Что делать с паровым двигателем

Трактор 150 л.с с паровым двигателем — 150 HP Case Project

Владимир

Паровой двигатель CASE мощностью 150 лошадиных сил чем-то напоминает историю Титаника. Он был построен как крупнейший паровой тяговый двигатель своего времени, но все, что нам осталось, это истории и несколько фотографий. С тех пор, как я был маленьким мальчиком, слушал истории, которые Джордж Хедке рассказывал об этом великолепном двигателе, я был очарован им, — рассказывает Kory Anderson, автор оригинального проекта реконструкции парового локомотива CASE 150 HP.

Спецификация оригинала по архивным документам:

КОТЕЛ – Shell, 42 дюйма в диаметре

ТРУБЫ – 93-и штуки 2-х дюймовых труб длинной, 108 дюймов, из холодно-тянутой бесшовной стальной трубы

ПОЖАРНАЯ КОРОБКА – 58 1/4 inches long, 39 1/4 inches wide, and 45 inches high, made of the best open-hearth flange steel.

ОТОПИТЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ котла, 515 кв. Площадь решетки котла составляет 15,8 кв.

ДАВЛЕНИЕ КОТЛА — Котел испытан при гидростатическом давлении 350 фунтов и может выдерживать 160 фунтов в качестве рабочего давления.

БАК для ВОДЫ — Емкость бака составляет около 500 галлонов (примерно 2м3. (2т.))

ПОДАЧА ВОДЫ — Насос спрособен заполнить резервуар для воды за восемь минут из любого доступного источника воды

ЕМКОСТЬ ТОПЛИВА — Вместимость бункера для угля составляет около 2750 фунтов.

РАБОЧИЙ ЦИЛИНДР ДВИГАТЕЛЯ — диаметр 14 дюймов и 14 дюймов хода.

МОЩНОСТЬ — Двигатель легко развивает мощность в 150 лошадиных сил при нормальной скорости 300 оборотов в минуту.

ТЯГОВАЯ МОЩНОСТЬ ТРАКТОРА — Двигатель был сконструирован для тяжелых грузовых перевозок и способен тянуть от 40 до 50 тонн при уклонах от 5 до 10 процентов, без нагрузки способен преодолевать уклон в 40 градусов.

Case Road Locomotive 1906 (фото 2.)

История реконструкции:

Я был на аукционе с моим отцом, когда мне было 4 года, где он купил паровой двигатель Case мощностью 65 л.с. После перестройки этого двигателя в 19 лет я решил взяться за кажущуюся невозможной задачу создания корпуса 150 л.с.

Проект начался с поездки в Расин, штат Висконсин, в 2006 году на завод CASE, где я встретил Рича Творека, который провел мне экскурсию по архивам, где хранились все старые рисунки.

Я пролистал тысячи старых отпечатков паровых двигателей и торгового оборудования и смог сделать копии всего, что мне было нужно для начала проекта. Сразу же, когда я вернулся домой со своими чертежами, я начал воссоздавать их в 3D CAD (компьютерное черчение), где я мог создать полную трехмерную модель этой великолепной машины, а также запустить FEA (анализ методом конечных элементов), чтобы проверить области с высоким напряжением, чтобы определить, какой тип материала будет лучше всего использовать.

В 2008 году я начал делать деревянные узоры из дерева, которые были необходимы для изготовления всех отливок для двигателя. Я начал с шаблона для головки цилиндров, и когда я закончил этот шаблон, это была первая визуализация того, каким будет этот размер двигателя на самом деле, ОГРОМНЫМ. В течении 5 лет я продолжал делать шаблоны, всего было необходимо создать более чем сто шаблонов, которые понадобятся для создания этого движка.

Фото процесса реконструкции:

паровой котел:

отливка деталей:

Шаблон колеса:

Описание из архивных документов:

«Задние колеса были восемь футов в диаметре и 30 дюймов в поперечнике. Длина дорожного локомотива составляла 25 футов и три дюйма, а ширина составляла 10 футов. Двигатель был разработан для использования в местах, где нет паровых железнодорожных сооружений или где тоннаж грузов недостаточен для оправдания строительства железной дороги.

