Двигатель своими руками

Содержание
  1. STEAM ENGINE 21 века. ПАРОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ Собственными руками
  2. Почему мы строим паровые двигатели в двадцать первом веке?
  3. Какие моторы мы будем строить в данной публикации и что нам для этого понадобится?
  4. Желательно знать (не нужно лениться читать общие факты, они практически всегда оказываются полезны):
  5. Свечной мотор: Наиболее простая, мембранная паровая машина
  6. Как и почему работает мотор Стирлинга
  7. Паровой мотор: коротко про то, как он функционирует
  8. Паровая машина из сантехники
  9. Проблемы паровой машины, собранной из санузлов
  10. Как работает локомотив
  11. Паровая машина: доктрина, позволяющая увеличить возможности моделирования
  12. Что не так с котлами и почему нельзя лошадей перестать трогать?
  13. Одинарного и двойного назначения: в чём там суть?
  14. Паровой мотор с качающимся цилиндром: довольно обычный из продуктивных
  15. Как сделать самый простой электрический двигатель собственными руками?
  16. Что пригодится для самого простого электрического двигателя?
  17. Одноцилиндровый электрический двигатель
  18. Электрический двигатель из пробки и спицы
  19. d-e-a-d › Блог › Второй проект самодельного ДВС (увлечения)

STEAM ENGINE 21 века. ПАРОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ Собственными руками

Содержание:

Почему мы строим паровые двигатели в двадцать первом веке?

Для кого данная статья? Что это за «мы» – люди, которые в 21 веке, в цифровую эру, в период высочайших технологий для компьютера, возводят паровую машину и радуются, когда все кипит, крутится и пыхтит?

Говоря честно я, как и большинство из вас, часто слышал вопрос: «Для чего ТЫ ЭТО ДЕЛАЕШЬ?» и вразумительного ответа дать не имел возможности. В голову приходят надуманные идеи: сделать модель паровоза без электричества; сделать паровой генератор и заряжать телефон без розетки; создать станок, который работает от котла; «вытаскивать» полезную работу от сгорания дров в печи… И т.д. и т.п.

Но мы-то с вами понимаем, что эти все ответы – чушь несусветная. Генератор тока?

Тогда, собирайте на ДВЗ! Всегда ведь можно приобрести 125 кубовый движок китайского мопеда Дельта и генерировать настоящих 12 Вольт, от них десяток галогеновых ламп стабильно будет освещать ярким светом, а маленькой аккумулятор ёмкостью 7 Ач сможет прекрасно заряжаться. Для создания паровой машины мощностью в 1 лошадиную силу нам потребуется столько усилий приложить, столько трудностей одолеть, что игра не стоит свеч…

Ответ на этот тупиковый вопрос: «Для чего мы собираем паровой мотор?» я обнаружил нечаянно в сети. Мужчина, который очень удачно превратил проржавелый мотор Москвича в отличную паровую машину, дал самой простой ответ: «А рыбу для чего ловят? А пьянствуют для чего?»

Двигатель своими руками

Jeep Wrangler с паровым двигателем. Меньшая мощность 130 л.с. и бешенный вращающий момент 3390 Нм.
Да, на самом деле, удовольствие от строительства непростых систем тяжело сопоставить с чем либо.

Инженерное творчество – особенная деятельность, которую тяжело сопоставить с какой-нибудь другой. Моделирование – реальная творческая работа и когда ваш мотор начнет работать, вы можно считать себя успешным мастером, который прошёл целый путь, повторив достижения легендарных ученых, найдя что-нибудь для себя и пройдя очень большой этап истории автомобилестроения персонально.
Применить паровой мотор вполне можно.

Да, он формирует переменный ток; да, его можно поставить в модель паровоза или машинки; да, из него можно создать паровой автомобиль, мотоцикл или катер, который станет ездить на угле и дровах.

Какие моторы мы будем строить в данной публикации и что нам для этого понадобится?

Как и все мастера-паровики, я искал много материала и не всем написанным был доволен. Много сумбурного во всемирной сети, много необъяснённого на просторах YouTube.

По этой причине и было решено: напишу брошюру, новый материал, в котором соберу все, что же касается моего (и не только моего) навыка. Расскажу те опасности, на которые предназначено натолкнуться каждому, вскрою все тайны и создам настоящий паровой контент!

О каких машинах пойдёт речь и почему исключительно о них? Двигатели внутреннего сгорания меня сегодня же не интересуют: ни двухтактные, ни четырёхтактные, никакие. Причина: бензин, керосин или спирт – т.е. все разновидности топлива, которые должны сгорать от электрической искры.

Запомним: НИКАКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА НЕТ! Все наше моделирование исчерпывается концом 17-ого – самим началом 18 века. Мы можем Генерировать электричество, но только не употреблять.

Двигатель своими руками

Уголь преобразуется в движение
Что у нас есть из ресурсов? Собственно то, что даровано матушкой-природой во множестве: вода, воздух и дерево.

Вода пускай кипит, дерево пускай горит, воздух пускай становится шире или сжимается. Это должно нам принести мощность, вращающий момент и КПД.

Что у нас есть из инструментов? С самого начала, когда я только загорелся этой идеей, мне стало плнятно, что без паяльника, токарного станка, аппарата для сварки, тисков, сверлильного станка и большинства различных трубок, уголков и пластин будет сложно.

Впрочем, понадобилось выкручиваться. И… вышло! Многие модели паровых машин оказались весьма и весьма производительными, для них не понадобились ни токарные, ни сверлильные, ни фрезерные работы.

Какие машины мы будем собирать? Тепловые и паровые, высокотемпературные и низкотемпературные. Поясню детальнее.

Есть, говоря иначе, двигатели Стирлинга – они работают без пара перегретого, полезную работу совершает воздух, расширяясь под действием большой температуры и сжимаясь при охлаждении. Их всегда ставят отдельно от паровых машин, хотя, в действительности, между ними много общего.

Есть стирлинговые моторы альфа, бета и гамма – типа. Их КПД значительно выше паровых систем, впрочем мощность ниже.

Практически все не Ухудшаются в проектирование паровых двигателей, им достаточно тепловых стирлингов. Мы будем рассматривать низкотемпературные машинки и высокотемпературные. Если последние приводятся в движение пламенем от свечки или спиртовки, то первые удачно запускаются даже от стакана с горячим чаем или… теплом ладони.

Что же касается паровых машин, то мы будем рассматривать много видов, любой из них мне выпало счастье строить и испытывать. Мы будем рассматривать обычные свечные моторы, в которых совсем нет ни поршней, ни цилиндров, рассмотрим золотниковые двигатели (с треугольником тяги и без него) – такие, какие применяются в паровозах. Также мы будем рассматривать довольно обычный и результативный с точки зрения моделирования паровой мотор – машину с качающимся цилиндром.

Большое внимание я решил выделить материалам и инструментам, которые могут понадобиться, а еще финансам, которые потребуются нам для постройки. Моя задача – сделать все малой кровью, но бережно и достаточно точно.

Желательно знать (не нужно лениться читать общие факты, они практически всегда оказываются полезны):

Мотор Ньюкомена: начало паровой эры

Паровой мотор – это машина, которая видоизменяет энергию тепла пара в энергию механического типа при помощи поршня, двигающегося в цилиндре. По существу, паровую машину можно считать конвертером энергии тепла в механическую.

Как мотор внешнего сгорания (так как он сжигает собственное горючее вне мотора) паровой мотор пропускает собственный пар в цилиндр, где пар после толкает поршень вперед и назад. Собственно с этим движением поршня мотор как правило выполняет механическую работу. Паровой мотор был главным энергетическим источником промышленной революции (которая возникла в Англии в восемнадцатом веке) и доминировал в промышленности и транспорте в течение 150 лет.

Он все так же полезен сейчас в решении большого количества задач, во многих развивающихся государствах.
Да, вам не послышалось!

Паровые машины и нынче везде применяются в Англии, Германии, Франции. Что же касается стран со слабой экономикой, то паровая тяга в прямом смысле слова эксплуатирует фермерское хозяйство.
Самые ранние знаменитые паровые машины были новинками, созданными греческим инженером и математиком Героном (Heron) из Александрии (ок.

10-70), жившим в первом веке нашей эры. Его самое знаменитое открытие называлось аэлиопилом.

Это открытие собой представляет маленькой пустотелый шар, к которому были прикреплены две изогнутые трубки. Сфера была закреплена к котлу, который производил пар.

Когда пар выходил из пустотелых трубок сферы, сама сфера начинала вращаться. Герон и несколько остальных греков разработали очень много остальных паровых устройств, например как паровой орган и двери автоматического типа, однако всегда в контексте игр и развлекательных мероприятий, кажется, без всякого заинтересованности к применению пара в практическом проекте.

Все таки, их работа установила принцип паровой силы, и их игривые устройства были реальной демонстрацией изменения паровой силы в какой-то вид движения.
Изучая историю Древнего Рима я заметил, что многие достижения техники наших древних прадедов практически очень плотно подошли к созданию паровой машины: строились насосы ля пожарников, паровые игрушки для музыки… Ещё чуть-чуть и паровой трактор мог выйти на дороги Рима.

Хотя греки установили принцип паровой энергии, он был проигнорирован в течение более чем 1500 лет до конца 1600-х годов в странах Европы. В течение этого длительного срока основными энергетическими источниками были сначала мускульная сила человека или тягловые животные, а потом энергия ветра и воды.

Ветряные мельницы и водяные колеса были вполне годятся для небыстрых, повторяющихся работ, например как измельчение кукурузы, в которых перебои в энергоподаче не имели особого значения.
Но для отдельных работ, например как водооткачка из шахтного ствола, энергетический источник, который мог бы закончиться практически в любое время, не во все времена был может решить поставленные задания.

В действительности, сама глубина английских шахт побуждала инженеров разрабатывать насосы, которые были бы быстрее, чем старые насосы для воды. К середине XVI столетия работа над воздушными насосами утвердила представление о поршне, работающем в цилиндре, и приблизительно в первой половине 80-ых годов XVII века французский физик Дени Папен (1647-1712) поместил чуть-чуть воды на дно трубы, нагрел ее, превратил в пар и увидел, что расширяющийся пар с силой толкает и перемещает поршень прямо перед собой. Когда трубка остыла, поршень вернулся в прежнее положение.

Хотя Папен очень хорошо сознавал, что создал мотор, который в конечном итоге мог бы работать, его отпугнули вполне настоящие механичные трудности того времени, и он решил работать в меньшем масштабе — создать первую в мире скороварку.
Вслед за Папеном британский военный инженер Томас Савери (1650-1715 гг.) выстроил то, что большинство считает первым практическим паровым двигателем.

В отличии от системы Папена, эта машина не имела поршня, так как Савери хотел только черпать воду из шахт глубоко под землёй. Зная, что он может применять пар для создания вакуума в сосуде, он совместил такой сосуд с трубой, ведущей в воду внизу.

После вакуум втягивал воду в трубку и выдувал ее под давлением пара. Система Савери была названа «другом Шахтера», так как она поднимала воду из шахт при помощи всасывания, производимого конденсацией пара. Много лет через британский инженер и партнер Савери Томас Ньюкомен (1663-1729) усовершенствовал паровой насос, вновь введя поршень.

К 1712 году он выстроил мотор, который использовал пар при давлении атмосфер (простая кипящая вода), которую сделать сейчас в силах каждый учащийся начальной школы. Его поршневой мотор был чрезвычайно надежен и вошел в общее потребление в Англии в 1725 году.

Его машина называлась лучевым двигателем, так как сверху у нее была очень большая качалка, или Пильная балка, движение которой передавало энергию от единственного цилиндра мотора к водяному насосу.
Осознание того, как работал мотор Ньюкомена, представление дает обо всех более поздних паровых двигателях.
Во-первых, вся машина помещалась в машинном отделении высотой приблизительно в три этажа, из верхней стены которого торчала длинная Дубовая Балка, способная качаться вниз и вверх.

Дом был выстроен в стороне от шахты. Снизу вала находился насос для воды, который соединялся с двигателем длинной насосной штангой. Под балкой в середине дома находился длинный медный цилиндр, стоявший на кирпичном котле.

Котел питался углем и подавал пар. В середине цилиндра находился поршень, который мог скользить вниз и вверх и был соединен с балкой сверху. Мотор всегда заводился с поршнем в верхнем положении.

После пар наполнил цилиндр из открытого клапана. При заполнении цилиндр распылялся водой, что приводило к тому, что пар в середине него конденсировался в воду и создавал выборочный вакуум.

При помощи этого изобретения давление воздуха снаружи заставило бы поршень опуститься вниз, который качал балку и тянул вверх штанги насоса и всасывал около 12 галлонов (45 л) воды. После поршень возвращался в начальное положение (вверх) в цилиндре, и процесс повторялся.

Кроме того, что он назывался лучевым двигателем, мотор Ньюкомена также назывался атмосферным мотором, так как он применял давление воздуха для движения поршня (вниз).

Джеймс Уатт: первая паровая машина конструкции классического типа

Думаю, слово «Ватт» знакомо всем. Собственно в Ваттах измеряется мощность (а еще киловаттах, мегаваттах и др.).

Лошадиная сила – тоже размерность мощности. Всему этому мы обязаны мистеру Уатту.
Наиболее важное усовершенствование конструкции парового мотора было сделано имеено им, шотландским инженером Джеймсом Уаттом (1736-1819).

В первой половине 60-ых годов восемнадцатого века Уатта спросили отремонтировать мотор Ньюкомена, и он сам удивился тому, насколько неэффективна эта машина. Он намеревался сделать лучше его работу и к 1769 году заключил , что если пар конденсируется отдельно от цилиндра, то последний всегда может оставаться горячим.

