Model opisany poniżej zrobiłem już dobre kilka lat temu. Chociaż to najprostsza z możliwych konfiguracji, prace przy nim okazały się dla mnie świetną szkołą mechaniki, a efekt dostarczył sporo frajdy. Silnik miał napędzać model pływający, ale jak dotąd ta część projektu nadal przede mną.

Na początek kilka słów wyjaśnienia jak działa taki silnik. Otóż jest to tzw. „oscylator jednocylindrowy”. Nazwa bierze się stąd, że cylinder jest zamocowany obrotowo, a tłok który porusza się wewnątrz niego w górę i w dół, wymusza jednocześnie ruchy cylindra na boki. Dzięki temu otwór w cylindrze na zmianę przesuwa się od otworu dolotowego w rozrządzie do otworu wylotowego, a cylinder jest na zmianę napełniany parą a potem z niej opróżniany. Fazy pracy ilustruje poniższy rysunek:

Cykl pracy zaczyna się, kiedy cylinder jest odchylony w prawo a otwór w nim pokrywa się z otworem dolotowym w rozrządzie (czerwony punkt). Tłok jest popychany przez ciśnienie pary w dół, co z kolei powoduje obrót koła korbowodowego w prawo, „wyprostowanie” cylindra i zamknięcie wszystkich otworów. Dzięki energii kinetycznej koła zamachowego koło korbowodowe nadal obraca się w prawo, co powoduje wychylenie się cylindra w lewo aż do chwili, kiedy otwór w cylindrze pokrywa się z otworem wylotowym w rozrządzie (niebieski punkt), a tłok poruszający się w tej fazie do góry, wypycha na zewnątrz „zużytą” parę. Dalszy obrót w lewo koła korbowodowego, powoduje kolejne „wyprostowanie” cylindra, a następnie przejście do fazy jego napełniania i cały cykl zaczyna się powtarzać. Warto dodać, że rozruch takiego silnika następuje po zakręceniu kołem zamachowym. Jeśli ktoś ma problemy z wyobrażeniem sobie opisanego wyżej sposobu pracy, to proponuję przeczytać tekst do końca i wrócić potem do powyższego rysunku.

Zasada pracy jest na tyle prosta, że każdy, kto potrafi posługiwać się narzędziami rysunkowymi, może taki silnik zaprojektować własnoręcznie. Ja inspirowałem się artykułem z „Młodego Technika” z końca lat 90-tych (jeśli dobrze pamiętam), ale dostosowując go do posiadanych materiałów zmodyfikowałem wymiary i rozrysowałem sobie kinematykę, aby być pewnym, że zakres wychyleń cylindra będzie prawidłowy, a otwory w rozrządzie będą się całkowicie pokrywać z otworem w cylindrze w odpowiednich fazach.

Mając dobrane wymiary wykonałem najpierw „model modelu”, głównie po to, aby upewnić się że wszystko działa zgodnie z oczekiwaniem. Ten rodzaj silnika jest na tyle prosty, że przy odpowiedniej determinacji można go zrobić bez zaawansowanych narzędzi - jedynie przy użyciu podstawowego wyposażenia (piła, pilniki, wiertarka), a także z użyciem popularnych materiałów. Na tym etapie jako użyłem głównie aluminium - na podstawę i rozrząd profilu prostokątnego, cylinder powstał z rurki i ceownika, tłok z ramieniem z prętów aluminiowych. Oś i koło korbowodowe to elementy z CD-Rom (ośka prowadnicy lasera i talerzyk do mocowania płyt CD), a koło zamachowe to ciężka cewka z drutem, wymontowana z silnika krokowego pochodzącego z drukarki. Ten wariant oczywiście nie nadaje się do zasilania parą, ale może być z powodzeniem zasilany sprężonym powietrzem.

Cylinder jest wykonany z kawałka rurki fi 12/10mm, zaślepionej z jednej strony aluminiowym denkiem. Gładź cylindra z wlotem pary została wycięta z ceownika, wszystkie elementy są sklejone żywicą.

Wkręcony w gładź cylindra nagwintowany pręt, stanowi oś obrotu cylindra oraz oś sprężyny, dociskającej cylinder do rozrządu. Siłę docisku regulujemy nakrętką (długa dla wygody chwytu palcami), w otwór wlotowy wklejona została rurka, na którą można nałożyć wężyk doprowadzający powietrze.

Pręt na którym zamocowany jest tłok, został przykręcony do koła korbowodowego (talerzyk z napędu CD) śrubą M3. Po przeciwnej stronie osi znajduje się koło zamachowe, wykonane z cewki silnika krokowego. Sama oś przechodzi na wylot przez otwory wykonane w przeciwległych ściankach profilu.

