Паровой мотоцикл своими руками
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 19.09.2024
В ней мы построили реально работающий паровой двигатель, который должен стать главной частью будущего парового мотоцикла, и даже провели пробные эксперименты по его запуску на воздухе.
Теперь нужно решить энергетический вопрос. И тут начинаются основные отличия от двигателей внутреннего сгорания (ДВС). В таких двигателях бензин, смешиваясь с воздухом, попадает в цилиндр двигателя и при воспламенении этой воздушно-топливной смеси выделяется энергия. Расширившиеся продукты горения давят на поршень, производя работу. Но вот у паровых машин, энергия рождается не в двигателе. Она рождается в котле. Котёл производит пар, который в свою очередь и будет давить на поршень нашего двигателя. Эту древнюю энергию нам и требуется обуздать!
Устройство
Паровой котёл — котёл, предназначенный для генерации насыщенного или перегретого пара. Может использовать энергию топлива, сжигаемого в своей топке, электрическую энергию или утилизировать теплоту, выделяющуюся в других установках. (Википедия)
Существует два основных типа котлов: классический и прямоточный. Первый тип чаще всего использовался для работы паровых машин. Его можно описать как железный резервуар, в который врезана топка. Топливо горит в топке, обогревая воду в резервуаре. Вода в нём начинает кипеть и создаётся пар под давлением. Такой тип использовался на паровозах и всех первых паровых машинах:
У классических котлов есть как преимущества, так и недостатки. Преимущества заключаются в том, что для создания давления пара не требуется каких — либо насосов, так как накопленная энергия воды может ещё долго снабжать двигатель паром даже при отсутствии огня. Такие котлы не очень требовательны к качеству воды. Паровозы заправляли самой обычной водой из речек, родников, колодцев и прочее.
Прямоточный котёл можно представить как длинную, компактно свёрнутую трубку, обтекаемую пламенем, в которую насосом закачивают воду. Такой тип котла обладает целым рядом преимуществ:
- Позволяет создавать пар большего давления при меньшей массе и небольшом объёме котла.
- Из-за того, что в трубке не так много носителя, такой котёл считается более безопасным (не запасается большое количество энергии).
- Быстрый выход на режим, так как не нужно прогревать большое количество воды.
Создание прямоточного котла
И, конечно, мне захотелось сделать именно прямоточный котёл.
Двигатель заработал! Но проработал, около 10 секунд. Золотниковый клапан заклинил. При разборе двигателя, никаких проблем выявлено не было. Собрав его обратно и запустив снова, я столкнулся с той же проблемой. Она оказалась приходящей и уходящей сама собой. После изучения этой проблемы, нашлась ошибка в расчётах теплового расширения. Изначально, золотник представлял собой цельную деталь из фторопласта, а у него, как оказалось, очень большой коэффициент теплового расширения (22) и он при прогреве расширялся настолько, что его насмерть заклинивало в корпусе.
После подробных и тщательных расчётов тепловых расширений был выточен стальной золотник, оснащённый фторопластовыми кольцами, шириной 2 миллиметра.
Поскольку корпус алюминиевый, а золотник стальной, вся разница тепловых расширений была сведена практически к нулю.
Новое испытание показало, что золотник работает просто прекрасно и без замечаний. Вывешенное колесо крутилось, вода закачивалась, прямоточный котёл работал. Пришло время прокатиться. Но тут возникла новая проблема. Мне не удавалось на нём проехать больше нескольких метров. И опять я был сбит с толку. Всё же работало! На холостом ходу всё отлажено! Что ещё не так?
После долгого анализа других подобных паровых аппаратов,
Я понял, что у меня слишком маленький котёл (длина обогреваемой трубки), в следствие этого при увеличении производительности, вода просто не успевала испаряться и вылетала вместе с паром в двигатель. От такого эффекта пропадает КПД всей установки, так как расширение воды слишком мало или не происходит вовсе. Увеличить длину котловой трубки уже задача не такая простая. Но и на этом моё горе не закончилось.
Нужно было переделывать в котле почти всё. И в этот-то момент я понял, что, несмотря на неоспоримые преимущества прямоточного котла, это изделие весьма не простое и требует тонкого расчёта, дополнительного регулирующего оборудования, да и насос съедал не малую часть вращательной энергии. Сложилось чёткое понимание, что, если бы я делал классический котёл, то ни одной из этих проблем просто не возникло бы!