В том же году он предоставил паровую машину с индивидуальным конденсатором. Так как это позволяло поделить процессы нагрева и охлаждения, его машина могла работать регулярно, без долгих пауз на каждом цикле, чтобы опять подогреть цилиндр. Уатт продолжал улучшать собственный мотор и сделал три очень существенных дополнения.

Во-первых, он сделал модель двойного назначения, позволив пару входить поперемено с двух сторон поршня. Это позволяло двигателю быстро работать и подавать мощность как на нисходящий, так и на восходящий ход поршня.

Второе, он изобрел собственную солнечно–планетарную передачу, способную переводить возвратно-поступательное движение во вращательное.
Третье, он добавил центробежный регулятор, который поддерживал постоянную частоту вращения мотора, не обращая внимания на самые разные нагрузки. Это высоко инновационное устройство собой знаменует раннее начало автоматизации, так как Уатт создал систему, которая была по сути саморегулирующейся.

Уатт также изобрел прибор для определения величины давления, который он добавил к собственному двигателю. К 1790 году улучшенные паровые двигатели Ватта стали мощным и хорошим энергетическим источником, который можно было найти буквально в каждом месте.

Это означало, что заводы больше не должны были размещатся рядом с источниками воды, а могли быть выстроены ближе к их сырьевым и транспортным системам. Кроме того, собственно паровой мотор Уатта ускорил промышленную революцию как в Англии, так и во всем другом мире.

Впрочем паровой мотор Уатта не был совершенным и имел одно основное ограничение: он применял пар при невысоком давлении. Пар большого давления мог извлекать высокую мощность, делая меньше при этом размеры самого мотора.

Первым, кто показал какой-нибудь настоящий успех, был британский изобретатель Ричард Тревитик (1771-1833). К концу XVIII столетия металлургические технологии стали совершенствоваться, и Тревитик верил, что сможет построить систему, которая будет обрабатывать пар под большим давлением.

К 1803 году Тревитик выстроил мощный мотор большого давления, который он применял для питания поезда. Его технические новшества были действительно великолепными, но двигатели большого давления снискали такую дурную славу в Англии, что прошло двадцать лет, перед тем как британский изобретатель Джордж Стивенсон (1781-1848) доказал собственную состоятельность при помощи своих локомотивов.

Но в Скреплённых Штатах было мало предубеждений против паровой энергии или практически ничего о ней не знали. К концу XVIII столетия Эванс начал работу над паровым двигателем большого давления, который он мог применять для стационарного мотора для промышленных целей, а еще для наземного и водного транспорта.

К 1801 году он выстроил стационарный мотор, который использовал для дробления известняка. Его основное нововведение в области большого давления заключалось в том, что цилиндр и коленчатый вал расположились на одном конце балки, а не на разных концах. Это дало возможность ему применять намного более нетяжелую конструкцию.

За это время Эванс выстроил около 50 паровых двигателей, которые применялись не только на заводах, но и для питания землеройной машины-амфибии. Пар большого давления управлял этой странной на вид баржей, которая представляла собой земснаряд, способный перемещаться как по суше, так и по воде.

Это была первая автомобильная машина с двигателем, которая работала в Скреплённых Штатах.
Не обращая внимания на трудную работу Эванса и его настоящий гений, его новаторские «паровые» решения не имели большого настоящего успеха в течение всей его жизни. Он часто встречал апатия или же просто нежелание со стороны фабрикантов менять собственные старые привычки и переходить на пар.

Применение пара для движения по суше было сдержано плохими дорогами, личным интересом к лошадям и прискорбно недостаточными материалами. После Эванса пар большого давления стал активно применяться в Америке, в отличии от Англии, где замена двигателей малого давления Уатта заняла немало времени.

Однако как правило были выполнены улучшения, и железо в конечном счете заменило древесину в конструкции двигателей, а горизонтальные двигатели стали еще очень эффектными, чем старые вертикальные.
Ну что, истории довольно.

Переходим конкретно к изучению основ и моделированию.

Свечной мотор: Наиболее простая, мембранная паровая машина

С самого начала, у меня не было в планах рассказывать про эту «игрушку». Если ты собираешь поршневую систему с пальцами, цилиндрами, кривошипами и шатунами, то не можешь позволить себе размениваться на идеи, для которых необходима только одна трубка.
Впрочем, дабы расслабиться от создания паровых двигателей, радостей успехов и горечи неудач, я всё таки решил сделать данное устройство и был очень доволен результатом.

Те, кто занимаются моделированием кораблей и самоходных катеров, и не хотят применять электрический мотор, могут обращать собственное внимание на это интереснейшее открытие. Оказывается, ему больше века и подобные лодки на самом деле строили в конце 19 столетия.

Цена материалов – минимальна. Инструменты?

Было бы неплохо иметь паяльный аппарат, ножницы, нож канцелярский и всякую мелочь.
Наименований у этого изобретения – много.

Кто-то называет его мембранным двигателем (благодаря наличию мембранные ткани в котле), кто-то свечным благодаря тому, что работает он от свечки), кто-то реактивным паровым водомётом (благодаря тому, что лодка двигается по существу из-за реактивной тяги кипящих водяных струй). Но самым ходовым наименованием такой игрушки считается термин «поп-поп-лодка».

Поп-поп-лодка – это игрушка с совсем несложным паровым двигателем без двигающихся частей (поршни, шатуны, маховики), которые приводятся в действие свечой, спиртовкой или горелкой растительного масла. Наименование происходит от шума, производимого некоторыми версиями лодок.

Они издают достаточно интересный звук, будто на борту настоящий мотор на дизеле.
Поп-поп-лодки в большинстве случаев создаются из жести. Корпус лодки может быть сделан из любых материалов, который плавает.

Самодельные поп-поп-лодки часто делаются из древесины или пенополистирола.

Двигатель своими руками

Так смотрится игрушка в фабричном исполнении. В Китае может стоить до 3 долларов.

Но самому ведь сделать интереснее!
Мотор лодки состоит из котла и одной или нескольких выхлопных труб. Хотя можно применить одну выхлопную трубу, гораздо очень часто применяются две выхлопные трубы.

Это происходит благодаря тому, что котел и выхлопные трубы обязаны быть наполнены водой, а применение 2-ух труб позволяет впрыскивать воду в одну трубу, тогда как воздух в середине мотора выходит через иную трубу. Более тяжело извлечь воздух и полностью заполнить одиночные типы выхлопных труб.

Котел и выхлопные трубы в большинстве случаев делаются из металла, причем олово или медь являются очень удачливыми вариантами.

Двигатель своими руками

Рукодельная конструкция. Спираль в середине ёмкости – и есть котёл

Конструкции котлов отличаются. В большинстве случаев используют обычные железные контейнеры в форме коробки или цилиндра.

Более эффектный котел может быть сделан при помощи поддона из металла, его верхняя часть собой представляет слегка вогнутую диафрагму, сделанную из тончайшего, пружинистого металла. Многие поп-поп-лодки применяли одну железную трубку, которая была сформирована в виде катушки в ее центре и оставлена прямо на двоих концах, чтобы создать выхлопы. Полотенцесушитель в данной версии действует как котел.

Есть самой простой способ своими силами сделать такой мотор из банки от пепси и 2-ух шариковых ручек. Выстраивается такая машинка за час.

Берём банку с Пепси-колой. Банку следует брать только новую, запечатанную. Делаем осторожно отверстие и спускаем через него весь напиток.

Рядом делаем второе отверстие. Оба отверстия должна находится на линии параллельной оси банки.

Двигатель своими руками

Банка от пепси, два отверстия и два корпуса ручек.
В отверстия нужно вставить две трубки. Разумеется ровными будут медные трубки, но подходят и стеклянные от шариковых ручек.

Основное, чтобы между ручками и банкой не было никаких щелей и люфтов – совсем никаких! Конструкция должна быть герметичной, единственными дырочками через которые воздух может попасть в банке являются – трубки.

Двигатель своими руками

Лодка и мотор в сборе. Концы трубок обязаны быть в водной массе.
Если учесть, что у нас трубки из стеклокомпозита, то идеальным будет эпоксидка или холодна сварка.

Трубки прекрасно будут держаться на ней, а все зазоры будут плотно загерметизированы. Под котлом помещается какой-то ТЕН.

В большинстве случаев применяются свечки или маленькие масляные горелки.
В середину банки набирается вода (через трубки), вода начинает вскипать, пар выходит через трубки и толкает лодку вперед.

Новая, холодная вода набирается за счёт разницы давлений и цикл повторяется опять и опять. Мотор будет работать до той поры, пока будет гореть свеча.

Отличительный «дыр-дыр» звук появляется из-за вибрирования стенок банки.
Первый патент на дизайн поп-поп мотора был оформлен Томасом Пиотом в первой половине 90-ых годов XIX века. Мотор диафрагменного типа запатентовали Полом Джонсом в первой половине 30-ых годов XX века (котел плоский, с медной мембранной тканью).

Мотор катушечного типа, из патентной заявки, поданной Уильямом Перселлом в первой половине 20-ых годов двадцатого века (в качестве котла применена спираль).
Как мы уже отметили, Поп-поп-лодка приводится в действие совсем несложным тепловым двигателем.

Этот мотор состоит из маленького котла, который соединен с выхлопной трубой. Когда тепло подается в котел, вода в котле выветривается, организуя пар. Расширяющийся пар неожиданно выталкивается из котла, издавая звук “священик”, и выталкивает часть воды из выхлопной трубы, толкая лодку вперед.

Котел теперь сухой, и по этой причине больше не может вырабатывать пар. Импульс столба воды в выхлопной трубе заставляет его двигаться наружу, так что давление в середине котла падает ниже давления атмосферы. В случае мотора диафрагменного типа котел также выпячивается в середину в данный момент, также издавая хлопающий звук.

Давление с наружной стороны котла теперь заставляет воду возвращаться в котел. После эта вода закипает, и цикл повторяется.

Хлопающий шум более выражен, когда применяется мембранный котел: змеевиковые котлы намного тише.

Двигатель своими руками

Схема поп-поп лодки из патента 1931 года
Любой воздух в котле может действовать как пружина и поддерживать колебания воды, однако если в котел поступает очень много воздуха, колебания закончатся, так как вся вода была вытеснена, и пар не может быть выполнен.

Вода содержит определенное количество растворенного воздуха, который может скапливаться в двигателе в рабочий период. По этой причине двигатели должны иногда “отрыгивать” воздух, чтобы работать в течение долгого времени.

В лодках поп-поп с 2-мя выхлопными трубами (которую я и предлагаю сделать из банки пепси) вода выталкивается из двух труб во время первой фазы цикла и втягивается из двух труб во время второй фазы цикла. Вода не двигается в одной трубке и не выходит через иную.

Это как бы импульсный реактивный мотор.

Как и почему работает мотор Стирлинга

Двигатели насыщали наш мир во времена промышленной революции: сначала грязные угольные паровые двигатели, после более чистейшие и эффектные двигатели на бензине, а сейчас реактивные двигатели в самолетах. Главная идея мотора — то, что применяет разницу между большой температурой и невысокой — не преобразилась за пару сотен лет, хотя иногда люди все еще выдумывают маленькие улучшения, которые выполняют процесс чуть-чуть быстрее или эффектнее.
Один мотор, о котором вы, возможно, много слыхали сейчас (и хотели его построить) – это мотор Стирлинга, который чуть-чуть похож на паровой мотор, но он совсем не применяет пар!

Взамен этого он нагревает, охлаждает и перерабатывает одинаковый воздух или газ опять и опять, дабы получить полезную мощность, которая способна управлять машиной. Объединившись с энергией солнца и остальными передовыми технологиями, двигатели Стирлинга звучат как новые технологии, но в действительности они есть с 1816 года. Давайте ближе посмотрим, как они работают!

Двигатель своими руками

Настольная рабочая двигатель модель Стирлинга
Двигатели, приводящие в движение ТС или фабричные машины, являются примерами того, что ученые именуют тепловыми двигателями. Они сжигают богатое энергетикой горючее (уголь, бензин либо что-то еще), чтобы освободить энергию тепла, которая применяется для увеличения и охлаждения газа, толкания поршня, поворота колеса и привода машины.

Двигатели бывают 2-ух главных типов:

  • двигатели внешнего сгорания (к примеру, паровые двигатели) сжигают горючее в одном месте и делают энергию в другой части такой же машины;
  • двигатели внутреннего сгорания (к примеру, двигатели автомобиля) сжигают горючее и делают мощность в одном и том же месте (в автомобиле все это происходит в сверхпрочных металлических цилиндрах).

Два этих типа двигателей надеются на энергию тепла, заставляющую газ увеличиваться, а потом остывать. Чем больше температурная разница (между самым горячим и самым холодным газом), тем лучше работает мотор.

Доктрина того, как работает мотор, основывается на разделе физики, который именуется термодинамика (буквально “как двигается тепло”) и на теоретической модели того, как замечательные двигатели увеличивают, сжимают, греют и охлаждают газ в серии шагов, именуемых циклом.

Мотор неплохой и мотор плохой

Перед тем, как мы сможем выяснить, что же такого отличного в двигателях Стирлинга, нам будет не лишне выяснить, что такого плохого в паровых двигателях. Как они работают?

У вас есть угольный костер, который нагревает воду до той поры, пока она не закипит и не превратится в пар. Пар проходит по трубе в цилиндр через открытый входной клапан, где он толкает поршень и приводит в движение колесо. После входной клапан закрывается, и открывается выходной клапан.

