Чертежи и схемы парового двигателя

Альтернативная и малая энергетика на паровом двигателе

NEW BUSINESS THEME

Свежие записи

• Привет, мир!

Свежие комментарии

Архивы

• Февраль 2016

Рубрики

• Без рубрики

• Войти
• Лента записей
• Лента комментариев
• WordPress.org

Паровой двигатель в малой энергетике

ПАРОВОЙ РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ и ПАРОВОЙ АКСИАЛЬНО- ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Паровой роторный двигатель (паровая машина роторного типа) является уникальной силовой машиной, развитие производства которой до настоящего времени не получило должного развития.

С одной стороны- разнообразные конструкции роторных двигателей существовали ещё в последней трети 19-го века и даже неплохо работали, в том числе и для привода динамо-машин с целью выработки электрической энергии и электроснабжения всяких объектов. Но качество и точность изготовления таких паровых двигателей (паровых машин) было весьма примитивным, поэтому они имели малый КПД и невысокую мощность. С тех пор малые паровые машины ушли в прошлое, но вместе с действительно малоэффективными и бесперспективными поршневыми паровыми машинами в прошлое ушли и имеющие хорошую перспективу паровые роторные двигатели.

Главная причина- на уровне технологий конца 19-го века сделать действительно качественный, мощный и долговечный роторный двигатель не представлялось возможным.
Поэтому из всего многообразия паровых двигателей и паровых машин до нашего времени благополучно и активно дожили лишь паровые турбины огромной мощности (от 20 мВт и выше), на которых сегодня осуществляется около 75% выработки электроэнергии в нашей стране. Еще паровые турбины большой мощности дают энергию от атомных реакторов в боевых подводных лодках-ракетоносцах и на больших арктических ледоколах. Но это все огромные машины. Паровые турбины резко теряют всю свою эффективность при уменьшении их размеров.

…. Именно поэтому силовых паровых машин и паровых двигателей мощности ниже 2000 — 1500 кВт (2 — 1,5 мВт), которые бы эффективно работали на паре, получаемом от сжигания дешевого твердого топлива и различных бесплатных горючих отходов, сейчас в мире нет.
Вот в этой –то пустой сегодня области техники (и абсолютно голой, но очень нуждающейся в товарном предложении коммерческой нише), в этой рыночной нише силовых машин небольшой мощности, могут и должны занять своё очень достойное место паровые роторные двигатели. И потребность в них только в нашей стране — на десятки и десятки тысяч… Особенно такие малые и средние по мощности силовые машины для автономное электрогенерации и независимого электроснабжения нуждаются малые и средние предприятия в отдаленных от больших городов и крупных электростанций местностях: — на малых лесопилках, отдаленных приисках, на полевых станах и лесных делянках, и пр. и др.
…..

..
Давайте рассмотрим показатели, из-за которых паровые роторные двигатели оказываются лучше, чем их ближайшие сородичи — паровые машины в образе поршневых паровых двигателей и паровых турбин.
… — 1) Роторные двигатели являются силовыми машинами объемного расширения – как поршневые двигатели. Т.е. они обладают небольшим потреблением пара на единицу мощности, потому что пар подается в их рабочие полости время от времени, и строго дозированными порциями, а не постоянным обильным потоком, как в паровых турбинах. Именно поэтому паровые роторные двигатели гораздо экономичнее паровых турбин на единицу выдаваемой мощности.
— 2) Роторные паровые двигатели имеют плечо приложения действующих газовых сил (плечо крутящего момента) значительно (в разы) больше, чем поршневые паровые двигатели. Поэтому развиваемая ими мощность гораздо выше, чем у паровых поршневых машин.
— 3) Паровые роторные двигатели имеют гораздо большее рабочий ход, чем поршневые паровые двигатели, т.е. имеют возможность переводить большую часть внутренней энергии пара в полезную работу.
— 4) Паровые роторные двигатели могут эффективно работать на насыщенном (влажном) паре, без затруднений допускать конденсацию значительной части пара с переходом её в воду прямо в рабочих секциях парового роторного двигателя. Это так же повышает КПД работы паросиловой установки с использованием парового роторного двигателя.
— 5 ) Паровые роторные двигатели работают на оборотах в 2-3 тыс. оборотов в минуту, что является оптимальной частотой вращения для выработки электричества, в отличие от слишком тихоходных поршневых двигателей (200-600 оборотов в минуту) традиционных паровых машин паровозного типа, или от слишком быстроходных турбин (10-20 тыс. оборотов в минуту).