Классический котёл
Изготовление
На металлоприёмке я нашёл какой-то ресивер или баллон из-под пропана с толщиной стенки 3-4 мм, так что габариты котла уже были заданы жёстко.
Если сильно заморачиваться с массивной и эффективной топкой, то останется мало места для самой воды (носителя). Если топка будет слишком маленькой, то у нас не будет достаточной энергии для более менее удовлетворительной крейсерской скорости, ну и сам процесс нагрева котла займёт слишком много времени.
И вот, что я придумал. Топка будет подвержена сдавливанию огромным давлением, поэтому решено было сделать её простой, сквозной и круглого сечения. Под это пошла обычная труба 100 мм. Для увеличения КПД нашей топки (теплообменника), были врезаны 12 поперечных сквозных трубок.
Я посчитал это очень выгодным, так как они обтекались бы пламенем и выхлопными газами под прямым углом,
а вода внутри них циркулировала бы под естественным эффектом конвекции. Это позволит сохранить максимальный объём воды в котле, а для нас это запас хода. И, как бонус, такую топку было легко врезать в резервуар. Следовало всего лишь сделать два отверстия по обоим краям.
Для контроля давления установил небольшой манометр. Температуру носителя контролировать не обязательно, так как она напрямую связана с давлением и явно не выходит за критическую отметку (400*С). Давление в котле решил сделать как у реальных паровозов 16 bar.
Предохранительный клапан настроил на 18 bar. Теперь осталось его опрессовать. Это своего рода проверка на прочность. Котёл наполняется доверху водой и накачивается повышенное давление. Сначала, я это делал оставшимся от предыдущей котловой системы, насосом из доводчика, но сжимать такой насос при давлении более 20 bar, оказалось не простой задачкой (очень хорошо, что мы теперь можем отказаться от такого узла, ведь он забирал уйму мощности на себя). Оказалось, что опрессовывать удобнее всего углекислотным огнетушителем. Им я без труда создал давление в котле в 25 bar (это был максимум моего манометра) и, выждав несколько минут, приступил к настройке предохранительного клапана.
Котёл получился на славу. Даже давление в 25 bar оказалось ему нипочём. Он даже не начал хрустеть. Предохранительный клапан (использовал от компрессоров) срабатывал чётко, хоть и ронял давление с 18 до 9. Этот для нас очень не выгодно, но он будет срабатывать только в тех случаях, когда сам за давлением не уследишь. Так что, до его срабатывания лучше не доводить. Это будет бессмысленное выбрасывание ресурсов.
Пламя
Теперь нужно решить вопрос с огнём. Конечно, было бы красиво и приятно топить подобный мотоцикл дровами. Это же ретроспектива в прошлое, стимпанк, классичность, но, как я уже говорил, у нас очень мало для этого места, ведь наша топка чуть больше локтя. Конечно, можно туда уместить шапку угля, но этого не хватит даже на то, чтобы просто прогреть котёл. Тут пришлось отступить от романтичности и изготовить газовую горелку. На самом деле это очень эффективное, мощное и удобное топливо. Газ жидкий, поэтому его легко запасать, легко подавать в горелку и он сразу идёт под давлением, что позволяет создавать скоростной горячий поток в топке, тем самым улучшая теплообменный процесс (не требуется поддув).
Изготовление
На металлоприёмке нашёл отличные, маленьких размеров, нержавеющие бачки. Судя по их форме и синей окраске, это кислородные баки от какого-то пассажирского самолёта. Я собрал несколько таких бачков в батарею и объединил магистралями подачи газа и заправки. Объём каждого бачка примерно 1.7 л, а значит, можно будет везти с собой запас топлива более 5л. жидкого газа. Согласитесь, не плохой запас энергии.
Эксперимент (рис А)Пламя с не прогретой горелки (рис В)Правильный режим, прогретая горелка
Поэтому подавать газ, в нашу горелку следует плавно, чтобы она успела прогреться.
Испытания котла прошли как по маслу. Заправил примерно 35 л воды, горелку вывел на полную мощность и ждал. Через 14 минут вода закипела, и давление потихоньку начало подниматься. Примерно через такое же время в котле было 16 bar.