Импульс колеса заставляет поршень вернуться в цилиндр, где он выталкивает охлажденный нежелательный пар через выход и дальше вверх по дымовой трубе (дымоотводу). Об этом мы позднее побеседуем более детально, однако рабочий принцип на уровне интуиции можно догадаться прямо сейчас.

Детали парового мотора

Огонь, который и делает теплоту, пламя и является энергетическим источником (1), находится с наружной стороны (вне) цилиндра, где тепловая энергия преобразуется в энергию механического типа (3). Между ними есть котел (2), который воплощает энергию тепла в пар.

Пар функционирует как тепловой носитель, толкая поршень (4), который перемещает колеса при помощи кривошипа (5) и приводит в движение поезд (6). Пар и тепловая энергия регулярно выбрасываются из дымовой трубы (7), что выполняет данный вариант особенно малоэффективным и неудобным для питания двигающейся машины.

Есть множество проблем с паровыми двигателями, но вот 4-ре из них – наиболее явных.
Во-первых, котел, который создает пар, работает под большим давлением, и есть опасность, что он может разразиться (взрывы котлов были большой проблемой с очень ранними паровыми двигателями).

Двигатель своими руками

Взрыв парового котла паровоза
Второе, котел в большинстве случаев находится на определенном расстоянии от цилиндра, по этой причине энергия теряется по пути.

Температура в середине кабины машиниста была как в бане – доходила до 100 градусов. Это все тепло расходовалось, по существу, напрасно.
Третье, пар, выходящий из дымовой трубы, все еще довольно горяч, по этой причине он содержит потраченную энергию, которая совсем не конвертировалась в механическую.

Четвертое, так как пар выбрасывается из цилиндра каждый раз, когда поршень толкается вперед, мотор должен употреблять большое количество воды, а еще топлива. (Вот почему паровозы должны регулярно останавливаться у ЖД цистерн с водой.)

Что такое мотор Стирлинга?

Можем ли мы создать мотор, который преодолеет данные проблемы? Предположим, мы избавимся от котла (что даст возможность убрать риск взрыва) и применяем тепло от огня для непосредственного питания мотора.

Тогда, взамен того чтобы применять пар для движения энергии тепла от огня к цилиндру, отчего же не поставить цилиндр ближе к огню и применять простой воздух (или какой-то другой простой газ, к примеру водород или гелий) для движения энергии тепла между ними?
Если мы запечатаем этот воздух в закрытой трубе, так что одинаковый воздух двигается туда и обратно опять и опять, собирая энергию от огня и выпуская ее в цилиндр, мы решим проблематику мотора, нуждающегося в постоянной водоподаче.

В конце концов, отчего же не добавить какой-либо трубный змеевик, чтобы при прохождении горячего воздуха взад и вперед его энергия удерживалась в середине машины и перерабатывалась для увеличения общей эффективности.
Это главные способы, которыми мотор Стирлинга делает лучше работу паровой машины.

Иногда вы можете увидеть двигатели Стирлинга, описанные как “замкнутые, регенеративные тепловые двигатели”, что считается самым кратким способом сказать то, что мы только что сказали: закрытый цикл значит, что они применяют герметичный объем газа для движения тепла вперед и назад, опять и опять, через серию бесконечно повторяющихся шагов; регенеративный просто значит, что они применяют теплообменные аппараты, чтобы сберечь часть тепла, которое в другом случае было бы потеряно на каждом цикле (бесполезно раздувается труба для дыма, как это происходит в паровом двигателе).

Мотор простой и сложный

Некоторые люди поговаривают, что двигатели Стирлинга просты. Если это так, то это также правильно, как и то, что великие уравнения физики (к примеру, E = mc2) просты: они просты на поверхности, но богаче, тяжелее и потенциально очень запутанны, пока вы на самом деле не поймете их.
Я думаю, что безопаснее думать о моторах Стирлинга как о непростых: много очень скверных видео на YouTube показывают, как легко “объяснить” их очень неполным и неудовлетворительным способом.

Я так думаю, вы не можете понять мотор Стирлинга, просто выстроив его или наблюдая за его работой с наружной стороны: вам необходимо хорошенько подумать о цикле шагов, через который он проходит, что происходит с газом в середине и чем это выделяется от того, что происходит в традиционном паровом двигателе.
В любом случае, давайте посмотрим, сможем ли мы правильно объяснить мотор Стирлинга, изучив элементы из которых он состоит, после подумав про то, что они выполняют, и, в конце концов, взглянув на более непростую (термодинамическую) теорию.

Двигатель своими руками

Простой мотора Стирлинга (низкотемпературный) помещается в руку
Небольшие, небольшие двигатели Стирлинга, например этот, как правило будут работать от крошечных низких и высоких температур—если даже они опираются на чьи-то руки (температура нагревателя уже 36,6 градусов)

Основные элементы

Имеется очень и очень много самых разных конструкций двигателей Стирлинга, и мы будем рассматривать один определенный вид, который содержит вытеснитель (также известен как бета-двигатель Стирлинга). Основные элементы:

Тепловой источник

Тепловым источником считается устройство, откуда мотор получает всю собственную энергию, и это может быть что угодно-от угольного костра до солнечного зеркала, концентрирующего тепло Солнечного света. Не обращая внимания на то, что двигатели Стирлинга описываются как двигатели внешнего сгорания, они совсем не обязательно должны применять горение (практическое сжигание топлива): им просто необходима разница в температуре между тепловым источником (откуда берется энергия) и теплоотводом (где она завершается).

Вы можете управлять небольшим двигателем Стирлинга при помощи тепла от чашечки кофе, тёплой ладони чьей-то руки либо даже (к полному изумлению большей массы людей) при помощи кубика льда: энергия, которую мотор выпускает, исходит из любой разницы в температуре между тепловым источником и теплоотводом.
В середине машины в закрытом цилиндре находится объем газа, который регулярно запечатан. Это необходимо учитывать!

Мотор Стирлинга – это не практически герметическая конструкция и не очень плотная, а совсем герметическая, аж до создания вакуума (если потянуть за цилиндр). Это может быть простой воздух, водород, гелий или какое-либо другое доступное вещество, которое остается газом, когда оно нагревается и охлаждается в течение полного цикла мотора (повторная серия операций, через которые он проходит).

Его только одна цель заключается в том, чтобы переставить энергию тепла от теплового источника к теплоотводу, питая поршень, который приводит машину в движение, а потом вернуться обратно, чтобы забрать еще чуть-чуть теплоты. Газ, который перемещает тепло, иногда именуют рабочим телом.

Отопительный прибор

Место, где горячий газ охлаждается перед возвращением к источнику тепла. Это, в основном, своего рода отопительный прибор (кусок металла с прикрепленными ребрами), который выбрасывает отработанное тепло в атмосферу.

Поршни

Есть самые разные типы двигателей Стирлинга, но я считаю, что все они имеют два поршня—это одна из самых явных вещей, которая выделяет их от прочих двигателей. В общей конструкции, называемой двухпоршневым (или альфа – двигателем Стирлинга), существует два похожих поршня и цилиндра, а газ передвигается между ними взад и вперед, нагреваясь и расширяясь, после охлаждаясь и сжимаясь, перед тем как цикл повторится.

Двигатель своими руками

Рабочая схема мотора Стирлинга альфа-типа

В другой конструкции, называемой двигателем смещения (или бета) Стирлинга, есть один полностью внутренний поршень, именуемый вытеснителем (покрашенный в зеленый окрас), работа которого состоит в перемещении газа между тепловым источником и теплоотводом.

Двигатель своими руками

Рабочая схема мотора Стирлинга бета-типа

В отличии от простого поршня в паровом двигателе, вытеснитель помещается очень свободно (с меньшим запасом места между краем поршня и стенкой цилиндра), и газ обтекает его с наружной стороны, когда он двигается вперед и назад. Имеется еще рабочий поршень (покрашенный в темно-синий цвет), который плотно входит в цилиндр и воплощает расширение газа в полезную работу, которая приводит в действие все, что приводит в действие мотор. В больших двигателях Стирлинга рабочий поршень в большинстве случаев имеет нелегкий маховик, прикрепленный для создания импульса и поддержания плавной работы машины.

Рабочий поршень и поршень вытеснителя регулярно двигаются, однако они не шагают в ногу (один четверть цикла или 90° вне фазы) между собой; они приводятся в действие одним и тем же колесом, но поршень вытеснителя всегда на одну четверть цикла (90°) впереди рабочего поршня.

Делаем простой мотор Стирлинга, который гарантировано будет работать

Если вы интересовались двигателями Стирлинга или желаете их создать сами, то, возможно, видели сотни роликов на Youtube, где мастера собственного дела делали эти моторы и из консервных банок, и из обыкновенных бутылок из стекла, и из куска жести.
Я тоже видел эти все мастер-классы. Говоря честно, у меня такие моторы работали очень плохо.

Фактически никогда системы не были абсолютно герметичны и мотор в самом лучшем варианте делал только пару циклов, которые я считал победными.
Впрочем мотор должен работать стабильно, долго и безотказно.

Я так думаю, мотор Стирлинга обязан быть сделан максимально бережно, только тогда он будет работать быстро, а воздух, зажатый в замкнутую циркуляционную систему, никогда его не оставит.
По этой причине взамен безумной резки жести, высверливания консервных банок, я решил применять стеклянный шприц, а если быть точным 2 подобных изделия.

Двигатель своими руками

Стеклянный шприц
Есть два типа стеклянных шприцов – с железным поршнем и с поршнем стеклянным. Нам не подойдут железные поршни, так как в поршне находится прокладка, которая очень тормозит поршень и просто не позволяет ему перемещаться.

Если мы уберем прокладку, то постройка машины провалится, так как воздух будет очень резво выходить между поршнем и стенками шприца.

Мотор Стирлинга собственными руками

Необходим только шприц со сделанными из стекла поршнями. Они полностью герметичны, поршни легко ходят, они держат порядка 200-300 градусов. Данные изделия будто сделаны для мотора Стирлинга.

Достаточно ответственно необходимо подойти к раме мотора. Этого никто не скажет, так как «основное, чтобы крутилось», но я убедительно советую делать мотор Стирлинга не спеша, от этого зависит его функционирование.

Двигатель своими руками

Делаем подставку из фанеры 30 мм.

я применил фанеру 30 мм. В ней нужно сделать два отверстия для шприцов и разрезать осторожно изделие вдоль отверстий. Я обошел без сверлильного станка и лобзика.

Главное никуда не спешить – и все выйдет.

Двигатель своими руками

Вот такой крепёж должен выйдет

После разрезаем изделие вдоль отверстий, создавая нечто на подобии струбцин (тисков) для шприцов.
После этого делаем три отверстия, которые могут быть применены для зажимных винтов.

Двигатель своими руками

Обязано получиться что-то вроде этого
Помним на всех этапах работы применять наждачку, чтобы края были ровные, гладкие, будто ваш мотор только выпущен с самого завода.

Каждая зазубринка, заусеница и погрешность потом обязательно «вылезет боком» и о себе даст знать. Основное здесь не нужно спешить.

Вообще, в любого рода моделировании требуется получать удовольствие от самого процесса изготовления, не только от результата.
Шатуны, штоки и кривошипные механизмы разрешено делать из фанеры, но фанера сильно крошится при распиливании и остается довольно много заусенец. я применил уплотненый пластик, гененакс и все, что хорошо режется, зашлифовывается и подаётся отделке.

Двигатель своими руками

Будущие кривошипы
Можно ли применять палочки для мороженного и «мешалочки» для кофе?

Можно, но не надо, они чрезмерно гнуться когда мотор начинает работать и иногда клинят всю систему.
Палочки скругляем и сверлим отверстия.

С одной стороны уплотняем еще одним слоем.

Двигатель своими руками

Готовая деталь
Теперь необходимо что-то выдумать с концами поршней стеклянных цилиндров.

Я пробовал убрать их, стачивать и просто высверливать. Высверливать не рекомендую, стекло крошится.

Обрезать угловой шлифмашиной не только малоэффективно, но и страшно. Если есть бормашина – пробуйте, если нет – делайте много засечек ножовкой и срезайте держатель поршня.

После нам необходимо сделать крепёж. Его делаем из 2-ух небольших брусочков.

Двигатель своими руками

Кронштейны поршня

После обточки, шлифовки держателей, их необходимо на смолу на эпоксидной основе установить в сам поршень.

Двигатель своими руками

Держатель поставлен и обезжирен

Дальше нам необходим маховик. Можно применить колесо от тележки, несколько склеенных компакт-дисков либо даже отлитую без посторонней помощи из свинца болванку (так советовали советские учебники, ноя этого не делал).
Я же после десятка попыток купил готовыцй 60-миллиметровый маховик.

Двигатель своими руками

Маховик 60 мм.
Следует согласится, что когда я сделал все правильно, то мотор работал на всех маховиках – и дисках, и колесиках.

Крепежное место должно быть смещено от центра на половину хода поршня цилиндра. Помните данное правило, оно немаловажное.
Также помните второе правило: рычаги крепления на маховиках обязаны быть смещена на 90 градусов относительно друг друга.

Двигатель своими руками

Практически вся система в сборе
Один шприц, подобным образом, у нас играет роль нагревателя, второй – холодильника.

Следует ли разместить в нагревательном шприце кусочек железной ваты? Я так думаю, да, стоит.

Работает мотор и с ней, и без неё, впрочем железная вата быстрее нагревает воздух в середине системы и мотор раскочегаривается чуть активнее.
Объединять концы шприцов-цилиндров можно обыкновенной трубкой для капельницы, но она быстро становится мягкой при нагревании.

