На хабре всё чаще проскакивают различные интересные посты о том, как кто-то собрал очередной паровой двигатель, либо какое-то устройство работающее на паре. Оно и понятно, каждому какой-то момент надоедает гипнотизировать монитор, и душа просит моря, приключений и романтики, но с инженерным подходом. Что может быть романтичнее парового двигателя, да ещё и установленного на корабле? Поскольку в асфальтовых джунглях нет возможности развернуть полноценную судоверфь, то можно поразвлечься на столе. Здесь расскажу о некоторых своих экспериментах, а так же то что удалось откопать на просторах сети.

Паропульсирующий двигатель

Паропульсирующий кораблик из мультфильма «Рыбка Поньо на утёсе» Хаяо Миядзаки

По английски называется pop-pop engine. По русски, точного названия не знаю, наиболее точное название будет «паропульсирующий», его и буду использовать. Данный тип паровых двигателей, наверное самый известный и простой для повторения в домашних условиях. Принцип действия которого основан на том, что вода при закипании расширяется, затем пар идёт по трубкам в воде, выталкивая воду, охлаждается, конденсируется, возникает разряжение, вакуум и вода втягивается обратно.
Конструкций таких двигателей море, есть даже напечатанные на 3d-принтере. У меня такая вот точно есть, только цвета другие. Но работать её не удалось заставить.

Модель для печати ^[1]

Видео наглядно демонстрирует как работает данный двигатель. И почему он называется pop-pop (издаёт характерный звук).
Мне вот такой вариант не очень понравился, поэтому я начал собственные эксперименты по данной теме. И начал эксперименты, для начала изготовил прототип из трубки с внутренним диаметром 1 мм, а в качестве плавсредства использовал обрезок доски.

Что удивительно, эта конструленция внезапно поплыла! Я был в шоке, и не верил что такое возможно.

В результате я понял, что идея рабочая и решил сделать нормальную конструкцию. Весь гайд приводить не буду, его продробно описал тут ^[2] и тут ^[3].

Но если кратко, то я купил в магазине игрушку — пластиковый кораблик, а на строительным рынке медные кондициоерные трубки (лучше всё же использовать алюминиевые, того же диаметра — легче). Трубки гнул достаточно просто: замораживал воду внутри, и гнул по черенку от лопаты.

Первая плавающая модель.

Для него сделал спиртовку.

Спиртовка оказалась мировой, и использовалась ещё в очень многих моделях.
Ну и пора провести первые ходовые испытания. Проверил различные типы горючего и трубок.

После удачных испытаний, была сделана центровка, развесовка и одета верхняя палуба. Так же сделал руль, и защиту печки (чтобы палуба не плавилась).

Ну и видео окончательных испытаний.

Если вы думаете, что паропульсирующие двигатели используются в детских поделках, то нет. Это мощнейшая индустрия, лично я встречал даже могучие математические выкладки с формами, объёмами, длинной трубок и прочее, по постройке наиболее быстрых и эффективных моделей.
Только посмотрите на видео возможных конструкций таких двигателей. Всяко рекомендую этот канал, если тема вам показалась интересной. У него очень много подобных конструкций и идей, есть чем заняться с вашими детьми вечером ;).

По интернету гуляют целые чертежи, математические выкладки наиболее удачных конструкций. Ищите, тема невероятно интересная и необычная.
Существуют совершено невероятные модели, работающие на этом принципе. Эти фотографии с известного интернет аукциона.

Может показаться очень странным, но это тоже модель кораблика с паропульсирующим двигателем.

Две трубки сзади

Вот сам двигатель (справа), а слева зелёное — это спиртовая горелка. Так, что не стоит думать, что это игрушка только для детей.

Модели с поршневыми паровыми двигателями

Паропульсирующие двигатели, хоть и очень романтичные и любопытные, но применимы только в моделизме (даже точнее, только в судомоделизме). И то, это будет скорее игрушкой, чем реальной моделью. Но мы же хотим получить модель, наиболее приближенную к настоящей, с настоящим поршневым паровым двигателем.
Если вы пойдёте на известный интернет аукцион, и начнёте там мониторить какие модели корабликов с поршневыми двигателями, а так же сами двигатели там бывают, то вы будете в шоке. Лично я хожу туда как в музей, и сохраняю наиболее интересные. У меня уже несколько гигабайт этих фоток для личного пользования. Но покажу наиболее интересные.

Ниже отечественная модель парового кораблика.

И последняя модель, двухцилиндровая.

Все эти модели объединяет одно: отсутствие парораспределителя, и наличие качающегося цилиндра. Качающийся цилиндр используется только в маленьких моделях. В больших паровых двигателях используется золотник. И такая конструкция тоже выдаёт “детский моделизм”.
Однако, если вы узнаете стоимость таких моделей, то окажется, что она совершенно не детская. Обычно на них ценник начинается от 1000$. Скажу сразу, если вы думаете сделать модель парохода самостоятельно и сэкономить, то нет, самостоятельная сборка выйдет сильно дороже. Лично я, как-то чуть не купил шикарный вариант пароходика, за 60 000 рублей. И считаю, что это была бы очень выгодная покупка, но не успел.

