную трубку превращают в спираль. Спираль скрепляют стальной проволокой, оставляя зазоры. Когда топливо сгорает, жар распространяется с внешней стороны витков и между ними, нагревая воду внутри трубки быстрее и эффективнее, чем при контакте только с верхней и нижней поверхностями. Результат — перегретый пар всего за 5 секунд.

Нужны 6 таких спиралей, каждая для питания одного цилиндра. Стопка спиралей образует первичный теплообменник двигателя. Для проверки используют любые виды топлива. Даже отходы, такие как отработанное моторное масло и использованное растительное масло из фритюрниц в ресторанах. Подойдет практически все, что горит. Топливо сгорает при низком давлении, а не высоком, как в бензиновом или дизельном двигателе. Это означает, что горение идет на производство пара, создавая гораздо меньше парниковых газов. Большинство углеводородов полностью и не нужно доливать воду, потому что конденсатор снова превращает пар в воду, реализуя повторное использование.

Вода также действует в качестве смазки для двигателя. Паровой машине не нужно моторное масло. Помимо сгорания топлива она способна работать на других источниках тепла, таких как солнечный жар и выбросы тепла из топок и двигателей. Круто или нет? Решайте сами.

Можно сделать из простой банки двигатель, об этом в отдельной статье. Готовые китайские генераторы и другие изобретения в этом китайском магазине.

Что питало старинный паровой двигатель?

Требуется энергия, чтобы делать абсолютно все, о чем вы только можете подумать: кататься на скейтборде, летать на самолете , ходить в магазины или водить машину по улице. Большая часть энергии, которую мы используем для транспортировки сегодня, поступает из нефти, но это было не всегда так. До начала 20-го века уголь был любимым топливом в мире, и он приводил в движение все: от поездов и кораблей до злополучных паровых самолетов, изобретенных американским ученым Сэмюэлем П. Лэнгли, ранним конкурентом братьев Райт. Что такого особенного в угле? Внутри Земли его много, поэтому он был относительно недорогим и широко доступным.

Уголь является органическим химическим веществом, что означает, что он основан на элементе углерода. Уголь образуется в течение миллионов лет, когда останки мертвых растений закапывают под камнями, сжимают под давлением и варят под действием внутреннего тепла Земли . Вот почему это называется ископаемое топливо . Комки угля — это действительно комки энергии. Углерод внутри них связан с атомами водорода и кислорода соединениями, называемыми химическими связями. Когда мы сжигаем уголь на огне, связи распадаются, и энергия выделяется в форме тепла.

Уголь содержит примерно вдвое меньше энергии на килограмм, чем более чистое ископаемое топливо, такое как бензин, дизельное топливо и керосин — и это одна из причин, по которой паровые двигатели должны сжигать так много.

Готовы ли паровые машины к эпическому возвращению?

Когда-то давно господствовал паровой двигатель — сначала в поездах и тяжелых тракторах, как вы знаете, но в конечном итоге и в автомобилях. Сегодня это трудно понять, но на рубеже 20-го века более половины автомобилей в США работали на парах. Паровой двигатель был настолько усовершенствован, что в 1906 году паровая машина под названием «Ракета Стэнли» даже имела рекорд скорости на земле — опрометчивая скорость 127 миль в час!

Теперь вы можете подумать, что паровая машина имела успех только потому, что двигатели внутреннего сгорания (ДВС) еще не существовали, но на самом деле паровые машины и автомобили ДВС были разработаны одновременно. Поскольку у инженеров уже был 100-летний опыт работы с паровыми двигателями, у паровой машины был довольно большой старт. В то время как ручные коленчатые двигатели ломали руки несчастных операторов, к 1900 году паровые машины были уже полностью автоматизированы — и без сцепления или коробки передач (пар обеспечивает постоянное давление, в отличие от хода поршня ДВС), очень легким в управлении. Единственное предостережение, что вы должны были подождать несколько минут, чтобы котел нагрелся.

Однако через несколько коротких лет Генри Форд придет и все изменит. Хотя паровой двигатель технически превосходил ДВС, он не мог сравниться с ценой серийных Фордов. Производители паровых автомобилей пытались переключать передачи и продавать свои автомобили как премиальные, роскошные продукты, но к 1918 году Ford Model T был в шесть раз дешевле, чем Steanley Steamer (самая популярная паровая машина в то время). С появлением электродвигателя стартера в 1912 году и постоянным повышением эффективности ДВС прошло совсем немного времени, пока паровая машина исчезла с наших дорог.

Под давлением

В течение последних 90 лет паровые машины оставались на грани исчезновения, а гигантские звери выкатывались на показы старинных автомобилей, но не намного. Спокойно, однако, на заднем плане исследования незаметно продвигались вперед — отчасти из-за нашей зависимости от паровых турбин в производстве электроэнергии, а также потому, что некоторые люди считают, что паровые двигатели действительно могут превосходить двигатели внутреннего сгорания.

ДВС имеют внутренние недостатки: им требуется ископаемое топливо, они производят много загрязнений, и они шумные. Паровые двигатели, напротив, очень тихие, очень чистые и могут использовать практически любое топливо. Паровые двигатели благодаря постоянному давлению не требуют зацепления — вы получаете максимальный крутящий момент и ускорение мгновенно, в состоянии покоя. Для городского вождения, где остановка и запуск потребляют огромное количество ископаемого топлива, непрерывная мощность паровых двигателей может быть очень интересной.

Технологии прошли долгий путь и с 1920-х годов — в первую очередь, мы теперь мастера материалов . Оригинальным паровым машинам требовались огромные, тяжелые котлы, чтобы выдерживать жару и давление, и в результате даже небольшие паровые машины весили пару тонн. С современными материалами паровые машины могут быть такими же легкими, как их двоюродные братья. Добавьте современный конденсатор и какой-нибудь котел-испаритель, и вы сможете построить паровую машину с приличной эффективностью и временем прогрева, которое измеряется секундами, а не минутами.

Цикл Ранкина, на котором основан паровой двигатель Cyclone Technologies

В последние годы эти достижения объединились в некоторые захватывающие события. В 2009 году британская команда установила новый рекорд скорости ветра на паровой тяге в 148 миль в час, наконец, побив рекорд ракеты Стэнли, который стоял более 100 лет. В 1990-х годах подразделение Volkswagen R & D под названием Enginion заявило, что оно построило паровой двигатель, который был сопоставим по эффективности с ДВС, но с меньшими выбросами. В последние годы Cyclone Technologies утверждает, что она разработала паровой двигатель, который в два раза эффективнее, чем ДВС. На сегодняшний день, однако, ни один двигатель не нашел свой путь в коммерческом автомобиле.

Двигаясь вперед, маловероятно, что паровые машины когда-либо сядут с двигателя внутреннего сгорания, хотя бы из-за огромного импульса Big Oil. Однако однажды, когда мы наконец решим серьезно взглянуть на будущее личного транспорта, возможно, тихая, зеленая, скользящая грация энергии пара получит второй шанс.

Паровые двигатели нашего времени

Технология.

Инновационная энергия. В настоящее время nanoFlowcell® является самой инновационной и самой мощной системой накопления энергии для мобильных и стационарных приложений. В отличие от обычных батарей, nanoFlowcell® снабжается энергией в виде жидких электролитов (bi-ION), которая может храниться вдали от самой ячейки. Выхлоп автомобиля с этой технологией — водяной пар.

Как и обычная проточная ячейка, положительно и отрицательно заряженные электролитические жидкости хранятся отдельно в двух резервуарах и, как и обычная проточная ячейка или топливный элемент, прокачиваются через преобразователь (действительный элемент системы nanoFlowcell) в отдельных контурах.

Здесь две цепи электролита разделены только проницаемой мембраной. Обмен ионов происходит, как только растворы положительного и отрицательного электролитов проходят друг с другом по обе стороны мембраны конвертера. Это преобразует химическую энергию, связанную в би-ион, в электричество, которое затем напрямую доступно для потребителей электроэнергии.

Подобно водородным транспортным средствам, «выхлоп», производимый электромобилями nanoFlowcell, представляет собой водяной пар. Но являются ли выбросы водяного пара от будущих электромобилей экологически чистыми?

Критики электрической мобильности все чаще ставят под сомнение экологическую совместимость и устойчивость альтернативных источников энергии. Для многих автомобильные электроприводы являются посредственным компромиссом вождения с нулевым уровнем выбросов и экологически вредных технологий. Обычные литий-ионные или металлогидридные батареи не являются ни устойчивыми, ни экологически совместимыми — ни в производстве, ни в использовании, ни в переработке, даже если реклама предполагает чистую «электронную мобильность».

nanoFlowcell Holdings также часто задают вопрос об устойчивости и экологической совместимости технологии nanoFlowcell и би-ионных электролитов. И сам nanoFlowcell, и растворы электролитов bi-ION, необходимые для его питания, производятся экологически безопасным способом из экологически чистого сырья. В процессе эксплуатации технология nanoFlowcell полностью нетоксична и никоим образом не наносит вреда здоровью. Би-ИОН, который состоит из слабосолевого водного раствора (органические и минеральные соли, растворенные в воде) и фактических энергоносителей (электролитов), также безопасен для окружающей среды при использовании и переработке.

Как работает привод nanoFlowcell в электромобиле? Подобно бензиновому автомобилю, раствор электролита потребляется в электрическом транспортном средстве с нанофлоуцеллом. Внутри наноотвода (фактической проточной ячейки) один положительно и один отрицательно заряженный раствор электролита прокачивается через клеточную мембрану. Реакция — ионный обмен — имеет место между положительно и отрицательно заряженными растворами электролита. Таким образом, химическая энергия, содержащаяся в би-ионах, выделяется в виде электричества, которое затем используется для привода электродвигателей. Это происходит до тех пор, пока электролиты прокачиваются через мембрану и реагируют. В случае привода QUANTiNO с нанофлоуцеллом одного резервуара с электролитной жидкостью достаточно для более чем 1000 километров. После опустошения бак должен быть пополнен.

Какие «отходы» образуются электрическим транспортным средством с нанофлоуцеллом? В обычном транспортном средстве с двигателем внутреннего сгорания при сжигании ископаемого топлива (бензина или дизельного топлива) образуются опасные выхлопные газы — главным образом, диоксид углерода, оксиды азота и диоксид серы — накопление которых было определено многими исследователями как причина изменения климата. менять. Тем не менее, единственные выбросы, выделяемые транспортным средством nanoFlowcell во время вождения, состоят — почти как транспортное средство, работающее на водороде — почти полностью из воды.

После того, как ионный обмен произошел в наноячейке, химический состав раствора электролита bi-ION практически не изменился. Он больше не является реактивным и, таким образом, считается «потраченным», поскольку его невозможно перезарядить. Поэтому для мобильных применений технологии nanoFlowcell, таких как электромобили, было принято решение микроскопически испарять и высвобождать растворенный электролит во время движения автомобиля. При скорости свыше 80 км / ч емкость для отработанной электролитической жидкости опорожняется через чрезвычайно мелкие распылительные форсунки с использованием генератора, приводимого в движение энергией привода. Электролиты и соли предварительно механически отфильтровываются. Выпуск очищенной в настоящее время воды в виде паров холодной воды (микротонкодисперсный туман) полностью совместим с окружающей средой. Фильтр меняется примерно на 10 г.

Преимущество этого технического решения состоит в том, что бак транспортного средства опустошается при движении в обычном режиме и может быть легко и быстро пополнен без необходимости откачки.

Альтернативное решение, которое является несколько более сложным, состоит в том, чтобы собрать раствор отработанного электролита в отдельном резервуаре и отправить его на переработку. Это решение предназначено для подобных стационарных приложений nanoFlowcell.

Однако сейчас многие критики предполагают, что водяной пар такого типа, который выделяется при конверсии водорода в топливных элементах или в результате испарения электролитической жидкости в случае наноотвода, теоретически является парниковым газом, который может оказать влияние на изменение климата. Как возникают такие слухи?

Мы рассматриваем выбросы водяного пара с точки зрения их экологической значимости и задаем вопрос о том, сколько еще водяного пара можно ожидать в результате широкого использования транспортных средств с нанофлоуцелл по сравнению с традиционными технологиями привода и могут ли эти выбросы H ₂ O иметь негативное воздействие на окружающую среду.

Наиболее важные природные парниковые газы — наряду с CH ₄ , O ₃ и N ₂ O — водяной пар и CO ₂, Углекислый газ и водяной пар невероятно важны для поддержания глобального климата. Солнечное излучение, которое достигает земли, поглощается и нагревает землю, которая в свою очередь излучает тепло в атмосферу. Однако большая часть этого излучаемого тепла уходит обратно в космос из земной атмосферы. Углекислый газ и водяной пар обладают свойствами парниковых газов, образуя «защитный слой», который предотвращает утечку всего излучаемого тепла обратно в космос. В естественном контексте этот парниковый эффект имеет решающее значение для нашего выживания на Земле — без углекислого газа и водяного пара атмосфера Земли была бы враждебна для жизни.

Парниковый эффект становится проблематичным только тогда, когда непредсказуемое вмешательство человека нарушает естественный цикл. Когда в дополнение к естественным парниковым газам люди вызывают более высокую концентрацию парниковых газов в атмосфере, сжигая ископаемое топливо, это увеличивает нагрев земной атмосферы.

Являясь частью биосферы, люди неизбежно влияют на окружающую среду и, следовательно, на климатическую систему, самим своим существованием. Постоянный рост численности населения Земли после каменного века и создания поселений несколько тысяч лет назад, связанный с переходом от кочевой жизни к сельскому хозяйству и животноводству, уже повлиял на климат. Почти половина оригинальных лесов и лесов в мире была очищена для сельскохозяйственных целей. Леса — наряду с океанами — главный производитель водяного пара.

Водяной пар является основным поглотителем теплового излучения в атмосфере. Водяной пар составляет в среднем 0,3% по массе атмосферы, углекислый газ — только 0,038%, что означает, что водяной пар составляет 80% массы парниковых газов в атмосфере (около 90% по объему) и, с учетом от 36 до 66% — самый важный парниковый газ, обеспечивающий наше существование на земле.

Таблица 3: Атмосферная доля наиболее важных парниковых газов, а также абсолютная и относительная доля повышения температуры (Циттель)
* Источник: РКИК ООН/

Наряду с естественным водяным паром, самые большие антропогенные — антропогенные — выбросы водяного пара образуются в результате искусственного орошения (МГЭИК). Тем не менее, широко распространенная вырубка лесов значительно снижает выброс водяного пара, который будет иметь эффект во много раз больше.

Антропогенный вклад водяного пара не учитывается в расчетах климатической модели, поскольку по сравнению с естественными выбросами в результате испарения эта доля составляет всего 0,005%, что делает его неактуальным. Это контрастирует с антропогенными выбросами углекислого газа, доля которых составляет 4%, и они оказывают значительное влияние на природный цикл.

Следует также сказать, что доля CO _2, создаваемая дорожным движением во всем мире, составляет в среднем около 11%. Что изменилось бы, если бы больше автомобилей испускало водяной пар, чем CO ₂ ?

Следующие оценки были сделаны в отношении абсолютного количества выбросов водяного пара в Германии:

На основании среднегодового количества осадков около 780 мм и площади поверхности ок. 360 000 км ² , объем осадков составляет около 280 млрд. Тонн. Природные выбросы водяного пара на км ² и год составляют около 0,35 x 10 ⁶ тонн. Исходя из общей площади поверхности, это составляет около 125 000 x 10 ⁶ тонн водяного пара в год. Это было рассчитано в предположении, что ок. 50% общего количества осадков испаряется, а оставшиеся 50% поступают в море через грунтовые и поверхностные воды.