По этой причине я совместил их медной трубкой, упакованной в трубку для капельниц. У подобного способа есть еще огромный плюс – воздух лучше стынет в медной трубке.

Двигатель своими руками

Мотор Стирлина альфа-типа в сборе и готов к работе

Двигатель своими руками

Во время работы от спиртовки
Такой моторчик развивал у меня 750 оборотов за минуту без метталлической ваты в цилиндре и 790 оборотов с железной ватой.

Работал более 4 часов постоянно. Возможно работал бы и до этих пор, но окончился спирт в спиртовке.

Основной минус мотора Стирлинга

Что сделать: мотор Стирлинга или паровую машину? Кажется, Стирлинг на самом деле во всём гораздо лучше парового мотора, однако это не правильно. Да, КПД мотора Стирлинга и правда выше, он просит меньше расходов и работает полностью без выхлопа.

Но, есть одно большое «но».
Мною был проведен достаточно интересный, я бы даже сказал прикольный эксперимент. Забавность его заключалось в том, что я с самого начала знал как будут обстоять дела, но результат эксперимента поразил меня!

И так рабочим телом в двигателе Стирлинга считается воздух. Он становится шире и совершает полезную работу.

Возьмём пустой стальной баллончик от СО2 и наденем на него шарик.
ВНИМАНИЕ! Если вы все таки захотели выпустить углекислый газ из подобного баллончика, сделайте это правильно – не быстро выпустите весь газ, только потом сверлите отверстие в горловине.

Быстрый прокол может привезти к взрыву баллончика и стальным осколкам!
После начинаем обогревать этот баллончик. Воздух становится шире и как правило должен раздуть шарик наполнить его.

Но он лишь чуть-чуть натягивает латекс и на этом вся полезная работа заканчивается. Энергии у воздуха не хватит для того, чтобы растянуть поверхность шарика, надуть его.
Впрочем добавим 10-20 капель воды в баллон и повторим эксперимент.

Вода закипит и быстро раздует наш шарик.
Подобным образом полезная мощность у пара перегретого больше в несколько раз.

Собственно пар перегретый применялся в тяжеловесных локомотивах и это не просто так – там, как говорил один машинист, дури столько, что можно шар земной сдвинуть.
Если мы хотим собрать толковую модель, которая будет ездить на энергии тепла, куда эффектнее применять пар перегретый, а это означает конструировать паровой мотор.

Паровой мотор: коротко про то, как он функционирует

Для привода паровой машины нужен паровой котёл. Расширяющийся пар давит на поршень или на лопатки паровой турбины, движение которых передаётся иным механическим частям.

Двигатель своими руками

Рабочий принцип парового мотора
Рабочий принцип поршневой паровой машины показан на иллюстрации. Работа поршня 1 при помощи штока 2, ползуна 3, шатуна 4 и кривошипа 5 передаётся главному валу 6, несущему маховик 7, который служит для уменьшения неравномерности вращения вала.

Эксцентрик, сидящий на главном валу, при помощи эксцентриковой тяги приводит в движение золотник 8, управляющий впуском пара в пустоты цилиндра. Пар из цилиндра выпускается в атмосферу или поступает в конденсатор. Для поддерживания постоянного числа оборотов вала при изменяющейся нагрузке паровые машины снабжены центробежным регулятором 9, автоматично изменяющим сечение прохода пара, поступающего в паровую машину (дроссельное управление, показано на рисунке), или момент отсечки наполнения (количественное управление).

Поршень образовывает в цилиндре паровой машины одну или две пустоты переменного объёма, в которых выполняются процессы сжатия и увеличения, что показано кривыми зависимости давления p от объёма V перечисленных полостей. Эти кривые образовывают замкнутую линию в согласии с тепловым циклом, по которому работает паровая машина между давлениями p1 и p2, а еще объёмами V1 и V2. Первичный поршневой мотор предназначается для изменения возможный энергии тепла (давления) пара перегретого в механическую работу.

Процесс работы паровой машины обусловлен периодическими изменением упругости пара в полостях её цилиндра, объём которых меняется в процессе возвратно-поступательного движения поршня. Пар, поступающий в цилиндр паровой машины становится шире и перемещает поршень. Возвратно-поступательное движение поршня превращается при помощи кривошипно-шатунного механизма во круговое движение вала.

Впуск и выпуск пара выполняются системой парораспределения. Для уменьшения потерь тепла цилиндры паровой машины окружаются паровой рубашкой.

Моменты начала и конца процессов увеличения и сжатия пара дают 4-ре важные точки настоящего цикла паровой машины: объём Ve, определяемый точкой 1 начала или предварения впуска; объём конца впуска или наполнения Е, определяемый точкой 2 отсечки наполнения; объём предварения выпуска или конца увеличения Va, определяемый точкой 3 предварения выпуска; объём сжатия Vc, определяемый точкой 4 начала сжатия. В реальной паровой машине перечисленные объёмы закрепляются парораспределительными органами.

И так, это была сухая доктрина. Теперь переходим к более понятной практике. От гувернора (центробежного регулятора) мы отказываемся.

А золотник (клапан) сильно упрощаем.
Пар из котла попадает в маленькой цилиндр, именуемый золотником.

Его в большинстве случаев разрешено делать из тонкой медной трубки. В середине трубки выполняется отверстие, пар из которого попадает в рабочий цилиндр и толкает поршень. Впрочем, поршень золотникового клапана закрывает часто это отверстие.

Поршень золотникового клапана и рабочий поршень разрешено делать из холодной сварки, трубку золотникового цилиндра можно припаять прямо на рабочий цилиндр. А маховик и кривошипы разрешено делать точно также, как мы делали их для мотора Стирлинга выше.

Когда я попытался сразу сделать такой мотор, у меня практически ничего не вышло – поршни клинили, а пар никак не имел возможности ничего убрать. Маховик был то чрезмерно легкий, то чрезмерно нелегкий.

Перед тем, как его сделать правильно, я выполнил ещё одну очень интересную модель – мотор из санузлов. Звучит это несколько дико, но результат просто великолепный: во-первых, не надо ничего паять, второе, не надо ничего вытачивать.

Паровая машина из сантехники

Есть подобная вещь, как пневматический режим паровой машины. Когда ваш мотор собран, вы можете его проверить на трудоспособность без кипячения воды, без пара.

Очень просто подуть в патрубок для соединения пара перегретого и крутануть маховик. Машина должна прийти в действие. Чем легче вам дуть в такой мотор, тем он будет лучше работать, тем меньше потребуется воды и пара.

Начиная собирать мотор и тестируя его, мне стало плнятно, что паровой котёл – куда более существенная деталь, чем весь мотор. Он может быть очень мало успешным просто благодаря тому, что в нём не все герметично, либо так как его стенки очень толстые и вода кипит довольно медленно.
И так, начинаем с цилиндра и золотника.

За основу берется сантехника с резьбой ? дюйма. В качестве рабочего цилиндра применяется отрезок трубы пол-дюйма, в качестве золотника тройник у которых внутренний диаметр меньше, чем у отрезка трубы.

Кто же у нас поршни? Решение пришло внезапно и оказалось очень и высокоэффективным. В качестве поршней подбираются подшипники.

Во-первых он прекрасно круглый,; второе, в нём есть отверстие, которое очень необходимо для посадки поршня на шток.
В рабочий цилиндр устанавливался в качестве поршня подшипник с внешним диаметром 19 мм. (вообще поршень 19 мм. прекрасно подойдет для цилиндра-сгона) и внутренним М6. В золотник я установил 6 шайб, однако, как оказалось, в магазине строительных материалов были подшипники меньше, просто я их не отыскал.

Рекомендую всё-таки не допускать мою погрешность и ставить подшипники и в цилиндр и клапан.
Велосипедные спицы – безупречны при разработке кришипных механизмов, однако у меня их не было, по этой причине я пошёл очень непростым путем – в качестве штока использовал фрагмент болта М6 (часть где нет резьбы), а для кривошипов использовал полосы фанеры.

Двигатель своими руками

Сантехнический поршень и золотник (система газораспределения)

Рабочий цилиндр устанавливался на 2 хомута, которые прикручивались к плотной древесной подушке.
Что выполняет кран между золотником и цилиндром?

Оказалось, что маховик и его тяги чрезмерно широки, а бочонка или малого отрезка трубы, который бы соединял клапан и цилиндр у меня не было. Понадобилось фантазировать. Не следует допускать моей ошибки – ставьте золотник прямо на отрезок трубы цилиндра.

В другом случае цилиндр и золотник находятся не на одном уровне, краник приходится фиксировать на силикон, он плавится под действием пара и все приходит в полную непригодность.
А вот котёл был фактически безупречен, одно, что угнетало – чрезмерно небольшой объём и пара недостаточно много. Котёл, собранный подобным образом, просто прекрасно подходит, так как санузлы держат грандиозное давление и можно не переживать, что пар разорвет его внутри (консервные банки и банки от ананасов – разрывало именно так).

Двигатель своими руками

Котёл, собранный из сантехники
За основу брался отрезок трубы диаметром в 1 дюйм. С одной стороны одевалась заглушка (завинтить до конца), с другой стороны устанавливаем чугунный переходник на пол-дюйма.

Дальше ставим бочонок и уголок типа «мама-мама», который сформировывает сухопарник. Тут необходимо сделать маленькое отступление.

Котёл – самая неотъемлемая часть всей затеи. Проблема паровой машины в том, что она довольно часто гонит наряду с паром воду. Сухопарник – это удлинение, в которое вода просто не может долететь и по этой причине выходит в автомобиль лишь пар.

На самом деле это оказалось не очень так, по этой причине дюймовый котловой отрезок трубы поставлен под маленьким наклоном, чтобы вода скапливалась не в сухопарнике.
Дальше от уголка вверх идёт снова отрезок трубы пол-дюйма, после этого ставится крестовина.

Почему крестовина, почему не тройник? Или абсолютно не уголок?

Всё дело в том, что эта модель котла – очень простая, так как она не вмещает много воды, впрочем я делал её таким образом, чтобы иметь шанс усовершенствовать.

  1. Левый выход. Идёт на кран, после этого отправляет пар на паровой мотор. Кран можно закрыть, таким образом мы запираем пар в середине системы. Зажатому пару некуда деться, кроме того, вода продолжает кипеть и пара становится все больше и больше. Кроме этого пар нагревается топливом (я применил сухое горючее для розжига) и буквально «бешенеет». Давление пара растёт и он врывается в золотник, проходит к рабочему цилиндру и начинает выполнять полезную работу.
  2. Правый выход. Здесь стоит заглушка, но предполагается был очередной кран для неотложного сброса пара. Если давление растет в котле быстрее, чем успевает спадать в машине, значит пар необходимо «скинуть».
  3. Нижний выход мы уже обговорили – он идёт от камеры сгорания.
  4. Верхний канал также содержит заглушку, но доктрина предусматривала наличие прибора для определения величины давления, который может мерить и контролировать давление.

В планах есть собрать котел на 3 дюймовом сгоне. Подобный котел на самом деле следует снабжать прибором для определения величины давления, т.к. воды в нём будет много, пара – ещё больше.

Двигатель своими руками

Паровая машина и котел в сборе

Проблемы паровой машины, собранной из санузлов

С точки зрения моделирования, паровой мотор, собранный из санузлов, имеет ряд положительных качеств. Во-первых, он на самом деле собирается просто и легко, по настоящему: не просит пайки, сварки, точных настроек и притирок.

Второе, он очень близок к замечательному паровому двигателю, собранному Ваттом и остальными знаменитыми инженерами, так как собран из очень качественных элементов. На самом деле, следует согласится, что узлы для сантехники сделаны из качественных материалов: сталь, чугун, латунь или медь, используемые в разработке отрезков трубы, тройников и переходников отбираются в строгих, условиях завода. Отрезки трубы, бочонки и тройники, применяемые нами при разработке паровой машины рассчитаны на большие давления, контакт с водой предполагается, а коррозии можно не боятся.

Температурное расширение материалов – совсем не следует брать в расчёт, ведь отрезки трубы рассчитаны на протекания по ним горячей воды, причём очень долго эксплуатации.
Но эта глава именуется «Проблемы паровой машины» не просто так.

И, к большому сожалению, останавливаться на сантехнических компонентах нельзя, и вот почему.
Как то, в интернете, у меня появился маленькой спор с одним моделистом. Он именовал собственный проект одноцилиндровой паровой машины одиночного действия из-за чего то «двухцилиндровой» и я сразу задал вопрос его, куда скрылся второй цилиндр.

Он ответил: «Да вот же он!» и указал на золотник.
Золотник на самом деле в себя включает поршенёк, который через шток и кривошипно-шатунный механизм соединён с маховым колесом.

Впрочем, колесо крутится из-за тяги, созданной рабочим поршнем, а не золотниковым.
Подлинная роль золотника хорошо истолкована в главе «Паровая машина с качающимся цилиндром», – там просто-напросто нет никакого золотника.

Да, он необходим не для создания тяги. Синонимом к слову «золотник» считается термин «клапан».

Его главная задача – контролировать впуск и выпуск в пара в рабочий цилиндр, золотник – важная часть механизма газораспределения, не больше. Кривошипно-шатунный механизм золотника даже тяжело назвать таким, так как он (тут необходимо быть внимательным) НЕ вращает маховик, а наоборот «СНИМАЕТ» с него показания. Маховик, уже вращаемый рабочим поршнем, «даёт понять» через собственный «кривошип», когда следует впускать нагретый пар в цилиндр и отпускать отработанный.