Для управления подачей пара я использовал простой водопроводный шаровой кран, который отлично справлялся и с температурой, и с давлением. В них используется тот же самый фторопласт, так что проблем, думаю, не будет.
Для интереса, я решил открыть кран на полную и посмотреть на нашу энергию. Струя пара долетала до соседних гаражей и создавала шум взлетающей ракеты. При этом я ощутил силу реактивной тяги, пришлось даже придерживать котёл, чтобы он не начал летать по всей улице. Я был очень доволен!
В котле подобного типа запасается огромное количество энергии. При выпускании пара в течение 5 секунд через отверстие ½ дюйма, давление в котле упало всего лишь наполовину. Дело в том, что при уменьшении давления смещается и точка кипения воды. То есть вода начинает кипеть и без подогрева, всего лишь от уменьшения давления. Этот эффект будет работать до тех пор, пока температура воды не упадёт до 100 *С. Это для нас приятная новость. Значит, можно будет долго ездить и с выключенной горелкой.
Но есть и один не совсем для меня понятный эффект. При активном выпускании пара при давлении менее 5 bar, начинает вылетать вода. Я предположил, что она кипит столь интенсивно, что в своём неистовом бурлении долетает до сухопарника и подхваченная потоком пара улетает наружу. Для эксперимента я слил часть воды, оставив уровень 20%. Эффект конечно уменьшился, но всё равно остался. Неужели вода подпрыгивает в котле на 30-40см? Если честно, с этим я пока так и не разобрался. Такая вот небольшая загадка.
Ну да ладно! Функционал готов, пора собрать наш аппарат!
Стиль
Стимпанк – это вымышленный мир. Такой, каким он стал бы, если человечество не изобрело электричество, ДВС и прочие технологии и существовала бы только энергия пара.
Я, конечно, не дизайнер, но при сборке мотоцикла, некоторые вещи всё же пришли на ум.
Испытание парового мотоцикла
В целом, я очень доволен результатами. Они даже превзошли мои ожидания. Видя, как ездят подобные паровые мотоциклы во всём мире, наша малютка оказалась далеко не на последнем месте.
Заключение
Когда задумывал строить этот паровой мотоцикл, я рассуждал так: вот сделаю его, как – нибудь это всё проедет и, удовлетворив все свои инженерные интересы, поставлю его дома напротив дивана в качестве эстетического элемента, навсегда. Но нет! Теперь это наоборот не даёт мне покоя. Я хочу его изучать, модернизировать, переделывать и побивать его же рекорды, хочу определить его максимум, понять всё, на что он способен! Конечно, в рамках этой концепции.
В этом выпуске канала “Techno Rebel” вышел материал о самодельном мотоцикле, который едет на паровой тяге. На видео показано как сделана конструкция этого курьезного для нашего времени транспортного средства. Готовый мотоцикл протестирован в условиях дороги. Всё сможете увидеть на ролике.
Сначала мастер приварил раму на испытательный стенд. проверил на надежность. Прикрепил за ушки коробку от классики на основание. Начал ставить двигатель, и что-то пошло не так. Но проблема быстро решилась. На сборку парового мотоцикла не потребовалось много времени.
У созданной машины один маленький минус. Он невероятно тяжелый!
Однако, заложили дрова в топку, включили мотор, начал выходить пар и всё заработало. Особенность – на больших оборотах двигатель передает сильную тряску. Поршень не может вернуться в верхнее положение, поэтому происходит остановка.
Хотя получился довольно тихоходный транспорт, но он ездит. Затея в целом удалось. Удалось собрать мотоцикл, передвигающийся на паровой тяге. Это только рабочий вариант, требующий серьезной доработки. Идея была сделать транспорт из хлама, чтобы он потреблял дармовое или дешевое топливо, и чтобы можно было на нём ехать. В будущем, возможно, удастся сделать настоящий паровой агрегат, который будет одолевать большие расстояния на приличной скорости, он не будет тяжелым и громоздким, непростым в эксплуатации.
Зимний мотобуксировщик.
Мотоцикл с паровым двигателем – Roper Steamer (1894)
В конце 19-го века мотоцикл как транспортное средство уже существовал и развивался. Инженеры мудрили с разными типами двигателей. Керосин, дрова и т.д. Сегодня я представлю вашему вниманию уникальный агрегат, который не зря занимает свое место в зале мотоциклетной славы. Речь пойдет о знаменитом паровом Roper Steamer.