Если бы все 45,1 миллиона легковых автомобилей, зарегистрированных в Германии, были переведены на привод nanoFlowcell, средний пробег составил бы около 1000 литров электролита на испаряемое транспортное средство каждый год, выделяя примерно 0,01% водяного пара, возникающего естественным образом в Германии. С глобальной точки зрения, огромное количество естественного испарения — особенно из океанов и лесов — делает общую антропогенную долю водяного пара абсолютно незначительной (менее 0,005%).

Кроме того, парниковый эффект водяного пара зависит прежде всего от его концентрации в различных слоях атмосферы. Чем дальше удаляется от поверхности земли, тем сильнее эффект парниковых газов. Ученые согласны с тем, что потенциал парниковых газов антропогенного водяного пара вблизи земли следует считать незначительным. Водяной пар в стратосфере, с другой стороны, где он испускается самолетами, представляет скрытый дополнительный потенциал парниковых газов.

Мы утверждаем, что QUANTiNO и QUANT FE не свободны от выбросов — они по-прежнему образуют воду в качестве «отходов» (а также небольшое количество перерабатываемого электролита и солей), но даже если все транспортные средства в мире были переведены на привод nanoFlowcell, в результате выбросы водяного пара не будут влиять на изменение климата. Они будут производить меньше водяного пара, чем количество вырубленных лесов из года в год.

Являясь экологически совместимым и устойчивым источником энергии, nanoFlowcell внесет позитивный вклад в глобальный климат. Каждое электрическое транспортное средство, приводимое в действие нанофлоуцеллом, которое заменяет обычное транспортное средство двигателем внутреннего сгорания, способствует снижению роста концентрации оксидов углерода, оксидов азота и диоксида серы.

Переделка двс в паровой двигатель – Прокачай АВТО

Содержание

Котельная как источник тепловой и электрической энергии
Сравнение характеристик электро-генераторных установок с паровой турбиной и паровым мотором
Российская инновация
Применение источника бесперебойного питания
Самостабилизация частоты вращения вала двигателя
Переоборудование водогрейных котельных в паровые мини-ТЭЦ
Экологические вопросы эксплуатации мини-ТЭЦ
Литература

Американцы Мэтт Беллу и Бен Купер переделали обычный двигатель внутреннего сгорания для работы от солнечного излучения. Первый вопрос, который возникает при виде этого модифицированного ДВС, — зачем? Действительно, зачем вводить движущиеся части, потери на трение и прочее, когда можно обойтись без них? Этот обычный двухтактник ультимативно уникален: по сути, он паровой, да на солнечной энергии!

Изобретатели отвечают двояко. Во-первых, пока гелиоэлектростанции на фотоэлементах выгодны только при достижении определённого масштаба. А как быть мелким потребителям? Зачем им развёртывать инверторы и прочую инфраструктуру, необходимую для получения 220 В на выходе? Им нужно что-то менее громоздкое и дорогостоящее. Во-вторых, потери с движущимся частями, утверждают конструкторы, пока не выше, чем без них. Коммерчески доступные фотоэлементы имеют КПД 15% — и ровно столько же, говорят они, показал их первый прототип, HydroICE (Hydro Internal Clean Engine) — переделанный двухтактный бензиновый двигатель от скутера объёмом 31 см?.

Принцип его работы прост. Концентрируемая параболическими зеркалами энергия солнечного излучения нагревает масло до температур от 204 до 371 ?C (в зависимости от желаемой мощности и интенсивности солнечного света), затем оно подаётся в цилиндр, куда сразу же впрыскиваются буквально считанные микрокапли воды. Последняя, соприкоснувшись с горячим маслом, исходит паром и толкает поршень, вращая вал. После этого выхлопные газы попадают в водопаровой сепаратор, откуда компоненты направляются сначала в соответствующие небольшие баки, а потом вновь в двигатель.

Схема работы двигателя проста, но при всём том КПД заявлен на уровне самых изощрённых массовых фотоэлементов.

Нечего и говорить, стоимость двухтактников и фотоэлементов трудно сравнивать. По расчётам изобретателей, их система при равном КПД будет иметь вчетверо меньшую цену, чем такой же мощности фотоэлектрическая система (фотоэлемент плюс инвертор). В сочетании с никель-кадмиевым аккумулятором этот двигатель позволяет выйти на новый уровень генерации и хранения электроэенергии.

Подход в чём-то сходен с уже освещавшейся генерацией пара концентрированным солнечным светом. Однако там используются наночастицы, позволяющие получать пар из воды безо всякого масла, что может быть полезным и для HydroICE, ведь тогда из схемы исчезает сепаратор, да и КПД (благодаря более «прямой» схеме преобразования) может подрасти.

И. С. Трохин, инженер ВИЭСХ Россельхозакадемии, преподаватель МОПК НИЯУ «МИФИ»

Стоит ли вспоминать о первых отечественных паровых моторах (см. справку) в наш век высоких технологий? Несомненно. Ведь паровые моторы сейчас находят свое применение в энергетике.

В последнее время в промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве все более осознается целесообразность комбинированного производства электрической и тепловой энергии на паровых мини-теплоэлектроцентралях (мини-ТЭЦ) (рис. 1), располагаемых в непосредственной близости от потребителя.
Это связано с постоянным удорожанием электроэнергии, учащением случаев возникновения аномальных шквальных ветров и заморозков, приводящих к снижению надежности линий электропередачи (обрывову проводов) централизованного электроснабжения.

Фрагмент структурной схемы паровой мини-ТЭЦ с возможностью работы в режиме тригенерации

Котельная как источник тепловой и электрической энергии

Потребители, имеющие собственные котельные, иногда дополняют их электрогенераторными установками (электроагрегатами) с паровыми двигателями (обычно турбинами) и электрогенераторами мощностью от нескольких сотен киловатт до единиц мегаватт. Таким образом котельные, реконструируемые в мини-ТЭЦ, становятся источниками как тепловой, так и электрической (рис. 1, трехфазная линия А–В–С) энергии.

В зависимости от тепловой мощности паровой котельной для выработки 1 МВт (100 %) тепловой энергии требуется 17–40 кВт (1,7–4 %) электроэнергии [1]. Абсолютное давление пара в котлах, разрешенное органами Ростехнадзора, обычно не превышает 0,7–1,0 МПа (здесь и далее – абсолютное).

Промышленным потребителям или для пароводяных теплообменников (бойлеров для получения горячей воды) требуется пар с более низким давлением – 0,12–0,6 МПа. Поэтому электроагрегаты с паровыми турбинами включают параллельно редукционным устройствам или взамен их (рис. 1). Тогда вместо бесполезного дросселирования пара турбинами будет совершаться полезная работа по приводу электрогенераторов. Отработавший пар в этом случае направляется в бойлер, после чего конденсируется, а конденсат через систему очистки перекачивается насосом обратно в котел.

Таким образом, котельная становится выгодным источником тепловой и электрической энергии с высоким коэффициентом полезного использования теплоты сгорания топлива (80–85 % и более).

Если потребителю не нужно большое количество тепла, а только горячая вода, например, в летнее время, то мини-ТЭЦ оснащают еще абсорбционными холодильными машинами, работающими на отработавшем в турбине паре. Такие машины обеспечивают требуемое охлаждение воды, которая поступает в систему холодоснабжения для кондиционирования помещений потребителя.

Для круглогодичного бесперебойного электроснабжения потребителей, в т. ч. оборудования мини-ТЭЦ (насосов, дымососов, освещения, систем автоматики и др.), необходима безостановочная ее работа. Это возможно, например, если электроэнергию генерировать совместно с выработкой теплоты, необходимой для обеспечения потребителей горячей водой.

На площадках действующих котельных создаются и мини-ТЭЦ с увеличенной тепловой мощностью. Например, заменяются устаревшие котлы с давлением насыщенного пара 1,4 МПа на котлы с давлением перегретого пара 4,0 МПа и температурой 440 °С. При тех же габаритах котлов электрическая мощность такой мини-ТЭЦ становится значительно больше.

Однако следует обратить внимание на тип используемого в современных мини-ТЭЦ парового двигателя 1 . Это маломощная паровая турбина, которая обычно имеет одноступенчатую конструкцию, поскольку работает при малых перепадах давлений. Ротор, как вращающаяся часть турбины, состоит из ступицы, которая насаживается на вал, и набора профилированных лопаток (лопаточный венец). Лопатки изготавливаются из специальных сплавов и являются ответственными и дорогими элементами турбины. Паровинтовые турбины тоже имеют профилированный ротор, только по типу винта Архимеда.

Еще со времен паровых машин более простым и дешевым рабочим органом, по сравнению с турбинной лопаткой, является поршень.

СПРАВКА

Первый отечественный паровой мотор, которому в 2011 году исполнилось 75 лет, предназначался для силовой установки самолета и был спроектирован в Московском авиационном техникуме для работы на перегретом паре с давлением 6,1 МПа и температурой 380 °С. Он был изготовлен на одном из московских заводов и мог развивать до 1800 об/мин.

Отличительными признаками паровых моторов от классических паровых машин являются не только их скоростные качества, но и совершенно другой тип парораспределения. Моторы предназначены для работы с однократным расширением пара. Пар от котла поступает параллельно во все цилиндры, подобно тому, как топливо-воздушная смесь поступает в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. У классических же паровых машин пар проходит через все цилиндры последовательно, расширяясь, таким образом, многократно.

Механизмы однократного расширения пара с развитием поршневой техники становились более совершенными, чем механизмы его многократного расширения. Это позволило снизить неизбежное и бесполезное падение давления пара внутри парораспределительных органов и, следовательно, получить более высокооборотный паровой поршневой двигатель при одном и том же давлении пара на входе в него.

Сравнение характеристик электро-генераторных установок с паровой турбиной и паровым мотором

Некоторые конструкции паровых машин и моторов прошлого столетия были не такими уж несовершенными, как считается. Представим себе электрогенераторную установку с паровой машиной или мотором и современным электрогенератором. Поскольку паровые машины, как правило, имели весьма низкие частоты вращения вала (до 300 об/мин), а современные электрогенераторы работают при частотах 1000–3000 об/мин, то для воображаемой установки необходим еще мультипликатор.

Сравним такую установку с современной паротурбинной. Сделаем это корректно: при соизмеримых давлениях и температурах пара на входе в эти двигатели и соизмеримых противодавлениях пара на выходе. Тогда становится видно (табл. 1), что удельный расход пара на единицу вырабатываемой электроэнергии, а следовательно, и КПД у некоторых паромашинных или паромоторных установок вполне соизмерим с удельным расходом пара в современных турбоустановках, мощность которых даже в 5 раз больше!

Таблица 1
Сравнительные характеристики электрогенераторных установок

Тип установки*	Мощность установки, кВт	Частота вращения, об/мин	Давление пара, МПа абс.		Темпе- ратура пара на входе t₁, °C	Удельный расход пара d_эл, кг/кВт•ч
Тип установки*	Мощность установки, кВт	Частота вращения, об/мин	на входе p₁	на выходе p₂	Темпе- ратура пара на входе t₁, °C	Удельный расход пара d_эл, кг/кВт•ч
С паровой машиной паровоза серии Л, 1950-е годы	1 177	212	1,47	0,2	390–409	10,5
С автомобильным паровым мотором НАМИ-012, 1954 год	67	600	2,2	0,2	360	10,3
С современной паровой турбиной (ООО «Ютрон»)	5 820	3 000	2,35	0,196	390	10,5

*Паровозная машина и автомобильный мотор соединены с электрогенераторами соответственно на 1000 об/мин (КПД 97 %) и 1500 об/мин (КПД 90 %) через одноступенчатые зубчатые мультипликаторы с КПД 97 %, а турбина — напрямую с электрогенератором, имеющим КПД 97 %.

С ростом частоты вращения вала паровой машины или мотора, при прочих равных условиях, происходит рост КПД за счет сокращения продолжительности впуска пара в цилиндр и, следовательно, уменьшения времени соприкосновения пара со стенками цилиндра, что ведет к снижению теплопотерь в двигателе.

При частотах вращения 750–1500 об/мин и мощностях, по крайней мере, до 1200 кВт современные немецкие паровые моторы Spilling и чешские PM-VS имеют расход пара 2 в 1,3–1,5 раза меньший, чем у паровых турбин, превосходящих их по мощности более чем в 5 раз! При одинаковых с турбинами мощностях, паровые моторы еще более эффективны, поскольку в сравнительно большем двигателе легче сделать более совершенные парораспределительные механизмы.

Российская инновация

Российские специалисты предложили идею: переделать современный поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в паровой мотор и приспособить его для работы в мини-ТЭЦ. Поскольку стоимость ДВС ниже стоимости паровой турбины, то при условии незначительных доработок в конструкции мы получим более дешевый приводной двигатель: паровой мотор на базе серийного ДВС.

Специалистами объединенной научной группы 3 «Промтеплоэнергетика», возглавляемой В. С. Дубининым, старшим научным сотрудником кафедры «Конструкция двигателей летательных аппаратов» МАИ, разрабатываются паропоршневые двигатели (ППД) – современные паровые моторы одностороннего давления. Последнее означает, что при работе мотора пар, поступающий в цилиндр, давит на поршень только с одной стороны, как и у исходного ДВС.

В базовом ДВС переделке, по сути, подлежит только механизм топливоподачи на газодинамически-клапанный или золотниково-клапанный узел подачи и выпуска пара (ноу-хау). ППД могут работать в широком диапазоне давлений свежего пара – от 0,5 до 4,0 МПа при его температурах до 440 °С. По частоте вращения коленчатого вала ППД могут развивать до 3000 об/мин!

ППД имеет циркуляционную систему смазки с «сухим» картером, как у ДВС тепловозов и дизельных электростанций. При такой системе масло, в основном, не задерживается во внутренних полостях двигателя, а прокачивается через них под давлением, очищается и затем снова поступает в двигатель.

В ППД, соединенном с электрогенератором, пар подается от котла, а выхлоп осуществляется в пароводяной теплообменник (рис. 2, обозначения синего цвета). Управление ППД обеспечивается по сигналам от системы автоматизированного управления. Кроме одного или нескольких ППД и электрогенераторов, агрегат имеет в своем составе: блок возбуждения, управления и защиты БВУЗ электрогенератора, состоящий, в свою очередь, из блоков возбуждения и управления БВУ, защитной автоматики БЗА, системы управления БСУ.

Cхемы паропоршневого электроагрегата (синий цвет) и традиционной автономной системы для высокоточной стабилизации частоты электрического тока (красный цвет)

На рис. 2 приведен вариант электроагрегата с асинхронным электрогенератором, поэтому для его работы блок возбуждения БВ снабжен конденсаторами. Распределительное устройство электрически связывает электроагрегат с потребителями электроэнергии. Пунктирной линией (рис. 2) показаны электрические связи от других генераторов в случае многодвигательного агрегата.

Паровой мотор, в отличие от турбины, всегда может обеспечивать прямой привод электрогенератора. Турбине, как правило, для этого требуется редуктор, т. к. для обеспечения приемлемого расхода пара она должна работать при высоких частотах вращения.

Паровой турбине требуется и система охлаждения, а это – дополнительный расход воды и потери энергии. ППД вполне достаточно теплоизолировать, а охлаждать не требуется, т. к. температура в его цилиндрах в 5–6 раз ниже, чем у исходного ДВС.

Ресурс до капитального ремонта паровых турбин (30 000–50 000 ч) определяется, в основном, ресурсом лопаток из дорогостоящих сплавов, а у паровых моторов (более 50 000 ч, согласно [2]) – гораздо большим ресурсом более дешевых узлов шатунно-поршневой группы.