Благодаря этому, в правильной паровой машине, применяется скользящий эксцентрик, а не компонента коленчатого вала и шатун.
В четырёхтактных двигателях внутреннего сгорания золотника нет, однако есть клапана, распределительный вал, цепь (или ремень) механизма газораспределения и впуск/выпуск, топливоподачу контролирует система, заменяющая золотниковый механизм.

Используя санузлы, мы подобрали отрезок трубы ? дюйма в качестве рабочего цилиндра и подшипник диаметром 19 мм, в качестве поршня. Это прекрасное решение, так как поршень замечательно круглый, цилиндр очень ровный, материалы очень хорошо совмещаются.

И, если в случае с разработкой рабочего цилиндра/поршня многообразие устройств сантехники нас выручило, то в случае с золотником, дела идут немного хуже. Нами выбрали тройник и это естественно, так как у золотника в очень простом исполнении три выхода: канал впуска пара, канал выпуска пара, канал впуска пара в рабочий цилиндр. Впрочем, что сантехника нам может предложить.

Так как золотник должен плотно соединяться с цилиндром (через бочонок или напрямую), то соединительная гайка должна подходить к резьбе отрезка трубы ? дюйма. Получается, что диаметр внутри золотникового цилиндра практически аналогичный, как и у рабочего.

Кроме того, поршенёк золотника – не такой уж «поршенёк», он практически соизмерим с массой поршня рабочего цилиндра. Благодаря этому, при проверки паровой машины встречается неестественная, даже чуть-чуть нелепая картина: пар толкает поршень золотника и этот поршень совершает полезную работу, вращая маховик, после проходит до канала, объединяющего его с рабочим цилиндром; попадает на рабочий поршень и совершает ещё одну полезную работу, вращая маховик дальше.
Такой тяжелый и большой поршенёк золотника и правда напоминает второй цилиндр, впрочем так не должно быть.

Кто-то, разумеется, скажет, что это не очень страшно. На самом деле, практично ошибка не так пугает, ведь маховик крутится, а это означает термодинамика пара преобразуется в механику махового колеса, что говорит о решении важной задачи.

Но есть одно значительное «но». Пара должно хватать. Котёл созданный на дюймовом сгоне с чугунной заглушкой не справился с задачей которая поставлена вообще.

А это означает котёл необходимо повышать. Скороварка на кухонной плите управится, но, я так думаю, прокипятить 6 литров воды, чтобы раскрутить паровую машину с диаметром рабочего цилиндра 20 мм. – не умно.

Более того, желал бы напомнить, что наша задача – создать независимую паровую систему, без внешних газовых источников, очень больших котлов, атомных реакторах на быстрых нейтронах. Паровая машина не должна поглощать очень много пара.

Попробуйте вспомнить паровоз: он тянул очень большие составы с людьми и грузами, применяя свой собственный котёл. Ему не надо было для этого осушать и превращать в пар маленькую реку, применяя для этого залежи угля всей луганской области.

В действительности, более квалифицированные моделисты могут сосчитать информацию из этой главы практически что бесполезной, но мой навык указывает на то, что большинство тех, кого заинтересовала тема моделирования паровых машин, не владеют познаниями относительно действительного назначения золотниковых клапанов.
Какие выходы из получившейся ситуации?

Я так думаю, применение сантехнического отрезка трубы ? дюйма и подшипника 19 мм. в конструировании паровых систем – прекрасное решение. Впрочем над золотником стоит задуматься. Ещё один раз отмечу, что работу пара, затрачиваемую на сдвиг тяжёлого поршня золотника, только на первый взгляд можно считать полезной, т.к. пар должен «работать» по большей части цилиндре.

Вторым большим минусом сантехнической сборки парового мотора считается излишек конденсата. Я уже писал, что паровая машина – не просто машина, с точки зрения физики её можно рассматривать как настоящий конвертер кинетической энергии нагретого пара в кинетическую энергии узлов механизма: маховое колесо, кривошип и т.д.

По этой причине наша главная задача: «собрать» как можно большей полезной энергии их вырабатываемого пара. Собственно пара, не воды в жидком её виде.
Совсем наивные моделисты, которые (звучит иронично) «бегут впереди паровоза» и хотят собрать машину быстрее, чем понять её, считают, что абсолютно не имеет значения, что толкает наш поршень – пар, воздух, вода, – основное, чтобы толкало.Это не так, гидравлические машины (в которых жидкая вода, проходя через насосы, оказывает полезное давление) устроены абсолютно по другому.

Если в двигателе возник конденсат, значит мы потеряли энергию, значит пар затормозился где нибудь, не успев дойти до выпускного клапана. Конечно, в наших паровых моделях вода будет, от неё как правило невозможно избавиться (хотя, немного подальше мы будем учиться её конденсировать вне системы газораспределения). Но, думаю, не нужно говорить, что проходя через такой нелегкий золотник, как наш сантехнический, в рабочий цилиндр попадет по большей части вода.

И сам факт вращения маховика – это не победный пуск, а работа наперекор минусам.
Существует несколько способов решения, рассмотрим их.

Для начала, и такое было моё решение, сделать поршень золотникового клапана более лёгким. Да, диаметр и его ход все так же будет соизмерим с параметрами рабочего цилиндра, но всё таки сбросив массу мы решим часть проблем.

Обратившись к Абрамову. На ум пришла достаточно старомодная, но эфективная схема – две шайбы на краях поршня и вата, смазанная густым машинным маслом.

Этот способ на самом деле продуктивен, даже в пневматическом режиме (от пуска простого сжатого воздуха) мотор стал вращаться лучше, впрочем трение в золотниковом цилиндре возросло.
Также я применил специализированный войлок, который активно используется в мебельной индустрии (им оклеивают ножки стульев и столов чтобы избежать царапин на паркете). Установив несколько подобных войлочных колечек между шайбами приобретаем лёгкий поршень и на самом деле приятный его ход в середине золотникового клапана.

В пневматическом режиме машина работает идеально, к тому же войлочные вкладки между шайбами буквально полируют до блеска стенки поршня внутри и с каждой минутой ход поршня все лучше и лучше. Впрочем на этом все победы войлока заканчиваются. Стоит впустить в систему живой пар, как начинаются не приятные моменты.

Пар на самом деле прекрасно толкает поршенек, сразу попадает в рабочий цилиндр, но при его вытеснении из рабочего цилиндра, начинаются не приятные моменты.
С одной стороны пар выходит из рабочего цилиндра наружу, через золотник. Выходит в одну сторону, на «свободу», и в оборотную сторону – давя на золотниковый поршенёк и выталкивая его обратно.

Получается, что поршенёк клапана оказывается в малоприятном положении – с одной стороны на него давит рабочий пар из котла, со второй – отработанный из цилиндра. Пар пропитывает собой войлок и волей-неволей конденсируется, пропитывая волокна влагой. Войлок разбухнет, становится шире и все его преимущества по уменьшению трения начинают трансформироваться в минусы.

После минуты работы такой паровой машины, поршенек практически не хочет выходить из золотника – он полностью мокрый, разбухший и клинит в клапане. Чтобы сдвинуть такой плотный поршенёк рабочий пар должен сделать не слабую работу, что снова-таки мешает всему процессу. Кроме того, шток перестаёт быть параллелен стенке цилиндра, поршень перекашивает: часть, которая ближе к котлу разбухнет сильнее и цилиндр наклоняется.

Это повышает трение штока о край цилиндра и шайб поршня о внутренние стенки. Решение есть: поставить патрубок для соединения на 10 мм.

Он просто наматывается на сантехнический тройник золотника и выравнивает собой шток. Трение штока о внутренние стенки штуцера легко можно остановить маслом, впрочем сам патрубок для соединения препятствует выпуску отработанного пара из золотника, а значит – увеличивает конденсацию рабочего пара в клапане и пропитывает войлок влагой ещё сильнее.

Это настоящий ужас, который необходимо обойти любой ценой.
Такое заключение оказалось неудачным. Другой вариант обыкновенный – сделать маленький цилиндр и маленький поршенёк в середину.

В хороших, высокопродуктивных машинах сам по себе золотник практически аналогичный в диаметре как паропровод, подводящий к нему пар – иногда даже непросто рассмотреть золотник, кажется, что он это продолжение трубки. Это правильно! Так и есть, клапан – продолжение паропровода, его прерыватель, если угодно.

В нём все должно быть лёгкое, небольшое, герметичное, водо- и термостойкое.
Многие хотят при изготовлении обойти процесс пайки. Да, на самом деле, для тех моделистов, которые никогда не были связаны с радиолюбительством, литьём метала или электротехникой, пайка кажется таким же недосягаемо сложным занятием, как и работа за токарным станком.

Сначала создания паровой машины я, признаюсь честно, тоже старался обойти пайку. Не так как меня пугал данный процесс, а так как мне хотелось сделать все из материалов которые всегда под рукой, в полевых, так сказать, условиях.
Стоит сразу сказать: решения есть, но они гораздо более непростые и материально-затратные, чем приобретение паяльника и короткий курс самостоятельного обучения пайки.

Воспользуйтесь штуцерами и трубками. В стеклянных многоразовых шприцах времён СССР применялись очень очень качественные соединительные элементы с резьбой с двух строн, которые можно устанавливать в отверстия золотников и цилиндров, объединяя их трубками. Ничего паять при этом не надо, так как трубки монтируются на специализированных прокладках-шайбах, которые не пропускают пар.

Шприцы, как я уже упоминал, являются многоразовыми, а это означает подлежат стерилизации. Они держат температуру 200-250 градусов.

Они решают множество проблем и при правильном применении можно из шприцов создавать рабочие модели паровых двигателей.

Как работает локомотив

Паровой мотор применяет угольный огонь (хотя есть и определенные исключения) в качестве энергетического источника для кипячения воды и получения пара.
Горячие газы от горящего угля в камере сгорания проходят через котел в “огненных трубах” (144 штуки в случае Локомотива “Барклай”), перед тем как покинуть мотор через дымовую трубу и дымоотвод.
По мере того как вода в котле закипает, горячий “мокрый” пар подымается вверх и собирается из парового купола на части сверху котла через клапан регулировки, который машинист применяет для управления скоростью движения локомотивов.

Из регулятора пар подается по трубопроводу в цилиндры и по очереди поступает через клапаны-золотники (размещенные с боковой стороны корпуса цилиндра), толкая поршень в цилиндре вперед и назад.
Поршень соединен с ведущими колесами через “шатун” и “кривошип” (или “клапанный механизм”, как его как правило называют), и движение поршня туда-сюда вращает ведущие колеса. Каждый раз, когда поршень цилиндра двигается вперед и назад, ведущее колесо совершает полный оборот.

Рычажок “кривошипа” на любой стороне локомотива смещен на 90 градусов, чтобы устранить его заклинивание, если паровоз остановится с ними горизонтально.
После выхода из цилиндра отработанный пар выходит из мотора через дутьевую трубу и подымается в дымоотвод в коптильне.

Действие пара в дутьевой трубе создаёт намного ниже давление в дымовой трубе, а еще помогает вытягивать горячие газы из огня через трубы котла и со своей стороны делать больше пара.

Паровая машина: доктрина, позволяющая увеличить возможности моделирования

Как мы уже отмечали, самой передовой технологией XVIII столетия был погодный мотор, приводимый в движение давлением земной атмосферы, которому помогал пар. Такие двигатели сначала приводили в действие насосы, которые удаляли воду из шахт, но позднее стали основным энергетическим источником для промышленности всех видов.

Это не очень большое мероприятие (оно и правда не было так ярко отмечено а в это время, как, к примеру, на сегодняшний день создание относительно бесполезного iPad) оказалось настоящим прорывом в истории. Возможно, если бы не открытия 18 века, мы бы до этих пор ездили в конных повозках.

Маленькое отступление: перегретый пар и уголь паровоза

Впрочем одно плотно зависело от иного. В наших самодельных, домашних паровых машинках, мы нагреваем воду до температуры 200 градусов, предполагая, что она дойдет до 100-110 градусов и превратится в пар. Но паровоз на подобном пару не поедет, ему следует больше.

Пар должен быть перегрет, он должен владеть большой кинетической энергетикой. Его температура должна составлять 1600 градусов (да, конкретно таких отметок достигал пар в котле). Кроме того, пар находится в котле под давлением 10-15 атмосфер.

Это чудовищные условия и, разумеется, не удивляет, что такой пар толкал десятки выгонов и десятки тысяч людей.
На уровне интуиции нам кажется, что пар с температурой выше 100 градусов – это какой-то нонсенс, но это абсолютно не так.

Вода – вообще штука поразительная и часто разрушает все интуитивное.
Мы привыкли воду видеть в жидком состоянии. Такой наш океан и такие наши моря.

Впрочем, вода – это вещество и у неё имеются собственные правила существования, которые абсолютно не всегда пересечены с нашими мироощущениями и представлениями. В жидком виде она есть при совпадении целого вариантов условий.

Я мог бы грубо сказать, что данные условия – температурный интервал от 0 градусов по Цельсию до 100 градусов. Впрочем это так лишь в условии нормального давления атмосферы?

Снизьте давление и вода начнет кипеть при 80, 60 и даже 20 градусах.
Выходит, если давление поднять то вода не спешит кипеть? Да, только так.

Кроме того, в котле паровоза пар запирается под давлением 10-15 атмосфер, а это означает, чтобы кипение продолжалось нам необходимо нещадно приподнимать температуру. А это означает: «Больше пара!

Больше угля! Больше огня!» Абсолютно правильно, необходимо увеличивать температуру.