Сильвестр Ропер – американский инженер и изобретатель представил миру свое творение будучи уже в преклонном возрасте. На момент официальной регистрации своего изобретения ему было 73 года. Он конструировал его почти 30 лет и, если бы поторопился, мог бы стать изобретателем первого мотоцикла. Он сам провел и испытания своего железного коня на велодроме Чарльз Ривер (Бостон).
Он развил при испытаниях нереальные на тот момент 48 км/ч и привел публику в восторг. Однако он решил не останавливаться на этом, и по словам современников разогнался на нем до 40 миль в час. Однако именно такое испытание судьбы и стоило Сильвестру жизни, на скорости он потерял управление и упал с мотоцикла.
Позже, врачи сообщили, что сердце этого великого человека остановилось еще до падения. Он умер знаменитым человеком, сидя верхом на том, что сделало его таким.
Рабочий агрегат мотоцикла был очень просто, по сравнению с двигателями аналогов. Он состоял всего из двух частей – камеры сгорания, куда закладывался уголь и парового котла, который сразу же являлся и емкостью для пара под давлением. Железный конь мог проехать рекордные без остановки 11 км на полном котле.
Уникальный мотоцикл на паровой тяге.
Человеческой фантазии и мастерству нет предела
Вот перед вами,еще один шедевр мотоциклостроения Единственный в мире мотоцикл , которому не нужен бензин ,электричествоЭто чудо ездит на пару ,этакая смесь мотоцикла и паровоза
Название у него “боевое” Черная жемчужина наверное в честь пиратского корабля Создали это чудо- юдо на пару, голландские инженеры из фирмы Revatu Customs
Принцип работы как у обычного паровоза ,в топке горит уголь греет воду ,выделяется пар , который крутит турбину и приводит мотоцикл в движениеПравда скорость у “Жемчужины”не велика , всего 10 км.час ,пиратский корабль его обгонит, не очень погоняешь на нем
Опять же немного вернемся к истории, в самом начале развития паровых двигателей, инженеры пытались создать самодвижущееся экипажи и вот что у них получалось.
Постепенно данное направление получило поддержку среди общественности и началось развитие. И вот уже более современный экипаж на паровой тяге, более менее похож уже на автомобиль.
Так же автор предоставляет еще одно видео где он отвечает на вопросы подписчиков, тоже довольно интересная и увлекательная информация.
Стоит призадуматься, глядя на изобретения автора, ведь топливный кризис уже не за горами, да и цены на бензин только повышаются с каждым годом.
Используя в качестве средства передвижения данный трайк, можно избавиться от бензиновой зависимости, только подкидывай дровишки в топку Больше информации и видео на канале автора Techno Rebel
Жаль, что быстрее 10 км/ч Черная Жемчужина не разгоняется, но зато это самый настоящий стим-панк!
Давайте посмотрим на этот агрегат подробнее …
А вот немного из истории нашел в ЖЖ
Этот самодельный паровой мотоцикл, собранный в далеких 30-х одним из американских энтузиастов — расходовал примерно 4.7 литра любого жидкого горючего на сто километров. Управлялся с одной педали — нажал-поехал, до 80км/ч разгонялось, отпустил — остановился. Под второй ногой педаль тормоза, на всякий случай.
К сожалению, судьба изобретения неизвестна..
Вот еще один:
Эксперт в области старинных мотоциклов, Pete Gagan рассказывает как работает паровой мотоцикл Сильвестора Ропера (Sylvester Roper), который кроме этого аппарата изобрел также и первую паровую машину.
Сам мотоцикл был изобретен в 1896 году, но данный экземпляр был построен в 2006-м по старинным схемам. На самом деле, конструкция стим-байка достаточно продумана. Например, взорваться такой агрегат не может из-за контроллера давления, присутствует необходимый датчик и регуляторы. Да, многое в мотоцикле требует доработок: те же самые тормоза — их можно назвать таковыми с натяжкой. Сидение неудобное, а длинный руль будет упираться в колени. Но фан-фактор все равно перевешивает все вместе взятое, особенно если болеешь этой темой!
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Читайте также: