Паровой мотоцикл своими руками

Проект "Паровой мотоцикл" родился из оглядки на прошлое, ощущения духа времени, прикосновения к технологиям XVIII и XIX веков, романтики эпохи пара и интереса к инженерному делу. Мне хотелось понять характеристики и работу настоящих паровых машин, их технические нюансы и тонкости, а также возможности практического применения древней технологии. Другими словами, я хотел построить паровой двигатель, узнать о его возможностях и получить удовольствие от его работы.

Над этим проектом я работал несколько лет. В итоге этот уникальный велосипед установил рекорд по самым высоким параметрам среди себе подобных. Максимальная скорость на ровной дороге - 60 километров в час. Запас хода составляет 15 километров. Это абсолютный рекорд для парового мотоцикла с классическим двигателем. Мотоцикл сделан вручную из металлолома и не имеет абсолютно никакой промышленной мощности.

Теперь о деталях.

Шасси.

Мотоцикл должен был быть построен на базе мопеда под названием "Kalpati". Однажды сосед дал мне в гараж сломанный мопед. Я посмотрел на него и понял, что двигатель совершенно бесполезен. Так родилась идея построить паровой мотоцикл. Но когда я начал его осматривать, то понял, что рама слишком слаба для работы. Пришлось сварить совершенно новую раму из металлолома. От мотоцикла остались только колеса, вилка и крылья.

Шасси должно было быть с сухим картером. Это означало отсутствие задних амортизаторов. Такое решение было обусловлено техническими ограничениями. Ведь паровой двигатель требует маховика с точно определенным центром вращения. А поскольку маховик - это маховик, он должен был быть абсолютно неподвижным относительно двигателя. Чтобы иметь возможность ездить без амортизаторов, необходимо было изготовить пружинное сиденье с очень длинным ходом.

Котел был изготовлен из газового баллона с толщиной стенки 4 мм. Согласно паспорту, этот баллон был рассчитан на 56 бар. Поскольку паровозы работают при давлении 16 бар, было решено использовать и это давление. Конструкция котла очень проста. Топка приварена к цилиндру, чтобы реализовать сухой испаритель (пароотвод). Топка состоит из цилиндра, через который проходит более тонкая поперечная труба. Работает она следующим образом: пламя и горячие газы, проходя через топку, обтекают узкую сварную трубу с водой внутри. Вода закипает, и образуется пар. Эту функцию печи можно назвать "теплообменником".

После сборки котла я создал давление в 25 бар с помощью самодельного насоса, сделанного из газлифта (закрывающего капот автомобиля). Котел мог выдержать и большее давление, но не более 25 бар. После успешной проверки давления воды я установил предохранительный клапан, настроенный на 18 бар. После проверки давления воды котел был обернут двумя слоями изоляции, обтянут тканью и покрашен в черный цвет, чтобы придать ему характер.

Теперь котел напоминал средневековую боевую лодку. Он настолько аутентичен, что некоторые люди рекомендуют покрывать котел изоляцией, чтобы избежать потерь тепла. На самом деле вы можете увидеть только изоляцию, а не сам котел.

Это гораздо лучше, но все равно не может работать непрерывно без остановок на максимальной скорости. В идеале необходимо врезать 50-80 поперечных труб, но небольшая общая длина котла не позволяет получить плотную укладку труб, не замедляющую поток пламени до неприемлемых значений.

Горелка.

Система питания мотоцикла состоит из топливного бака, топливного крана и горелки. Топливные баки соединены параллельно и имеют как заливную горловину для жидкого топлива, так и клемму для заправки газом.

Система является многотопливной и может быть заправлена практически любым видом газообразного или жидкого топлива. Из газов: метан, гексан, этилен, бутан-пропан и т. д. Из жидкостей: бензин, парафин, ацетон, растворители, солярка и т. д. Проблемы возникают только со спиртом и тяжелыми углеводородами, такими как подсолнечное масло, отходы производства и сырая нефть. Они оставляют много кокса и забивают испарительную камеру. Сама горелка ничем не отличается от обычной паяльной горелки. Принцип работы заключается в том, что топливо сначала подается в специальную полость (испарительную камеру), где оно испаряется и поступает в камеру сгорания в виде пара, который одновременно становится стенкой испарительной камеры. Такая конструкция позволяет использовать в качестве топлива как газы, так и жидкости.

Единственная оговорка - для разных видов топлива необходимо подбирать разные форсунки. Это связано с тем, что все энергоносители имеют разные свойства и время сгорания. Я учел это и заказал на 3D-принтере набор сопел в качестве запасных. Эксперименты показали, что для пропана подходят сопла с внутренним диаметром 0,8 мм, для парафина - 0,6 мм, а для бензина - 0,5 мм.

Хотя газообразное топливо является самым простым в работе, жидкое топливо имеет два важных преимущества. Жидкое топливо можно заливать до горлышка, что невозможно в случае с газами. И большинство жидких топлив значительно превосходят газ по экзотермической энергии.

В этом мотоцикле горелка выполняет еще одну функцию. Половина горелки - это пароперегреватель. Он высушивает пар, подаваемый в двигатель, и повышает его температуру для экономии воды.

Изначально я решил построить простейший паровой двигатель двойного действия, изобретенный Джеймсом Уаттом в 1774 году.

Этот двигатель выглядел настолько просто, что поршни уже могли выполнять работу, двигаясь в обоих направлениях. Это удваивало мощность двигателя. Механика этого двигателя работала следующим образом: парораспределительное устройство с помощью золотника направляет пар в полость рабочего цилиндра.