При этом технологически паровые роторные двигатели относительно просты в изготовлении, что делает затраты на их изготовление относительно невысокими. В отличие от крайне дорогостоящих в производстве паровых турбин.

ИТАК, КРАТКИЙ ИТОГ ЭТОЙ СТАТЬИ — паровой роторный двигатель является весьма эффективной паровой силовой машиной для преобразования давления пара от тепла сгорающего твердого топлива и горючих отходов в механическую мощность и в электрическую энергию.

Автором настоящего сайта, уже получены более 5 патентов на изобретения по разным аспектам конструкций паровых роторных двигателей. А так же произведено некоторое количество небольших роторных двигателей мощностью от 3 до 7 кВт. Сейчас идет проектирование паровых роторных двигателей мощностью от 100 до 200 кВт.
Но у роторных двигателей есть «родовой недостаток» — сложная система уплотнений, которые для маленьких по размерам двигателей оказываются слишком сложными, миниатюрными и дорогими в изготовлении.

В 2016-18 гг я сделал и испытал несколько моделей поршневых опозитных и аксиально поршневых моторов.. Данные компоновки представлялись наиболее энерго — производительной по мощности вариацией из всех возможных схем применения поршневой системы. Внизу размещено видео использования маленького аксиально-поршневого оппозитного двигателя с встречным движением поршней.

Но по итогам работы сделан вывод- что общий итог работы с поршневыми двигателями- неудовлетворителен. Почему такой вывод-для этого нужно писать целую большую почти научную работу, с материалами на несколько кандидатский диссертаций…. Главное- что поршневые двигатели не могут работать без смазки. А настоящий паровой двигатель (как паровая турбина) должен работать без смазки. Ибо при температуре перегретого пара в 350-380 град- любая смазка тут же обуглится. И такой плохой результат был получен на материалах высокого качества — так пара трения «поршень- цилиндр» — подвергнута ионно -плазменному азотированию в вакуумной среде и твердость поверхностей трения составляет 62-64 ед по HRC. Подробно о процессе упрочения поверхности методом азотирования смотри ТУТ.

http://www.youtube.com/watch?v=W0wolj41ods
Вот анимация принципа работы похожего по компоновке такого аксиально- поршневого оппозитного двигателя с встречным движением поршней

Первые пуски малого парового роторного двигателя

….. Многие посетители моего сайта спрашивают — а каково потребление твердого топлива в таких малых паро-силовых установках а единицу мощности?
…. Отвечаю — на угле на 1 квт-час выработки электричества идет расход примерно 1,2 — 1,3 кг угля, или 1,6 — 2 кг дров, щепы, опила — в зависимости от их влажности.

. МАТЕРИАЛЫ — МАЙ 2020 г.

Видео ролик с работой парового роторного двигателя.
https://www.youtube.com/watch?v=bFi8CgLLfok

На моем небольшом предприятии в Краснодаре налажено штучное производство под заказ малых паро -силовых установок с роторным двигателем мощностью от 1 до 5 квт. В перспективе можно делать установки до 30 квт мощности.

Заказы присылайте на почту igg-iss@yandex.ru
либо связь по Скайп iggiss2

Вот пример такой малой установки

Кому интересны подробности работы малой паро-силовой техники — смотрите тут:
маневры котлом и работа двигателя в разных режимах:

БЛИЖАЙШАЯ ПЕРСПЕКТИВА

Так же- ближайшая перспектива: сейчас разрабатывается микро установка на 0,25 квт.
Для пеших туристов, геологов, охотников, военных и проч. Она будет переносится в 2-х рюкзаках за спиной. Кипятильник- котел будет раскладываться над костром. Вся система делается из дюрали с поверхностным керамическим покрытием. Вся установка весом примерно 15 -16 кг. Плюс вес небольшого аккумулятора — 2 кг.
Установка будет делиться на 2 части и переносится в 2-х рюкзаках. Время сборки до запуска примерно 7- 8 минут. Время запуска от установки над костром до пуска генератора- 2- 3 минуты. Стремлюсь получить по вес 5 —6.5 кг одно место. Мощность электрогенератора 0,25- 0.4 квт.