При перевозке тяжелых грузов или вспашке в очень больших масштабах его можно использовать при экономии не менее 50 процентов по сравнению с использованием волов, мула или лошади. Запас воды и топлива достаточен для перевозки от восьми до десяти миль ».

Котел был стандартным типом локомотива, с большой топкой и достаточной площадью обогрева. Будучи установленным на пружинах и подвешенным перед задней осью, он мог проехать по самым грубым дорогам без травм. Это была неотъемлемая особенность дорожного локомотива.

Очень мало чугуна использовалось при создании этого двигателя в 1900-х годах. Приводы были отлиты из специальной стальной смеси, имели очень широкую поверхность и тяжелые зубцы, чтобы обеспечить необходимую долговечность, без которой грузовой двигатель не мог бы стать выгодным вложением.

Особое внимание было уделено прочной конструкции ведущих колес. Они были построены, чтобы выдерживать грубое использование. Широкие шины с диагональными проушинами обеспечивали сцепление, обеспечивающее высокую тяговую мощность, что является еще одной необходимостью для дорожного локомотива. Джеймс Вэлли Трэшерз чрезвычайно гордится Кори и его удивительным проектом 150 Case.

Это самый значительный проект в истории двигателей Case, и он вызвал огромный интерес и волнение в сообществе энтузиастов Case. Молотьба Джеймса Вэлли — отличная возможность для всех, кто интересуется этим удивительным подвигом, познакомиться с Кори и узнать об этом из первых рук. Это возможность, которую нельзя упустить! Мы надеемся увидеть вас всех на выставке в сентябре.

Топи, ребята! Пять недавних автомобилей с паровым двигателем

Процесс развития особи, ее роста, климатической адаптации и приспособления к изменчивым условиям окружающей среды ученые зовут эволюцией. Но подобные процессы происходят повсеместно и в любой области. Если переложить их на язык железа и нефти, получим «технологический прогресс», IT-сфера порадует «цифровой революцией» и так далее. Любое развитие накладывает свой отпечаток на всех. Архаичные рудименты, отработавшие свое, присущи как человеку, так и машине. К примеру, «зубы мудрости», аппендикс, копчик, все еще находящиеся в нас, давно утратили свои первоначальные функции. Один же из рудиментов автомобиля – паровой двигатель. Но если ты, читатель, представляешь себе таковой в виде нелепого монструозного чайника на колесах, то будешь удивлен, насколько «дедушка всех авто» изменился с 1769 года! Ведь «паромобили» по-прежнему существуют, и даже способны кое-чем удивить!

Великолепный Doble

Н а самом деле это относится не столько к автомобильной марке, сколько к людям, ее учредившим. Братьям Добл, Абнеру и Джону, уже в 1910 году удалось совместить древнюю технологию с передовыми стилистическими решениями. Впрочем, технологию эту им тоже пришлось изрядно улучшить. Джон сделал это во время обучения в Массачусетском технологическом – уже тогда талантливый инженер мог позволить себе содержать персональную мастерскую, в которой протестировал уникальный конденсатор собственной разработки. Устройство предназначалось для конденсации отработанного пара и было сделано в виде сотового радиатора. С таким новшеством прототип на 90 литрах воды проезжал до 2 000 километров, превысив стандартный пробег «паромобиля» почти в 20 раз!

Для своего времени это была сенсация. После шумихи в прессе братья тут же обзавелись инвесторами, чьих средств оказалось достаточно, чтобы учредить компанию General Engineering с уставным капиталом в $200 тысяч. Там велись все дальнейшие разработки и усовершенствования автомобилей на пару.

Для концепта Нью-Йоркского автосалона 1917 года Джон Добл, самый головастый участник предприятия, придумал систему электрического зажигания, в которой керосин под давлением проходил через карбюратор и поджигался запальной свечой.

Затем горящая смесь поступала в камеру сгорания, где и нагревала воду в котле. Процесс запускался одним нажатием кнопки, а чтобы достичь нужного уровня давления пара и тронуть машину с места, двигателю хватало лишь 90 секунд! Все эти мифические характеристики сделали паромобиль Доблов едва ли не самой яркой премьерой – уже к концу года в General Engineering поступило более 5 тысяч заказов от покупателей. Если бы не Первая мировая, лишившая компанию железа, кто знает, на чем бы мы передвигались сейчас…

В 1921 году Джон умирает после тяжелой болезни. Однако на его место приходят сразу два других брата – семейство Доблов оказалось необычайно большим. Вскоре Абнер, Билл и Уоренн создают новый бренд, теперь уже имени себя – Doble Steam Motors, и анонсируют усовершенствованный проект – паромобиль Model E. Через три года команда вновь отправляется в Нью-Йорк, на зимнюю выставку, где демонстрирует всем необычайный эксперимент: машина Доблов всю ночь стоит в неотапливаемом гараже, а затем еще час находится на улице, где мороз крепчает сильнее. Затем на глазах у специалистов зажигание активируется, двигатель заводится, и спустя 23 секунды машина может ехать.

Предельная скорость Model E тогда составила 160 км/ч, а до сотни она разогналась всего за 8 секунд! Это произошло благодаря новому четырехцилиндровому мотору, в коем пар сначала доставлялся в два цилиндра высокого давления, а остаточную энергию получали два цилиндра низкого давления, отправлявшие «пустой» пар в конденсатор. Эврика, не иначе!

Модель парового двигателя

Звучит важно. На самом деле — забавная штучка.

Вот видео работы нашей паровой турбины (39 секунд).

Катя все спрашивала: «А когда она полетит?» Видимо, ей колесо напоминало винт от вертолета. Да и мне эта штука напоминает космический корабль из кинофильма «Кин-дза-дза». Пепелац 🙂

Принцип работы паровой турбины практически такой же как у чайника — из-за горения топлива в топке вода в резервуаре закипает, образуется пар, который под давлением вырывается через узенькую трубочку и крутит колесо укрепленной над трубочкой турбины. Энергию вращения турбины можно использовать для получения электричества. Именно так и делают на различного рода электростанциях — тепловых, геотермальных, ядерных. С помощью паровых турбин получается 86% электроэнергии в мире!

Схема работы модели паровой турбины. Рисовал Витя

Дальше мастер-класс по созданию парового двигателя:)

Для паровой турбины нам понадобится:

• 2 жестяных банки (у нас они были от сгущенки). Одна из них обязательно должна быть еще не открытая, потому что мы будем открывать ее особым способом!
• Тонкая трубка или стальной стержень, в котором надо будет просверлить отверстие.
• Гайка, шуруп, длинный гвоздь, 2 пластмассовых дюбеля
• Сухой спирт, вода.

Сначала рисуем эскиз. Примерно так:

Эскиз модели

Когда все детали продуманы, приступаем к изготовлению.
Самый интересный этап: берем целую банку, и в ее крышке пробиваем два диаметрально противоположных отверстия. Через них надо будет вылить содержимое банки. Так как у нас там была сгущенка, Витя очень быстро справился с заданием опустошить банку 🙂 Банку моем. Наш резервуар для воды готов.

Подготавливаем консервную банку 🙂

Вторую банку можно открывать как обычно, мы все равно будем разрезать ее пополам. Из нижней половины будем делать топку. Ножницами по металлу прорезаем отверстие для того, чтобы класть туда топливо. По окружности шилом делаем ряд отверстий, чтобы улучшить доступ кислорода (мы сначала не сделали, и огонь плохо разгорался).

Так выглядит топка паровой турбины

Из оставшихся от второй банки кусков жести надо вырезать колесо-крыльчатку для турбины и ушки-держалки для него. Этим занялся Витя.

Вырезание крыльчатки и держателей для нее

После этого все детали нужно припаять к резервуару. Тут уж Антон Вите помог.
Сначала по окружности к дну резервуара надо припаять топку.

С помощью тонкого сверлышка Антон сверлит отверстие в металлическом стержне. А потом припаивает все детали модели.

Затем, к верху резервуара нужно припаять сверху на одно отверстие гайку. Это будет отверстие для наливания воды. Мы его будем закручивать шурупом, чтобы пар выходил только через второе отверстие.
А на второе отверстие нужно припаять узкую трубочку и ушки для установки турбины

Модель паровой турбины. Вид сверху без крыльчатки

Подготовленная к установке крыльчатка турбины

С помощью длинного гвоздя устанавливаем турбину на место. Чтобы во время вращения она не съезжала, мы ее зафиксировали кусочками пластикового дюбеля.

Модель паровой турбины с установленной крыльчаткой

Все готово, можно наливать воду (не очень много, примерно 1/3 банки, чтобы закипала скорее), закручивать шуруп, класть в топку сухой спирт и поджигать. Как только вода закипит (где-то минут 3-5), пойдет пар и колесико закрутится.

Модель паровой турбины в действии

Мы не делали ничего, чтобы гасить огонь — таблетки сухого спирта как раз хватает на то, чтобы налюбоваться вращением. Только будьте осторожны — помните, что в банке кипящая вода, а снизу открытый огонь! Используйте прихватки и подставку для горячего из невоспламеняющихся материалов.

Общий вид паровой турбины

А тут можно посмотреть еще всякие научно-технические самоделки, которые делал Витя сам или с помощью Антона: Макет космического аппарата , Пищалка, Модель электрического мотора, Фонарик-пчелка, Прибор для проверки твердости руки, Радистский (телеграфный) ключ, Робот-мышь, Робот-паук, Водяная ракета, Светофор, Перископ.

А этот пост я добавляю в галерею «Мир мальчишек» в блог Женя Ясной

Паровая машина – в старом двигателе

Не торопитесь выбрасывать на свалку изношенный ДВС – он может обеспечить вас теплом и светом на долгие годы.

Проблема энергообеспечения знакома многим. Особенно в сельской местности, в деревнях, в отдаленных районах, где напряжение в сети, если оно вообще есть, редко поднимается чуть выше 150 В, а то и вовсе пропадает, измученное наледями и ветрами, изношенными сетями, трансформаторами, гнилыми опорами и пр. При таком скудном питании не работает или быстро ломается бытовая техника, становятся неэффективными обогреватели, а с компьютером и вовсе беда.

Выход, конечно, есть – мобильные генераторы, работающие на бензине или солярке. Только дорого это обходится: и сам агрегат, и особенно топливо.

Когда‑то, на старте, ДВС стремительно обогнал паровую машину по нескольким важным параметрам. Экономичность, компактность, быстрый запуск заставили автомобилистов мириться с дороговизной горючего. Чтобы уменьшить шумность, пришлось разработать изощренные системы глушения. Крайне невыгодные тяговые характеристики ДВС обернулись применением дорогих и тяжелых коробок передач и трансмиссий. И тем не менее…

Последний (к сожалению) паромобиль американской фирмы «Добл», выпущенный в 30‑х годах прошлого века, обладал удивительными характеристиками. Плавно поворачивая дроссельный клапан, водитель мог так мягко регулировать скорость, что пассажиры не замечали ускорения и торможения. Но можно было ускорить автомобиль настолько резко, что рвались шины. Тот же диапазон регулирования скорости полностью сохранялся и на заднем ходу. Причем лишь прикосновения к педалям было достаточно для переключения с полного переднего на полный задний.

Такие поразительные свойства паромобиля получаются автоматически, как следствие чрезвычайно выгодных тяговых характеристик паровой машины, способной на малых оборотах создавать большой крутящий момент на колесах.

