Einführung
Dieser Artikel ist eine Fortsetzung der Publikation „Blick in die Vergangenheit. Technologie des 18. Jahrhunderts " .
Darin haben wir eine wirklich funktionierende Dampfmaschine gebaut, die der Hauptteil der Zukunft werden soll.Dampfmotorrad und führte sogar Versuchsexperimente bei seinem Start in der Luft durch.
Jetzt müssen wir das Energieproblem lösen. Und hier beginnen die Hauptunterschiede zu Verbrennungsmotoren (ICE). In solchen Motoren tritt Benzin, das sich mit Luft vermischt, in den Motorzylinder ein, und wenn sich dieses Luft-Kraftstoff-Gemisch entzündet, wird Energie freigesetzt. Expandierte Verbrennungsprodukte drücken gegen den Kolben und erzeugen Arbeit. Bei Dampfmaschinen entsteht jedoch keine Energie in der Maschine. Sie ist in einem Kessel geboren. Der Kessel erzeugt Dampf, der wiederum auf den Kolben unseres Motors drückt. Es ist diese uralte Energie, die wir zügeln müssen!
Gerät
Dampfkessel - ein Kessel zur Erzeugung von gesättigtem oder überhitztem Dampf. Es kann die Energie des in seinem Ofen verbrannten Brennstoffs, elektrische Energie oder die in anderen Anlagen freigesetzte Wärme recyceln. (Wikipedia)
Es gibt zwei Haupttypen von Kesseln: klassische und Direktkessel. Der erste Typ wurde am häufigsten zum Betrieb von Dampfmaschinen verwendet. Es kann als Eisentank mit einem darin eingebetteten Feuerraum beschrieben werden. Der Brennstoff verbrennt im Feuerraum und erwärmt das Wasser im Tank. Das Wasser beginnt darin zu kochen und unter Druck entsteht Dampf. Dieser Typ wurde bei Dampflokomotiven und allen ersten Dampfmaschinen eingesetzt:
Klassische Kessel haben sowohl Vor- als auch Nachteile. Die Vorteile sind, dass keine Pumpen erforderlich sind, um Dampfdruck zu erzeugen, da die gespeicherte Energie des Wassers den Motor auch ohne Feuer lange Zeit mit Dampf versorgen kann. Solche Kessel stellen keine hohen Anforderungen an die Wasserqualität. Die Lokomotiven waren mit dem gewöhnlichsten Wasser aus Flüssen, Quellen, Brunnen usw. gefüllt.
Ein Durchgangskessel kann als langes, kompakt gewickeltes Rohr vorgestellt werden, das von einer Flamme gestrafft wird und in das Wasser mit einer Pumpe gepumpt wird. Dieser Kesseltyp hat eine Reihe von Vorteilen:
- Ermöglicht die Erzeugung von Dampf mit höherem Druck mit weniger Masse und kleinem Kesselvolumen.
- Aufgrund der Tatsache, dass sich nicht viel Träger im Rohr befindet, wird ein solcher Kessel als sicherer angesehen (eine große Energiemenge wird nicht gespeichert).
- Schnelles Verlassen des Modus, da Sie nicht viel Wasser aufwärmen müssen.
Zum leichteren Verständnis kann der Betrieb eines solchen Kessels in vereinfachter Form dargestellt werden:
Erstellen eines Durchlaufkessels
Und natürlich wollte ich einen Direktstromkessel bauen.
Nachdem ich lange rostfreie Rohre mit verschiedenen Abschnitten aufgenommen hatte, schweißte ich sie so zusammen, dass der Abschnitt allmählich größer wurde. Dann wurde all dieser 8 Meter lange "Darm" kompakt aufgerollt und in den Motorradrahmen gepackt. Die Außenwände, die die Flamme halten und in die richtige Richtung lenken sollen, bestanden aus einfachem Zinn. Die Pumpe, die Wasser pumpt (Träger), wurde aus einem Gasschließer hergestellt, der normalerweise die Motorhauben und Kofferräume von Autos hält. Strukturell ist ein "Näher" ein fertiges Produkt. Ich musste nur den Wassereinlass und -auslass schweißen und ein Ventil anbringen, das das gepumpte Wasser nicht zurücklassen würde. Die Pumpe war beweglich mit einem Teil am Rahmen und dem zweiten an der Kurbel an der Radwelle befestigt. Unter Verwendung eines flexiblen Hochdruckschlauchs (Bremsschlauch von einem Auto) wurde Druckwasser in den Kessel gepumpt,und wurde aus einem separaten Tank über der Pumpe entnommen. Der Brenner wurde nach der Art der "Überdachung" hergestellt, solche Arbeiter erhitzen Dachmaterial auf den Dächern von Gebäuden. Um den Prozentsatz des Durchflusses um die Rohre zu erhöhen, habe ich zwei Brenner gleichzeitig installiert.