После мы пар выпускаем на золотник и давление в котле уменьшается. Довольствоваться нечему, нам необходимо поддерживать давление, т.к. давление – это залог мощности.

По этой причине, можно чуть-чуть «облапошить» машину. А что, если пар будет выходить из котла и дополнительно разогреваться? Да, это вполне реально.

В одной из собственных паровых машинок я постарался провести этот интересный эксперимент. Медная трубка выходила из котла и делала два витка.

Такое открытие напоминало спираль кипятильника. Впрочем это спираль помещалась в… котёл!
Температура моего пара в конце концов зашкаливала за 400 градусов.

Обороты машины выросли в 3-4 раза. Все шаталось, дрожало и вибрировало! Разумеется в данном нет ничего особого: молекулы пара перегретого при нагревании начинают бешено ударяться друг о дружку, лететь во все стороны и в таком «нервном» состоянии они влетают в рабочий цилиндр, совсем снося поршень в нижнюю мёртвую точку.

Необходимо не забывать! Перегретый пар перегретый – не игрушка! Во-первых, его перестаёт быть видно, влажные микроскопические капли воды совсем превращаются в пар, скорость его возрастает в несколько раз.

Он полностью невидим. Кожа при соприкосновении с подобным паром слазит за миг. Будьте предельно осторожны с перегретым паром!

В паровозах собственно существовал, говоря иначе, пароперегреватель, который разгонял пар и выжимал дополнительную мощность из тех молекул воды, которые уже оставили котёл.
Вернемся к углю. Разумеется паровоз можно было «топить» и дровами, впрочем развить ту скорость, мощность, давление и температуру, которая способна тащить грузовой состав представляется настоящим лишь на мощном топливе, которым считается уголь.

А вот одной из очень важных промышленных проблем конца Семнадцатого века был водоотвод шахт, особенно угольных. Уголь заменил древесину в качестве основополагающего источника топлива для этих отраслей, как стеклоделие, мыловарение и обработка металлов, и интерес на него был высоким. Подобным образом, угольные шахты были вытеснены на все большие и большие глубины, и было все сложнее и сложнее удалять воду, которая копилась в них.

Проблема добычи воды будет решена, как только кто то найдет недорогой источник механической энергии для работы водяных насосов. В течение 16 и 17 веков шахты осушались по большей части лошадиной силой, иногда для работы насосов на одной шахте требовались команды лошадей.
В первой половине 60-ых годов семнадцатого века, когда кризис добычи воды достиг собственного апогея, в Дартмуте появился на свет Томас Ньюкомен.

После ученичества в качестве торговца скобяными изделиями он начал продавать инструменты для горной промышленности Корнуолла. Во время собственных посещений на рудники он начал понимать, какая очень большая материальная награда была бы получена, если бы он смог создать механическое средство для удаления паводковых вод: тогда руду можно было бы добывать намного быстрее и безопаснее из-под естественного водоотвода шахт.

Одновременно со своим помощником Джоном Калли Ньюкомен несколько лет экспериментировал, стараясь обуздать свойства пара. Его работа доставила собственные плоды в 1712 году, когда он смог показать первый погодный мотор, откачивающий воду из угольной шахты недалеко от замка Дадли в Южном Стаффордшире.

Двигатели XVIII столетия приводились в действие весом земной атмосферы, действуя против вакуума, который создавался на нижней стороне поршня конденсацией пара. Двигатели приводились в действие подобным образом, так как перед началом восемнадцатого столетия технология не была достаточно продвинута, чтобы выполнить котлы, которые сдерживали бы силы пара, поднятого до большого давления.

Большие, безопасные, паропроницаемые посудины просто не могли быть выполнены В то время.

Первый коммерческий паровой мотор

Мотор Ньюкомена 1712 года имел котел из меди с полусферическим куполом, сделанным из отбитого свинца. Мотор делал 12 насосных движений в каждую минутку, и на каждом движении приносил 10 галлонов воды из горных выработок 150 футов ниже, чтобы безопасно течь на поверхность.

Приводной цилиндр, размещенный вертикально и сделанный из латуни, имел диаметр 21 дюйм. Поршень делал рабочий ход практически в 8 футов.

Когда мотор приводился в движение перед началом периода работы, пар поднимался в середине котла до давления 1,5–2,0 фунта на квадратный дюйм. Если бы верхняя качающаяся балка мотора была неподвижной, а поршень-как можно ближе к верху котла, то щеколды были бы отпущены, и тяжёлые насосные штанги на другом конце качающейся балки притянули бы поршень к иному концу вертикального цилиндра.

Всасывание, создаваемое восходящим поршнем, втягивало пар в цилиндр внутри котла, размещенного под ним. При заполненном цилиндре струйка холодной воды конденсировала бы пар, а при образовании вакуума поршень втягивался бы в второй конец цилиндра, заканчивая рабочий ход. Насосные штанги с прикрепленными к ним тяжёлыми грузами после возвращали поршень в верхнюю часть цилиндра, и цикл продолжался.

Накопившаяся вода из конденсирующегося разбрызгивателя контролировала рабочую скорость мотора: на каждом такте мотора Ньюкомена около 6-ти галлонов воды должны были быть удалены из силового цилиндра, перед тем как поршень мог окончить собственное полное движение.
Кстати, я всем моделистам и любителям паровой тяги рекомендую создать работающую двигатель модель Нюкомена!

У меня руки до неё так и не дошли, а очень хочется воспроизвести всю эволюцию данных паровых монстров!

Мотор Сметвика

Двигатели работали по вышеописанному принципу, пока Джеймс Уатт не запатентовал отдельный конденсатор во второй половине 60-ых годов XVIII века. Здесь то и возник в конце концов вакуум. Уатт создал его в сосуде с водяным охлаждением вдалеке от силового цилиндра.

Нагревая и потом выхолаживая силовой цилиндр на каждом такте мотора получилось увеличить мощность на выходе мотора на то же кол-во потребляемого угля.
Насосный мотор Boulton and Watt был выстроен для компании Birmingham Canal Navigation Company во второй половине 70-ых годов восемнадцатого века и находился в работе на канале до 1891 года. Этот мотор поднимал воду на расстояние 38 футов от дна до верхнего шлюза канала и был размещён сверху Бридж-стрит в Сметвике.

На каждом такте мотора поднималось 229 галлонов воды. Этот мотор выставлен в самом центре в Бирмингеме: это будет самый старый работающий паровой мотор в мире.
Мотор Сметвика приводился в действие паром малого давления на части сверху поршня и вакуумом на нижней стороне.

Он собой представлял новое поколение насосных двигателей; такие двигатели были быстро приняты Корнуоллской горнодобывающей промышленностью. Двигатели, работающие с отдельными конденсаторами и применяющие экспансивную силу пара, развивали высокую мощность. Они были в состоянии удалить наводненную воду из шахт на намного большую глубину, чем это было возможно с двигателем Newcomentype.

Новая конструкция была настолько удачной, что все 75 двигателей Ньюкомена, которые работали во второй половине 70-ых годов восемнадцатого века на корнуоллских минеральных рудниках, были заменены в течение четырех лет.
Организация “Болтон и Уатт” продавала собственные улучшенные паровые двигатели исключительно по договоренности с заказчиком, который должен был выплачивать ежегодную премию. Эта премия основана была на расчете количества угля, какое было бы применено, если бы заказчик установил обыкновенный мотор типа Newcomen.

Одна треть стоимости разницы в топливе обязана была каждый год выплачиваться организации “Бултон и Уотт”. За мотор Сметвика компания канала платила 210 фунтов в течении года.

Круговое движение

Ранние паровые двигатели делали линейное движение, другими словами движение вниз и вверх насосной штанги, применяемой для движения воды. Для приведения в действие остальных машин двигатели должны были бы делать постоянное круговое движение. Это было не так очень просто сделать, как можно было бы представить себе.

Первый мотор в мире, удачно производящий круговое движение при помощи маховика и кривошипа, был разработан Мэтью Уосборо (Бристольский инженер) для Джеймса Пикарда, Бирмингемского изготовителя. Сначала он был поставлен во второй половине 70-ых годов восемнадцатого века, и круговое движение было достигнуто при помощи храповика и механизма пола.

Впрочем это оказалось бесплодным, и мотор позднее был оборудован маховиком и кривошипно-шатунным механизмом. Пикард и Васборо получили патент на собственную идею в первой половине 80-ых годов XVIII века.

Выдача этого патента вызвала продолжительные споры, из-за чего Джеймсу Уатту понадобилось применять иную схему (метод “Солнечного света и планеты”) для достижения вращательного движения на собственных двигателях, пока патент Пикарда не истек в первой половине 90-ых годов XVIII века.
Неповторимый мотор типа Ньюкомена был собран в Сноу-Хилле во второй половине 70-ых годов восемнадцатого века, и после его изменения для применения кривошипа и маховика мотор продолжал работать приблизительно до 1879 года, приводя в движение мельницу для размельчения металлов. Все, что известно о данной модели – это то, что приводной цилиндр имел диаметр 30 дюймов, а бросок кривошипа составлял 3 фута и 7 дюймов.

Силовой цилиндр располагался вертикально над котлом, что оригинально для конца 1770-х годов: к данному времени котлы в большинстве случаев расположились в индивидуальном здании, примыкающем к главному машинному отделению.
Во второй половине 80-ых годов восемнадцатого века Джеймс Уотт разработал и выстроил мотор, который конкретно производил круговое движение. К данному времени многие остальные линейные двигатели были приспособленые для обеспечения вращательного движения, однако они не были сконструированы и выстроены для этой цели и в большинстве случаев представляли собой адаптацию одноактных насосных двигателей.

Новый мотор Уатта приводился в действие вакуумом, а еще экспансивной силой пара. Вакуум был направлен сначала на верхнюю, а потом на нижнюю сторону поршня; пар малого давления также подавался на поршень как вверх, так и вниз. Эта комбинация вакуума и пара малого давления производила непрерывную производство энергии, которая приводила в действие мотор.

Это уже напоминает работу золотника паровоза, правда?
Новый крутящийся мотор был поставлен на мануфактуре Boulton and Watt Soho Manufactory в Бирмингеме, где он стал известным как коленчатый мотор, так как он применялся для шлифования и полировки небольших деталей, например как большие пряжки, надетые на обувь для придворных.

Большой маховик этого мотора, практически 16 футов в диаметре с 304 древесными зубьями, приводил в движение более сорока притирочных и полировальных машин, и вращательная сила передавалась каждой индивидуальной машине системой ремней и шкивов.
Этот мотор был первым в мире, чья частота вращения регулировалась центробежным устройством, которое позднее стало известно как “регулятор Ватта”.

Мотор Lap был одним из первых двигателей, мощность которого оценивалась в конских силах – согласно расчетам Джеймса Уатта, она составляла 10. Он обеспечивал вращательный привод фабричного оборудования в течение 70 лет, пока Мануфактура Сохо не прекратила производство во второй половине 50-ых годов девятнадцатого века.

Теперь этот мотор выставлен в Музее науки в столице Англии.

Мотор мельницы Арнольда

Этот мотор обеспечивал вращательную мощность для привода камвольной мельницы Роберта Дэвисона и Джона Хоксли в Арнольде, Ноттингем, во второй половине 90-ых годов XVIII века. Мотор, разработанный инженером из Эшовера в Дербишире по имени Фрэнсис Томпсон (1747-1809), имеет пару оригинальных свойств, которые предназначены для достижения хорошей продуктивности без нарушения патента, принадлежащего Джеймсу Уатту на конструкцию парового мотора. Наиболее знаменитой из данных свойств считается цилиндр двойного действия-движущая сила мотора, достигаемая за счёт конденсации пара.

Фрэнсис Томпсон использовал принципы, первый раз разработанные Томасом Ньюкоменом в 1712 году. Считается, что только восемь роторных двигателей двойного назначения были когда-нибудь выполнены, которые работали от давления атмосферы подобным образом. Применялись два цилиндра, размещенных вертикально один над иным.

В верхнем цилиндре находился поршень, который под действием давления атмосферы поднимался вертикально вверх. Поршень в Нижнем цилиндре был опущен вертикально вниз, снова же под действием давления атмосферы.

Движущей силой этого мотора был вакуум, создаваемый водяным распылителем, конденсирующим пар в каждом цилиндре.
Объединенная сила от 2-ух скреплённых поршней передавалась на главную колеблющуюся балку мотора тремя цепями, любая из них была настроена на натяжение. Фрэнсис Томпсон добился вращательного движения на этом двигателе, установив большой кривошипный штифт на стороне шестерни промежуточного вала.

Когда мельница Арнольда была первый раз выстроена в конце восемнадцатого века, водяное колесо было одним источником энергии для предприятия. С самим началом Наполеоновских войн увеличился интерес на камвол для военной формы. Чтобы удовлетворить этот большой спрос, мельница начала работать днем и ночью.

Впрочем после 2-ух полных дней постоянной работы мельничный водоем опустел, и производство понадобилось остановить. Для поддерживания производства в течение оставшейся части недели проведенной на работе был применен погодный мотор, что дало возможность пополнить мельничный водоем.

Когда мельничный водоем опять наполнился водой, прядильные и ткацкие станки опять приводились в движение водяным колесом. Линейный вал длиной 105 футов соединял два независимых привода, а большие фланцевые муфты включались или отключались для выбора привода, который должен был применяться. Водяное колесо и мотор никогда не применялись вместе.