Silnik bez problemu zadziałał po małych regulacjach, polegających na dodaniu kilku podkładek i ustaleniu napięcia sprężyny dociskowej. Elementy zostały wcześniej przesmarowane olejem maszynowym. Źródłem powietrza do pierwszych testów była pompka rowerowa, a w następnych napompowana dętka. W ten sposób potwierdziłem założenia konstrukcyjne i mogłem przystąpić do wykonania docelowego modelu. Tym razem założenie było takie, że model ma być przystosowany do dłuższej pracy z użyciem „prawdziwej” pary pod ciśnieniem, musi więc być wykonany tak precyzyjnie, jak pozwolą na to ograniczenia związane z moimi umiejętnościami i wyposażeniem warsztatu.

Podstawa została wycięta z profilu aluminiowego 40x20x2mm, na nim przewidziałem mocowanie płytki rozrządu oraz piasty osi z łożyskami kulkowymi. Koło zamachowe zostało wykonane ze stali, a koło korbowodowe z piastą z aluminium.

Większość pozostałych elementów układu cylinder-tłok-rozrząd, czyli tych, które mają kontakt z parą wodną, wykonałem z mosiądzu. Płytka laminatowa pełni rolę przekładki pomiędzy płytą rozrządu a podstawą z aluminium. Otwory w płytce rozrządu, współpracujące z cylindrem, nie są wywiercone na wylot, tylko tak, że łączą się w grubości materiału z otworami poprowadzonymi prostopadle do bocznych cieńszych ścianek.

Tak wyglądał silnik po pierwszym montażu. Tutaj również były potrzebne pewne regulacje z użyciem podkładek, przede wszystkim związane z ustawieniem idealnie prostopadłej linii ruchu tłoka względem koła korbowodowego, w efekcie obszar połączenia tych elementów został jeszcze nieco zmieniony. Do króćców wlotu i wylotu dolutowałem również dłuższe rurki mosiężne, umożliwiające założenie silikonowych wężyków. Otwory w kole zamachowym ułatwiają obserwację jego obrotów.

Ostateczny wygląd silnika gotowego do pracy przedstawiają powyższe fotki. Pokazana jest na nich również smarownica, ale temat smarowania i zasilania parą zamierzam omówić w kolejnych artykułach z tego cyklu. Silnik działa bardzo precyzyjnie, a mechanizmy obracają się wyjątkowo lekko. Nie wymaga wielkiego ciśnienia, co pozwala na użycie prymitywnego kociołka np. z puszki po konserwach. Można go nawet zmusić do wykonania kilku obrotów zwyczajnie dmuchając w rurkę. A jak pracuje „pod parą” demonstruje poniższy film:

Komentarze  

#1 Maci3k 2015-01-05 17:18
Naprawdę świetny poradnik.
Wszystko pięknie wyjaśnione i pokazane .
Wielkie dzięki :)
#2 Wojciech Szczęśniak 2015-01-05 18:44
Dzięki, cieszę się, że artykuł okazał się przydatny. Zapraszam do zaglądania na naszą stronę, mam w planach kolejne 2-3 artykuły o tej tematyce. Pozdrawiam - WS
#3 Rattler 2015-07-15 13:24
Witam, czy na rysunku technicznym zamieszczono wszystkie części?
#4 Wojciech Szczęśniak 2015-07-15 14:22
Nie, to nie jest szczegółowy rysunek zawierający wszystkie części. Podane są tylko bazowe wymiary podstawowych elementów, potrzebne do tego, aby silnik działał. Nie są pokazane mniej ważne części - takie jak np. koło zamachowe, podstawa silnika (i kilka innych), można je wykonać z dużą dowolnością, podobnie zresztą jak elementy bazowe - pod warunkiem zachowania podanych wymiarów. Pozdrawiam - WS
#5 Rattler 2015-07-15 14:43
Wreszcie trafiłem na kogoś kto jest przytomny i odpowiada w czasie krótszym niż 2 miesiące :D Chciałbym samemu zrobić taki (albo inny model) ale mam kilka pytań - czy mógłbym prosić o kontakt na maila - ?
Pozdrawiam,
Rattler
#6 Wojciech Szczęśniak 2015-07-15 15:37
Można pisać na wojtek()sgm.sie dlce.pl (mail z menu 'kontakt'), tym niemniej jeśli to pytania merytoryczne, które mogą się przydać innym hobbystom, zawsze warto je zadać publicznie przez komentarze, bo to pozwala skorzystać z naszych doświadczeń innym. My dostajemy powiadomienia o komentarzach i staramy się odpowiadać na bieżąco. WS
#7 Rattler 2015-07-15 21:00
Mam projekt silnika parowego w pdfie tylko nie za bardzo wiem jak i czy mogę go tu wrzucić. Pana projekt jest po prostu genialny :)
+1 #8 Wojciech Szczęśniak 2015-07-16 14:49
Dzięki za miłe słowa. Zgadza się, tutaj goście nie mogą wrzucić żadnych plików, a tak ogólnie to publikujemy tylko projekty i wydarzenia związane z naszym gronem. Zerknąłem na podesłane plany, owszem to ciekawy silnik, ale jednocześnie bardziej skomplikowany. Namawiałbym jednak do zbudowania czegoś prostszego, silnik typu oscylator na początek jest idealnym wyborem, pozwalającym zapoznać się ze specyfiką tematyki. W dodatku ze względu na małą ilość części (masa) i kompaktowe wymiary dobrze nadaje się do zastosowania w modelach. Jest to też chyba jedyny wariant, który da się (przy odpowiednim samozaparciu) wykonać tylko przy użyciu podstawowych narzędzi. WS.
#9 Rattler 2015-07-21 10:18
Witam, to znowu ja. Zastanawiam się nad własnym projektem kotła i proszę o radę. Rysunków technicznych niestety nie mam ale spróbuję wytłumaczyć o co mi chodzi. Klocek aluminium przecięty mniej więcej na pół, obrobiony na tokarce tak żeby to był walec. Jedną część nagwintować od zewnątrz (powiedzmy średnica - 60mm - i gwint na przestrzeni powiedzmy 30mm) a drugą część nagwintować od wewnątrz - tak aby obie części na siebie nakręcić. Czy to ma sens? Czy gwint wytrzyma ciśnienie? (Chciałbym zrobić również zawór tak aby podtrzymać ciśnienie na wysokim poziomie - więc kocioł musi być dość wytrzymały).
Pozdrawiam,
Grzegorz
#10 Wojciech Szczęśniak 2015-07-21 18:03
Mimo że osobiście jestem zwolennikiem rozwiązań najprostszych i w ramach tego co się ma pod ręką (np. kociołek z puszki), to jestem sceptyczny co do użycia aluminium do tego zastosowania. Nie tylko ze względu na własne doświadczenia mechaniczne, ale i też przyznam, że nie widziałem takich rozwiązań u innych. Kociołki budowane od podstaw raczej wykonuje się z mosiądzu - blacha zwijana, lub cienkościenna rura mosiężna (bez problemu można kupić takie o średnicy 60-80mm), ew. rurki miedziane do kociołków płomienicowych. Elementy łączy się metodą lutowania, najlepiej "twardego", od biedy przy mniejszym ciśnieniu może być i miękkie. Proponowałbym jednak na początek rozważyć przeróbkę dostępnych obecnie bardzo tanich kawiarek (20-30zł), które zwierają kompletny zbiornik ciśnieniowy ze z zaworem bezpieczeństwa i wyprowadzeniem pary, do tego są bardzo estetyczne (blacha nierdzewna), a przeróbka nie będzie skomplikowana. Sam od dawna mam chęć spróbować takiej przeróbki, problem tylko w tym, że ... absorbują mnie inne tematy modelarskie, a nie da się jednocześnie zrobić wszystkiego :-)
WS
#11 Rattler 2015-07-21 19:59
Panie Wojciechu
właśnie chciałem uniknąć lutowania bo to też się wiąże z "załatwianiem" i również widać że "było lutowane". No bojler może być również z mosiądzu, to jest w sumie obojętne dla mnie z jakiego materiału. Myślałem że przy tym co wymyśliłem jest większa szansa na szczelność bojlera przy wysokim ciśnieniu. Jeśli bojler miałby ściankę grubości 5mm +/- 2mm to powinien wytrzymać dość dużo. W bojlerze chciałbym umieścić manometr, zawór bezpieczeństwa (oba do kupienia w sklepie bez żadnego problemu) i rurkę. Przy rurce pojawia się kolejny problem - musi być metalowa bo inna może nie wytrzymać ciśnienia - tu pojawia się problem - jak ją wykonać?
Pozdrawiam,
Grzegorz
+4 #12 andrzej 2016-10-16 11:56
Wspaniały projekt i opis :)
Miałem podobny silnik wykonany fabrycznie, prawdopodobnie jako tzw. pomoc naukowa na lekcję fizyki. Cylinder i rozrząd mosiężne, tłok stalowy, koło zamachowe ze stopu ZnAl.
Jako ciekawostka - wykorzystywałem go jako pompkę powietrza do akwarium, był napędzany silnikiem od wentylatora Zefir za pomocą "pasa transmisyjnego" stosunek średnicy koła zamachowego do średnicy koła na osi silnika elektrycznego wynosił ok. 10:1.

Nie masz uprawnień aby komentować.

Publikowane tutaj materiały i zdjęcia stanowią własność ich autorów, nie mogą być kopiowane oraz wykorzystywane bez ich zgody.
Strona niekomercyjna.