Паровые моторы, как паровые поршневые машины, обладают высокой надежностью. А ресурс до капитального ремонта ППД может быть выше, чем у исходных ДВС (30 000–100 000 ч), т. к. пар при работе двигателя, в отличие от горючей смеси, не взрывается, а расширяется и плавно давит на поршень.

Для технического обслуживания турбин необходим высококвалифицированный персонал. Паровые моторы, как близкие по типу к ДВС, могут обслуживаться специалистами более низкой квалификации, а их ремонт можно производить прямо на месте эксплуатации.

Применение источника бесперебойного питания

Чтобы вырабатывать ток с частотой, в соответствии с требованиями 4 ГОСТ 13109–97 на сетевую электроэнергию (в нормальном режиме – 50±0,2 Гц), паротурбинный электроагрегат ПТЭА (рис. 2, обозначения красного цвета) должен работать с источником бесперебойного питания ИБП или параллельно с сетью централизованного электроснабжения.

Паротурбинный электроагрегат вырабатывает электоэнергию с относительно грубой стабилизацией частоты переменного напряжения. С помощью агрегата выпрямления напряжения АВН получается постоянное напряжение. Затем агрегат инвертирования АИН, снабженный высокостабильным задающим генератором частоты, обеспечивает преобразование постоянного напряжения в переменное с высокой точностью стабилизации частоты.

Блок аккумуляторных батарей АБ служит для кратковременного резервного электропитания АИН в случае выхода из строя турбоэлектроагрегата или на время аварийного включения резерва.

Самостабилизация частоты вращения вала двигателя

Все поршневые двигатели, в том числе и паровые, обладают свойством самостабилизации частоты вращения вала, чего нельзя сказать о турбинах. Это открытие В. С. Дубинина [3, 4] является революционным 5 . Его реализация позволяет обеспечивать поддержание частоты вращения вала первичного двигателя с такой точностью, что приводимый электрогенератор способен вырабатывать электроэнергию с частотой 50±0,2 Гц, как требуется по стандартам в области качества электроэнергии. Для сравнения, дизельные электростанции могут вырабатывать электроэнергию с более грубой точностью поддержания частоты (в установившемся режиме работы – 50±0,5 Гц).

Самостабилизация осуществляется без организации обратных связей при импульсной подаче или выработке рабочего тела (пара) через равные промежутки времени. Такой процесс, по сути, аналогичен работе анкерного механизма и маятника в механических часах. В нашем случае это ППД с источником пара и задающий генератор импульсов подачи пара.

Точку зрения относительно преимуществ паровых поршневых двигателей над турбинами для мини-ТЭЦ разделяют и зарубежные специалисты. Так, в 2005 году на Американском совете по энергоэффективной экономике Майкл Мюллер из Центра передовых энергетических систем Рутгерского университета США отметил в своем докладе «Возвращение паровой машины» [5], что малоразмерные паровые поршневые двигатели, в отличие от турбин, надежно и экономично работают даже на влажном паре и при умеренных частотах вращения.

Следует все же отметить, что подавляющее большинство паровых моторов пока несколько уступают турбинам по массовым и габаритным характеристикам. Однако, как показывает многолетний опыт эксплуатации, в частности, моторов Spilling, эти показатели не являются первостепенными, на фоне ряда неоспоримых достоинств поршневых двигателей.

Переоборудование водогрейных котельных в паровые мини-ТЭЦ

А что же делать с водогрейными котельными? Как их переоборудовать в паровые мини-ТЭЦ? Такие котельные целесообразно оснащать дополнительными паровыми котлами с переводом на них базовой части тепловой нагрузки или полностью заменять ими водогрейные. Паровые котлы дороже водогрейных, но эксплуатационные затраты на их содержание ниже и они могут надежно работать с более высоким ресурсом.

Экологические вопросы эксплуатации мини-ТЭЦ

Экологические показатели сжигания топлива в современных паровых котлах весьма неплохие. Реализация известной отечественной технологии сжигания твердых топлив (уголь, отходы углеобогащения, шлам, древесные и растительные отходы и т. д.) в высокотемпературном циркулирующем кипящем слое (патент на полезную модель RU 15772) дает возможность обеспечить работу котла с весьма низкими выбросами в атмосферу. Экологические показатели работы котлов с такими топками удовлетворяют самым жестким требованиям Ростехнадзора.

В заключении необходимо заметить, что электрогенерирующие агрегаты с паровыми моторами как нельзя лучше подходят для экологически чистых солнечных электростанций (табл. 2), в том числе и мини-ТЭЦ, в которых для получения пара используются котлы не с топками, а с солнечными коллекторами. Получается поистине экологически чистая электростанция, работающая на солнце, воде и паре!

Таблица 2
Диапазоны рациональных электрических мощностей

Тип солнечной электростанции	Рациональная электрическая мощность, кВт
Фотоэлектростанция	1–100
Паромоторная	100–7 000
Паротурбинная	7 000–500 000

Итак, можно сделать следующие выводы:

паромоторные мини-ТЭЦ энергоэффективнее паротурбинных. Для них удельный расход пара в электроагрегатах на выработку электроэнергии в 1,3–1,5 раза меньше, чем в паротурбинных мини-ТЭЦ, особенно при электрических мощностях до 1200 кВт.
ресурс до капитального ремонта у современных паровых моторов для мини-ТЭЦ, по крайней мере, не ниже, чем у паровых турбин лопаточного и винтового типов.

Литература

Бурносенко А. Ю. Мини-ТЭЦ с паровыми турбинами для повышения эффективности промышленно-отопительных котельных // Новости теплоснабжения. 2009. № 1.
Micro and small-scale CHP from biomass (up to 300 kWe). OPET RES-e NNE5/37/2002 // OPET Finland: http://web.archive.org/web/20070208002554/
http://akseli.tekes.fi/opencms/opencms/OhjelmaPortaali/ohjelmat/DENSY/en/Dokumenttiarkisto/Viestinta_ja_aktivointi/Julkaisut/OPET-RES/TechnologyPaper2_chp_70404.pdf.
Дубинин В. С. Обеспечение независимости электро- и теплоснабжения России от электрических сетей на базе поршневых технологий: монография. М., 2009.
Шкарупа С. О. Использование точечного преобразования для аналитического описания переходного процесса в тепловом двигателе дискретного действия // Динамика сложных систем. 2010. № 2.
Muller M.R. The Return of the Steam Engine // ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Industry. New York (USA). July 19–22, 2005. http://quasiturbine.promci.qc.ca/Presse/SteamMuller050721.pdf.

1 Исторически сложилось, что термин «паровой двигатель» распространяется на все конструкции двигателей, работающих на паре. В литературе иногда ошибочно отождествляют паровой двигатель и паровую машину. Паровая машина – это поршневой паровой двигатель.

2 Согласно исследованиям автора.

3 В группу входят специалисты Московского авиационного института, Всероссийского института электрификации сельского хозяйства, Московского энергетического института, Московского института энергобезопасности и энергосбережения, Королёвского колледжа космического машиностроения и технологии.

4 С 2013 года вместо ГОСТ 13109–97 будет введен ГОСТ Р 54149–2010.

5 Отметим, что В.С. Дубинин разработал в 1980-х годах теорию самостабилизации только для одноцилиндрового поршневого двигателя и подтвердил ее экспериментально. А в 2009 году молодой инженер С. О. Шкарупа применил эту теорию для случая многоцилиндровых поршневых двигателей, с какими и приходится иметь дело на практике.

Даже если за плечами спортсмена уже есть богатый опыт создания судомоделей-копий, все равно при проектировании нового микросудна он неизбежно сталкивается с проблемой — какой двигатель ставить на будущую копию! Калильный или компрессионный — возникнут проблемы с топливом, шумоглушением и вибрациями. Электрический! Но и он не без недостатков, особенно с учетом большой массы электроаккумуляторов.

А почему не пойти по наиболее колийному пути и на копиях, например, пароходов не использовать настоящий миниатюрный паровой двигатель! Попытка реализации этой поначалу кажущейся трудноосуществимой идеи принесла очень интересные результаты.

Прежде всего — непосредственно о двигателе (в паровую установку входит еще немало крупных узлов). Проще его сделать на базе любого из моделистских ДВС достаточного рабочего объема. Кстати, хорошо подойдет для этих целей такой мотор, как «Комета» МД-5, давно зарекомендовавший себя в штатном калильном исполнении как совершенно неработоспособный. Для парового варианта лучше всего изготовить новую гильзу цилиндра и выполнить в ней лишь выпускные окна для выхода пара. Перепускные (продувочные) окна не нужны — при их отсутствии картер мотора окажется закрытым, что позволит сохранять во время работы установки в объеме картера достаточное количество масла.

Следующий этап работы над паросиловой установкой — изготовление двух баков: для воды и бензина или другого жидкого топлива. Водяной бак выполняется пайкой из толстой листовой латуни или нержавейки толщиной не менее 0,8—1 мм (в крайнем случае подойдет толстое кровельное железо). Выбор материала обусловлен тем, что водяной бак будет при функционировании установки находиться под тем же давлением, что и вся паровая система. Топливный бак может быть не столь прочным и меньшим по объему. Его размеры подбираются практическим путем.

Один из важнейших узлов установки — паровой котел. Его конструкция ясна из рисунков, а материалы и технологии изготовления элементов котла каждый может выбрать, исходя из собственных пожеланий и возможностей.

Паровой котел:

1 — трубка подвода топлива (медь, Ø 3 мм), 2 — теплообменник-испаритель, 3 — трубка питания форсунки (медь, Ø 3 мм), 4 — трубка отбора пара, 5 — испаритель воды (трубка Ø 3—4 мм), 6 — жалюзи подвода воздуха к пламени, 7 — форсунка, 8 — узел крепления форсунки, 9 — нижняя камера, 10 — трубка подвода воды к испарителю, 11 —корпус-труба.

Теплообменник — испаритель топлива может быть изготовлен из медной коробки от старого барометра или в виде мотка тонкой медной трубки. Топливораспыляющая форсунка переделывается из туалетного пульверизатора.

Паровой клапан, монтируемый в головке двигателя:

1 — трубка подвода пара от котла к двигателю, 2 — латунный корпус клапана, 3 — пружина, 4 — шарик-клапан. Для работы клапана в днище поршня двигателя нужно по центру смонтировать шток-толкатель, который при подходе поршня к верхней мертвой точке должен отжимать шарик-клапан вверх, впуская таким образом очередную порцию пара под давлением.

Доработка штатной головки цилиндра двигателя.

Водяной бак:

1 — корпус (кровельное железо или листовая латунь), 2 — заливная горловина (закрывается герметично), 3— вентиль (ниппель от велосипеда или мотоцикла), 4 — расходный кран-вентиль.

Подготовка к испытаниям паровой машины несложна. В картер переделанного ДВС заливают машинное масло; в штатный диффузор карбюратора вставляют заглушку (масло необходимо заменять примерно через 50 часов работы машины). Баки заполняются соответственно водой (лучше дистиллированной, что исключит образование накипи в паровой системе) и бензином любой марки. Оба бака герметично закрывают. Затем в нижнюю часть парового котла укладывают подожженную таблетку сухого спирта, а через впаянные в баки ниппеля накачивают в них воздух, создавая избыточное давление. Теперь можно открывать расходные краны-вентили. Через некоторое время, когда разогреется теплообменник испарения топлива, пламевая система котла перейдет на автоматический режим, постоянно подавая под давлением бензин к соплу форсунки. Чтобы заставить работать двигатель, достаточно пару раз провернуть его коленвал. Обороты мотора регулируют подачей воды и высотой пламени.

Новая паросиловая установка уже прошла успешные испытания на копии парохода «Володарский» (см. «М-К» № 11 за 1990 год). Модель прекрасно смотрится на ходу, неизменно привлекая внимание и зрителей, и спортсменов. Но главное — копия парохода теперь без всяких смысловых натяжек является также пароходом!

О. ХЛОПИН, г. Вологда

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter, чтобы сообщить нам.

Экспериментальные паровые автомобили НАМИ-012 и НАМИ-018

Дмитрий Дашко, фото из архива ГУП НАМИ и автора

В 1948 году впервые в мире был изготовлен автомобиль, который заправляли… дровами. Разработчик и изготовитель – Центральный научный автомоторный институт, СССР.

Предшественники

Паровой автомобиль был предшественником не только привычного нам бензинового автомобиля, но и паровоза. Первая самоходная «паровая телега» была построена Николя-Жозефом Кюньо в 1769 году. После изобретения двигателя внутреннего сгорания паровые автомобили начали быстро вытесняться конкурентами. Однако в 1927 году вновь ненадолго возрос интерес к автомобилям парового типа благодаря освоению парового двигателя высокого давления. Это позволило продержаться паромобилям как грузовым, так и легковым в производстве до конца 30-х годов.

Россия познакомилась с машинами на паровом ходу еще в 1870–1878 годах, во время Русско-турецкой войны. В русской армии применялись локомобили английского и отечественного производства, по сути, дорожные паровозы-тягачи.

В 1902 году в Санкт-Петербурге в Ремесленном училище принца Ольденбургского был изготовлен паровой легковой автомобиль по типу французского Gardner-Serpolett. В 1902–1903 годах по лицензии американской фирмы Locomobile, изготавливающей простые легковые паромобили, была организована сборка семисильных малюток «Локомобилей» петербургским заводом «Дукс» и ростовским «Аксай». Таких автомобилей в общей сложности собрали несколько десятков.

Советские инженеры впервые обратились к автомобилям с паровыми двигателями в середине тридцатых годов прошлого века. НИИ Механизации лесного хозяйства в 1935 году предложил проект парового трехосного грузовика на базе ЯГ-10. Опытный экземпляр не был построен ввиду сложности изготовления конструкции – в конструкцию ЯГ-10 вносилось слишком много изменений. В том же году в Научном автотракторном институте (НАТИ) было создано Бюро паросиловых установок, которое занималось испытаниями всевозможной техники с паровыми двигателями. В 1936 году там испытали легковой паромобиль Double; в 1938 – шеститонный грузовой Sentinel S4 с котлом низкого давления. Британский Sentinel топили углем и, несмотря на все минусы такой заправки, эксплуатация оказалась выгоднее, чем обычной бензиновой машины. Литр бензина тогда стоил девяносто пять копеек, а килограмм угля всего четыре копейки.

К концу 1930-х автомобили, работающие с газогенераторными установками, прочно обосновались в лесной промышленности нашей страны, однако грузоподъёмность таких машин была невелика, а установка сложна в эксплуатации. Газогенераторные автомобили работали на приспособленных бензиновых двигателях, а в умах конструкторов созрела идея устройства машины, работающей по типу паровоза, – только и успевай кидать в топку горючее, а давление пара в котле будет крутить колеса.

В 1940 году спецбюро под руководством И.С. Скиридова приступило к постройке парового грузовика МП-28. В СССР впервые решили применить компоновку «кабина перед двигателем», так как это позволяло выдвинуть вперед кабину, а паровой двигатель и котел установить между кабиной и грузовой платформой. Для грузового автомобиля спроектировали паросиловую установку с прямоточным котлом высокого давления, конденсатор, турбины вентилятора и парогенератора. Вся эта установка должна была базироваться на шасси ЯГ-6. Пятитонный автомобиль должен был оснащаться 4-цилиндровым двигателем двухстороннего действия мощностью 120 л.с. при 1500 об/мин. Котловое давление паросиловой установки – 100 атм; топливо – любое жидкое. Машина должна была развивать скорость 40 км/ч. Был разработан паровой котел – парогенератор ПТ1 для работы на твердом топливе – антраците. Он имел котловое давление 100 атм и поверхность нагрева 12 м². Паросиловая установка работала по замкнутому циклу с двухсторонним расширением. Цилиндры имели диаметр 75 мм, а низкого – 130 мм. Однако в 1941 году тему сняли с плана института – завод НАМИ переквалифицировался под выпуск военной продукции. Машину бросили недостроенной, но идею не оставили.