Мотор работал со скоростью 18 ударов за минуту, приводя в движение заводской переходный вал со скоростью 50 оборотов за минуту, и, как полагают, вырабатывал около 45 конских сил. Неповторимый мотор был высотой 47 футов, очень высокой, чтобы пройти через все пять этажей тканевой предприятия.

Мельница была разрушена в 1811 году, а мотор разобран и продан на металлолом; все, что осталось теперь, – это мельничный водоем.

Паровой мотор большого давления

Двигатели до 1800 года приводились в действие вакуумом; этот вакуум создавался конденсацией пара малого давления. Наша история завершается разработкой около 1800 двигателей, работающих на паре большого давления. Один из первых из них был разработан Ричардом Тревитиком, корнуэльским инженером, и поставлен в 1804 году, чтобы управлять оборудованием красильни в Ламбете в столице Англии.

Цилиндр, который приводил в действие мотор Тревитика 1804 года, был абсолютно новым новшеством, так как он располагался горизонтально. Это первый из двигателей нового поколения, который стал известным как “высокоскоростные горизонтальные двигатели”.
Котел, подававший пар к двигателю, был 6 футов в диаметре и сначала был создан из чугуна, отлитого на литейном заводе Абрахама Дарби в Коулбрук-Дейле.

Мотор приводился в действие цилиндром двойного назначения диаметром 8 дюймов с рабочим ходом 48 дюймов. Он был рассчитывается на 6 конских сил.

Высокоскоростной мотор делал 24 оборота за минуту при давлении котла приблизительно 45 фунтов на квадратный дюйм.
Подобным образом, всего за 100 лет самые новые промышленные источники энергии перешли от лошадиной или водной энергии, применяя энергию пара малого давления и давления атмосферы, к пару, производимому при давлении в 25 раз большем, чем у первых двигателей.

Техническая невозможность одного поколения-большие пароплотные котлы, которые не имели возможности быть сделаны в 1700 году, – стала основным энергетическим источником для иного поколения.

Что не так с котлами и почему нельзя лошадей перестать трогать?

Как мы могли заметить, все инженеры и ученые годами и, даже столетиями, изобретали паровые двигатели, кривошипы, разные регуляторы оборотов и всё-всё связанное с самой паровой установкой, которая приводила что-нибудь в поступательное движение, заставляла колеса вращаться, применяя пар.
Поршни стали все ровнее, цилиндры все более отполированными, приборы для определения величины давления все точнее, биения маховиков и шестеренок сводились на нет. Но было кое что, благодаря чему совсем не получалось паровую машину поставить на колеса и оставить в конце концов лошадей в покое.

Это – конкретно сам пар.
Необычайно, но практически два века никто не обращал внимания на котлы, они как были кастрюлями, так кастрюлями и остались. Что же не так в кастрюле, спросите вы?

В действительности – не так фактически все.

Двигатель своими руками

Паровая машина с котлом-кастрюлей.

Они так хорошо и не поехали
Снизу располагалась камера сгорания, куда бросали уголь.

Вода снизу такого котелка начинала нагреваться и горячая вода поднималась вверх, создавая турбулентные вихри, которые перемешивали воду и инстинктивно охлаждали её. Подобным образом вода превращалась в пар не быстро. Сначала выходила часть пара и вода в середине охлаждалась.

Машина, исходя из этого останавливалась, и следовало ждать нового кипения. И так, опять и опять.

Можно было топить углем и ждать пока вскипит все, бравировать взрывом котла, зато ехать на хорошем давлении? Нет, к большому сожалению, так система не работает – вода должна трансформироваться в пар (вскипать) практически с такой же скоростью, что и выходить на мотор.
Эти машины регулярно останавливались.

Доводилось кидать больше угля в топочную камеру, шевелить уголь, закрывать пар, нервничать из-за безмерно большого давления в котле. Паровозы представляли собой вообще очень несчастливое представление – они чудом тянули 10 человек и страшно тормозили на участках под горку.
После, как то, некий мистер Джефферсон предоставил собственный новый паровоз с очень странным (цилиндрическим) котлом, который прекрасно ехал, держал скорость, да ещё и разгонялся!

Пар бежал отовсюду, колеса крутились и машина даже не думала останавливаться.
Суть идеи была проста, как и все гениальное.

Котел был представлен в виде большинства сваренных труб, по которой проходил жар от угля. Трубы имеют большую поверхностная площадь (цилиндр в развертке даёт прямоугольник), а много труб – тем более.

Подобным образом вода нагревалась не с одной стороны, а с каждой стороны, она закипала и снизу, и сверху, и в середине, и у стенок. Весь котел – насквозь нагревался до 1500 градусов и вода вскипала очень быстро.

Главное было своевременно подливать новую воду и забрасывать уголь в топочную камеру.
Захватывает идея, согласны?

Так и хочется создать настоящий котёл? Что ж, предлагаю начать с обычного – вварите в скороварку или рукодельный котелок 2 трубы сквозные трубы между дном и крышкой. Результат будет сразу виден – вода будет закипать активнее и пар будет насыщеннее.

Полезная работа будет выше.

Одинарного и двойного назначения: в чём там суть?

Довольно часто (да и я уже так пару раз согрешил в сегодняшней статье) произносится фраза «одинарного» или «двойного» действия. В чём там принципиальная разница?

Кажется, максимально, чем мы можем расширить эфективность машины – это добавить очередной цилиндр с клапаном. Впрочем тогда мы приобретаем двухцилиндровую машину, а не машину двойного назначения.

В чём там главная суть?
Что ж, вернемся к нашей схеме паровой машины.

Пар выходит из котла, попадает в клапан, клапан открывается, пускает пар в середину рабочего цилиндра, цилиндр уходит в нижнюю мертвую точку… Что дальше? Почему цилиндр возвращается обратно?

Да, дело все в инерции маховика. Маховик – колесо увесистое и оно по инерции крутится, закрывая клапан золотника и толкая рабочий поршень назад… А потом опять пар и так по кругу.

Благодаря этому такие паровые машины сами не запускаются, их необходимо запускать дав маховому колесу первичный импульс.
А что если в рабочем цилиндре впускное отверстие будет не в дно цилиндра, а, скажем, в стенке.

Прямо над верхней мертвой точкой? А потом ещё и снизу – под нижней мертвой точкой.

Только представьте – два отверстия в рабочем цилиндре! В первое попадает пар, поршень бежит вниз, первое отверстие перекрывается, но открывается второе, через которое теперь идет пар! И этот новый пар поднимает теперь поршень назад, будто нижняя мертвая точка стала верхней, а потом наоборот.

И так опять и опять. Получается, что не только в рабочем цилиндре два отверстия, но также и в золотнике. Ну да, все правильно.

Золотниковый клапан имеет два поршенька на одном штоке и два отверстия, которые по очереди закрываются то одним, то вторым поршеньком.

Двигатель своими руками

Рукодельная машина двойного назначения
Сразу становится понятно, что машина двойного назначения сразу обладает 2-мя неповторимыми свойствами – во-первых, маховику больше не надо владеть магической инерцией; во вторых, такая машина, достаточно резво запускается сама под давлением пара.

Именно машины такого типа стояли на паровозах, иначе трудно представить себе, чтобы кто-то его подталкивал.

Паровой мотор с качающимся цилиндром: довольно обычный из продуктивных

Осциллирующий паровой мотор, или как ещё её именуют, паровая машина с качающимся цилиндром – персонально я так думаю, настоящее техническое чудо, которое открыло многим моделистам возможность быстро и без особенных расходов собрать паровую машинку большой мощности, которая будет работать.
В чём же её главная суть?

И почему она так грозно именуется – с качающимся цилиндром? Неужели в ней все настолько сурово, что даже цилиндр должен вращаться, не только маховики с поршнями?
В данной машине вообще отсутствует золотниковый клапан.

Кривошипно-шатунный механизм настолько просто, что фиксируется шатуном к маховику всего с одной стороны (ведь золотника нет).
И так, возьмём типовую паровую машинку, и уберем совсем в ней клапан и все, что связано с ним.

При этом уберем также все «суставы» кривошипов, которые идут от штока рабочего поршня к маховику. Да, шток прочно закреплен с маховиком.

Двигатель своими руками

Качающийся цилиндр
При этом совсем запаяем дно цилиндра и оставим лишь одно впускное отверстие, сверху над мертвой точкой. Что будет если мы начинаем подавать на впуск пар?

Поршень стремится выскочить наружу, однако не может, так как изгибов и рычагов нет, он просто давит штоком на колесо маховика! А что, если в середине (или, допустим, с краю – без разницы) цилиндр будет закреплен одним маленьким болтиком и сможет вращаться около него?

Тогда система будет поворачивать колесо маховика, а потом возвращаться. Что ж, попробуем сделать такой простой мотор.

Находим трубку из нержавеющей стали или меди. Сделаем отверстие в ней.

Двигатель своими руками

Грядущий цилиндр и место под отверстие
Дальше из холодной сварки делаем поршень и закрепляем его на шпильку. С другой стороны устанавливаем крепление для грядущего маховика.

В качестве крепления прекрасно подходит клемма для подсоединения проводника, а поршень можно сделать из подшипника, как мы делали прежде.

Двигатель своими руками

Поршень, шток и крепление на маховик

Проверяем насколько медленно поршень входит в цилиндр и, если он там застревает – полируем цилиндр внутри, а поршень – с наружной стороны. Он должен ходить свободно, но должна чувствоваться компрессия.

Двигатель своими руками

Поршень в цилиндре
Дальше, дно цилиндра (то, которое ближе к верхней мертвой точке, возле отверстия) закрепляем уголок.

Двигатель своими руками

Уголок, прикрепленный к днищу цилиндра
Он обязан быть закреплен таким образом, чтобы полностью закрывать цилиндр.

Если цилиндр и уголок из меди или нержавеющей стали их можно спаять. Если все из железа, можно сварить.

А можно поступить ещё легче и посадить его на огнеупорную смолу на эпоксидной основе с затвердителем.
Чуткий читатель наверняка понял, что уголок – это грядущая ось вращения (качения) цилиндра, а отверстие в цилиндре – впускное. По этой причине уголок нужно расположить таким образом, чтобы его отверстие лежало с впускным на одной прямой параллельной цилиндру.

Дальше необходимо установить конструкцию на ось, для этого необходимо создать маленькой каркас – раму.

Двигатель своими руками

Рама мотора

Закреплять конструкцию следует не только винтом, но и пружиной, чтобы цилиндр был перпендикулярный оси вращения, однако не жестко. Жесткость создаст силу трения в механизме газораспределения (цилиндр будет тормозиться, притираясь к рейке выпуска и впуска).

Двигатель своими руками

Пружина в креплении цилиндра
Дальше необходимо найти две очень гладкие (было бы неплохо очень гладкие) поверхности. В совершенстве – медные, натертые до блеска зеркала пластины.

Но так как это практически не по настоящему, тогда можно применить части глянцевого ламината. я применил кафельную плитку, однако её тяжело высверливать.

Двигатель своими руками

Сверлим ровную поверхность
Дальше эту поверхность закрепляем к цилиндру отверстие к отверстию.

Двигатель своими руками

Приклеивание на смолу. Саморез необходим, чтобы отверстия не разбежались при склеивании
Дальше ищем маховик тяжелее.

Можно применить даже диск от циркулярные пилы.

Двигатель своими руками

Диск от циркулярные пилы в качестве махового колеса
Устанавливаем его в подшипник и подставку (вилку).

Двигатель своими руками

Маховик на подшипнике
Это довольно забавно, однако можно выполнить все замечательно и прогадать в расчете хода поршня. Один из моделистов как-то заметил, что при окончательных этапах сборки он регулярно ощущает, что начинает филонить.

Это на самом деле так, когда итоговый результат уже не далеко и вы уже видите, что все начинает нарисовываться, вероятность ошибки начинает вырастать.
Когда цилиндр и его система газораспределения поставлена, следует рассчитать две вещи:

  • где будет маховик;
  • где на маховике будет рычажок крепления со штоком.
  1. В верхней мёртвой точке крепежная точка маховика и штока ближе всего к цилиндру и цилиндр горизонтален, в нижней мертвой точке – крепление маховика и штока дальше только от цилиндра и цилиндр горизонтален снова.
  2. Ход поршня – это диаметр внутреннего круга, который описывает крепежная точка штока к маховику, т.е. расстояния от центра маховика до крепежной точки – половина хода поршня.
  3. Верхняя мертвая точка – это не дно цилиндра, а любая подобранная вами позиция, какая обязана быть выше впускного отверстия.

Двигатель своими руками

Расчет позиций
Дальше необходимо сделать шатун. Его можно сделать из фанеры или планки металлической.

Планка металлическая может казаться надежней, однако она тяжелее и из-за нее могут появиться маленькие биения махового колеса.

Двигатель своими руками

Изготовление шатуна и его крепление на смолу

Теперь следует окончить систему газораспределения. Когда поршень находится в верхней мёртвой точке – пар должен попадать в цилиндр и выталкивать поршень, поворачивая таким образом и маховик и сам цилиндр.
Когда поршень доходит до нижней мертвой точки, цилиндр поворачивается и поршню пора возвращаться.

Значит впускное отверстие становится выпускным и из него отработанный пар должен выйти.
Подобным образом берем нашу вторую гладкую рейку и выполняем два отверстия. Одно размещается в том месте, где оказывается отверстие в верхней мертвой точке, второе – в нижней.

Эти два отверстия обязаны быть соединены между собой в верхнем слое рейки, т.е. содержать канавку (дабы пар наполнял цилиндр до самой нижней мертвой точки, даже когда цилиндр «уйдёт» с отверстия).

Двигатель своими руками

Вторая рейка.