Первые испытания натурного макета такой установки показали реальность создания такого изделия.

Приходит много писем — сколько стоят такие малые паросиловые установки с электрогенераторами.

Отвечаю: самая дешевая мобильная походно- туристическая установка мощностью по электричеству 0,4 — 0,5квт стоит 80 тыс руб ( с выхлопом водяного пара в воздух).

Самая дорогая и мощная установка на 18 квт (двухконтурная на легкокипящей жидкости) — стоит от 470 до 650 тыс. рублей.

Срок изготовления больших установок- 3-4 месяца от предоплаты.
Малые установки могут быть в наличии.

Адрес электронной почты для связи: i gg-iss@yandex.ru
Ник в мессенджере Telegram: Igor Iss

Следующая страница — «Паровые Машины Прошлого».

Перейти – страница о «Твердом Топливе»

АВТОМОБИЛЕМ ДВИЖЕТ… ПАР

В те годы, когда автомобиль только зарождался, двигатель внутреннего сгорания лежал лишь на одном из направлений конструкторской мысли. С автомобилем, где использовались двигатели такою рода, успешно конкурировали паровые и электрические. Паровой автомобиль француза Луи Серполле даже установил в 1902 году рекорд скорости. И в последующие годы — безраздельного господства бензиновых двигателей — находились отдельные энтузиасты пара, которые никак не могли примириться с тем, что этот вид энергии вытеснен с шоссейных дорог. Американцы братья Стенлей строили паровые автомобили с 1897 до 1927 года. Их машины были вполне совершенны, но несколько громоздки. Другая родственная пара, тоже американская — братья Добл, — продержалась несколько дольше. Неравную борьбу они закончили в 1932 году, создав несколько десятков паровых автомобилей. Одна из таких машин эксплуатируется до сих пор, не подвергаясь почти никаким изменениям. Установлен лишь новый котел и форсунка, работающая на дизельном топливе. Давление пара достигает 91,4 атм. при температуре 400° С. Максимальная скорость автомобиля весьма высока — около 200 км/ч. Но самое замечательное — возможность при трогании с места развить огромный крутящий момент. Этим свойством паровой машины двигатели внутреннего сгорания не обладают, и потому в свое время так трудно было внедрить дизель на локомотивы. Автомобиль братьев Добл прямо с места переезжал через положенный под колеса брусок размером 30×30 см. Еще одно любопытное свойство: задним ходом он взбирается на холм быстрее, чем обычные машины передним. Отработанный пар используется лишь для вращения вентилятора и генератора, заряжающего аккумуляторную батарею. Но эта машина так и осталась бы курьезом, претендентом на место в музее истории техники, если бы взоры конструкторов в наши дни не обратились вновь к старым идеям — электромобилю и пару — под влиянием опасности, которую представляет загрязнение атмосферы.

Что с этой точки зрения привлекает в паровом автомобиле? Исключительно важное свойство — очень малое выделение с продуктами сгорания вредных веществ. Происходит это потому, что топливо сгорает не вспышками, как в бензиновом двигателе, а непрерывно, процесс горения идет стабильно, время сгорания гораздо больше.

Открытия в этом как будто бы вовсе нет — различие между паровым двигателем и двигателем внутреннего сгорания лежит в самом принципе их работы. Почему же паровые автомобили не выдержали конкуренции с бензиновыми? Потому что у двигателей их есть ряд серьезных недостатков.

Первое — известный факт: шоферов-любителей сколько угодно, машинистов же любителей пока нет ни одного. В этой области человеческой деятельности заняты исключительно профессионалы. Самое главное заключается в том, что шофер-любитель, садясь за руль, рискует только жизнью своей и тех, кто ему добровольно доверился; машинист же — тысячами других. Но важно еще и другое: для обслуживания парового двигателя требуется более высокая квалификация, нежели для обслуживания бензинового. Ошибка приводит к серьезным поломкам и даже взрыву котла.

