Содержание
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
Паровой «болид» идет на рекорд
Наука
|
Поделиться
Развеять миф о том, что агрегаты на паровых двигателях -
тихоходные и отчаянно дымящие монстры, время которых давно
прошло, призвана, как сообщает ВВС, гоночная машина Inspiration, созданная британскими инженерами.
Уже не один десяток лет о новинках из мира паровых машин не
говорится в выпусках новостей. Тем более не слышно о том,
что чтобы машина с «архаичным» движителем пыталась побить
мировой рекорд скорости, а не долголетия.
Нарушить «заговор умолчания» вокруг паровых машин решился
британский инженер-конструктор Глинн Баушер (Glynne Bowsher) со своей командой. Они почти завершили работу над созданием сверхбыстрого парового
транспортного средства, внешне напоминающего «Бэтмобиль». Эта
машина под названием Inspiration (Вдохновение) призвана открыть перед старой доброй паровой машиной новые перспективы.
Глинн Баушер — не новичок в гоночном мире и не понаслышке
знаком с требованиями, предъявляемыми к таким машинам и к их двигательным установкам. Именно он, в частности, создал
первый автомобиль, преодолевший звуковой барьер на земле.
Его команда, носящая название British Steam Car Challenge
(BSCC), надеется побить не только давний рекорд скорости
для экипажей на паровой тяге, но и вдохновить других ученых
на работы в области альтернативных источников энергии. В качестве возможных кандидатов рассматриваются водород, природный газ и даже
смесь водорода с метаном.
Особенно популярен среди конструкторов в наши дни водород. Тем не менее, широкому его применению мешает отсутствие
эффективных способов производства и, что еще важнее, хранения водородного топлива.
Глинн Баушер уверен, что пока такого решения не найдено,
стоит обратить внимание на старую добрую
паровую машину. Двигатели
внешнего сгорания — такие, как паровой — имеют ряд
достоинств в сравнении со знакомыми нам двигателями внутреннего
сгорания. В частности, они «чище» и вырабатывают
меньше вредных окисей азота, чем стандартные современные
двигатели, поскольку максимальные температуры и давление в них ниже.
Даже несмотря на то, что паровые двигатели, как и другие,
сжигают обычное углероводородное горючее, принцип их работы
и устройство позволяют эффективнее контролировать выделение
и выбросы двуокиси углерода.
Последний рекорд скорости для автомобиля на паровом
двигателе, появившегося в далеком 1769 году, был установлен
почти столетие назад — в 1906 году.
Тогда
автомобиль Stanley Steamer под управлением Фреда Мэрриотта
развил скорость в 205,5 км/ч, оставив позади четыре других
машины на двигателях внутреннего сгорания. Тем не менее,
создание парового двигателя, способного побиться за рекорд
скорости в XXI веке, оказалось не такой уж простой задачей.
«В общем, нам пришлось придумать свою собственную конструкцию
двигателя, в некоторой степени инновационную», — говорит
Глинн Баушер. Конструкция двигателя оказалась настолько оригинальной, что
авторы планируют запатентовать ее. Правда, принцип работы
парового двигателя прост. Вода проходит через парогенератор, где превращается в пар, который при температуре в 400 градусов и при давлении
примерно в 40 атмосфер (4 млн. Паскалей) поступает в двухступенчатую турбину.
Пан или пропал: как коммуникации с сотрудниками спасают бизнес в условиях нехватки кадров
Цифровизация
«Поднимающийся пар заставляет вращаться секции турбины,
почти как небольшая электростанция, — объясняет Баушер.
-
Круговое движение турбины через систему передач поступает
на колеса, а когда крутятся колеса, мы едем — и очень
быстро.»
Несмотря на кажущуюся простоту, с технологической точки
зрения оказалось очень сложно выработать 300 лошадиных сил
мощности в таком небольшом пространстве. Тем не менее,
британские конструкторы справились с задачей. Получился
двигатель, способный достигать 225 кВт при 12000 оборотах в минуту. Двигатели Формулы-1 обычно работают в районе 17000
оборотов, а авиационные турбины — от 85000 и выше.