И хотя паровик пока по‑преж­нему остается на задворках технического прогресса, именно эти качества возбуждают растущий интерес и просто поклонников, и изобретателей. Свидетельство тому – появление новых патентов в области паровой техники. Сообщается, например, о разработке американского изобретателя Вильямса. На его паромобиле нет ни сцепления, ни коробки передач, ни стартера. Простого поворота клапана достаточно, чтобы за 10 с ускорить экипаж до 100 км/ч. Мощность парового двигателя 230 л.с. при 4800 об/мин. Максимальная скорость 280 км/ч. Всего 50 л воды хватает на 1500 километров пробега.

Российскому изобретателю Николаю Егину удалось свести в одном агрегате обе концепции: паровик и ДВС. Оказалось, что любой ДВС надежно работает от подходящего парогенератора. Для этого достаточно сделать нехитрое золотниковое устройство подачи пара в цилиндры – и пожалуйста, снимай мощность с коленчатого вала. Можно напрямую или более универсальным способом – с помощью электрогенератора.

В новой роли прекрасно чувствует себя даже очень потрепанный ДВС. Дело в том, что скорость вращения двигателя теперь составляет всего 1000 об/мин. Сравните с 5‑6 тысячами у двигателей современных автомобилей. Но не только умеренные обороты причина феноменальной надежности паровой установки. Температура в цилиндрах машины в 5‑6 раз ниже, чем в ДВС. Пар, в отличие от горючей смеси, не взрывается, не разрушает поршень, а, расширяясь, мягко давит на него. Отсюда и плавность хода, и невысокие требования к материалам и допускам.

В новой концепции Н. Егин в качестве парогенератора использует другое свое важное изобретение – тепловые термохимические установки (ТХУ). Основа этих установок – добротный чугунный паровой котел, которому нет износа. Такие котлы по‑прежнему делают в России. Отслуживших свое ДВС тоже хватает: мотоциклы, «москвичи», «волги», «жигули», локомотивы и судовые дизели. Модельный ряд старых ДВС перекрывает все разумные потребности: от 1 кВт для садового домика до 2 МВт, дающих тепло и электроэнергию целому поселку. Такие большие мощности можно получить, если к котлу ТХУ с рабочим давлением 7‑9 атм подключить турбину российского производства, например радиального типа. В ней высочайшая надежность (60 тысяч часов до ремонта) сочетается с ценой на порядок более низкой, чем у зарубежных аналогов. Идея вернуть в строй колоссальный ресурс старых ДВС выглядит поистине революционной. До этого не додумались даже на родине парового двигателя, где членами клубов многочисленных любителей и поклонников паровика являются даже лорды.

В паровую машину можно превратить не только автомобильный двигатель, но и мощный дизель, отработавший свой век на производстве, сэкономив тем самым тонны солярки. А в глухой глубинке, куда топливо можно доставить только на вертолете, это настоящее спасение.

Самыми существенными недостатками паровой тяги считаются большой вес и малая экономичность. Естественно, она становится выгоднее на мощностях порядка 800 л.с, когда теплоту отработанного пара можно использовать для отопления или технологических нужд. Именно такие требования предъявляют к тягачам и вездеходам на Крайнем Севере. А тандем ДВС и ТХУ (напомним, это тепловые термохимические установки «ЭРА») максимально расширяет модельный ряд и уже реально вписывается в габариты современного автомобиля.

Что же касается экономичности, паровая машина с ее низкими температурами пара не может сравниться с ДВС по расходу топлива на километр пути. Зато котел можно топить хоть торфом, хоть соломой, а «ЭРА» и вовсе будет рада и пластику, и старым калошам.

По подсчетам изобретателя, расходы на перевод ДВС в режим паровой машины окупятся за полгода. Вам обеспечены лет на 20‑25 источник тока мощностью 1‑25 кВт и чистота вокруг. Свалки могут превратиться в стратегический энергоресурс.

Уже есть фирма, конструирующая на заказ такие «паровозы», но это капля в море. Н. Егин полагает, что от деклараций и бесконечных экспериментов с нетрадиционными источниками энергии в России надо переходить к экспертной технической и экономической их оценке в целых отраслях, например в ЖКХ, и приступать к планомерному внедрению.