Впускное и выпускное каналы и канавка между ними
После бережно устанавливаем эту рейку, объединяя отверстия и фиксируя положения цилиндра и самой рейки.

Рейка должна вплотную примыкать к рейке цилиндра, однако не выталкивать его из плоскости.

Двигатель своими руками

Установка рейки газораспределения

Двигатель своими руками

Мотор с качающимся цилиндром
Данный мотор на самом деле приятно собирать и есть простор для мысли. Собирать его примерно так – несколько неуклюже, куда лучше применять медь и пайку, тогда наверное его можно построить за час.

Более того, данный мотор можно улучшить, к примеру, установить второй цилиндр на тот же шатун, если посмотреть по другому.
Также, можно будет без труда создать такой осциллирующий мотор двойного назначения: ось вращения будет в середине цилиндра, а с правой стороны и слева от неё будут два отверстия и поэтому две рейки.

Отверстия будут меняться между собой, сначала правое будет впускным, а левое – выпускным, а потом – наоборот. Мотор сможет сам запускаться, его можно ставить в модели чего угодно, либо превратить в паровой генератор тока.
Какой цилиндр лучше делать – длинный или короткий?

Машины с длинными цилиндрами просят больше пара и считаются более тихоходными, небыстрыми. Но их вращающий момент выше.

Как сделать самый простой электрический двигатель собственными руками?

Многие радиолюбители всегда не прочь сделать какой-либо декоративный прибор исключительно в демонстративных целях. Чтобы это сделать применяются очень простые схемы и подручные средства, очень высоким спросом пользуются двигающиеся механизмы, которые способны воочию показать влияние электротока.

Как пример мы будем рассматривать, как сделать простой электрический двигатель дома.

Что пригодится для самого простого электрического двигателя?

Имейте в виду, что сделать рабочую электрическую машину, приготовленную для совершения какой нибудь полезной работы от вращения вала дома очень и очень трудно. По этой причине мы будем рассматривать стандартную модель, демонстрирующую рабочий принцип электродвигателя. С его помощью вы можете показать взаимное действие магнитных полей в обмотке якоря и статоре.

Такая модель будет полезной в качестве наглядного пособия для школы или приятного и познавательного времяпрепровождения с детьми.
Для производства самого простого самодельного электрического двигателя вам нужно будет простая пальчиковая батарейка, кусочек проволоки из меди с лаковой изоляцией, кусочек постоянного магнита, по размеру не более батарейки, пара скрепок. Из инструмента хватит кусачек или пассатижей, кусочка наждачки или остальной абразивный инструмент, скотч.

Производственный процесс электрического двигателя состоит из подобных этапов:

  • Намотайте на пальчиковую батарейку от 10 до 15 витков проволоки из меди – это и будет ротор мотора. Можно применить не только батарейку, но и любое круглое основание.
  • Снимите намотку с батарейки, попытайтесь не очень нарушать диаметр витков. Закрепите всю катушку 2-мя диаметрально противоположными виточками, как показано на рисунке ниже.
    Двигатель своими руками

    Рис. 1: закрепите обмотку виточками

  • С помощью очень маленького наждака почистите концы якоря электрического двигателя. Перед вами стоит задача – удалить изоляционный слой, так как через эти концы будет выполняться токосъем.
  • С помощью пассатижей согните две скрепки поэтому, чтобы получились круглые петли посередине скрепки. Как основание для перегиба петли можно применить любой твёрдый предмет, например, спичку.
    Двигатель своими руками

    Рис. 2: согните скрепку

  • Закрепите скотчем две скрепки на выводах пальчиковой батарейки, важно достичь хорошего прилегания. Если необходимо, намотайте парочку слоев скотча.
  • Разместите в петли концы ротора, он же будет выступать и валом электрического двигателя. Зачищенные концы провода должны размещаться на скрепках.
    Двигатель своими руками

    Рис. 3: разместите ротор в петли

  • Закрепите под катушкой на поверхности пальчиковой батарейки постоянный магнит.

Простой электрический двигатель готов – достаточно толкнуть пальцем катушку и она начнет круговое движение, которое не будет прекращаться до той поры, пока вы не остановите вал мотора или не сядет батарейка.
Если вращение не происходит, необходимо проверить качество токосъема и состояние контактов, насколько свободно ходит вал в направляющих и расстояние от катушки до магнита.

Чем меньше расстояние от магнита до катушки, тем лучше магнитное взаимное действие, по этой причине сделать лучше работу электрического двигателя можно благодаря уменьшению длины стоек.

Одноцилиндровый электрический двигатель

Если прошлый вариант никакой полезной работы не исполнял в силу его конструктивных свойств, то данная модель будет чуть-чуть сложнее, зато найдет использование на практике у вас дома. Для производства вам нужно будет единоразовый шприц на 20мл, проволока из меди для намотки катушки (в этом примере применяется диаметром 0,45мм­), проволока из меди большего размера для коленчатого вала и шатуна (2,5 мм), частые магниты, древесные рейки для каркаса и конструктивных компонентов, источник питания постоянного тока.

Из дополнительных инструментов понадобится пистолет для клея, ножовка, нож канцелярский, пассатижи.
Производственный процесс электрического двигателя состоит в следующем:

  • Используя ножовку или ножа для канцелярских работ обрезать шприц, дабы получить трубку из пластика.
  • Намотайте на трубку из пластика тонкую медную проволоку и закрепите ее концы клеем, это будет обмотка статора.
    Двигатель своими руками

    Рис. 5: намотайте проволоку на шприц

  • С толстой проволки уберите изоляцию с помощью ножа для канцелярских работ. Отрежьте два куска проволки.
  • Согните из данных кусков проволки коленчатый вал и шатун для электрического двигателя, как показано на рисунке ниже.
    Двигатель своими руками

    Рис. 6: согните коленвал и шатун

  • Наденьте кольцо шатуна на коленчатый вал, чтобы обеспечить его плотную фиксацию, можно одеть кусок изоляции под кольцо.
    Двигатель своими руками

    Рис. 7: наденьте шатун на коленвал

  • Из древесных плашек сделайте две стойки для вала, основание из дерева и ушко для неодимовых магнитов.
  • Приклейте неодимовые магниты вместе и приклейте к ним ушко с помощью клеевого пистолета.
  • Закрепите второе кольцо шатуна в ушке с помощью шплинта из проволоки из меди.
    Двигатель своими руками

    Рис. 8: закрепите второе кольцо шатуна

  • Вставьте вал в древесные стойки и наденьте втулки что бы ограничить перемещения, сделайте их из кусочков родной изоляции провода.
  • Приклейте статор с обмоткой, стойки с шатуном на основание из дерева, не считая дерева можете применить и другой диэлектрический материал.
    Двигатель своими руками

    Рис. 9: приклейте стойки и статор

  • С помощью шурупов с плоской шляпкой закрепите выводы на деревянном основании. Два контакта обязаны иметь необходимую длину, чтобы касаться вала электрического двигателя – один изогнутой части, другой прямой.
    Двигатель своими руками

    Рис. 10: точки касания вала

  • Наденьте на вал с одной стороны маховик для стабилизации вращения, а со второй крыльчатку для вентилятора.
  • Припаяйте один вывод обмотки электрического двигателя к контакту колена, а второй к отдельному выводу.
    Двигатель своими руками

    Рис. 11: припаяйте выводы обмотки

  • Подсоедините электрический двигатель к батарейке с помощью крокодилов.

Одноцилиндровый электрический двигатель готов к работе – необходимо только подключить питание к его выводам для работы и прокрутить маховик, если он находится в том положении, с которого сам стартовать не может.

Двигатель своими руками

Рис. 12: подсоедините питание

Чтобы перестать вращение вентилятора, отключите электрический двигатель при помощи снятия крокодила хотя бы с одного из контактов.

Электрический двигатель из пробки и спицы

Также собой представляет относительно обычный вариант самоделки, для его изготовления вам нужно будет пробка от шампанского, проволока из меди в изоляции для намотки якоря, вязальная спица, проволока из меди для производства контактов, изоляционная лента, древесные заготовки, магниты, источник питания. Из инструментов вам пригодятся пассатижи, пистолет для клея, очень маленький натфиль, дрель, нож канцелярский.

Производственный процесс электрического двигателя будет состоять из подобных этапов:

  • Обрезать края пробки, дабы получить две плоских поверхности, на которых будет находиться кабель.
  • Просверлите сквозное отверстие в пробке и проденьте в него спицу. С одной стороны намотайте изоляционную ленту.
    Двигатель своими руками

    Рис. 13: вставьте спицу и намотайте изоляционную ленту

  • В срезе пробки вставьте два отрезка проволки и приклейте их.
  • Намотайте обмотку ротора из тонкой проволки в одном направлении. Сделайте перемотку якоря изоляционной лентой, чтобы витки в электрическом двигателе не открылись в рабочий период.
  • Почистите надфилем концы обмотки электрического двигателя и выводы на пробке и соедините их.

Двигатель своими руками

Рис. 14: соедините концы обмотки и выводы

Для лучшего контакта можно припаять. Выводы следует согнуть таким образом, чтобы они буквально лежали на спице.

Двигатель своими руками

Рис. 15: согните выводы

  • Сделайте основание из дерева, две опоры для вала и две стойки для магнитов. Высверлите в опорах отверстия под спицу.
  • Приклейте опоры на основу и вставьте в них ротор электрического двигателя. Закрепите подвижный компонент ограничителями, наиболее просто смастерить их из изоляционные ленты.
    Двигатель своими руками

    Рис. 16: установите вал на стойки

  • Из 2-ух кончиков проволки сделайте щетки для электрического двигателя и закрепите их шурупами на основании.
    Двигатель своими руками

    Рис. 17: щетки для электрического двигателя

  • На стойки приклейте два магнита и поместите их с обеих сторон от ротора с очень маленьким зазором.

Двигатель своими руками

Рис. 18: установите магниты

Наденьте крыльчатку вентилятора на вал и подсоедините к источнику питания – при протечке электротока по катушке случится магнитное взаимное действие с полем постоянных магнитов, вследствие чего и появится круговое движение. Самый простой электрический двигатель готов, запитать его можно и от электрического тока в сети, но взамен батарейки вам нужно будет применять блок питания.

d-e-a-d › Блог › Второй проект самодельного ДВС (увлечения)

Всем здравствуй, вот решил поделится вторым проектом ДВС, проект уже возведен давненько и чтото я не решался вылаживать его сюда да и честно чтото лень было. Вобщем после удачного первого мотора мне вздумалось построить очередной но несколько иной конструкции. С самого начала думал мотор не скоростной а не быстро чавкающий на постоянных оборотах (буржуи именуют их hit and miss).

Но с ходом разработки и постройки понадобилось отказаться от чавкающего мотора из за ряда проблем и главной сложностью стала — отсутствие своего токарного станка (большого мне не нужно, необходим маленький хоббийный типа ТВ16 или ему аналогичного либо школьный ТВ4 но подобных в наших районах не продают или продают но неадекватно дорого, а оплачивать 5к или более за транспортную с иного города что жаба душит да и станок нужно самому смотреть состояние). Так вот неспеша был выстроен второй проект, описание всего процесса постройки можно почитать на форуме, прямая ссыль на тему — sam0delki.ru/viewtopic.php?f=44&t=611 тут опишу коротко весомые части и изменения в непосредственно этом втором проекте относительно первого двс.
Цилиндро-поршневую группу использовал уже готовую, ею послужила ЦПГ из нагнетателя воздуха холодильника. При разборе данного нагнетателя воздуха на металлолом было выяслено что у него очень интересная рабочая пара, диаметром 24мм и очень важное что цилиндр был не монолитным с основанием нагнетателя воздуха как в большинстве случаев а был съёмным на 2-ух болтах.

Сама схема в этом компрессоре не подходила к работе в виде мотора так как поршень и шатун там были литыми, но компрессоров у меня было много и я очень легко выбрал к цилиндру необходимый поршень. Именно он то мне и не давал покоя так как ка был сделан достаточно качественно (пара замечательная, компрессия просто обалденная, плюс и материал — чугунная гильза и чугунный поршень — идеал для самоделки из за офигительного коэффициента скольжения чугуна по чугуну).

Двигатель своими руками
Двигатель своими руками

Так, значит ЦПГ была уже готова, причем замечательная. Дальше ГБЦ, голову решил делать как и у предыдущего проекта из бронзы.

На предприятии добыл необходимую болванку, и изготовил голову. Клапана также как и у первого проекта из шурупов.

Клапана были притерты как и у настоящих двигателей с использованием паст для притирки.
Отличия этой головы от предыдущей здесь будет один управляемый клапан (выпуск) как у простого четырехтактного мотора через коромысло и второй клапан будет полностью автоматизированным (впуск, здесь как только все части ДВС будут собраны вместе нужно будет “поиграться” с жесткостью клапанной пружинки и достичь правильной продолжительность впуска когда поршень будет двигаться к НМТ и открывать разряжением клапан преодолевая жёсткость пружинки) и второе отличие это свеча зажигания. В первом проекте она была диаметром 6мм и очень трудна в изготовлении (плюс довольно хрупкая на кручение, легко можно разрушить при заворачивании) здесь же свеча уже по серьезнее — 8мм, техпроцесс изготовления тот же — стеклянный изолятор посаженный на эпоксидку и холодная сварка в качестве внешнего изолятора.

Как клеить фанеру
Вопросы о ремонте
0 0
Как вытащить анкерный болт
Вопросы о ремонте
0 0
Как красят порошковой краской
Вопросы о ремонте
0 0
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

16 + 7 =