Это уже скоростная модель, у которой стоит двигатель Стюарта (Stuart Steam Engine), с золотниковым парораспределением. Модели двигателей до сих пор производятся и их можно даже купить. Нагрев воды осуществляется уже бензиновой горелкой. В общем, это очень классная модель и сделать его такого качества в эту сумму самостоятельно не выйдет, ну ни как.

Существуют уникальные модели паровых двигателей двойного действия. Где отбирается максимальная энергия пара, с двойным расширением. На видео видно, что цилиндры имеют разный диаметр. Маленький диаметр — это цилиндр высокого давления, большого — низкого.

Принцип действия показан на следующей гифке.

И подробнее можно прочитать об этом на википедии ^[4].

На самом деле, в последние лет пять всё реже и реже на аукционах встречаются модели паровых двигателей и пароходиков. А когда встречаются, цена их летит в неадекватные небеса, в действительности на эти деньги можно купить, без преувеличений, автомобиль.

Когда всё же решился купить двигатель

Проблема БУ двигателей в том, что они изношены, могут быть закисшими и прочее, прочее. Без навыка токарной обработки и без соответствующих инструментов починить их практически невозможно.
Но скажу сразу, что если вы захотите окунуться в мир паровых двигателей, то без токарного станка вам не обойтись.
Для начинающих любителей, на рынке существуют отличные наборы и двигатели фирмы Saito ^[5]. Сайт, скорее всего, из России не открывается без прокси. С чем это связанно — не знаю. Но эти двигатели можно купить на аукционе, а мне довелось найти его даже в России вместе с бойлером.

Сам двигатель.

Я купил его немного БУ, бывший хозяин в спиртовку заливал масло и её пришлось ремонтировать после этого надругательства. Но, тем не менее, двигатель был рабочим, Запас хода воды в котле около 15 минут. Время горения
спиртовки около 22 минут, что хватает точно на то чтобы прогреть воду, всю её выпарить и погаснуть.

Горит спиртовка.

Крайне интересно посмотреть, как же работает данный двигатель. Специально для вас снял следующее кинцо.

Внимательные зрители, наверное заметили, что я заливаю масло не только в оси вращения двигателя, но и в специальную маслёнку. И как оказалось, не смотря на то что в моём кругу общения огромное количество инженеров, а так же то, что паровой двигатель просто устроен, никто толком мне не смог объяснить как же работает данная маслёнка. В ней пар смешивается с маслом, и такая паровая эмульсия попадает уже в двигатель, забрызгивая всё вокруг грязным маслом.

Маслёнка.

На самом деле устройство таких маслёнок элементарное, но неочевидное.

Обычно, после двигателя ставится маслоуловитель, чтобы не загрязнять окружающую среду.
Сразу хочу показать очень любопытный проект на данном паровом двигателе.

Рекомендуется к ознакомлению. ^[6]

Когда хочется своими руками

Паровой двигатель, не смотря на свою простоту, требует очень высокой точности изготовления деталей. И все эти самодельные двигатели из “Моделист-Конструктор” были практически недостижимыми в повторяемости для детей:

Типичный отечественный гайд создания двигателя.

Картинка взята отсюда. ^[7]
Я знаю очень многих людей, кто в детстве это пытался сделать (в том числе и я), но ни у кого он не работал. Не стоит думать, что только редакторы советских книг издевались над детьми того времени, на западе тоже хватало различных инструкций, например вот. ^[8]

Но я нашёл очень толковую инструкцию, как повторить такой двигатель без токарного станка, имея минимальный набор инструментов и материалов с ближайшего строймага.

Обратите внимание, что это три полноценных видео, каждое по пол часа, и суммарно на 1,5 часа времени. Лично я не люблю конструкцию качающихся двигателей, так как это изначально игрушка, но они очень просты в повторении(ха-ха, трижды).

Выводы

Мне кажется, что сейчас начался какой-то ренессанс моделей паровых двигателей, и к ним есть реальный интерес. Даже Китай берёт читает советские книги и делает по ним модели двигателей. Например, берём книгу Ю. Емельянов «Морской моделизм» 1955 г ^[9]. Открываем на странице 273 и видим замечательную картинку.

Потом лезем на известный китайский интернет магазин, и о чудо! Встречаем там точно такой же двигатель!

На самом деле, при всей архаичности паровых двигателей, и их огромных недостатков, нельзя отнять того, что даже сегодня они не теряют своей актуальности. Более 70-80% электроэнергии вырабатывают архаичные паровые двигатели! Даже передовые атомоходы, это по сути пароходы с атомным кипятильником.

P.S.

Для тех, кто решиться заняться моделями паровых двигателей, хочу сказать. Вы должны помнить, что КПД большого парового двигателя и без того не велико, то КПД модели будет ничтожно мало. Слишком большие потери на нагрев металла и трубок. Часто бывает, что всё прекрасно работает на сжатом воздухе, а на паре того же давления не работает совершенно и ничего невозможно сделать. Поэтому, если есть возможность делайте модели крупнее, утепляйте трубки и цилиндры, а так же не ленитесь, сходите в библиотеку, там невероятный клад технической литературы по теме. Лично я просидел в Ленинской библиотеке недели три, просто читая литературу по проектированию корабельных паровых двигателей. Но это совсем другая история.

Автор: Сергей

Источник ^[10]