Паровой двигатель своими руками как сделать: STEAM ENGINE 21 столетия. ПАРОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ СВОИМИ РУКАМИ

Модель парового двигателя — tavika.ru

Этим постом я открываю небольшую серию сообщений, получившуюся в ходе нашей с Витей подготовки доклада для городского конкурса исследовательских работ и проектов “Шаг в науку”, проводящемся в МАН (Малой Академии Наук школьников).

В прошлом году Витя на этом конкурсе, а потом и на областном, и даже на всеукраинском занимал первые и вторые места с докладом “Исследование конструктивных особенностей и технических характеристик космических кораблей и ракет-носителей”  в секции “Астрономия”. А еще раньше, в четвертом классе, Витин доклад в секции “Биология” о вкусовой карте языка занял третье место в двух городских конкурсах.

Поэтому в этом году мы были просто обязаны придумать еще что-нибудь не хуже:) Сейчас Витя решил делать доклад по физике. В этот раз он называется совсем просто  – “Сила воды”. Про использование воды как источника для получения энергии.  На днях Витя прошел пробный просмотр в школе, выступил, показал опыт. Учителя его хвалили. Надеюсь, и в МАН все будет хорошо.

Кроме написания теории (которая, увы, по прежнему висит только на мне, Витя тут не помощник), мы решили сделать и показать две модели двигателей, демонстрирующих способы получения энергии из воды: паровой турбины и водяной ракеты.
Делать модели – это для Вити 🙂 Конечно, не обошлось без помощи Антона, но с каждым разом Витя все больше понимает в этом деле сам. А уж компьютерную презентацию потом делать и схемы рисовать – это Витя может уже лучше нас:)

Сегодня я напишу о первой модели для доклада – модели паровой турбины (вторая модель здесь).

Звучит важно. На самом деле  – забавная штучка.

Вот видео работы нашей паровой турбины (39 секунд).

Катя все спрашивала: “А когда она полетит?” Видимо, ей колесо напоминало винт от вертолета. Да и мне эта штука напоминает космический корабль из кинофильма “Кин-дза-дза”. Пепелац 🙂

Принцип работы паровой турбины практически такой же как у чайника – из-за горения топлива в топке вода в резервуаре закипает, образуется пар, который под давлением вырывается через узенькую трубочку и крутит колесо укрепленной над трубочкой турбины. Энергию вращения турбины можно использовать для получения электричества. Именно так и делают на различного рода электростанциях – тепловых, геотермальных, ядерных. С помощью паровых турбин получается 86% электроэнергии в мире!

Дальше мастер-класс по созданию парового двигателя:)

Для паровой турбины нам понадобится:

• 2 жестяных банки (у нас они были от сгущенки). Одна из них обязательно должна быть еще не открытая, потому что мы будем открывать ее особым способом!
• Тонкая трубка или стальной стержень, в котором надо будет просверлить отверстие.
• Гайка, шуруп, длинный гвоздь, 2 пластмассовых дюбеля 
• Сухой спирт, вода.

Сначала рисуем эскиз. Примерно так:

Когда все детали продуманы, приступаем к изготовлению.
Самый интересный этап: берем целую банку, и в ее крышке пробиваем два диаметрально противоположных отверстия. Через них надо будет вылить содержимое банки. Так как у нас там была сгущенка, Витя очень быстро справился с заданием опустошить банку 🙂  Банку моем. Наш резервуар для воды готов.

Вторую банку можно открывать как обычно, мы все равно будем разрезать ее пополам. Из нижней половины будем делать топку.  Ножницами по металлу прорезаем отверстие для того, чтобы класть туда топливо. По окружности шилом делаем ряд отверстий, чтобы улучшить доступ кислорода (мы сначала не сделали, и огонь плохо разгорался).

Из оставшихся от второй банки кусков жести надо вырезать колесо-крыльчатку для турбины и ушки-держалки для него. Этим занялся Витя.

После этого все детали нужно припаять к резервуару. Тут уж Антон Вите помог.
Сначала по окружности к дну резервуара надо припаять топку.

С помощью тонкого сверлышка Антон сверлит отверстие в металлическом стержне. А потом припаивает все детали модели.

Затем, к верху резервуара нужно припаять сверху на одно отверстие гайку. Это будет отверстие для наливания воды. Мы его будем закручивать шурупом, чтобы пар выходил только через второе отверстие.
А на второе отверстие нужно припаять узкую трубочку и ушки для установки турбины

С помощью длинного гвоздя устанавливаем турбину на место. Чтобы во время вращения она не съезжала, мы ее зафиксировали кусочками пластикового дюбеля.

Все готово, можно наливать воду (не очень много, примерно 1/3 банки, чтобы закипала скорее), закручивать шуруп, класть в топку сухой спирт и поджигать. Как только вода закипит (где-то минут 3-5), пойдет пар и колесико закрутится.

Мы не делали ничего, чтобы гасить огонь – таблетки сухого спирта как раз хватает на то, чтобы налюбоваться вращением. Только будьте осторожны – помните, что в банке кипящая вода, а снизу открытый огонь! Используйте прихватки и подставку для горячего из невоспламеняющихся материалов.

А тут можно посмотреть еще всякие научно-технические самоделки, которые делал Витя сам или с помощью Антона: Макет космического аппарата,  Пищалка, Модель электрического мотора, Фонарик-пчелка, Прибор для проверки твердости руки, Радистский (телеграфный) ключ, Робот-мышь, Робот-паук, Водяная ракета, Светофор,  Перископ.

Другие исследовательские проекты, которые делали мои дети для конкурсов Малой академии наук тут:
Витя: “Исследование астероидов” (8 класс), “Сила воды” (7 класс), “Исследование конструктивных особенностей и технических характеристик космических кораблей и ракет-носителей” (6 класс), “Вкусовая карта языка” (4 класс),

Катя: “Изучение дождевого червя” (1 класс), “Интеллект хомяка” (2 класс), “Реконструкция моря мелового периода” (3 класс), “Караларский природный парк” (4 класс), “Наблюдение метеорного потока Геминиды” (4 класс), “Каменная карта звездного неба” (8 класс)

Паровик | Max Journal

Полный отчет об изготовлении простенького парового двигателя. Делал в основном из любопытства: одно дело теоретически знать, как там все работает, совсем другое — решить инженерную задачу изготовления паровика из всякого хлама.

Немного теории

Базовые принципы изготовления паровика изложены в книге Абрамова «Самодельные электрические и паровые двигатели». Идея использовать сантехническую арматуру взята из статьи «Паровой двигатель без станков и инструментов». Кое-что почерпнул из обсуждения «Паровой двигатель своими руками из дверных замков».

Принцип действия парового двигателя. Пар из котла подается в трубку золотника 1. В этой трубке ходит поршенек 2. В том положении золотника, который изображен на левом рисунке, пар проходит по трубке 4 в цилиндр 5 и толкает поршень 6. Шатун 7 толкает кривошип 8 вала 9. Вал с маховиком 10 проворачивается и второй кривошип 11 толкает тягу 12. Тяга закрывает золотник, перекрывая подачу пара из котла и стравливая давление в цилиндре. За счет маховика вращение вала не останавливается и продолжается движение до следующего цикла.

На схеме: 1. Трубка от золотника к паровому котлу. 2. Поршень золотника. 4. Трубка, соединяющая золотник и рабочий цилиндр. 5. Рабочий цилиндр. 6. Поршень рабочего цилиндра. 7. Шток поршня рабочего цилиндра. 8. Кривошип вала. 9. Вал. 10. Маховик. 11. Второй кривошип. 12. Шток поршня золотника.

Закупаемся

Все детальки были в наличии дома или докупались по мере необходимости в близлежащих магазинах.

Из сантехнического магазина: полудюймовый сгон на 75 мм, тройник, 2 штуцера на 7 мм и 4 штуцера на 9 мм, 4 полудюймовых муфты, стандартный крепеж для полипропиленовых труб — 4 шт.

Лирическое отступление: можно прийти в магазин сантехники и с интеллигентным видом попросить аэратор с внешней резьбой. А можно х…ю, которая в кран вворачивается. В первом случае продавец выдаст вам желаемое после секундного замешательства, во втором сразу. Так вот, сгон – это трубка; штуцер – фигня, чтоб шланг нацепить; муфта — фигня, чтоб две трубки сцепить.

Из магазина метизов: болты, гайки, гроверные шайбы и просто шайбы на 4 и 5 мм, россыпью, без счета. Отдельно длинная шпилька на 4 мм. Крепеж – 2 оцинкованных уголка на 75 x 75 мм, по 2 пластины на 80 и 100 мм. И еще 6 уголков на 15 x 15 мм. И еще нужен шланг на 8 мм, около 1 метра, чтоб с запасом.

Из спортивного магазина – хоккейная шайба.

Мастерим

Из штуцеров на 7 мм делаем головки цилиндров. Спиливаем лишнее, при желании еще можно рассверлить отверстие до 5 мм. Если оставить на 4 мм, то иногда закусывает шток поршня.