Второе. Кто не видал паровоза, мчащегося в белом облаке по рельсам? Облако — это пар, выпускаемый в атмосферу. Паровоз — могучая машина, на ней хватит места и для большого котла с водой. А на автомобиле не хватает. И это одна из причин отказа от паровых двигателей.

Третье же и самое главное — это низкий к. п. д. паровой машины. Недаром в индустриально развитых странах все паровозы на магистралях стараются заменить теперь тепло- и электровозами, недаром неэкономичность паровоза вошла даже в поговорку. 8% — ну что это за к. п. д.! Для повышения его нужно увеличить температуру и давление пара. Чтобы к. п. д. парового двигателя мощностью от 150 л. с. и выше равнялся 30%, должно поддерживаться рабочее давление в 210 кг/см 2 , для чего требуется температура в 370°. Технически это осуществимо, но вообще-то крайне опасно, потому что даже небольшая утечка пара в двигателе или котле может привести в катастрофе. А от высокого давления до взрыва — дистанция совсем небольшая.

Рис. 1. Вот внешний вид этой машины. Огромный конденсатор вместо радиатора.

Это — главные трудности. Есть и более мелкие (хотя надо оговориться, что в технике мелочей не бывает). Сложно смазывать цилиндры, ибо масло образует эмульсию с горячей водой, попадает в трубы котла, где откладывается на стенках. Это ухудшает теплопроводность и вызывает сильный местный перегрев. Другая «мелочь» — затрудненный по сравнению с обычным пуск парового двигателя.

И тем не менее конструкторы взялись за очень старое и абсолютно новое для них дело. Две удивительные по своему устройству машины вышли на улицы американских городов. Внешне они не отличались от обычных машин, одна даже обтекаемостью форм напоминала спортивную. Это были паровые автомобили. Оба они трогались с места менее чем через 30 сек. после включения двигателя и развивали скорость до 160 км/ч, работали на любом горючем, в том числе и керосине, и на 800 километров пробега расходовали 10 галлонов воды.

В 1966 году фирма «Форд» испытала четырехтактный высокооборотный паровой двигатель для автомобиля рабочим объемом 800 см 3 . Испытания показали, что в выхлопных газах содержится всего лишь 20 частиц углеводорода на 1 млн. (предписаниями сенатской комиссии по борьбе с загрязнениями воздуха допускается 27 частиц), окиси углерода содержалось 0,05% общей массы выхлопных газов, что в 30 раз меньше допустимого количества.

Экспериментальный паровой автомобиль, сделанный фирмой «Дженерал моторс», под индексом Е-101 демонстрировался на выставке автомобилей с необычными двигателями. Внешне он не отличался от той машины, на базе которой был создан — «понтиак», — но двигатель вместе с котлом, конденсатором и прочими агрегатами паровой системы весил на 204 кг больше. Водитель садился на свое место, поворачивал ключ и ждал 30—45 сек., пока не загорится лампочка. Это означало, что давление пара достигло нужной величины и можно ехать. Столь короткий промежуток времени можно расчленить на такие этапы.

Котел заполнился — включается топливный насос, топливо поступает в камеру сгорания, смешивается с воздухом.

Температура и давление пара достигли нужного уровня, пар идет в цилиндры. Двигатель работает на холостом ходу.

Водитель нажимает на педаль; количество пара, идущего в двигатель, увеличивается, машина трогается с места. Топливо любое — дизельное, керосин, бензин.

Рис. 2. Схема размещения узлов и агрегатов парового автомобиля: 1 — радиатор для охлаждения пара; 2 — конденсатор; 3 — основной насос; 4 — дополнительный водяной насос; 5 — 24-вольтовый электродвигатель для вращения системы поворотных золотников; 6 — 4-цилиндровый двигатель; 7 — воспламенитель; 8 — генератор пара (бойлер); 9 — отверстие для впуска сжатого воздуха; 10 — отверстие для впрыска топлива; 11 — дроссель; 12 — датчики электромеханической контрольной системы; 13 — поворотные золотники; 14 — электродвигатель питающего насоса; 15 — две 12-вольтовые батареи; 16 — питающий котел; 17 — выпускная линия для пара, идущего из конденсатора.

Все эти опыты дали возможность Роберту Айресу из Вашингтонского центра перспективных разработок заявить, что недостатки парового автомобиля преодолены. Высокая себестоимость при серийном производстве безусловно понизится. Котел, состоящий из труб, исключает опасность взрыва также как и модульные котельные системы, так как в любой момент в работе участвует лишь небольшое количество воды. Если трубы расположить теснее, размеры двигателя уменьшатся. Антифриз избавит от опасности замерзания. Паровой двигатель не нуждается в коробке передач, трансмиссии, стартере, карбюраторе, глушителе, системах охлаждения, газораспределения и зажигания. В этом его огромное преимущество. Режим работы машины можно регулировать, подавая большее или меньшее количество пара в цилиндры. Если вместо воды использовать фреон, который замерзает при очень низких температурах да еще и обладает смазочным свойством, то преимущества возрастут еще более. Паровые двигатели соперничают с обычными по приемистости, расходу горючего, показателю мощности на единицу веса.

Пока о широком использовании паровых автомобилей речи нет. До промышленного образца не доведена ни одна машина, а перестраивать автомобильную индустрию никто не собирается. Но самодеятельные конструкторы никакого отношения к промышленной технологии не имеют. И они один за другим создают оригинальные образцы автомобилей с паровыми двигателями.

Два изобретателя, Петерсон и Смит, переделали подвесной лодочный мотор. Они подавали пар в цилиндры через отверстия для свечей. Двигатель весом 12 кг развил мощность в 220 л. с. при 5600 об/мин. Их примеру последовали инженер-механик Петер Баррет и его сын Филипп. Использовав старое шасси, они построили паровой автомобиль. Смит поделился с ними опытом. Отец и сын использовали четырехцилиндровый подвесной мотор, совместив его с паровой турбиной конструкции Смита. Пар производился в специально сконструированном котле, который содержит около 400 футов медных и стальных трубок, соединенных в спиралевидные связки, проходящие друг над другом. Так увеличивается циркуляция. Вода накачивается в котел из бака. Горючее смешивается с воздухом в камере сгорания, и раскаленные языки пламени вступают в соприкосновение с трубами. Через 10—15 сек. вода превращается в сжатый пар температурой примерно 350°С и давлением 44 кг/см. Он выбрасывается из противоположного конца парогенератора и направляется во впускной канал двигателя.

Пар поступает в цилиндр через вращающиеся лопасти, вдоль которых проходят каналы постоянного сечения. Наружная муфта коленчатого вала жестко связана с цепной передачей на ведущие колеса.

Наконец перегретый пар выполнил свою полезную работу, и он должен теперь превратиться в воду, чтобы быть готовым начать цикл снова. Это делает конденсатор, внешне похожий на обычный радиатор автомобильного типа. Он и размещен спереди — для лучшего охлаждения встречными потоками воздуха.

Наибольшие трудности инженеров заключаются в том, что часто, чтобы добиться хотя бы относительной простоты конструкции, приходится уменьшать и без того невысокий к. п. д. автомобиля. Двум самодеятельным конструкторам очень помогли советы Смита и Петерсона. Именно в результате совместной работы удалось внести в конструкцию много ценных новинок. Начать хотя бы с воздуха для горения. Перед непосредственным поступлением в горелку его подогревают, проводя между раскаленными стенками котла. Это обеспечивает более полное сгорание топлива, сокращает время выпуска, а также делает более высокой температуру сгорания смеси и, стало быть, к. п. д.

Для зажигания горючей смеси в обычном паровом котле используется простая свечка. Петер Баррет сконструировал более эффективную систему — электронного зажигания. В качестве горючей смеси использован спирт-ректификат, поскольку он дешев и имеет высокое октановое число. Конечно, керосин, дизельное топливо и другие жидкие сорта тоже будут работать. Но самое интересное здесь — конденсатор. Конденсация больших количеств пара считается главным затруднением современных паросиловых установок. Смит сконструировал радиатор с таким расчетом, чтобы использовалась водяная пыль. Конструкция работает отлично, система конденсирует влагу на 99%. Вода почти не расходуется — кроме того небольшого количества, которое все же просачивается через уплотнения.

Другая интересная новинка — система смазки. Цилиндры паровой машины обычно смазываются с помощью сложного и громоздкого устройства, распыляющего тяжелую масляную пыль в паре. Масло оседает на стенках цилиндров и затем выбрасывается с отработанным паром. Позже масло необходимо отделить от водяного конденсатора и возвратить в систему смазки.

Барреты использовали химический змульсигатор, который вбирает оба элемента — воду и масло и затем разделяет их, устраняя, таким образом, необходимость в громоздком инжекторе или механическом сепараторе. Испытания показывают, что при работе химического эмульсигатора не образуется осадков ни в паровом котле, ни в конденсаторе.

Интересен также механизм типа сцепления, который напрямую соединяет двигатель с ведущим валом и карданной передачей. Машина не имеет коробки перемены передач, скорость контролируется изменением впуска пара в цилиндры. Использование системы «впуск-выпуск» позволяет без затруднений поставить двигатель в нейтральное положение. Пар может направляться в двигатель, нагревать его и в то же самое время приводить паровой котел в положение готовности к активной работе, сохраняя в нем постоянное близкое к рабочему давление. Паровой двигатель развивает мощность 30— 50 л. с., а галлона топлива хватает на передвижение машины на расстояние 15—20 миль, что вполне сравнимо с расходом топлива у автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Контрольная система довольно сложна, но полностью автоматизирована; приходится следить только за рулевым механизмом и выбирать требуемую скорость. При испытаниях автомобиль достиг скорости около 50 миль в час, но это предел, поскольку шасси машины не соответствовало мощности двигателя.

Таков результат. Все это — пока эксперименты. Но как знать, не явимся ли мы свидетелями нового господства пара на дорогах — теперь уже не железных, а шоссейных.

Двигатель своими руками паровой: подробное описание, чертежи

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.

Современная паровая машина

Настольный паровой двигатель своими рукамиDIY steam engine

Паровой судомоделизм

На хабре всё чаще проскакивают различные интересные посты о том, как кто-то собрал очередной паровой двигатель, либо какое-то устройство работающее на паре. Оно и понятно, каждому какой-то момент надоедает гипнотизировать монитор, и душа просит моря, приключений и романтики, но с инженерным подходом. Что может быть романтичнее парового двигателя, да ещё и установленного на корабле? Поскольку в асфальтовых джунглях нет возможности развернуть полноценную судоверфь, то можно поразвлечься на столе. Здесь расскажу о некоторых своих экспериментах, а так же то что удалось откопать на просторах сети.

Паропульсирующий двигатель

Паропульсирующий кораблик из мультфильма «Рыбка Поньо на утёсе» Хаяо Миядзаки

По английски называется pop-pop engine. По русски, точного названия не знаю, наиболее точное название будет «паропульсирующий», его и буду использовать. Данный тип паровых двигателей, наверное самый известный и простой для повторения в домашних условиях. Принцип действия которого основан на том, что вода при закипании расширяется, затем пар идёт по трубкам в воде, выталкивая воду, охлаждается, конденсируется, возникает разряжение, вакуум и вода втягивается обратно.
Конструкций таких двигателей море, есть даже напечатанные на 3d-принтере. У меня такая вот точно есть, только цвета другие. Но работать её не удалось заставить.

Видео наглядно демонстрирует как работает данный двигатель. И почему он называется pop-pop (издаёт характерный звук).
Мне вот такой вариант не очень понравился, поэтому я начал собственные эксперименты по данной теме. И начал эксперименты, для начала изготовил прототип из трубки с внутренним диаметром 1 мм, а в качестве плавсредства использовал обрезок доски.

Что удивительно, эта конструленция внезапно поплыла! Я был в шоке, и не верил что такое возможно.

В результате я понял, что идея рабочая и решил сделать нормальную конструкцию. Весь гайд приводить не буду, его продробно описал тут и тут .

Но если кратко, то я купил в магазине игрушку — пластиковый кораблик, а на строительным рынке медные кондициоерные трубки (лучше всё же использовать алюминиевые, того же диаметра — легче). Трубки гнул достаточно просто: замораживал воду внутри, и гнул по черенку от лопаты.

Первая плавающая модель.

Для него сделал спиртовку.

Спиртовка оказалась мировой, и использовалась ещё в очень многих моделях.
Ну и пора провести первые ходовые испытания. Проверил различные типы горючего и трубок.

После удачных испытаний, была сделана центровка, развесовка и одета верхняя палуба. Так же сделал руль, и защиту печки (чтобы палуба не плавилась).

Ну и видео окончательных испытаний.

Если вы думаете, что паропульсирующие двигатели используются в детских поделках, то нет. Это мощнейшая индустрия, лично я встречал даже могучие математические выкладки с формами, объёмами, длинной трубок и прочее, по постройке наиболее быстрых и эффективных моделей.
Только посмотрите на видео возможных конструкций таких двигателей. Всяко рекомендую этот канал, если тема вам показалась интересной. У него очень много подобных конструкций и идей, есть чем заняться с вашими детьми вечером ;).

По интернету гуляют целые чертежи, математические выкладки наиболее удачных конструкций. Ищите, тема невероятно интересная и необычная.
Существуют совершено невероятные модели, работающие на этом принципе. Эти фотографии с известного интернет аукциона.

Может показаться очень странным, но это тоже модель кораблика с паропульсирующим двигателем.

Две трубки сзади

Вот сам двигатель (справа), а слева зелёное — это спиртовая горелка. Так, что не стоит думать, что это игрушка только для детей.

Модели с поршневыми паровыми двигателями

Паропульсирующие двигатели, хоть и очень романтичные и любопытные, но применимы только в моделизме (даже точнее, только в судомоделизме). И то, это будет скорее игрушкой, чем реальной моделью. Но мы же хотим получить модель, наиболее приближенную к настоящей, с настоящим поршневым паровым двигателем.
Если вы пойдёте на известный интернет аукцион, и начнёте там мониторить какие модели корабликов с поршневыми двигателями, а так же сами двигатели там бывают, то вы будете в шоке. Лично я хожу туда как в музей, и сохраняю наиболее интересные. У меня уже несколько гигабайт этих фоток для личного пользования. Но покажу наиболее интересные.

Ниже отечественная модель парового кораблика.

И последняя модель, двухцилиндровая.

Все эти модели объединяет одно: отсутствие парораспределителя, и наличие качающегося цилиндра. Качающийся цилиндр используется только в маленьких моделях. В больших паровых двигателях используется золотник. И такая конструкция тоже выдаёт “детский моделизм”.
Однако, если вы узнаете стоимость таких моделей, то окажется, что она совершенно не детская. Обычно на них ценник начинается от 1000$. Скажу сразу, если вы думаете сделать модель парохода самостоятельно и сэкономить, то нет, самостоятельная сборка выйдет сильно дороже. Лично я, как-то чуть не купил шикарный вариант пароходика, за 60 000 рублей. И считаю, что это была бы очень выгодная покупка, но не успел.

Это уже скоростная модель, у которой стоит двигатель Стюарта (Stuart Steam Engine), с золотниковым парораспределением. Модели двигателей до сих пор производятся и их можно даже купить. Нагрев воды осуществляется уже бензиновой горелкой. В общем, это очень классная модель и сделать его такого качества в эту сумму самостоятельно не выйдет, ну ни как.

Существуют уникальные модели паровых двигателей двойного действия. Где отбирается максимальная энергия пара, с двойным расширением. На видео видно, что цилиндры имеют разный диаметр. Маленький диаметр — это цилиндр высокого давления, большого — низкого.

Принцип действия показан на следующей гифке.

И подробнее можно прочитать об этом на википедии .

На самом деле, в последние лет пять всё реже и реже на аукционах встречаются модели паровых двигателей и пароходиков. А когда встречаются, цена их летит в неадекватные небеса, в действительности на эти деньги можно купить, без преувеличений, автомобиль.

Когда всё же решился купить двигатель

Проблема БУ двигателей в том, что они изношены, могут быть закисшими и прочее, прочее. Без навыка токарной обработки и без соответствующих инструментов починить их практически невозможно.
Но скажу сразу, что если вы захотите окунуться в мир паровых двигателей, то без токарного станка вам не обойтись.
Для начинающих любителей, на рынке существуют отличные наборы и двигатели фирмы Saito . Сайт, скорее всего, из России не открывается без прокси. С чем это связанно — не знаю. Но эти двигатели можно купить на аукционе, а мне довелось найти его даже в России вместе с бойлером.

Сам двигатель.

Я купил его немного БУ, бывший хозяин в спиртовку заливал масло и её пришлось ремонтировать после этого надругательства. Но, тем не менее, двигатель был рабочим, Запас хода воды в котле около 15 минут. Время горения
спиртовки около 22 минут, что хватает точно на то чтобы прогреть воду, всю её выпарить и погаснуть.

Горит спиртовка.

Крайне интересно посмотреть, как же работает данный двигатель. Специально для вас снял следующее кинцо.

Внимательные зрители, наверное заметили, что я заливаю масло не только в оси вращения двигателя, но и в специальную маслёнку. И как оказалось, не смотря на то что в моём кругу общения огромное количество инженеров, а так же то, что паровой двигатель просто устроен, никто толком мне не смог объяснить как же работает данная маслёнка. В ней пар смешивается с маслом, и такая паровая эмульсия попадает уже в двигатель, забрызгивая всё вокруг грязным маслом.

На самом деле устройство таких маслёнок элементарное, но неочевидное.

Обычно, после двигателя ставится маслоуловитель, чтобы не загрязнять окружающую среду.
Сразу хочу показать очень любопытный проект на данном паровом двигателе.

Когда хочется своими руками

Паровой двигатель, не смотря на свою простоту, требует очень высокой точности изготовления деталей. И все эти самодельные двигатели из “Моделист-Конструктор” были практически недостижимыми в повторяемости для детей:

Типичный отечественный гайд создания двигателя.

Картинка взята отсюда.
Я знаю очень многих людей, кто в детстве это пытался сделать (в том числе и я), но ни у кого он не работал. Не стоит думать, что только редакторы советских книг издевались над детьми того времени, на западе тоже хватало различных инструкций, например вот.

Но я нашёл очень толковую инструкцию, как повторить такой двигатель без токарного станка, имея минимальный набор инструментов и материалов с ближайшего строймага.

Обратите внимание, что это три полноценных видео, каждое по пол часа, и суммарно на 1,5 часа времени. Лично я не люблю конструкцию качающихся двигателей, так как это изначально игрушка, но они очень просты в повторении(ха-ха, трижды).

Выводы

Мне кажется, что сейчас начался какой-то ренессанс моделей паровых двигателей, и к ним есть реальный интерес. Даже Китай берёт читает советские книги и делает по ним модели двигателей. Например, берём книгу Ю. Емельянов «Морской моделизм» 1955 г . Открываем на странице 273 и видим замечательную картинку.

Потом лезем на известный китайский интернет магазин, и о чудо! Встречаем там точно такой же двигатель!

На самом деле, при всей архаичности паровых двигателей, и их огромных недостатков, нельзя отнять того, что даже сегодня они не теряют своей актуальности. Более 70-80% электроэнергии вырабатывают архаичные паровые двигатели! Даже передовые атомоходы, это по сути пароходы с атомным кипятильником.

Для тех, кто решиться заняться моделями паровых двигателей, хочу сказать. Вы должны помнить, что КПД большого парового двигателя и без того не велико, то КПД модели будет ничтожно мало. Слишком большие потери на нагрев металла и трубок. Часто бывает, что всё прекрасно работает на сжатом воздухе, а на паре того же давления не работает совершенно и ничего невозможно сделать. Поэтому, если есть возможность делайте модели крупнее, утепляйте трубки и цилиндры, а так же не ленитесь, сходите в библиотеку, там невероятный клад технической литературы по теме. Лично я просидел в Ленинской библиотеке недели три, просто читая литературу по проектированию корабельных паровых двигателей. Но это совсем другая история.