Баушер, однако, не считает, что паровые автомобили смогут
заменить нынешние машины на городских улицах. «Паровые турбины применялись и в прошлом, — говорит он. — Но проблема заключается в том, что для эффективной работы им необходимо функционировать на определенной скорости.
Однако сама природа городских автомобилей предполагает, что их скорость постоянно меняется, так что наша разработка в этой области окажется бесполезной».
Однако, по его словам, эта технология вполне могла бы заменить
дизельные двигатели на тяжелых грузовых автомобилях и на автобусах. Дело только за адаптацией нового двигателя. Создатели паровой машины для XXI века уже изучают такую возможность.
- Экспертный онлайн-вебинар: «Цифровые технологии — экономический эффект и перспективы применения MDM, EMM, UEM-систем в России и мире». 5 декабря 2022 года. 11:00-15:00. Организатор: Фонд развития интернет-инициатив, J’son & Partners Consulting
Простой колебательный двигатель
Простой колебательный двигатель
Простая колебательная паровая машина
|
Этот двигатель был разработан в ответ на ряд запросов на простой проект механической обработки. Есть
Дизайн имел несколько ключевых особенностей: Без литья и пайки. Поршень, шатун и шатунный подшипник были обработаны как единое целое для упрощения сборки. Для токарного станка требовался только 3-х кулачковый патрон. |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нажмите, чтобы увеличить
A — Колпачковые гайки. 3x 10 ВА или аналогичные B — Гайки подшипников. |
1 — Базовая плита 2 — главная ось 3 — Рамка 4 — Цилиндр 5 — Крышка цилиндра 6 — Кривошип 7 — Шатунный палец 8 — Коренной подшипник 9 — Шарнир цилиндра 10 — Шарнирная гайка 11 — Поршень в сборе 12 — Маховик |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Хотя В приведенном ниже меню подробно описано изготовление каждого компонента в том порядке, в котором они были изготовлены. |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Опорная плита |
|
Главный подшипник |
||||
|
|
Главная ось |
|
Шарнир цилиндра |
||||
|
|
Рама |
|
Гайка шарнира |
||||
|
|
Цилиндр |
|
Поршень в сборе |
||||
|
|
Крышка цилиндра |
|
Маховик |
||||
|
|
Кривошип и штифт |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сборка, запуск и проверка двигателя. |
||||||
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Щелкните изображение слева, чтобы загрузить PDF-файл чертежей двигателя |
|
|||||
| …. и если для работы двигателя необходим котел, на планах слева показана простая горизонтальная конструкция, работающая на твердом топливе.
Заметки по сборке можно найти здесь |
|||||||
Наконец. Эта ссылкасодержит детали конструкции как котла, перечисленного выше, так и паровой обед, который может привести в действие всю паровую установку. |
|||||||
|
|
|||||||
|
|
После публикации этих чертежей многие люди прислали фотографии своих двигателей, основанных на этой конструкции. Нажмите на изображение слева, чтобы просмотреть галерею. Все изображения показаны с разрешения владельца. |
|
|||||
д. Однако, поскольку
3x 10 ВА или аналогичные 
|
ДОМ |
|
ЭЛЕКТРОННАЯ ПОЧТА |
|
ПАРОВЫЕ МОДЕЛИ |
Проект прототипа парового двигателя 1
В конце вчерашней записи 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 газовыми 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:
- Датчик положения какого типа лучше всего подходит для измерения времени в этом 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 похожую 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 надлежащим клапаном для обработки пара, например, поршневым или даже тарельчатым клапаном.
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». Что касается самого клапана — это старая технология и требует небольших усилий по разработке.
Наша цель с Prototype 1 — продемонстрировать рассчитанный на весь срок службы низкоскоростной паровой двигатель для удаленных энергетических установок, и мы будем использовать для его топлива гранулированную биомассу. Это эффективная прямоточная конструкция, и, поскольку она одностороннего действия, это наименее сложная конструкция из возможных. Наш подход здесь может стать прорывом для приложений удаленного питания. Мы еще не видели ни одной недорогой, работоспособной, доступной, подходящей технологии удаленной системы питания. Ближе всего в этой игре восстание Tinytech в Индии.