Ergebnis
Versuche mit einem Dampfmotorrad mit Durchlaufkessel gingen von Anfang an schief. Das allererste Problem war der fehlende "Anfangsdruck" im Kessel. Ich musste das Rad mit meinen Händen drehen, damit die Pumpe eine bestimmte Menge Wasser in die Rohrleitung schickte. Aber als ich den Gasgriff öffnete (indem ich dem Motor Dampf zuführte), fiel der Dampfdruck sofort ab, ohne Zeit zu haben, das Rad zu drehen. Die Lösung wurde nicht sofort gefunden. Nach der Pumpe wurde ein kleiner Luftbehälter hergestellt. Es funktionierte wie eine Quelle für Wasser. Gespeicherte Kompressionsenergie von der Pumpe und gab sie zurück, wenn sich die Pumpe an einem toten Punkt oder in der Saugphase des Speisewassers befand .
Motor läuft! Aber es hat ungefähr 10 Sekunden lang funktioniert. Schieberventileingeklemmt. Bei der Demontage des Motors wurden keine Probleme festgestellt. Als ich es wieder zusammensetzte und erneut ausführte, stieß ich auf dasselbe Problem. Es stellte sich heraus, dass es von selbst kam und ging. Nach Untersuchung dieses Problems wurde ein Fehler bei der Berechnung der Wärmeausdehnung festgestellt. Ursprünglich war die Spule ein festes Stück Fluoroplast, hatte jedoch einen sehr hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten (22) und dehnte sich beim Erhitzen so stark aus, dass sie sich im Körper verklemmte.
Nach detaillierten und sorgfältigen Berechnungen der Wärmeausdehnung wurde eine Stahlspule mit 2 mm breiten PTFE-Ringen bearbeitet.
Da der Körper aus Aluminium besteht und die Spule aus Stahl besteht, wurde der Unterschied in der Wärmeausdehnung auf nahezu Null reduziert.
Ein neuer Test hat gezeigt, dass die Spule einwandfrei und ohne Probleme funktioniert. Das hängende Rad drehte sich, Wasser wurde eingepumpt, der Direktstromkessel funktionierte. Es ist Zeit für eine Fahrt. Aber dann trat ein neues Problem auf. Ich konnte es nicht mehr als ein paar Meter fahren. Wieder war ich verwirrt. Es hat immer noch funktioniert! Im Leerlauf wird alles getestet! Was ist sonst noch falsch?
Nach einer langen Analyse anderer ähnlicher Dampfapparate
Ich stellte fest, dass mein Kessel zu klein war (die Länge des beheizten Rohrs). Infolgedessen hatte das Wasser mit zunehmender Produktivität einfach keine Zeit zum Verdampfen und flog zusammen mit dem Dampf in den Motor. Durch diesen Effekt verschwindet der Wirkungsgrad der gesamten Anlage, da die Wasserausdehnung zu gering oder gar nicht erfolgt. Das Erhöhen der Länge des Kesselrohrs ist keine leichte Aufgabe mehr. Aber meine Trauer endete auch nicht dort.
Während der nächsten Tests folterte ich das Gerät und zwang es zur Arbeit, aber der Zustand des Motors begann sich stark zu verschlechtern und irgendwann blockierte es. Diesmal half es nicht, es nur mit Schnee abzukühlen. Ein Hauptschott wurde wieder benötigt. Die Ergebnisse der Autopsie zeigten, dass alle fluoroplastischen Ringe schmolzen und sogar der Aluminiumkolben sich durch Erhitzen so stark ausdehnte, dass er anfing, den Zylinder anzuheben. Und das stellte sich als fatales Problem heraus. Tatsache ist, dass dieser Kessel bei einer hohen Durchflussrate keine Zeit hatte, die erforderliche Dampfmenge zu erzeugen, und bei einer niedrigen Durchflussrate Dampf mit einer solchen Energie erzeugte, dass der gesamte Motor einfach außer Betrieb ging. Und kein Wunder. Immerhin waren die Kesselauslassrohre glühend heiß. Das heißt, der Dampf erreichte Temperaturen in der Größenordnung von 600 bis 700 ° C. Wie wir wissen, zersetzt sich Fluoroplast bei 400 * . Für mich war dies der "letzte Strohhalm"!Ich wollte schon ein funktionsfähiges Motorrad haben und war in endlose Probleme verstrickt!
Fast alles im Kessel musste erneuert werden. Und in diesem Moment wurde mir klar, dass dieses Produkt trotz der unbestreitbaren Vorteile eines Durchlaufkessels nicht sehr einfach ist und eine sorgfältige Berechnung, zusätzliche Steuerausrüstung und einen nicht geringen Teil der Rotationsenergie der Pumpe erfordert. Es bestand ein klares Verständnis, dass, wenn ich einen klassischen Kessel herstellen würde, keines dieser Probleme einfach auftreten würde!
Klassischer Kessel
Nach all den endlosen Problemen mit einem Direktstromkessel, der einen klassischen Kessel schuf, ruhte ich mich einfach aus. Wie ich oben sagte, ist dies nur ein Eisenfass, in das der Feuerraum eingebettet ist. Es war möglich, überhaupt nicht an die Temperatur des Dampfes zu denken, da das Sicherheitsventil bei Überdruck arbeitet und den Überschuss abgibt, die Wassertemperatur senkt und den Druck innerhalb der angegebenen Grenzen hält. Es war nicht erforderlich, die anfängliche Drehung des Rades zu erzeugen, um den anfänglichen Druck aufzubauen. Dampf für den "Start" war sofort fertig und wurde sogar im Überschuss gespeichert. Alles, was erforderlich war, war die Entwicklung eines effizienten Feuerraums. Aber hier musste ich sorgfältig überlegen, weil wir nicht viel Platz haben.
Herstellung
An der Metallrezeption fand ich eine Art Empfänger oder Propanflasche mit einer Wandstärke von 3-4 mm, so dass die Abmessungen des Kessels bereits starr eingestellt waren.
Wenn Sie viel mit einem massiven und effizienten Feuerraum zu tun haben, ist nur wenig Platz für das Wasser selbst (den Träger). Wenn der Ofen zu klein ist, haben wir nicht genug Energie für eine mehr oder weniger zufriedenstellende Reisegeschwindigkeit, und das Erhitzen des Kessels selbst dauert zu lange.
Und hier ist, was ich mir ausgedacht habe. Der Ofen wird durch enormen Druck zusammengedrückt, daher wurde beschlossen, ihn einfach, durch und rund zu machen. Darunter ging ein gewöhnliches Rohr von 100 mm. Um den Wirkungsgrad unserer Feuerbox ( Wärmetauscher ) zu erhöhen , wurden 12 Querrohre eingeschnitten.
Ich fand das sehr vorteilhaft, da sie im rechten Winkel um die Flammen und Abgase fließen
und das Wasser in ihnen unter dem natürlichen Konvektionseffekt zirkulieren würde. Dadurch bleibt das maximale Wasservolumen im Kessel, und für uns ist dies die Gangreserve. Und als Bonus war eine solche Feuerbox leicht in den Tank zu schneiden. Es mussten nur zwei Löcher an beiden Kanten gemacht werden.
Ich habe ein kleines Manometer installiert, um den Druck zu kontrollieren. Es ist nicht erforderlich, die Temperatur des Trägers zu regeln, da sie in direktem Zusammenhang mit dem Druck steht und eindeutig nicht über die kritische Marke (400 ° C) hinausgeht. Ich beschloss, den Druck im Kessel wie bei echten Dampflokomotiven zu machen - 16 bar.
Das Sicherheitsventil ist auf 18 bar eingestellt. Jetzt bleibt es zu drücken... Dies ist eine Art Festigkeitstest. Der Kessel wird bis zum Rand mit Wasser gefüllt und der erhöhte Druck wird hochgepumpt. Zuerst habe ich es mit der Pumpe aus der Nähe gemacht, die vom vorherigen Kesselsystem übrig geblieben war, aber das Komprimieren einer solchen Pumpe bei einem Druck von mehr als 20 bar erwies sich als keine leichte Aufgabe (es ist sehr gut, dass wir jetzt auf eine solche Einheit verzichten können, weil sie viel Strom für sich selbst benötigt). ... Es stellte sich heraus, dass es am bequemsten ist, mit einem Kohlendioxid-Feuerlöscher Druck auszuüben. Damit erzeugte ich leicht einen Druck im Kessel von 25 bar (dies war das Maximum meines Manometers) und stellte nach einigen Minuten Wartezeit das Sicherheitsventil ein.
Ergebnis
Der Kessel erwies sich als großartig. Selbst der Druck von 25 bar war nichts für ihn. Es fing nicht einmal an zu knirschen. Das Sicherheitsventil (von den Kompressoren verwendet) funktionierte klar, obwohl es den Druck von 18 auf 9 senkte. Dieses Ventil ist für uns nicht sehr rentabel, aber es funktioniert nur, wenn Sie den Druck nicht selbst verfolgen können. Es ist also besser, es nicht in Betrieb zu nehmen. Es wird eine sinnlose Verschwendung von Ressourcen sein.
Flamme
Jetzt müssen wir das Problem mit Feuer lösen. Natürlich wäre es schön und angenehm, ein solches Motorrad mit Holz zu heizen. Dies ist eine Retrospektive in die Vergangenheit, Steampunk, Klassizismus, aber wie gesagt, wir haben sehr wenig Platz dafür, weil unser Feuerraum etwas mehr als ein Ellbogen ist. Natürlich können Sie dort eine Kappe Kohle anbringen, aber dies reicht nicht einmal aus, um nur den Kessel aufzuwärmen. Hier musste ich mich aus der Romantik zurückziehen und einen Gasbrenner bauen. Es ist tatsächlich ein sehr effizienter, leistungsstarker und praktischer Kraftstoff. Das Gas ist flüssig, daher ist es leicht zu lagern, es ist leicht in den Brenner einzuspeisen und es steht sofort unter Druck, wodurch Sie einen Hochgeschwindigkeits-Heißstrom im Ofen erzeugen können, wodurch der Wärmeaustauschprozess verbessert wird (kein Blasen erforderlich).
Herstellung
An der Metallrezeption fand ich ausgezeichnete, kleine Edelstahltanks. Gemessen an ihrer Form und blauen Farbe handelt es sich um Sauerstofftanks aus einer Art Passagierflugzeug. Ich baute mehrere solcher Tanks zu einer Batterie zusammen und kombinierte sie mit Gasversorgungs- und Tankleitungen. Das Volumen jedes Tanks beträgt ca. 1,7 Liter, was bedeutet, dass mehr als 5 Liter Kraftstoff mitgeführt werden können. flüssiges Gas. Stimmen Sie zu, keine schlechte Energieversorgung.
Mit dem Brenner wurde er nicht weise und kopierte einfach das System von der sowjetischen Benzin-Lötlampe. Hier muss ich etwas klarstellen. Die Lötlampe ist so konstruiert, dass das Benzin zunächst in einen bestimmten Hohlraum gelangt, wo es verdampfen muss und bereits in Form von Dämpfen in die Verbrennungszone freigesetzt wird. Und die Flamme des Brenners erwärmt genau diese "Verdampfungs" -Kammer. Wir werden das gleiche brauchen. Stellen Sie sich vor, was passieren würde, wenn flüssiges Gas aus einem solchen Brenner herausfliegt ... Der Prozess der Gasverdampfung ist relativ lang und geht außerdem mit einem kryogenen Effekt einher. Die Flamme eines solchen Brenners ist lang, unwirksam, nicht wirtschaftlich und sogar feuergefährlich.
Experiment (Abb. A) Flamme eines nicht beheizten Brenners (Abb. B) Richtiger Modus, beheizter Brenner
Daher sollte unser Brenner gleichmäßig mit Gas versorgt werden, damit er Zeit zum Aufwärmen hat.
Die Kesseltests verliefen wie am Schnürchen. Ich füllte ungefähr 35 Liter Wasser ein, brachte den Brenner auf volle Leistung und wartete. Nach 14 Minuten kochte das Wasser und der Druck begann langsam zu steigen. Nach ungefähr der gleichen Zeit war der Kessel 16 bar.
Ich benutzte einen einfachen Wasserkugelhahn, um den Dampf zu steuern, der sowohl Temperatur als auch Druck perfekt handhabte. Sie verwenden den gleichen Fluorkunststoff, daher denke ich, dass es keine Probleme geben wird.
Zum Spaß habe ich beschlossen, den Wasserhahn voll zu drehen und unsere Energie zu betrachten. Ein Dampfstrahl erreichte die benachbarten Garagen und erzeugte das Geräusch einer abhebenden Rakete. Gleichzeitig spürte ich die Kraft des Jet-Schubes, ich musste sogar den Kessel halten, damit er nicht über die ganze Straße flog. Ich war sehr zufrieden!
In einem solchen Kessel wird eine große Menge Energie gespeichert. Durch 5-sekündiges Ablassen von Dampf durch das ½-Zoll-Loch sank der Kesseldruck nur um die Hälfte. Tatsache ist, dass sich mit abnehmendem Druck auch der Siedepunkt von Wasser verschiebt. Das heißt, das Wasser beginnt ohne Erwärmung zu kochen, nur durch einen Druckabfall. Dieser Effekt funktioniert so lange, bis die Wassertemperatur auf 100 ° C abfällt. Das sind gute Nachrichten für uns. Dies bedeutet, dass auch bei ausgeschaltetem Brenner noch lange gefahren werden kann.
Es gibt aber auch einen Effekt, der mir nicht ganz klar ist. Bei aktiver Dampfabgabe bei einem Druck von weniger als 5 bar beginnt Wasser herauszufliegen. Ich nahm an, dass es so intensiv kocht, dass es in seinem hektischen Brodeln das Trockene erreichtund der im Strom gefangene Dampf fliegt heraus. Für das Experiment habe ich einen Teil des Wassers abgelassen und es bei 20% belassen. Die Wirkung nahm natürlich ab, blieb aber bestehen. Springt das Wasser 30-40 cm im Kessel? Um ehrlich zu sein, habe ich es noch nicht herausgefunden. Das ist das kleine Geheimnis.
Wie auch immer! Die Funktionalität ist fertig, es ist Zeit, unser Gerät zusammenzubauen!
Stil
Während des Baus unseres ungewöhnlichen Motorrads rieten mir viele "Experten", ein geschlossenes Wassersystem zu bauen. Das heißt, damit kein Dampf aus dem Motor auf die Straße fliegt, sondern in den Kondensator (Kühler) gelangt und das entstehende Wasser mit einer kleinen Pumpe in den Kessel zurückgepumpt wird. Das ist eine sehr gute Idee, ich selbst habe die ganze Zeit darüber nachgedacht. Das Ziel unseres Projekts ist es jedoch nicht, mit Holz um die Welt zu reisen, sondern die Technologie des vorletzten Jahrhunderts zu betrachten, die technische Herausforderung zu meistern und die Arbeit einer echten Dampfmaschine zu genießen. Was ist eine Dampfmaschine ohne dieses legendäre "Tuckern-Tuckern"? Außerdem möchte ich den austretenden Dampf beobachten, der viel über die im Motor auftretenden Modi aussagt. Schließlich finde ich es einfach sehr schön, wenn Dampf von der Lok kommt, besonders wenn sie von der Sonne beleuchtet werden. Dampflok Romantiksozusagen. Trotz alledem entschied ich mich für das Bild, einen Kondensator herzustellen, damit er über unsere Manieren und nur für den Stil gesehen werden kann.
Die meisten der verschiedenen hausgemachten Produkte sind im Stil von "Mad Max" oder "Postapokalyptische Welt". Ja, das ist der einfachste Weg. Sie müssen eigentlich nichts tun. Rostige Eisenstücke, geschweißte Schraubenschlüssel, einige hängende Lappen und der Stil ist fertig. Aber diese Einfachheit, oder sozusagen "fauler Stil" in unserer Welt, ist sehr viel. Ich wollte etwas Kleines, Süßes und Schönes machen. Machen Sie sozusagen "Süßigkeiten". Und da wir eine alte Dampftechnologie haben, bietet sich Steampunk an .
Steampunk ist eine fiktive Welt. So würde es werden, wenn die Menschheit nicht Elektrizität, Verbrennungsmotoren und andere Technologien erfunden hätte und nur Dampfenergie existieren würde.
Natürlich bin ich kein Designer, aber beim Zusammenbau eines Motorrads fielen mir noch einige Dinge ein.
Dampfmotorradtest
Die "Garage" -Tests des vollendeten Dampfmotorrads, das mit einem klassischen Kesseldesign ausgestattet war, verliefen überraschend reibungslos. Während ich es baute, empfahlen die Leute in den Kommentaren zu den Videos viele richtige und kluge Dinge. Unterwegs habe ich einige von ihnen benutzt und am Ende haben sie sich großartig gezeigt. Wenn beispielsweise der Motor mit Dampf beheizt wird, kondensiert viel Wasser darin, was den Kolben blockiert und zu einem Wasserschlag führen kann. Die Leute schlugen vor, ein kleines Gewindeloch zu machen, mit dem es möglich wäre, Dampf abzulassen und Kondenswasser abzulassen, wodurch es schnell erhitzt würde. Dann ertränken Sie es mit einem Zahnrad und gehen Sie ruhig sofort.
Überraschenderweise verlief der erste Versuch, ein vollendetes Motorrad zu fahren, ohne Probleme. Wie das Sprichwort sagt: "Ich setzte mich und ging." Nachdem ich ein wenig vor der Garage gefahren war, wurde mir klar, dass dies nicht genug für mich ist und ich mehr will. Um alle Parameter zu messen, Schwachstellen zu erkennen, diesen Apparat zu fühlen und zu verstehen, wird natürlich eine gerade, leere, endlose Spur benötigt. Deshalb musste ich das Motorrad aus der Stadt nehmen und ruhig damit umgehen.
Zu den Tests:
Insgesamt bin ich mit den Ergebnissen sehr zufrieden. Sie haben sogar meine Erwartungen übertroffen. Als unser Baby sah, wie ähnliche Dampfmotorräder auf der ganzen Welt fahren, stellte sich heraus, dass es alles andere als das Letzte war.
Fazit
Als ich darüber nachdachte, dieses Dampfmotorrad zu bauen, dachte ich so: Ich werde es schaffen, irgendwie wird es alles bestehen und, um alle meine technischen Interessen zu erfüllen, werde ich es für immer als ästhetisches Element gegenüber dem Sofa zu Hause platzieren. Aber nein! Im Gegenteil, es verfolgt mich. Ich möchte es studieren, modernisieren, neu gestalten und seine eigenen Rekorde brechen. Ich möchte sein Maximum bestimmen, alles verstehen, wozu es fähig ist! Natürlich im Rahmen dieses Konzepts.
Zunächst müssen Sie das Dampfschaltersystem auf das klassische System umstellen. Ich fragte mich, was der Unterschied sein würde. Bei nachfolgenden Tests müssen Sie jedoch mit den Einstellungen "spielen". Erreichen Sie die maximale Geschwindigkeit, indem Sie den korrektesten Vorschub des Dampfeinlasses wählen. Außerdem möchte ich mit verschiedenen Kraftstoffarten experimentieren.
Anscheinend kommt ein großes Upgrade. Wenn unsere "Lokomotive" in den Ruhestand gehen und irgendwo im Museum sitzen würde, würde ich ihn sehr enttäuschen! Er hat noch eine lange, schwierige, aber interessanteste Zukunft vor sich!
Weitere Details zur Erstellung und zum Testen in den Videomaterialien:
Dampfenergie hat aufgegeben!
Tolle Idee oder Fiasko? Wir haben es mit einem Direktstromkessel zu tun
Erstellung einer Lokpfeife, Montage der Apparatur
Dampfmotorradtests