Шток поршня делается из 70 мм болта М4. Сам поршень состоит из двух гаек, между которыми плотно накручена ФУМ лента. На другом конце – крепление для шатуна, в моем случае – уголок 15 x 15 мм. Посередине – головка цилиндра. После сбора поршень надо притереть в цилиндре. В последствии поршень смазывал перед каждым запуском литолом.

Лирическое отступление. Самые большие проблемы в двигателе с поршнями – от качества их сборки зависит КПД. Но сделать вручную с минимальными допусками – чтоб поршень ходил легко и не было зазоров – очень сложно. Поршни переделывал несколько раз. В какой-то мере проблему решает смазка – она немного герметизирует и облегчает ход поршня.

Золотник нужен для управления потоком пара. Делаем его из тройника, на который с одной стороны через муфту прикручен поршень, с другой – 9 мм штуцер посаженый на ФУМ ленту. Сверху потом надо будет добавить еще один штуцер.

Поршень рабочего цилиндра делается из шпильки М4 длиной 75 мм. Технология изготовления аналогична поршню для золотника.

Рабочий цилиндр выполняет основную работу. Собирается из 75 мм сгона, 2 муфт, поршня и штуцера на 9 мм.

Лирическое отступление. Последующие испытания показали, что рабочий цилиндр слишком велик, и для его работы требуется весьма внушительный котел. Для более эффективной работы надо уменьшать ход поршня или сам цилиндр. Лучше сразу делать маленький высокооборотистый двигатель.

Золотник и рабочий цилиндр в сборе.

Шатуны нужны для преобразования поступательного движения во вращательное. Изготавливаются из 75 мм болтов М4, на концах – 15 мм уголки.

Кривошипно-шатунный механизм в сборе. Плечи кривошипа делаются из оцинкованных пластин, которые скрепляются между собой 40 мм М5 болтом. На кривошип сажается шатун, шатун крепиться к поршню. Изначально ход поршня планировался 70 мм, ход золотника 40 мм (это удвоенное расстояние между отверстиями в пластине или удвоенное плечо кривошипа). Потом, в процессе доработки стало 46 мм и 20 мм соответственно.

Половинка коленчатого вала. По сути сам вал – это два болта. Один болт, коротенький, 30 мм М5, второй длинный – 60 мм М5. На длинном потом будет висеть маховик. К болтам, под углом 90 градусов, крепятся кривошипы.

Сборка основания коленчатого вала. Вал висит на оцинкованных 75 мм уголках. Уголки крепятся к куску 14 мм фанеры.

Чтобы поршни были в одной плоскости с валом, монтируем на основании площадку из фанеры высотой 28 мм. На площадку ставим рабочий цилиндр и золотник. Выравниваем их положение, чтобы добиться оптимального хода поршней.

На золотник наворачиваем штуцер на 9 мм. Соединяем шлангом рабочий цилиндр и золотник. Все крепим, тестируем, переделываем. И еще раз, и еще…

Испытания двигателя

Не стоит надеяться, что эта фигня сразу заработает. Поэтому берем автомобильный компрессор, которым колеса накачивают, и подсоединяем его шлангом к золотнику, вместо котла. Компрессор легко обеспечивает рабочие давление в пару атмосфер, а мы вылавливаем ошибки конструкции.

Лирическое отступление, как происходят испытания. Собираем установку, включаем компрессор, двигатель делает ПФФФФФФ. Ага, поршни травят воздух – переделаем. Разбираем-правим-собираем. Снова включаем компрессор, двигатель делает ХРЯСЬ. Ага, закусывает шток поршня – расточим головку цилиндра. Разбираем-делаем-собираем, снова включаем компрессор…

В результате получаем работающий от компрессора двигатель:

Хоккейная шайба не потянула на маховик, пришлось вешать дополнительный противовес в виде накидного ключа на 14.

Работа от пара

Паровая машина с котлом. Котел собрал из уголка, бочки и муфты на 32. С торцов две закрытые заглушки. Сверху заглушка с внутренней резьбой на полдюйма.

До постройки модели был наивно уверен, что главная часть паровой машины – двигатель. По факту оказалось, что наиболее важен котел. Мои заблуждения были настолько глубоки, что поначалу попробовал запустить котел от 2 свечей. Ага, щас, за полчаса вода даже не начала закипать.

В результате котел грел на газе. С момента поджига рабочее давление достигается минуты через пять. Пара вырабатываемого котлом хватает примерно на 10 секунд работы двигателя, потом опять надо примерно 30 сек. набирать давление. Двигатель можно запускать в течении двух-трех минут, потом давление пара резко падает. До полного выкипания воды в котле проходит где-то 10 минут.

Все это безобразие мгновенно нагревается, пар получается непривычно горячим (если что — в кипящем чайнике пар относительно холодный), обжечься элементарно, ничего касаться нельзя. Из-за агрессивной среды оцинкованные болты окисляются чуть ли не на глазах.