Пар давит на поршень, и работа завершается. Когда поршень достигает "мертвой точки", клапан выпускает отработанный пар наружу, и в то же время новый пар начинает поступать с другой стороны поршня. Поскольку и поршень, и золотник механически связаны с колесом, процесс является циклическим и бесконечным.

В наше время запасных частей для паровозов не существует, поэтому мне пришлось все делать самому. Ведомые цилиндры я изготовил, покрасив расплавленным алюминием внешнюю сторону трубок из нержавеющей стали.

Парораспределительный узел представляет собой кусок алюминия с вертикальным отверстием. Все остальные штанги и дышла - это штанги автомобильных амортизаторов. В этом двигателе нет смазки, поэтому все прокладки сделаны из тефлона, который имеет отличный коэффициент скольжения и температуру разрушения 400 °C, что делает его отличным уплотнением.

Этот паровоз развивал скорость до 34 км/ч и потреблял огромное количество пара. Поездив на нем некоторое время, я понял, что так дальше продолжаться не может. Я почувствовал, что этот двигатель обладает гораздо большими возможностями. Начитавшись умных книг и изучив устройство современных паровозов, я решил модернизировать двигатель. Во-первых, во всех каналах просверлили отверстия, чтобы пар быстрее наполнял цилиндры и быстрее выходил из них. Во-вторых, решили использовать систему двойных золотников. Это очень логично.

Клапан состоит из двух независимых цилиндрических клапанов, но все не так просто. За этой простой конструкцией стоят годы исследований, испытаний, изысканий и упорного труда. Вот основные моменты:

1. два клапана находятся на некотором расстоянии друг от друга, что значительно сокращает длину парового канала и делает двигатель быстрее

2. клапаны раздвинуты на числовое значение, называемое "перекрытием всасывания". Это обеспечивает "отсечку" пара. Дело в том, что пар не всегда должен находиться внутри цилиндра. Достаточно поместить небольшое количество, и его расширение совершит большую работу. Это экономит много пара (воды) и, следовательно, делает паровой двигатель еще быстрее.

3. с другой стороны клапана находится расширение, называемое "стравливающим клапаном". Это позволяет клапану отсекать пар до того, как поршень достигнет мертвой точки. Оставшийся пар сжимается, образуя своеобразную паровую подушку, от которой поршень отталкивается, как от пружины, и начинает двигаться в обратном направлении. Это помогает облегчить переходы и компенсировать инерцию огромных стальных деталей. Кроме того, впуск свежего пара происходит более плавно, поскольку разница давлений не так велика.

4. 4. Благодаря большому зазору между двумя золотниковыми клапанами пар не прижимает золотники к задней стенке. Нагрузка распределяется равномерно, что значительно снижает износ всего механизма.

Когда все эти изменения были внесены в конструкцию, получился совершенно другой двигатель. Когда были проведены первые воздушные испытания, изменения почувствовались сразу. Звук двигателя изменился и стал более мягким. Двигатель легче запускался и работал в два раза быстрее при том же давлении. Позже, когда мы выехали на автостраду для сбора данных, мы были удивлены. Двигатель "предпочитал" работать на более высоких скоростях. Теперь он мог разгоняться до 60 километров в час. А использование пара сократилось примерно на 60 процентов. Звук парового двигателя был превосходным, и при прохождении "мертвых зон" не было никаких толчков двигателя.

Заключение.

Я начал этот проект исключительно из инженерного любопытства. Я хотел построить паровой двигатель, изменить и настроить все в нем и посмотреть, как он работает. Но чем больше я вникал в проект, тем интереснее он становился. И вот начались первые испытания, сначала двигателя, а затем и самого мотоцикла. Уже через несколько метров я начал ощущать нечто совершенно отличное от моих инженерных интересов. Я почувствовал, как говорят паровозостроители, что паровоз живой. С того момента, как все "органы" собрались вместе и начали двигаться как единое целое, у него появилась, не знаю, как это описать, душа, или, скорее, дух. Он стал больше, чем просто продукт. Затем я начал создавать его внешний вид и стиль.

Эта культура "стимпанка" вызывает у меня неописуемое чувство комфорта. Просто имея в гараже настоящий паровой двигатель, я понимаю, насколько близок к пониманию этого духа, этой романтики того времени. Я представляю, как сверкали глаза и искрились идеи в головах инженеров и энтузиастов того парового мира, как они радовались, когда появлялась новая идея или изобретение.

Однажды мне довелось увидеть, как останавливается настоящий паровоз. Это была не сталь, это было живое существо. Внутри него что-то было, что-то грохотало, что-то парило, что-то шумело, что-то двигалось. Он был живым. Я никогда не чувствовал ничего подобного рядом с современным электрическим или дизельным локомотивом. Тогда я понял, что существует удивительный, таинственный мир, о котором мы забыли.

Просматривая видео с работающим паровым велосипедом, мы удивляемся тому моменту, когда он издает тот же звук, что и настоящий паровоз. Его двигатель бьется как сердце, издавая ритмичный и мягкий звук. Этот момент завораживает меня, и я смотрю его снова и снова. И почему-то в голове у меня возникла только одна очень четкая и яркая мысль. А потом я вспомнил, что он у меня уже есть, но не могу поверить, что он до сих пор стоит в моем гараже.

Краткое видео по созданию мотоцикла и видео его испытаний можно посмотреть здесь:

Яндекс Дзень

Краткое видео о создании парового мотоцикла

Испытания парового мотоцикла

https://www.pvsm.ru/diy/378864