В 1946 г. были проведены испытания парового тягача «Саксенберг», проведённые под руководством Ю.А. Шебалина и консультанта С.В. Татищева. Немецкий магистральный паровой тягач Sachsenberg DW-60 был изготовлен в 1944 г. Вес автопоезда с двумя прицепами составлял 15 000 кг. С таким весом автопоезд развивал скорость до 35 км/ч. На тягаче размещались бункеры для 450 кг топлива и водяные баки ёмкостью 400 л. Автомобиль с такими параметрами инженерам понравился. В том же году, 2 июля, на научно-техническом совете Минавтопрома обсуждались результаты этих испытаний, после которых Министерство лесной промышленности пролоббировало постройку отечественных паровых автомобилей.

Собственный автомобиль

Отмашкой для начала работ по созданию отечественных образцов паровых автомобилей стало Постановление Совета Министров СССР от 07.08.1947 г. «О механизации лесозаготовок и освоении новых лесных районов». Указанным постановлением НАМИ было поручено разработать конструкцию и построить лесовозный паровой автомобиль, работающий на дровах. Такого в мировом автомобилестроении точно еще не было – чтобы заправить машину, достаточно было подбросить в нее дровишек… Удалённые районы страны нуждались в повышении качества перевозок и их удешевлении. Работай автомобиль на местном топливе, экономический эффект увеличился бы в разы.

За альтернативный проект взялось и Министерство автомобильной и тракторной промышленности (МАТП), которое заказало разработку паромобиля… в Берлине в своем местном техническом бюро. В основу работ легло предложение фирмы Buttentut, находившейся в английском оккупационном секторе Берлина, о создании паровой силовой установки для автомобиля с минимальными переделками базового двигателя внутреннего сгорания. Изменялась головка цилиндров, трубопроводы, система управления. Подобный паромобиль был создан еще до войны на шасси грузовика, переделанного из Ford-Koeln. В том же 1947 году в НАМИ были направлены описание и чертеж паровой машины.

По соглашению с советской стороной фирме Buttentut должны были поставить свежеизготовленное шасси ЯАЗ-200 в комплекте с дизелем ЯМЗ-204, однако по невыясненным причинам ярославцы к 1948 году так ничего в Германию и не прислали. Техническое бюро в Германии решило закупить 85-сильный дизель Ka..mper, который, по заверениям представителей Buttentut, после переделки должен был выдавать 125 л. с. Было закуплено шасси пятитонного грузовика Büssing для установки на него этого двигателя. Пар производился в водотрубном котле с пароперегревателем и экономайзером, построенном по лицензии фирмы Le Mont. По расчетам производительность котла должна была быть на уровне 800 кг пара в час при перегреве до 400 °С и давлении 40 атмосфер. Расчёты эти не оправдались. В конце 1948 года Buttentut по договору поставила советской стороне двигатель и два некомплектных паровых котла. Работа была выполнена некачественно, и к фирме осталось много претензий. На испытательной базе в Берлине двигатель на стенде смог развить только 50 л.с. при 20 атм давления пара. Причины столь низкого показателя банальны – котел был изготовлен из некачественной стали, отсутствовал насос высокого давления и т. д.

В Buttentut отказались исправлять дефекты, и дальнейшие переговоры с немецкой стороной оказались безрезультатными. Надавить на фирму тоже не удавалось, она располагалась в английской зоне Берлина. Ряд неисправностей установки устранили своими силами и отправили ее в СССР. Неизвестно, что случилось с этим комплектом, возможно, его частично использовали для постройки первого советского паромобиля НАМИ-012, который параллельно создавался в НАМИ с весны 1948 года, но это лишь предположение.

При просмотре фотографий кажется, что они засвечены в некоторых местах. На самом деле это обильный густой дым, который сопровождал машину. Машина была постоянно в испарине летом и в ледяных пупырышках зимой.

НАМИ-012

Построенный осенью 1948 года первый образец не имел своего обозначения (назовем его условно № 0). Его назначение было простым – понять, как вообще работает в целом весь механизм паровой установки и в каком направлении нужно доводить паровой двигатель и агрегаты. Автомобиль мог работать на швырках (неколотых дровах размерами до полуметра) с рабочей влажностью 35%. В мае 1949 года группа создателей из НАМИ – Ю. Шебалин, Н. Коротконошко, Г. Терзибашьян, А. Аникеев и др. – получила авторское свидетельство на свой паровой двигатель, который работал на низкокалорийном топливе. На малых оборотах двигатель развивал крутящий момент до 240 кг.м, т. е. в пять раз больше своего дизельного прототипа МАЗ-200. Паросиловая установка повышенного давления была снабжена водотрубным котлом с естественной циркуляцией и паровым двигателем однократного расширения. Котловое давление составляло 25 атм, температура перегретого пара – 420 °С. Цикл всей установки был замкнутым с конденсацией отработавшего пара через трубу через вверх кабины. Пар, выдаваемый котлом, через дроссельный клапан поступал в 3-цилиндровый паровой двигатель. Затем отработавший пар направлялся во вспомогательную турбину мятого пара, а оттуда в верхний конденсатор (выхлопная труба на крыше). Основная часть воздуха, необходимого для горения, подавалась под специальную чугунную решётку, расположенную на дне топливных бункеров. Дрова загружались в топливный бункер и самотеком поступали в зону горения, т. е. проваливались под собственным весом по мере выжига. Одной заправки дровами было достаточно, чтобы проехать 80 км пути, а при наличии воды – в два раза больше. Влажность некоторых швырков доходила до 50%. Котел без проблем съедал и такие дрова. С помощью эжекторов автомобиль легко и быстро заправлялся водой прямо из естественных водоемов. Какая при полном нагреве котлов была температура в кабине, не уточнялось.

В конце 1949-го и в середине 1950 года были изготовлены официальные образцы НАМИ-012 под № 1 и № 2. Первый представлял собой классический грузовик с бортовой платформой, или, как тогда говорили, «транспортный вариант», второй – со снятой платформой в виде тягача-лесовоза с прицепом-коником. Обе машины получили обтекаемые цельнометаллические кабины, которые были более плоскими и смещёнными вперед, чем у прототипа НАМИ-012. Вместо коробки передач в кабине был установлен рычаг переключения отсечек парораспределительного механизма. Предусматривались три положения передачи: при 25, 40 и 75% наполнения цилиндра и одна задняя. Педалей в кабине было три, как обычно, но сцепление требовалось выжимать только для включения понижающей передачи. НАМИ-012 работал очень тихо и плавно.

Государственные испытания автомобилей НАМИ-012 начались 2 ноября 1950 года и закончились 25 августа 1951 года. Состав наблюдательной комиссии был весьма солидным, её членами были представители практически всех автомобильных организаций. Кстати, к 1950 году в мире давно уже прекратили выпускать какие-либо автомобили с паровыми двигателями.

На основании испытаний комиссия выдвинула заключение о том, что у машины хорошая проходимость в гружёном состоянии, но возникают проблемы, когда она порожняя. Проходимость автомобиля затруднялась из-за перегрузки передней оси. Комиссия постановила продолжить работы, но автомобиль сделать полноприводным либо трёхосным с задней ведущей тележкой. После испытаний 1951 года направления по дальнейшей модернизации паромобилей разделились. Лесовозы и бортовые автомобили были разведены по разным классам.

НАМИ-018

В 1952 году приступили к постройке модификации НАМИ-012 с колёсной формулой 4×4. Изменения коснулись не только переднего моста, который был взят от опытного автомобиля ЯАЗ-214, на машину установили двухступенчатую раздаточную коробку, в которой были встроены муфты свободного хода, автоматически включающие привод на передние колеса при начале буксования задних. Паровой двигатель был форсирован и мог выдавать уже 125 л.с.

Междуведомственные эксплуатационные испытания новой машины начались в 1953 году и проводились вплоть до конца 1954 года в Первомайском и Червенском леспромхозах. Как и НАМИ-012, автомобиль имел два варианта исполнения – бортовой грузовик и лесовозный тягач с прицепом-коником. По данным НАМИ, была построена всего одна полноприводная машина этого семейства. В 1953 году изготовлен бортовой вариант, а затем на этом шасси была демонтирована платформа, и НАМИ-018 превратился в лесовозный тягач.

Несмотря на многие преимущества, «минусов» в конструкции паромобиля было больше, чем «плюсов». На сто километров пути уходило от 350 до 450 кг дров (это не опечатка). Их надо было с собой везти, а до этого дрова надо было напилить, наколоть, загрузить, разжечь котел. В холода еще и сливать воду (200 литров!) на ночь, чтобы она не превратилась в лед, а утром опять заливать.

Как видно из таблицы, по стоимости перевозок паромобили немного уступали бензиновым автомобилям, но были в три раза дороже, чем дизельные автомобили. Фактически они смогли побороть только газогенераторные автомобили.

НАМИ-0125

В институте всё-таки замахнулись на то, чтобы привести показатели парового и дизельного автомобилей к одному знаменателю. Я имею ввиду неизвестный даже в узких кругах автомобиль НАМИ-0125.

В 1951 году под руководством В. Лялина группа инженеров трудилась над перспективной версией парового автомобиля, работающего как на твердом, так и на жидком топливе. Под индексом НАМИ-0125 был изготовлен паровой грузовик, представляющий собой модернизацию бортового НАМИ-012. Как я уже сказал, задачей опытного образца было приближение по всем показателям к стандартному дизельному грузовику МАЗ-200. На первом этапе с этой задачей автомобиль справился. Грузоподъёмность автомобиля была увеличена до семи тонн. Этому способствовала установка новой форсированной паровой установки НАМИ-012А. Если при 30%-ной загруженности двигатель выдавал 100 л.с., то при 60%-ной загрузке мощность возрастала до 160 л.с., а это уже давало значительное превосходство перед семитонными дизельными аналогами. Динамика разгона и скорость на трудных участках у НАМИ-12А была на 35% выше, чем у МАЗ-200. Все остальные показатели у семитонных автомобилей были равными. Автомобилю вернули сцепление и коробку передач для более гибкого управления автомобилем, увеличили высоту платформы. На данном этапе не решили одну важную задачу – снижение расхода топлива. Для этого нужно было поднять давление в котле до 41 атм, что сделано не было по ряду технологических причин.

На втором этапе автомобиль с другой установкой НАМИ-012Б должен был работать уже не на твердом топливе (дровах), а на жидких продуктах (мазут), что позволило бы автоматизировать процесс в условиях движения автомобиля, избавиться от езды с большим запасом дров и постоянно водителю отвлекаться на управление паросиловых агрегатов. В общем, вопрос о простоте обслуживания автомобиля был ключевым в судьбе паровых автомобилей. Машину освободили от ряда агрегатов, а главное, от котла и топливных бункеров. Вес паросиловой установки вместе с кабиной равнялся 1635 кг, а высвобожденное место в кабине отдали под второй ряд сидений. Первый ряд сделали двухместным, чтобы удобнее было проходить на задний ряд. При успешной реализации второго этапа автомобиль имел полное право на крупносерийный выпуск и составил бы в первую очередь экономическую конкуренцию семитонным грузовикам с ДВС. НАМИ-012Б так и не вышел из стадии ходового макета. Довести до ума комплекс паровой установки для работы на тяжёлых погонах нефти конструкторам не удалось.

Основные экономические параметры автомобилей с разным типом топлива
Тип автомобиля по виду топлива	Бензиновый (ЗИС-150)	Газогенераторный (УралЗИС-352)	Паровой (НАМИ-012)	Дизельный (МАЗ-200)
Полезная нагрузка, т	4,0	2,5	6,0	7,0
Относительная стоимость тонны топлива, %	100	55	13,7	50
Расход топлива на 100 км, кг	30	115	350	35
Стоимость перевозки одной тонны груза на 100 км, %	100	338	106	33,3

В 1954 году закончились испытания автомобилей НАМИ-012 и НАМИ-018. Заключительный вердикт комиссии был такой: «Паровой автомобиль НАМИ-018 отвечает всем параметрам лесной промышленности, но может быть использован только в районах, куда доставка жидкого топлива затруднена или высока по стоимости». Несмотря на лестные выводы комиссии, у этих нестандартных автомобилей не было шансов стать серийными. В это же время в Советском Союзе свернули окончательно выпуск газогенераторных автомобилей. Начался нефтяной бум, и в стране наступила эра дешевого бензина. Автомобили, работающие на альтернативном топливе, оказались невостребованными.

Эпилог

Сколько же было всего выпущено паровых автомобилей в НАМИ? На архивных фотографиях можно различить шесть вариантов бортовых автомобилей и три лесовоза. На самом деле было задействовано пять разных шасси. Одна и та же машина имела промежуточные варианты, так как паромобили постоянно меняли свою комплектацию в зависимости от программы испытаний.

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.

Сборка паровой машины из газонокосилки

Несколько лет назад я решил сделать паровую машину, которую можно сделать с помощью простых инструментов. Я подумал, что пришлю его, чтобы, если кому-то еще нужен паровой двигатель по низкой цене, они могли попробовать мои предложения.

Все, что вам нужно, это 4-тактный двигатель газонокосилки. Он не должен запускаться — просто быть свободным — , болгаркой и кем-то со сварочным аппаратом (желательно с подачей проволоки). Я взял свой на городской свалке в одно воскресенье, когда никого не было рядом.

У двигателя была низкая компрессия из-за плохих колец, но нищие не могут выбирать, поэтому я все равно использовал его. Если вы решили сделать такой, постарайтесь найти двигатель с хорошей компрессией. Позже я узнал, что с плохими кольцами двигатель работал нормально, но пар проскальзывал мимо колец, конденсировался в картере и выталкивал масло.

Карбюратор и зажигание можно снять, и я взял зубило и срезал ребра с цилиндра, чтобы уменьшить образование конденсата. Свеча зажигания остается, чтобы закрыть отверстие, и было бы неплохо оставить пуск от отдачи или установить тросовый пусковой шкив, потому что, когда впускной клапан открывается, он работает, и ему все равно, что мешает, когда он запускается.

Когда я делал свой, я оставил лезвие включенным, что я не рекомендую, но я хотел сравнить его с работой с газом. Поэтому однажды, когда мамы не было дома, чтобы сказать «нет», я одолжил садовый шланг для паропровода и попробовал его. Казалось, что это работает так же хорошо, как газовая работа, достаточно мощности, пока шланг не лопнул. Удивительно, как быстро могут уйти соседские дети, если они думают, что будут проблемы!

Первое, что нужно сделать, это вынуть распределительный вал и попросить кого-нибудь приварить два выступа на 180 градусов напротив оригиналов (рисунки A и B в галерее изображений, рисунок A – оригинальные кулачки). Теперь снимите головку и решите, какой порт будет впускным. Выхлоп обычно имеет резьбу, поэтому лучше использовать ее. Я постучал по воздухозаборнику, но это не имеет значения.

После того, как вы решили, какой порт использовать, решите, хотите ли вы, чтобы он работал по часовой стрелке или против часовой стрелки, и поворачивайте двигатель в этом направлении, пока поршень не поднимется примерно на 1/8 дюйма перед верхней точкой хода. Теперь замените распределительный вал оригинальным кулачком для вашего впускного клапана, чтобы он только начал открывать клапан. Если он не падает, возможно, вам придется немного подточить кулачок. Потребление должно закрыться на одну треть или наполовину.

Лучший способ шлифовать кулачки – это удерживать концы вала и вращать его в шлифовальном круге. Старайтесь шлифовать только выступ кулачка.

Это ваша отправная точка, так что сделайте новую отметку времени. Возможно, его придется перенести позже.

Вращайте двигатель до тех пор, пока поршень не окажется на 1/16 и 1/8 дюйма перед нижней мертвой точкой, и притрите кулачок выпускного клапана, чтобы клапан только начал открываться. Если это оригинальный кулачок, поверните его немного дальше и посмотрите, где он закрывается. Если он находится между четвертью хода и местом первого открытия впуска, все в порядке. Если это новый кулачок, отшлифуйте его до той же высоты, чтобы он закрывался между одной четвертью хода и местом первого открытия впуска.

Причина, по которой выхлоп открывается так рано, заключается в сбросе давления до того, как поршень начнет резервное копирование.

Теперь продолжайте до тех пор, пока поршень не окажется в том же месте, где он был при первом открытии впуска, и снова притрите кулачок, чтобы клапан только начал открываться, как и в первый раз.

Чтобы кулачки очистились по всему периметру, вам, возможно, придется подточить их уже или вам, возможно, придется переместить установочную метку, как я сказал ранее, поэтому не шлифуйте слишком сильно, пока не будете уверены, что она очистится.

Время не обязательно должно быть точно таким, как я сказал для запуска. На самом деле, когда я впервые собрал свой, он должен был работать в любом направлении, просто переключая паровые и выхлопные трубы. Однако он не работал слишком хорошо, поэтому я изменил его на указанный выше.

Также можно использовать только оригинальные 2 кулачка, но вам нужен очень тяжелый маховик, и он не имеет большой мощности или очень устойчивой скорости.

Еще одно место, где могут возникнуть проблемы с попаданием пара в картер, это за направляющими клапанов. Если они герметичны, утечка не будет слишком большой, но если она сильная, вам, возможно, придется прорезать канавку вокруг нее, чтобы пар выходил перед картером.

Если проблема в том, что использовать для котла, не волнуйтесь, он отлично работает на сжатом воздухе. На самом деле, если правильно рассчитать время, он почти побежит, дунув в него.

Но теперь, когда мы перешли к котлам, я хотел бы кое-что сказать. Котел — это бомба в руках того, кто не знает, что делает. Котел постоянно движется, даже если он стоит на месте. Каждый раз, когда давление повышается, температура повышается, и металл расширяется, а когда давление падает, температура падает, и металл сжимается, как если бы металл котла изгибался взад и вперед до очень небольшой степени.

Котельная плита представляет собой очень мягкую высококачественную сталь. Хорошая плита котла толщиной до 3/4 дюйма может быть забита молотком сама по себе без каких-либо признаков растрескивания или напряжения. Примером растрескивания под напряжением является установка стержня или подшипниковых тисков и изгибание их вперед и назад до тех пор, пока они не сломаются. Чем тверже сталь, тем быстрее это произойдет. Поэтому котлы должны изготавливаться только из котельной плиты. Также все A.S.M.E. после сварки котлы снимают напряжение, помещая их в печь на несколько часов, чтобы снять напряжение со сварных швов.

А.С.М.Е. котлы проходят гидростатические испытания при 150 процентах рабочего давления и не более. Один из инспекторов сказал, что на заводе они должны были бы отказаться от него, если бы тест был слишком высоким, из-за возможного перенапряжения котла. Я слышал, как несколько парней говорят, что они разгоняют свои 100-фунтовые котлы до 300 фунтов, чтобы проверить их.

Трещины от напряжения могут быть слишком маленькими, чтобы их можно было увидеть, или быть скрытыми под смазкой, окалиной или какой-либо частью двигателя.

Вода, используемая для гидросистемы, должна иметь температуру от 70 до 120 градусов. Если слишком холодно, вы можете напрячь котел; если слишком жарко, вы побеждаете цель.

Я писал не для того, чтобы говорить о котлах, поэтому я уйду отсюда. Но безопасность котлов — моя любимая тема. Я видел, как парень запускал двигатель с 26 заплатами, а 13 все еще текли. Когда я это увидел, я ушел. Видимо, парень не осознавал ответственности перед обществом. Некоторые люди не имеют права запускать двигатель, и им все равно. Рано или поздно кто-то лопнет, и мы все заплатим.

Сборка небольшого парового двигателя. Часть первая

Первоначально разработанные как игрушка для мальчиков, они быстро стали игрушкой, с которой мальчикам разрешалось играть только в особых случаях. Они вернулись на короткий период популярности в 19 веке.60-х и 1970-х, но и тогда были скорее украшением книжного шкафа, чем подержанными игрушками. Вероятно, это было связано с непомерной стоимостью продукта, а не с заботой о безопасности.

Первая часть изготовления маленькой паровой машины
Автор: Робин В целом

Котел.

Небольшая паровая машина долгое время была конечной целью каждого инженера-любителя, хотя я никогда не думал, что меня можно отнести к этой категории.
В конце 19 века и даже в самом начале паровые машины были популярным развлечением для многих людей. Первоначально разработанные как игрушка для маленьких мальчиков, они быстро превратились в игрушки, с которыми мальчикам разрешалось играть только в особых случаях. Они вернулись на короткий период популярности в 19 веке.60-х и 1970-х, но и тогда были скорее украшением книжного шкафа, чем подержанными игрушками. Вероятно, это было связано с непомерной стоимостью продукта, а не с заботой о безопасности.
Это чрезвычайно привлекательная игрушка, которую довольно легко сделать в обычной мастерской. Однако недавняя работа в колледже Рангитото в качестве учителя технологии поставила меня в тупик. Мой предшественник приступил к работе, в которой группа мальчиков 13-х классов собирала паровые машины, чтобы получить оценки NCEA по пайке и сварке. Признаюсь, я токарь-любитель, и мне еще предстоит пройти огромный путь по кривой обучения.

Впечатляюще
Многие мальчики сделали свои котлы к тому времени, как я пришел к власти, и они различались как по стилю, так и по степени изобретательности. Некоторые выбрали горизонтальную модель, а другие предпочли вертикальную, с дымоходами посередине. Уровень компетентности был весьма впечатляющим, и они, как правило, хорошо понимали основные понятия, связанные с работой парового двигателя.
Принцип работы паровой машины довольно прост, но весьма эффектен. Вода при нагревании производит пар, и объем, занимаемый паром, огромен по сравнению с объемом, занимаемым водой. Чашка воды при кипячении производит достаточно пара, чтобы наполнить всю комнату. Это увеличение объема при подаче в паровую машину создаст давление в цилиндре, которое, в свою очередь, вытеснит поршень.
Движение поршня ограничено шатуном, соединенным с кривошипом. Кривошипное колесо находится на том же валу, что и маховик. Импульс маховика заставляет кривошипное колесо продолжать вращаться, и это толкает поршень обратно в цилиндр, выталкивая израсходованный пар. Поскольку цилиндр может свободно колебаться, отверстие в цилиндре чередуется между входным и выходным портами.
Затем мы взялись за создание настоящего двигателя. Это оказалось более сложной задачей, и ее нужно было упростить, если мы хотели завершить проект в установленные сроки.
Я разделил проект на две части. Сначала рассматривается конструкция котла, а затем двигатель. Причина этого заключается в том, что котел можно использовать с любым двигателем аналогичного размера и наоборот, поэтому, как только вы зацепитесь, кто знает, сколько красивых маленьких моделей будет украшать полки вашего сарая.

Труба котла (левая) рядом с концевыми заглушками Welch.

Котел
Котел, используемый в этой модели, изготовлен из медной трубы длиной 100 мм и диаметром 50 мм. Это тип трубы, которая используется для стоков в старых домах. Вы можете использовать медь 40 мм, если не можете получить 50 мм, но просто сделайте ее немного длиннее, чтобы вместить достаточное количество воды. Эта модель была сделана из куска старой ловушки для отходов, которая была заменена новой пластиковой. Его по-прежнему достаточно легко получить короткими кусками у сантехников, у которых есть обрезки, которые они могут быть готовы продать.
Торцевые пластины могут быть изготовлены из того же материала, если он отожжен и обрезан по форме, а затем сплющен. Их также можно изготовить с помощью шаблона для получения слегка выпуклых торцевых пластин. Первый может быть изготовлен из металла или твердой древесины, а медь сформирована поверх него.
Сверните шаблон до диаметра, равного внутреннему диаметру вашей трубы минус удвоенная толщина медного листа. Конечным результатом является куполообразная крышка, которая помещается внутри трубки и обеспечивает более аккуратную отделку, чем просто использование медных дисков. Это также выглядит более профессионально и значительно увеличивает прочность.

Заглушки Welch
Еще одна альтернатива, которую я выбрал и которая понравится многим, заключается в использовании предварительно отформованных заглушек. На самом деле это свечи Welch, используемые в блоках двигателей, изготовленные из твердой латуни и доступные по цене около 5 долларов за штуку в магазинах автомобильных аксессуаров. (Если вы используете 40-миллиметровую трубку, вам придется высверливать концы, чтобы вставить 40-миллиметровые заглушки.) Медная трубка обрезается до необходимой длины, а концы обтачиваются под прямым углом. Используйте инструмент для удаления заусенцев, чтобы очистить края. Они производят действительно аккуратный край и довольно дешевы, чтобы купить.
Котел может быть припаян твердым припоем или припаян мягким припоем. Это зависит от оборудования, к которому у вас есть доступ, и в определенной степени от вашего уровня навыков. Давление, достигаемое с помощью этого котла, намного ниже порога опасности при использовании любого метода, поэтому используйте тот метод, который вам наиболее удобен. Убедитесь, что все поверхности чистые, на них нет жира и т. д. Рекомендуется протереть поверхность техническим спиртом, чтобы убедиться, что она действительно чистая.
При пайке желательно сначала «лужить» соединяемые поверхности, а затем, когда они будут расположены правильно, наносить минимальное количество припоя, чтобы обеспечить хорошее сцепление. Кислородно-ацетиленовая горелка для этого немного не подходит, и я предпочитаю использовать воздушно-газовую горелку, снабженную горелкой в форме карандаша.
Котел оборудован заливным отверстием, патрубком для выпуска пара, пробкой уровня воды и предохранительным клапаном. Дополнительным аксессуаром является свисток, который при необходимости действует как клапан сброса давления.

Слева: отверстия котла для контроля уровня (с торца), заполнение, выпуск пара, предохранительный клапан.

Предохранительный клапан
Предохранительный клапан состоит из латунного болта, короткого шестигранного латунного стержня, шарикоподшипника и небольшой пружины. Это довольно просто сделать, имея минимальные навыки токарного станка. Принцип заключается в том, чтобы просверлить болт, а затем разрезать его на две части. Сложите обрезанные концы. Длина шестигранного стержня просверливается по всей длине, и на каждом конце нарезается резьба для размещения двух половинок болта. Шариковый подшипник находится над отверстием в нижней половине болта и удерживается под давлением с помощью пружины, сделанной из проволоки из нержавеющей стали или, в моем случае, извлеченной из шариковой ручки. Весь узел находится в гайке, припаянной к медной трубке.
Крышка заливной горловины во многом аналогична предохранительному клапану, поскольку латунный болт находится в гайке, припаянной к медной трубке. Наличие небольших уплотнительных колец как на предохранительном клапане, так и на крышке заливной горловины обеспечивает хорошую герметичность в обоих случаях.
Пробка уровня воды установлена в центре одной из торцевых пластин. Это может быть простой болт в припаянной гайке, который не закручивается при заполнении бойлера, чтобы уровень воды не превышал отметки наполовину. Лучший вариант — просверлить болт на большую часть его длины, а затем просверлить под прямым углом резьбу частично вниз от вершины. Это позволяет постепенно откручивать болт, а когда вода просачивается, снова затягивать его. Таким образом можно проверить уровень воды под паром.
Простой способ создания предохранительного «клапана» заключается в простой замене короткого отрезка медной трубки от цилиндра к впускному отверстию резиновой трубкой.
Трубка для выхода пара может быть припаяна непосредственно к котлу, и это окажется вполне функциональным, но перфекционисты среди вас могут захотеть использовать накидную гайку, чтобы при необходимости ее можно было снять позже. Этого можно добиться, разрезав соединительный ниппель пополам. Затем его подпиливают и припаивают к котлу так, чтобы обрезанный конец соприкасался с котлом, а резьба была обращена вверх. Соответствующая олива и гайка завершают соединение. 1/8-дюймовые ниппели можно приобрести в инженерно-технических фирмах, и они достаточно длинные, чтобы их можно было разрезать пополам.

На выпускной паровой трубе используются накидная гайка, ниппель, оливка и гайка.

Подставка
Подставку для котла я сконструировал из четырех кусков низкоуглеродистой стали толщиной 3 мм. Он может быть цельным и сложенным или сделанным из алюминия или латуни. Просверлите по три отверстия диаметром 15 мм в каждой из длинных сторон, чтобы воздух поступал к горелке. Я спаял детали вместе после резки по размеру.
Готовая подставка была отшлифована, отшлифована и покрыта грунтовкой, пригодной для пескоструйной обработки, а затем слоем матовой черной высокотемпературной краски. Добавление двух проушин к основанию означает, что его можно прикрепить к деревянной основе. Две полоски латуни были подпилены по размеру, отполированы, просверлены и закреплены над котлом, чтобы удерживать его на месте, с помощью саморезов 6 размера. Готовая модель устанавливается на кусок дерева (я использовал обрезки вяза), который был отшлифован и покрыт воском. Если изделие предназначено в качестве подарка какому-нибудь счастливому молодому человеку, добавление маленькой латунной таблички с соответствующей надписью было бы хорошим жестом.

Паровая трубка
Я использовал медную трубку диаметром 1/8 дюйма, так как накидные гайки и фитинги можно легко приобрести у специалистов по инженерным поставкам. Их делать не нужно, так как уровень мастерства чрезвычайно высок и в конце концов «Зачем изобретать велосипед?» Медь легко обрабатывается при отжиге. Держите его плоскогубцами и нагрейте до тускло-красного цвета, а затем погрузите в холодную воду. Тогда он будет достаточно мягким, чтобы сгибаться так, как вы пожелаете. Когда вы будете сгибать его, произойдет упрочнение, поэтому вам, возможно, придется повторить процесс. Медные трубки лучше всего очищать стальной ватой, а затем полировать латунью. Латунные ниппельные соединители также можно было бы использовать на стенде двигателя, но я думаю, что это необязательно. Об этом будет рассказано в следующей части этой статьи. Старайтесь, чтобы все трубопроводы были вертикальными или горизонтальными по высоте, а все изменения угла выполнялись на виде в плане. Это значительно помогает придать вашей модели профессиональный имидж.

Уильям Лин из колледжа Рангитото… впечатляющая студенческая работа.

Горелка
В качестве топлива используется метиловый спирт, поэтому необходимо построить подходящую горелку. Это может быть сделано из меди или стали. Я использовал медь, так как она позволяет избежать проблемы ржавчины. Метиловый спирт не обязательно нуждается в фитиле, но эффективность использования топлива может быть значительно повышена с использованием фитилей. Материал для фитиля легко купить в кемпинговых магазинах и в большинстве хозяйственных магазинов. В зависимости от типа фитиля верхняя часть горелки может быть соответствующим образом изменена.

Дополнительные принадлежности
Хотя я не включил в свою модель никаких дополнений, я сделал некоторые из них, которые могут найти место в будущей модели. К ним относятся такие вещи, как масленки, краны, выключатели и свисток. Свистулька, пожалуй, самая простая и веселая.

Серебряный припой.

СТИПЕНДИЯ ДЖОНАТАНА
Маленькие паровые машины и начинающие инженеры, безусловно, идут рука об руку. Небольшой паровой двигатель вызвал интерес у 15-летнего ученика школы Кристин Джонатана Файста, у которого есть все признаки того, что он движется к выдающейся карьере инженера. В 2007 году он был успешным кандидатом на получение школьной стипендии имени Бобби Стаффорда-Буша, чтобы купить токарный станок и фрезерный станок для поддержки своей работы в области технологий. Приз в размере 4000 долларов был учрежден семьей Стаффорд-Буш в память об их сыне, который увлекался технологиями в школе.
«Сейчас я хочу сделать двигатель Стирлинга», — говорит Джонатан, когда его комплект паровой машины от опытного производителя паровых двигателей Грэма Куэйла близится к завершению. Вскоре он планирует протестировать его с помощью сжатого воздуха. «Это только близкие кусочки, которые оказываются немного трудными».

Джонатан Файст… стипендия.

Строящийся паровой двигатель.

Зеленый паровой двигатель ®Домашняя страница

Ограниченная серия

Трехцилиндровый двигатель мощностью 10 л.с.

[email protected]

Выступление Роберта Грина на конференции TED о замене энергосистемы.

Вот несколько причин рассматривать паровые двигатели как альтернативу

ветровые и солнечные системы. Диапазон мощности варьируется от долей л.с. до сотен

л.с.

	Паровые двигатели могут работать 24 часа в сутки независимо от местоположения, погоды и дневного света.
	Не требуется строительных затрат, башен, панелей крыши или разрешений.
	Использование пара не оказывает никакого шума или воздействия на окружающую среду.
	Зеленый паровой двигатель может работать на самом широком спектре альтернативных видов топлива, включая солнечное и геотермальное.
	Не требуется резервного питания, как для ветряных и солнечных систем.
	При работе от солнечной энергии избыточная энергия может накапливаться в сжатом воздухе, который позже может быть возвращен в паровой двигатель для выработки электроэнергии. Сжатый воздух намного дешевле батарей.

Прерывистая энергия не является решением для прерывистой энергии. Паровые двигатели — это энергия по требованию.

Электронная почта для запросов: [email protected]

Чертежи для этого 2-цилиндрового самодельного двигателя доступны для покупки ниже.

5 900 900

Вот несколько примеров различных двигателей:

Трехцилиндровый паровой двигатель

Трехцилиндровый генератор с прямым приводом

Какой генератор используется в паровых машинах?

В отличие от двигателей внутреннего сгорания, которым для развития полной мощности необходимы высокие обороты, паровые двигатели имеют полную мощность при стартовой скорости. Генераторы ветряных мельниц работают на низких оборотах (от 100 до 600 об/мин). Хотя паровые двигатели могут работать на высоких скоростях, для этого требуется больше пара, чем необходимо. Гораздо экономичнее запускать их медленно. Для производства электроэнергии используйте ту же электрическую систему, что и для ветряных мельниц.

Четырехцилиндровый двигатель мощностью 15 л.с.

Генератор с прямым приводом и система Compete

Комплексные системы включают бойлер, рециркуляцию пара (замкнутый контур), горячую воду, дистиллятор воды, обогрев удаленных помещений и выработку электроэнергии.

Генератор: www.windbluepower.com

Привод Z Два цилиндра

Гибкий стержень, два цилиндра

Нажмите на видео ниже, чтобы увидеть пять различных двигателей в действии

Посмотрите видео ниже для солнечной паровой системы

Шестицилиндровый

Двигатель Z8

См. страницу лицензий для видео

Приведите в действие лодку, генератор, воздушный насос, водяной насос, воздуходувку, дистиллятор воды, тепловой насос, кондиционер, модели самолетов, лодок и поездов или различные устройства с любым топливом, которое будет нагревать воду, включая солнечное и геотермальное. Отработанное тепло от двигателей или производственных процессов также может использоваться для производства пара для питания этого двигателя. Поскольку он очень легкий и компактный, его можно использовать в транспортных средствах для запуска насосов на отработанном тепле; экономия энергии и топлива. Этот мощный и тихий двигатель является прорывом в использовании альтернативных источников энергии. Благодаря революционно новым запатентованным средствам преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение

«Зеленый паровой двигатель » значительно упростил поршневой двигатель.

Чертежи для сборки двухцилиндрового парового двигателя, подобного приведенному ниже, доступны для покупки.

ПЛАНЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ ДВИГАТЕЛЕЙ ОТ ТРЕХ-ШЕСТНАДЦАТИ ЦИЛИНДРОВ ДЛЯ ЛИЧНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕ ДОСТУПНЫ

Замедленная анимация, чтобы показать, как это работает. для демонстрации видео нажмите на ссылку ниже:

(примечание: насос перед маховиком для рециркуляции сконденсированного выхлопного пара)

Обычно отработанный пар конденсируется и закачивается обратно в котел для повышения эффективности. Небольшой насос на двигателе перекачивает конденсированную воду в котел для замкнутой системы.

Схемы «Сделай сам» для

этот 2-цилиндровый двигатель доступен ниже.

Самодельный двигатель в планах — 2-цилиндровая версия мощностью 10 л.с., состоящая в основном из готовых деталей

Также доступны схемы котла для вышеуказанного котла.

Чертежи котла предназначены для безопасного водотрубного котла, который может использоваться на различных видах топлива, таких как газ, древесина, пеллеты или другое биотопливо. Котел в планах легко построить из доступных материалов. Планы включают питательный насос котла, который рециркулирует воду для эффективной и экономичной работы. Котел можно масштабировать для больших или малых двигателей.

Приобретите планы двигателей сейчас за 45 долларов США и планы котлов за 35 долларов США.

Схемы котлов Электронная почта

Выступление Роберта Грина на конференции TED о замене энергосистемы.

См. другие примеры двигателей ниже

Паровые двигатели

обладают такими преимуществами, как меньшее загрязнение окружающей среды, бесшумная работа, высокий крутящий момент на низких скоростях, отсутствие требований к трансмиссии, работа на различных видах топлива (многие возобновляемые), длительный срок службы при минимальном техническом обслуживании.

Добавляя к этому списку особых преимуществ, «Зеленый паровой двигатель»

» предлагает следующие уникальные функции:

Работает при очень низком давлении пара и малом объеме (обгонная муфта при 2 фунтах на кв. дюйм),

Недорогая сборка,

Практически нулевая потребность в смазке,

Может быть собран или разобран за считанные минуты,

Чрезвычайно легкий,

Несколько движущихся частей,

Минимальные требования к котлу,

Может работать в любом положении, как электродвигатель.

Очень маленький профиль для экономии места.

Может быть сконфигурирован в соответствии с желаемой мощностью в зависимости от требований к скорости.

	Используются современные материалы и методы, ранее не применявшиеся в паровой энергетике.
	Очень универсальный и элегантно простой.

Свойства запатентованного кривошипно-шатунного механизма (называемого «передача с гибким стержнем»), изобретенного Робертом Грином, обеспечивают этому двигателю преимущество, заключающееся в том, что он устраняет типичный коленчатый вал и кулачок, которые требуют смазки и прецизионной обработки. Он также обеспечивает уникальную конфигурацию, благодаря которой цилиндры выровнены в том же направлении, что и главный вал. В результате получился компактный, легкий и тонкий двигатель, который чрезвычайно прост в изготовлении и сборке.

Поршни и клапаны работают от короткого отрезка гибкого вала. Поскольку гибкий вал зафиксирован и не может вращаться, штоки поршня и шток толкателя клапана удерживаются на месте при возвратно-поступательном движении. Цилиндры плавающие, прикрепленные к поворотному шаровому фитингу у их основания. Большая часть конструкции и веса типичного парового двигателя была устранена.

Уникальная особенность «Flex Rod Transmission» заключается в том, что она создает прерывистое движение, при котором движение клапана останавливается в открытом и закрытом положениях во время рабочего и выпускного тактов. Это дает продолжительные, полностью открытые фазы газораспределения. В дополнение поршни удерживаются неподвижно, в то время как клапан перемещается между фазами. Выходной вал продолжает вращаться, пока поршни остаются неподвижными. В результате эффективность резко возрастает. Общее трение двигателя снижено за счет небольшого количества легких движущихся частей и использования шарикоподшипников. Гибкий стержень почти не имеет трения, поскольку изгибание похоже на пружину, в которой энергия, необходимая для его изгиба, возвращается в равных количествах.

Этот двигатель может быть выполнен в различных конфигурациях и размерах. Например, размер поршня и длину хода можно изменить за пару минут. Один цилиндр может быть заменен цилиндром воздушного насоса для подачи воздуха или воды. Он может иметь один или несколько цилиндров без увеличения количества подшипников. Современные материалы и методы были применены к этой паровой машине для достижения новых результатов и доведения паровой энергии до современного уровня.

Двухцилиндровый генератор с прямым приводом

Двигатель, показанный ниже, специально разработан для работы с солнечными коллекторами или небольшим бойлером, включая бытовые скороварки. Он обеспечивает достаточную скорость, чтобы исключить ременные или зубчатые передачи, и работает при давлении пара от 10 до 50 фунтов на квадратный дюйм.

Двигатель удобно помещается в трубу для компактных конструкций.

Как видно на фотографии ниже, эта комбинация двухцилиндрового двигателя и котла производит до 500 Вт при давлении пара менее 20 фунтов. Вода в котле поддерживается автоматически, а тепло от выхлопных газов рециркулируется обратно в котел. Дистиллированная вода и горячая вода производятся как побочный продукт. Котел представляет собой модифицированную скороварку с насосом самоподпитки. Он может работать на различных видах топлива. Он чрезвычайно экономичен в строительстве и эксплуатации. Он идеально подходит для выживших, удаленного питания, оказания помощи при стихийных бедствиях и в районах, недостаточно обслуживаемых сетью. Лицензии также доступны для производства.

< > Нажмите на ссылку ниже, чтобы посмотреть видео о двигателе.

Дистиллятор/нагреватель/генератор воды, работающий от небольшого двухцилиндрового парового двигателя

Это устройство производит много галлонов дистиллированной воды в день, пока оно заряжает аккумуляторы, нагревает воду для бытовых нужд и обогревает помещения. Перегонка спирта и приготовление пищи являются дополнительными функциями этой системы. В нем используется обычная бытовая скороварка или небольшой водотрубный котел на медленно кипящем огне. Его замкнутая система рециркулирует тепло выхлопных газов и поддерживает уровень воды в котле для обеспечения высокой эффективности. Эта модель парового двигателя работает в системе при давлении пара от 2,5 до 30 фунтов на квадратный дюйм. Система масштабируется для более крупных требований. Лицензия доступна.

Внимание!

Только что опубликована новая электронная книга Роберта Грина

«Машины парового века» содержит описания и 100 прекрасных гравюр и рисунков промышленных машин и паровых двигателей конца 1800-х годов. Красиво детализированные гравюры имеют качество кадрирования и демонстрируют высшую точку технологии. Машины до OSHA раскрывают внутреннюю работу шестерен, маховиков и конструкции до того, как правила техники безопасности скроют их из виду. Эта книга также дает краткую историю эпохи пара, а также вклад и наследие, которые используются до сих пор. В последней главе рассказывается о возможном будущем технологий и их актуальности для будущих поколений паросиловых установок.

Загрузите его здесь: Steam Age Machines

Лицензии

защищены патентами на полезные технологии, патентом США № 6 647 813, поданным в 2001 г. (истек срок действия). Патент США № 8096787, поданный 08.09.2008. PCT/US2009/048038, патент Индии № 313376.

Для получения информации о получении лицензий на производство перейдите на страницу «Лицензии».

См. FAQ на странице «Лицензии»

В связи с недавним выходом на пенсию нынешнего владельца четыре патента, перечисленные выше, теперь доступны для покупки. Задайте вопрос, отправив электронное письмо или позвонив по телефону: 949 581 2529, электронная почта: mailto:[email protected]

См. страницу продуктов для приобретения патентов и технологий

Для получения дополнительной информации о лицензировании или планах приобретения отправьте электронное письмо по адресу:mailto:[email protected]

Контактная информация:

Роберт Грин (949) 581 2529

Планы для всего, в основном бесплатные

Это чертежи паровых машин всевозможных конфигураций, одни практичные для запуска, другие просто настольные демонстрационные.

Изображение	Описание	Файл Спец.	Скачать
	3 Sisters Engine: Настольный демонстрационный трехцилиндровый радиальный паровой двигатель легко изготавливается из алюминия и латуни. Минимальная механическая обработка.	10 Пг 260 КБ
	1932 Beam Engine: Маленькая модель оригинального горизонтально-балочного двигателя из журнала, изданного в 1932 году. В планах также котел.	2 страницы 1,3 МБ
	45-градусный двигатель EZee: Очень простой план небольшого одноцилиндрового парового двигателя с углом поворота 45 градусов, разработанный профессором для его студентов в качестве учебного проекта.	2 страницы 1,5 МБ
	Осциллирующий двигатель Бетта: Небольшой осциллирующий двигатель, разработанный Беттом в качестве простого демонстрационного образца.	2 страницы 217 КБ
	Составной конденсационный двигатель: Сложная, но эффективная конструкция 1902 года, которую может построить продвинутый любитель.	16 стр. 1,3 МБ
	Двигатель Danpf: Вертикальный двигатель хорошего размера. Планы на немецком языке, но их легко понять тем, у кого нет аллергии на метрические размеры.	10 Пг 416 КБ
	Дэвид Двигатель: Небольшой демонстратор, разработанный Аланом Марконетом из Hobbit Engineering. Подробные планы для первого строителя.	6 страниц 281 кБ
	Локтевой двигатель: Необычный демонстрационный двигатель, для сборки которого требуются определенные навыки, но результаты должны быть ошеломляющими.	5 стр. 281 кБ
	Четырехугольный двигатель Элмера Верберга: Элмер Верберг был плодовитым дизайнером и строителем паровых двигателей. Когда он умер, он хотел, чтобы его планы были достоянием общественности. Вот его четырехцилиндровый четырехцилиндровый двигатель.	3 страницы 493 кБ
	Лысый двигатель Элмера Верберга: Лысый двигатель Элмера — это горизонтальный двигатель, использующий шарик вместо поршня. Это устраняет одно соединение в шатуне для очень прочной конструкции.	2 страницы 310 КБ
	Лучевой двигатель Элмера Верберга: Луч Элмера — типичный старомодный лучевой двигатель — культовый паровой двигатель, простой в сборке и впечатляющий в работе.	4 страницы 433 кБ
	Редукторный двигатель Элмера Верберга: Редукторный двигатель Элмера имеет необычную конструкцию, но когда-то использовался на заводах промышленной революции. Эффективная конструкция, хотя и сложная в изготовлении.	7 стр. 1,2 МБ
	Горизонтальный двигатель Элмера Верберга: Горизонтальный двигатель Элмера представляет собой простой двигатель двойного действия, который обычно использовался на мельницах для измельчения зерна сто или более лет назад.	4 страницы 363 КБ
	Двигатель H-Twin Элмера Верберга: Горизонтальный двойной цилиндр Элмера в основном сделан из латуни, поэтому его легко обрабатывать, и он отлично выглядит.	2 страницы 285 КБ
	Открытый двухцилиндровый двигатель Элмера Верберга: Двухцилиндровый двигатель с открытой колонной Элмера представляет собой вариант двигателя с тарельчатым клапаном, первоначально разработанный в 1913.	7 страниц 956 КБ
	Радиальный двигатель Элмера Верберга: Радиальный двигатель Элмера представляет собой упрощенный 3-цилиндровый радиальный паровой двигатель с очень простым в изготовлении дисковым клапаном.	5 стр. 512 КБ
	Реверс Элмера Верберга: В реверсивном двигателе с открытой колонной Элмера используется простой клапан со срезным уплотнением для реверсирования вращения двигателя без сцепления и зубчатой передачи.	3 страницы 956 кБ
	Скотти Элмера Верберга: Двигатель Скотти Элмера включает механизм кулисного механизма для передачи линейного движения во вращательное вместо традиционного коленчатого вала.	2 страницы 301 КБ
	Слайдер Элмера Верберга: В двигателе Слайдера Элмера используется золотниковый клапан, тип которого традиционно используется на паровозах.	3 страницы 403 КБ
	Вертикальный воблер Элмера Верберга: Вертикальный воблер Элмера представляет собой двухцилиндровый перевернутый «воблер», в котором движение цилиндров автоматически приводит в действие клапаны.	2 страницы 818 кБ
	Шатающаяся пластина Элмера Верберга: В двигателе Элмера с качающейся пластиной используется стационарный цилиндр с качающейся клапанной пластиной. Очень чистый дизайн.	5 стр. 589 КБ
	Деревянный паровоз Элмера Верберга: Деревянно-балочный паровоз Элмера является данью оригинальной конструкции парового двигателя Джеймса Ватта.	8 страниц 901 КБ
	Двигатель E-Zee: Этот двигатель e-zee представляет собой чрезвычайно простую конструкцию, состоящую из изогнутой проволоки и простой алюминиевой пластины с отверстиями.	2 страницы 270 КБ
	Двигатель Hilde: Двигатель Hilde представляет собой еще одну простую конструкцию с коленчатым валом из изогнутой проволоки, золотниковым клапаном и в основном латунной конструкцией. Схемы на немецком, а инструкции на английском.	13 страниц 467 КБ
	Двигатель с горизонтальными направляющими: Этот двигатель с горизонтальными направляющими представляет собой традиционную мельницу, локомотив и паровой двигатель с боковым колесом.	19 страниц 405 КБ
	Husky 2000 Двигатель: Учебный макет демонстратора, который легко собирается и использует кулачковый привод.	6 страниц 516 КБ
	Двигатель Jepson: Jepson представляет собой двигатель с отверстием 3/4 дюйма, открытой рамой, вертикальным золотниковым клапаном 1947 года выпуска с довольно хорошо детализированными компонентами.	3 страницы 113 кБ
	Jingle Bell Двигатель: Jingle Bell представляет собой в основном алюминиевый демонстрационный образец с клапаном с качающейся пластиной.	3 страницы 455 КБ
	Kouhoupt Engine: Kouhoupt engine — модель двигателя с шагающей балкой, появившаяся в журнале, разработанном человеком по имени Rudy Kouhoupt. Он предназначен для домашнего моделиста и не требует никаких отливок.	5 стр. 1,1 МБ
	Осциллирующий двигатель с L-образной рамой: Осциллирующий двигатель с L-образной рамой представляет собой современный демонстрационный образец простой конструкции, который может легко собрать домашний любитель.	2 страницы 209 КБ
	Модель котла: Довольно хороший трактат о том, как построить модель котла с паровым двигателем для домашнего строителя.	20 стр. 551 КБ
	Модель паровой турбины: Эта модель паровой турбины представляет собой интересный демонстрационный образец, и на нее должно быть весело смотреть, но ее нельзя использовать для какой-либо работы.	12 страниц 299 КБ
	Паровые двигатели Muncaster: Это взгляд 1950-х годов на некоторые конструкции 1900-х годов Х. Манкастера. Есть подробные планы по строительству 9двигателей разных типов и сложности в этом цикле статей.	29 страниц 965 КБ
	Michael Niggel Бойлер: Небольшой паровой котел, спроектированный моим Майклом Ниггелем. Метрические планы на французском языке, но достаточно легко следовать.	29 страниц 965 КБ
	Майкл Ниггел Вертикаль: Вертикальный одноцилиндровый двигатель. Очень хорошо подробные метрические планы на французском языке.	16 страниц 229 КБ
	Michael Niggel Twin: Вертикальный двухцилиндровый двигатель. Очень хорошо подробные метрические планы на французском языке.	12 страниц 220 КБ
	4-цилиндровый двигатель Pirker: Интересная современная конструкция парового двигателя с 4-цилиндровым качающимся клапаном. Описание на немецком языке, а планы в метрической системе.	17 страниц 505 КБ
	Двигатель River Queen: Красивый морской двигатель 1950-х годов.	17 страниц 505 КБ
	Роторный двойной двигатель: Легко обрабатываемый двухцилиндровый паровой двигатель с поворотным клапаном.	5 стр. 4,4 МБ
	Простой двигатель: Простой двигатель с вертикальным роторным клапаном 1930-х годов, хотя и требуются отливки, но вы можете довольно легко заменить детали заготовки, обработанные на станке с ЧПУ. В планах бойлер.	5 стр. 993 КБ
	Небольшой горизонтальный двигатель: Небольшой горизонтальный двигатель из очень старого комплекта чертежей.	5 стр. 607 КБ
	Малый осциллятор Двигатель: Демонстрационный образец, использующий принцип колебательного движения (Воблера).	4 страницы 340 КБ
	Маленький вертикальный двигатель: Маленький вертикальный паровой двигатель очень старой конструкции. Для этого нужны отливки.	16 стр. 11,6 МБ
	Двухцилиндровый двигатель Soumard: Очень хорошо спроектированный двухцилиндровый вертикальный двигатель с золотниковыми клапанами. Планы на французском языке и метрические.	10 Пг 776 КБ
	German V Twin Engine: Красивый паровой двигатель V-Twin от немецкого дизайнера. Планы метрические и на немецком языке. Паровой Харлей кто-нибудь?	42 страницы 1,2 МБ

Паровая энергия в вашем будущем?

Скип Гебель
Выпуск № 43 • Январь/февраль 1997 г.

Если вы думаете, что пар устарел, подумайте вот о чем: почти столетие назад паровые автомобили и корабли достигли таких скоростей и эффективности, которых до сих пор трудно достичь даже с современными двигателями внутреннего сгорания.

Пар — одна из самых мощных и самых опасных форм независимой энергии. Он настолько мощный, что здесь, в Tiny Power, производителях паровых двигателей, по крайней мере раз в неделю нам звонит кто-то, кто собирается спасти мир с помощью пара. Обычно требуется всего несколько минут разговора, чтобы понять, что звонящему нужно больше узнать об основах паровой техники.

Эта статья является попыткой ответить на некоторые из многих вопросов, которые люди задают о Steam. И я думаю, что первый вопрос: может ли это спасти мир, по крайней мере, в том, что касается ваших личных потребностей в энергии? Это зависит от.

Для первоначальных инвестиций в этот наиболее трудоемкий вид домашнего электроснабжения вы, вероятно, могли бы купить дизельный генератор и 5-10 тысяч галлонов топлива без существенных изменений в вашем образе жизни. Если вы планируете сжигать древесину, вы должны знать, что газификация древесины и сжигание ее в двигателе внутреннего сгорания является очень авторитетной наукой. Это может быть более практичным приложением для вас.

Если вам нужно большое количество контролируемого тепла, скажем, для обогрева большого дома, курятника или даже печи, паровые установки превосходны тем, что отработанное тепло (выхлоп) парового двигателя даст вам чрезмерное количество тепла. БТЕ для игры.

Что такое пар?

Что такое пар? «Вода сошла с ума от жары» — хороший ответ, как и любой другой. Вода действительно превратится в пар в вакууме, если ее температура будет поддерживаться на уровне 40 градусов по Фаренгейту. И наоборот, при давлении 3200 фунтов на дюйм. на квадратный дюйм и температуре около 720 градусов, пар становится «сверхкритическим» и фактически имеет такую же плотность, как вода. Современные паровые системы работают при таком давлении, потому что пар, являющийся «сверхлучистым» газом, поглощает и отдает тепло намного быстрее, чем вода.

Только «сухой» пар производит полезную работу. Пар представляет собой сухой, прозрачный газ без вкуса. Мутное вещество, которое вы видите из чайника, на самом деле является просто водяным паром и не может быть использовано для наших нужд, потому что, если вы можете его увидеть, вся работа уже сделана.

Одна из небольших высококачественных паровых машин производства компании автора Tiny Power, Inc.

Когда вода превращается в пар, вы можете повысить температуру газа и сохранить в нем больше энергии/работы. Мы называем это «перегретым» паром, и хотя это желательное условие, оно редко используется на небольших паровых установках.

Что мы хотим делать с паром, так это извлекать из него работу. Работу лучше всего описать как движение или изменение скорости массы. Для выполнения работы требуется энергия. Сообщать энергию массе — это одно, а передавать и использовать эту энергию — совсем другое. Вода в виде пара является отличной средой для передачи энергии.

Вода – практичное, безопасное и эффективное неорганическое химическое вещество, которое легко поглощает и передает энергию. Чтобы понять, как это происходит, попробуйте мыслить разностями, т. е. разницей температур, разницей давления или, точнее, разницей объема. Когда пар переходит из одного объема в другой, совершается работа. Примером этого является опускание поршня в цилиндре, что создает дополнительное пространство или объем (расширение). Поскольку происходят объемные изменения, должны также происходить изменения температуры и давления. Это законы природы, которые вы не можете изменить. У нас есть единицы для измерения свойств массы. Как правило, давление измеряется в фунтах на квадратный дюйм, объем – в кубических футах, а температура – в градусах по Фаренгейту. (Ребята, я еще не в метрике.)

А пока позвольте представить вам британскую тепловую единицу (БТЕ). Это единица измерения в Соединенных Штатах, которая похожа на калорию в метрической системе. Это не что иное, как единица тепла. Одна БТЕ – это количество тепла, необходимое для нагревания одного фунта воды на один градус по Фаренгейту. И наоборот, если фунт воды падает на один градус, он высвобождает одну БТЕ.

При сгорании любого топлива выделяется энергия в виде тепла, и это тепло может быть измерено либо в БТЕ, либо в калориях. Мы будем использовать BTU. Примером может служить древесина дуба, которая имеет 6-11 тысяч БТЕ на фунт. Рассматривайте это как потенциальную энергию или энергию, ожидающую своего появления. При окислении (сгорании) он высвобождает энергию, и если мы производим пар с этой энергией, мы можем использовать пар для передачи этой энергии куда-то еще для выполнения полезной работы.

Паровой катер Санта-Крус II , Эхо-Лейк, Калифорния

Другими источниками БТЕ могут быть горячие источники или солнечные батареи. Помните, что мы ищем разницу температур; чем выше мы можем поднять температуру воды, тем больше работы мы можем получить из воды. К сожалению, чем меньше разница температур, тем больше должен быть объем воды. Например, один фунт пара при температуре 800 градусов совершает определенную работу; чтобы произвести тот же объем работы при 400 градусах, нужно гораздо большее количество воды.

Итак, мы берем один фунт воды с температурой от 60 до 212 градусов и потребляем 152 БТЕ. (212 – 60 = 152) Теперь добавляем еще одну БТЕ и все это превращается в пар при атмосферном давлении. Верно? Неправильный!

Поднять температуру воды легко; замена воды на пар — совсем другое дело. Чтобы изменить физическое состояние материи, требуется много энергии. Помните, здесь это не пропадает даром; скорее хранится.

Для преобразования одного фунта воды из воды с температурой 212 градусов в пар с температурой 212 градусов (все еще один фунт по весу) при атмосферном давлении требуется еще 970 БТЕ. Если мы все это вместим, как в котле, то получим перепад давления (внутри и снаружи). Этот фунт воды при температуре 212 градусов занимал всего 0,2 кубических фута. Пар при температуре 212 градусов и атмосферном давлении (или 14,7 фунта на квадратный дюйм) займет 27 кубических футов.

Теперь, если этому пару не позволяют расширяться в эти объемы, потому что он содержится, мы получаем увеличение давления. Именно это давление мы будем использовать для выполнения нашей работы.

Какой тип котла?

Контейнер, в котором мы будем делать наш пар, называется котлом. Есть в основном три типа котлов.

Жаротрубный котел. Это самая старая, самая простая и самая стабильная выработка пара. Он же и самый опасный (склонен взрываться). Поэтому больше не об этом. Забудь, нада, никак и т.д. Наклей себе на мозг эту наклейку: В галлоне воды динамитная шашка .

Водопроводная труба. Он более эффективен, безопасен, распространен, прост в сборке и т. д. По сути, конструкция включает ряд труб, которые выходят из барабана вниз и окружают камеру сгорания (топку). Затем пар отводится из верхней части барабана, где по трубе направляется по назначению. (См. рис. 1.)

Рис. 1. Водотрубный котел

Типичным примером этих типов является котел для отопления дома. Большие корабли и электростанции также используют эти конструкции. У нас есть такой на нашем 23-футовом пароходе, который работает на дровах, и он работает довольно хорошо. Позвольте мне вставить здесь, что если вы сжигаете твердое топливо (древесину или уголь), вы всегда будете присматривать за котельной . Если не можете, просто отбросьте эту идею. Если можете, будьте готовы к вечному блаженству.

Базовая компоновка показана на рисунке. Ни в коем случае не используйте эту иллюстрацию для проектирования собственного котла. Если вам пришлось учиться, читая эту статью, вы не можете, не будете и не будете строить один из них. Помните, смерть окончательна (и болезненна).

Существует множество утвержденных, сертифицированных и хорошо протестированных планов. Steam — определенно «доработанная» наука. Если вы заглянете в желтые страницы, вы найдете сертифицированных котловщиков, которые сделают работу правильно. Технически вы нарушаете закон, строя несертифицированный котел.

Однотрубные или испарительные котлы . На сегодняшний день это самый эффективный, легкий и безопасный котел. Его легко и недорого построить. Они лучше всего работают при непрерывной, устойчивой работе. Однако при небольшом запасе мощности они чувствительны к колебаниям запасов топлива и воды, не говоря уже о нагрузках. Наиболее распространенными вариантами являются портативные пароочистители. Современные мотели используют вариант в качестве водонагревателей.

Большой пароход

В основном они состоят из одного непрерывного бухта труб или труб различной конфигурации. Отсюда и название «Монотрубка». Если мы сможем обеспечить точный контроль подачи топлива/воды, то у нас будет идеальный домашний котел. Газовые и жидкие виды топлива являются идеальным видом топлива для однотрубных двигателей, поскольку их легко регулировать. И да, существуют утвержденные конструкции монотрубок, и профессионал может построить их довольно дешево.

Факты горения

Для сжигания определенного количества топлива требуется определенное количество воздуха — не больше и не меньше. Также требуется достаточное количество места для сжигания. Недостаточно воздуха, и вы получите неполное сгорание. Слишком много воздуха, и вы нагреваете воздух.

Кроме того, если мы слишком быстро встретим воздух с топливом, мы получим слишком жаркое пламя. Это плохо, потому что при температуре выше 1800 градусов азот в воздухе и некоторые другие химические вещества начинают окисляться. Мало того, что это ядовито, это еще и пустая трата энергии.

Место для горения важно, потому что слишком мало, и мы погасим пламя. Держите зажженную свечу так, чтобы пламя коснулось кубика льда, и если вы присмотритесь, то увидите невидимый слой газа, изолирующий пламя от поверхности. Этот слой представляет собой несгоревшие газы, такие как окись углерода, и возникает из-за того, что температура поверхности была ниже температуры воспламенения горючих газов. Правило таково: пламя не должно касаться металла.

Кроме того, слишком много места, и мы можем потерять наши коэффициенты излучения. Вообще говоря, котел получает 60-70% передачи энергии от лучистой энергии, а не от горячих газов.

Паровой трактор половинной шкалы

Идея состоит в том, чтобы аккуратно соединить воздух и топливо и дать им достаточно места или времени для выполнения своих задач. Существуют установленные формулы для всех этих факторов, и ваш производитель котлов будет знать, что делать, как только вы сообщите ему о своих потребностях.

Огромный крутящий момент

Теперь, когда у нас есть пар, давайте воспользуемся им. Мы извлекаем работу из пара, позволяя ему расширяться в контролируемой среде, такой как поршень в цилиндре или сопло в турбине.

Турбины хорошие, и у меня есть одна, но в домашних масштабах они очень неэффективны. Это просто вопрос физики и затрат. Я знаю, что есть много людей, которые будут спорить с этим, но если они смогут придумать эффективную домашнюю турбину и продать ее по разумной цене, я куплю ее.

Итак, мы застряли с поршневым (поршневым) двигателем. Мужаться. Они работают, они долговечны и существуют уже давно. Паровые двигатели тихие, тяжелые, долговечные и, если они современные, просты в обслуживании (в наших более крупных моделях используются герметичные шарикоподшипники).

Вы можете найти множество бывших в употреблении двигателей на старых верфях, нефтеперерабатывающих заводах, древних фабриках, шахтах и железных дорогах. Или можно купить новый.

Паровые двигатели можно сравнить с быстродействующим гидравлическим цилиндром с автоматическим клапаном. Баран соединен с кривошипом, который вращается и дает полезную работу. Важно отметить, что большинство паровых двигателей предназначены для подачи пара с обеих сторон поршня, что делает их «однотактными». Это также заставляет поршневые двигатели создавать огромный крутящий момент практически на любых оборотах. Вы можете рассчитать этот крутящий момент, взяв квадратные дюймы поршня, умножив это значение на среднее давление в цилиндре и умножив это число на длину хода, измеренную в футах, деленную на 2. Примером может быть: Одноцилиндровый двигатель имеет диаметр цилиндра 3 дюйма и ход поршня 4 дюйма, и он работает при 100 фунтах среднего цилиндра или «среднего» давления. Трехдюймовый поршень имеет приблизительно 7 квадратных дюймов (3 x 3 x 0,7854) и ход 0,33 фута. (4/12). 7 х 0,33 = 2,31. Умножьте это на давление в 100 фунтов x 2,31 = 231 и разделите это на 2, и вы получите крутящий момент в 115,5 футо-фунтов. В действительности, однако, имеет место трение и потери эффективности.

Эффективность измеряется тем, сколько пара/воды потребляет двигатель для выполнения определенного объема работы. Обычно это измеряется в фунтах пара/воды на лошадиную силу в час. На английском языке это означает, что на каждую лошадиную силу, произведенную за один час, через двигатель проходит определенное количество пара/воды.

Наш цех работает уже 18 лет и производит 4000 ватт в час. Он потребляет около 250 фунтов воды (превратившейся в пар) за один час. 750 ватт считается одной лошадиной силой, а если подсчитать потери эффективности, то получается около 47 фунтов на лошадиную силу в час (250 фунтов разделить примерно на 5,3 лошадиных силы). Иными словами, на каждую лошадиную силу, производимую двигателем, мы испаряли 47 фунтов воды в пар и пропускали его через двигатель.

Есть двигатели, которые намного эффективнее, но они стоят гораздо больше, чем вы хотите платить. Эффективность — это хорошо, но если топливо бесплатное, какая вам разница? Потому что чем меньше дров вы сжигаете, тем меньше вам приходится рубить. За 10 дней я израсходовал столько же, сколько дрова, и для меня это слишком много работы.

Все это возвращает нас к вопросу, чем пар отличается от других видов независимой энергии? Потому что, если вам нужно большое количество тепла, выхлоп двигателя даст вам именно это.

Паровые двигатели и котлы обычно наиболее эффективны при полной настройке, все клапаны открыты, полный огонь и т. д., так что это подводит нас к следующему вопросу:

Переменный ток против постоянного тока

В домашних условиях электричество является наиболее распространенным форма энергии. Таким образом, паровой двигатель/генератор оказывается наиболее практичным применением.

Генераторы бывают переменного или постоянного тока, и оба имеют свое применение. В магазине Tiny Power наша Winco мощностью 4 кВт — это переменный ток. К сожалению, переменный ток требует точного контроля скорости в виде тонкого регулятора и тяжелого маховика. Я бы посоветовал большинству людей вместо этого использовать DC. DC проще в изготовлении, управлении и, самое главное, его можно хранить. Вырабатывая электричество постоянного тока и сохраняя его, паровая система может работать на максимальной мощности в течение короткого периода времени (наиболее эффективно), а не простаивать весь день (неэффективно). Это практично, потому что вы можете заранее включить электричество, а затем заняться своими делами.

Этот пароход с типичной силовой установкой
использовался в фильме Maverick

Я управлял паровой электростанцией постоянного тока мощностью 1 кВт в качестве туристической достопримечательности здесь, в Брэнсоне, штат Миссури, какое-то время и влюбился в высокое напряжение постоянного тока. В системе работало освещение и двигатели на 120 вольт. Единственным недостатком является то, что постоянный ток сильно влияет на контакты и переключатели. Вы должны купить те дорогие выключатели и выключатели, которые рассчитаны на постоянный ток

Steam for home power

Tiny Power предлагает 13 различных моделей двигателей и аксессуаров, и мы ориентируемся в основном на любителей, таких как бывшие машинисты и пароходщики по всему миру. Однако наше сердце по-прежнему стремится к самодостаточности.

Я сам нахожусь в процессе создания еще одной компании, занимающейся использованием пара в качестве домашнего источника энергии. Я не выпущу ее на рынок, пока система не станет надежной, эффективной и доступной по цене.

На следующем рисунке показана практическая концепция системы парогенератора в домашних условиях. Это не настоящий план, и я не несу ответственности за тех, кто использует его как таковой. Для тех людей, которые думают, что они собираются использовать свою дровяную печь для производства пара, пожалуйста, сделайте следующее: включите меня в свое завещание, отправьте детей жить к бабушке, честно предупредите соседей и расплатитесь за свою собственность на берегу океана. в Аризоне.

Начнем с потребностей. Нашему дому потребуется 2400 Вт/час электроэнергии в день. Поскольку мы получаем от батареи только 75% того, что в нее вкладываем, нам нужно вложить 3200 ватт/час (2400 / 0,75 = 3200). Несмотря на то, что 750 ватт = 1 лошадиная сила, генераторы, ремни и т. д. неэффективны. Безопасная цифра — это 30% потерь, поэтому 3200 ватт при КПД 70 % = 4266 ватт (3200 / 0,70 = 4571). Округляем до 4600. Наша потребность в мощности составляет 4600 ватт/час, деленное на 750, что составляет 6,1 лошадиных сил (4600 / 750 = 6,1).

Используя 47 фунтов пара на час лошадиных сил, потребляемых нашим двигателем, мы берем 6,1 и умножаем на 47, и мы получаем 286,7 или в основном требуется 287 фунтов пара/воды.

Мы скажем, что для превращения воды в пар при нашем рабочем давлении 120 фунтов на квадратный дюйм потребуется 1200 БТЕ на фунт воды/пара. Таким образом, требуется 287 фунтов пара/воды x 1200 БТЕ = 344 400 БТЕ (287 x 1200).

Наш котел имеет КПД 70 %, поэтому 344 400 БТЕ, деленные на 70 %, дают нам цифру 49. Фактически требуется 2000 БТЕ (344 400 / 0,70 = 492 000).

Наша древесина имеет теплотворную способность 7 000 БТЕ на фунт, поэтому нам нужно 70,3 фунта древесины (492 000 / 7 000 = 70,3). Давайте распределим нагрузку на два часа, и мы увидим, что мы будем сжигать 35,2 фунта дров в час (70,3 / 2 = 35,2), или около 35 фунтов. Чтобы представить это в перспективе, это здоровенная охапка дерева.

Помните, что это цифры «реального мира», и они резко отличаются от того, что придумает какой-нибудь так называемый «образованный» тип с розовыми руками.

>Нажмите на это изображение, чтобы просмотреть полную версию страницы (111K). Используйте кнопку НАЗАД вашего браузера, чтобы вернуться на эту страницу.

Если вы будете следовать иллюстрации на рисунке 2, обратите внимание на направление потока топлива и воды. Это однотрубная конструкция, в которой будут использоваться электрические насосы и воздуходувки, что обеспечивает простоту управления.

Он будет сжигать древесный газ из «варочных котлов», которые нагревают древесину до температуры воспламенения, но лишают ее кислорода. Этот несгоревший газ затем смешивается с нагретым воздухом и сжигается в основании котла. Дымовые газы проходят по трубам воды, а затем по воздухонагревателю и выходят из выхлопной трубы.

Вода будет поступать во внешний змеевик, набирать тепло, поступать в теплообменник (пароохладитель) и в сепаратор. Пар будет выходить из верхней части сепаратора во внутренний змеевик, который действует как пароперегреватель. Чрезмерно горячий пар будет проходить через пароохладитель, высвобождая некоторое количество БТЕ в поступающую воду. Теперь «закаленный» пар направится к двигателю, где и сделает свою работу. Выхлопные газы двигателя попадают в змеевик, который находится внутри большого резервуара, и отдают оставшееся тепло воде. Сделав это, наш пар сконденсируется в воду и прокачивается через вакуумный насос, который выбрасывается в «горячий колодец». С этого момента он перекачивается обратно в котел через питательный насос высокого давления, чтобы начать все заново.

Получение образования

Я не могу не подчеркнуть важность получения образования, прежде чем начинать возиться. У крупных лесопильных заводов обычно есть силовая установка, а инженеры — люди близкие по духу, которым всегда хочется похвастаться своим «детищем». Совершите поездку по старым кораблям или нефтеперерабатывающим заводам и не бойтесь задавать вопросы. Вы получите от кого-то больше, если будете задавать вопросы, чем пытаться рассказать им то, что знаете.

Высшее образование — это посещение шоу парового клуба. Их буквально тысячи каждый год. Скорее всего, вы находитесь менее чем в часе езды от одного из них. Обязательно приводите детей. Шоу, безусловно, семейное дело. Любой магазин для хобби должен быть в состоянии сказать вам, где он находится в этом районе.

Также ознакомьтесь с различными доступными публикациями. Есть несколько журналов о паровых машинах. Все они имеют большой раздел объявлений. Мы настоятельно рекомендуем один из них под названием The Steam Show Directory, в котором перечислены более 500 паровых шоу в этой стране и Канаде.

Добро пожаловать в братство.

Для дальнейшего чтения

Live Steam
P.O. Box 629
Traverse City, MI 49685
(паровые двигатели всех видов, также в Интернете)

Model Engineer
4314 W. 238th St.
Torrance, CA

(журнал по изготовлению моделей Premier, включая игрушечные паровые двигатели)

Modeltec
P.O. Box 1226
St. Cloud, MN 56302
(Все виды рабочих моделей — паровые, газовые двигатели, двигатели горячего воздуха и т. д.)

Пароход
Rt. 1, Box 262
Middlebourne, WV 26149
(Для ценителей пароходов, все размеры, отличное чтение!)

Альбом Iron Men
P.O. Box 328
Lancaster, PA 17608
(Старые паровые тракторы и стационарные двигатели, большие объявления)

Engineers & Engineers
1118 N. Raynor Ave.
Joliet, IL 60435
(загружены старыми двигателями и оборудованием, большие объявления)

Справочник паровых и газовых выставок
P.O. Box 328
Lancaster, PA 17603
(список всех выставок в Канаде и США. Это «обязательно иметь»)

Дизайн прототипа парового двигателя 1

В конце вчерашнего сообщения в блоге мы упомянули о наших достижениях в области современного парового двигателя. . Это часть нашей краткосрочной программы развития (и часть Предложения 2011 г.) по обновлению наших Power Cubes и инфраструктуры LifeTrac до современной паровой энергии. Вчера мы встретились с Робертом Томасом, одним из тех редких людей, которые строят паровые и бензиновые двигатели для развлечения. Он построил реплику парового трактора (23 л.с.) более крупного 19-цилиндрового двигателя.Фермерский тяговый двигатель 20-х годов полностью с нуля, включая сборку парового двигателя из толстостенной трубы и нарезку шестерен:

Паровой трактор — 23 л.с. от Марчина Якубовски на Vimeo.

Мы начали сеанс проектирования. Наши вчерашние выводы заключаются в том, чтобы создать экспериментальный прототип современного парового двигателя с использованием Arduino для обеспечения электронного впрыска пара. Это аналог электронного впрыска топлива в автомобилях. Концепция выглядит так. и можете загрузить эту концептуальную схему в Dia здесь для совместной работы над дизайном:

Это одноцилиндровый прямоточный паровой двигатель с диаметром цилиндра 4 дюйма. Впускной порт представляет собой электромагнитный клапан, управляемый Arduino, с датчиком на маховике, обеспечивающим синхронизацию. Стоимость материалов не превышает 200 долларов.

Конструкция нашего экспериментального двигателя сравнима с бензиновыми двигателями начала 1900-х годов. На самом деле, мы были весьма впечатлены ими, когда увидели их на выставке пара и газа в Северо-Западном Миссури на прошлой неделе. Это простые одноцилиндровые бензиновые двигатели с водяным охлаждением и радиатором, которые запускаются только тогда, когда это необходимо, то есть на холостом ходу они запускаются каждые несколько секунд. Для тех, кто живет вне сети — это идеальное решение для газового устройства, которое может работать весь день примерно на галлоне газа. Кто-нибудь знает их более конкретные нормы расхода газа. Вот пример одного из них — в 4-секундном клипе двигатель запустился только один раз, если вы слушаете и смотрите, как двигается впускной клапан:

Удачный двигатель от Марчина Якубовски на Vimeo.

Вот базовая схема случайного совпадения:

Наша концепция значительно упрощает конструкцию. Сократите конструкцию до цилиндра с маховиком, заменив механическую синхронизирующую связь на впрыск пара, управляемый Arduino. Это не может быть проще. Люди, похоже, у нас есть рабочий дизайн двигателя, сделанный своими руками.

Нерешенные вопросы — особенно для сотрудников Arduino — это:

Датчик положения какого типа лучше всего подходит для измерения времени в данном приложении?
Какова максимальная скорость вращения, которую допускает петля обратной связи датчика Arduino?
Каковы максимальные обороты, которые допускает соленоид?

Мы стремимся к тому, чтобы паровой двигатель работал по принципу «наугад», без подачи пара при каждом ходе. Это решает проблемы с циклической скоростью электромагнитного клапана. Конфигурация «попадание и промах» — это устройство с низким числом оборотов в минуту, например, 300 оборотов в минуту на холостом ходу для красного двигателя выше.

Мы уже показывали вам подобную концепцию в прошлогоднем блоге — на прошлогоднем собрании Американского автомобильного клуба Steam. Это был паровой велосипед с электронным впрыском пара через гидравлические соленоиды:

Паровые мотоциклы — часть 6 от Марчина Якубовски на Vimeo.

Паровой велосипед, показанный выше, работал со скоростью 800 об/мин, и были проблемы с соленоидом. Разработчик использовал гидравлический соленоид, адаптированный для использования с паром, но упомянул, что он ожидает проблем со сроком службы соленоида из-за его конструкции для работы при более низких температурах.

Проблемы с водной коррозией и высокой температурой могут быть легко решены с помощью внешнего соленоида, соединенного с соответствующим паровым клапаном, таким как поршневой или даже тарельчатый клапан. Мы хотели бы получить предложения о том, какой соленоид лучше всего использовать для этой цели, поскольку мы еще не изучали доступность соленоида. Все, что мы знаем, это то, что время цикла для соленоидов составляет порядка 50 мс, что вполне приемлемо для простого парового двигателя с электронным управлением, работающего в режиме «на месте».