02.07.2013

вк
steam
diy

Паровой двигатель, построенный с помощью ручных инструментов

Факел освещает путь

Что ж, наконец, я сломался и купил один из тех бутановых паяльников/паяльников размером с карандаш. Его цельнометаллическая конструкция и цена менее 20 долларов сделали его неотразимым. Эй, я всегда могу иметь при себе паяльник на случай, если возникнут какие-либо электронные чрезвычайные ситуации. Поэтому я заполнил форму заказа и стал ждать посылки. Когда он прибыл, это было прекрасно. Это крошечное и точное пламя паяльной лампы… Ах, но что с ним делать. Ситуация требовала какого-то небольшого интенсивного проекта с паяльной лампой. Гум. Я решил сделать двигатель героя. Я сделал один в начальной школе из консервной банки и нескольких кусков резинового шланга. Все это висело на гусенице и питалось от свечи. Даже на полном ходу его тяга была почти незаметна. Теперь у меня был шанс сделать то, что действительно может работать.

Я купил несколько кусков латунных трубок в художественном магазине и начал спаивать четырехструйный двигатель героя. Во время работы над этим я случайно упомянул об этом своему знакомому. Он сказал, что построил небольшую поршневую паровую машину двойного действия, и нарисовал небольшую диаграмму основного принципа на ближайшем конверте. Я был очарован. Я представлял себе создание чего-то, что будет трещать по ходу работы. Ух ты. Поэтому я отложил двигатель героя на второй план и (с конвертом в руке) решил построить свой собственный паровой двигатель.

Итак, я отправился в путь, имея только ручную дрель, ножовку и несколько напильников.

Я сделал золотниковые клапаны, шатуны и главный цилиндр из латунных труб из художественного магазина. Большой проблемой было найти подходящую головку поршня. Он должен точно входить в цилиндр. В художественном магазине были латунные трубки, достаточно большие, чтобы образовать цилиндр, но они не содержали каждый шаг увеличения размера, поэтому я не мог построить поршень, просто вложив трубки последовательных размеров и спаяв их в единую массу. Поэтому я провел много времени, прочесывая хозяйственные магазины в поисках латунного фитинга с правой стороны. Мне попался фланец, который был очень близко, поэтому я его отрезал и припаял к стержню главного привода. Затем я вставил его в имевшуюся у меня ручную дрель и (удерживая дрель ногами) сумел повернуть фланец и зажать его ворсовой ватой до нужного диаметра. (И люди удивляются, почему я в конце концов пошел и купил маленький токарный станок. 🙂

На фестивале радиолюбителей я нашел маховик в виде большой латунной шестерни, которая когда-то была частью старого радиоприемника. Я сделал (как я позже узнал, это называлось) вертикальный жаротрубный котел, припаяв латунный лист и трубку серебром. Первоначально я брал пар из верхней части котла, но из-за долгого прохождения по довольно тонкой трубке большая его часть конденсировалась в котле, поэтому я провел трубу вниз через кипящую воду через дно котла. и обратно через пламя, чтобы дать ему дополнительный импульс тепла, прежде чем отправиться в паровую машину. По-видимому, настоящие паровые котлы иногда имеют подобный элемент, называемый пароперегревателем. Я также изолировал сам котел для большей эффективности, и теперь мой паровой двигатель работает на двух маленьких спиртовых факелах. (Или я могу запустить его, дуя в него.) Удивительно, что можно собрать с помощью нескольких ручных инструментов. У меня есть очень ранний фильм о паровой машине в действии, а также более поздние изображения. Живой пар — это веселое хобби, и есть несколько страниц, посвященных именно этой теме.

Исходная страница в интернет-архиве

Извините за ужасное качество видео, оно было снято на Apple Quick Take, и я только сейчас преобразовал его в GIF. Я построил эту штуку в начале 1990-х годов, так что вы будете поражены тем, что на нее вообще есть какая-либо документация. Похоже, я изначально создал веб-страницу для этого в 2006 году.0001

Добро пожаловать в

Steam Traction World – дом качественных моделей с паровой тягой.

Мы производим превосходный ассортимент полностью обработанных крупномасштабных моделей в виде наборов, готовых для окончательной сборки, покраски и добавления ваших личных штрихов, чтобы «сделать их своими». У всех нас есть фиксированное количество времени. Наша цель — предоставить вам продукт, на создание которого с нуля ушли бы годы. Другими словами, мы продаем время. Время, которое позволит вам повеселиться со своим продуктом, а не тратить тысячи часов в мастерской с вероятностью того, что вы никогда не увидите завершенный проект.