Перейти к содержанию
Авторизация  
КДЕ

Двигатель ИЖ-Юпитер в паровую машину

Рекомендуемые сообщения

Потихоньку собираю знания, материалы и детали для постройки парового мотоцикла. Требованием к паровому мотоциклу по скоростным качествам является максимальная скорость 50км/ч (с точки зрения закона - мопед), но разгон должен быть на уровне современного транспортного потока. Основным ограничителем скорости будет выступать котел, хорошо если смогу достигнуть паропроизводительности в 35кг/ч, что обеспечит продолжительную мощность паровой машины в 3,5л.с.

Мои теоретические "изыскания" привели к выводу, что для парового транспортного средства желательна 2-скоростная кпп: основная передача и пониженная (например для того чтобы тронуться на крутом подъеме). В поисках доноров деталей для паровой машины мой взгляд упал на мотоцикл ИЖ-Юпитер.

 

Некоторые его технические характеристики:

Передача от двигателя на сцепление: двухрядной втулочной цепью передаточное отношение - 2,57

Сцепление: многодисковое в масляной ванне

Коробка передач: четырехступенчатая

Переключение передач: ножным рычагом с полуавтоматическим и ручным выжимом сцепления

Передача на заднее колесо: цепью однорядной приводной роликовой

Передаточное отношение главной передачи: 2, 63 (колясочный вариант)

Передаточные отношения коробки передач:

I передача: 3, 17

II передача: 1, 81

III передача: 1, 26

IV передача: 1, 0

Размер шин: Стандарт 3, 50×18" (90-459)

4 передачи для мотоцикла избыточны, но они могут быть полезны для минитрактора или вездехода для тайги. Однако наличие большего количества передач, позволит компенсировать возможные ошибки в расчетах и изготовлении котла и различных узлов паровой машины.

post-70232-025511500_1533369145_thumb.jpg post-70232-084343300_1533369251_thumb.png

Его двигатель имеет составной коленвал, соединенный под углом 180о, с небольшой доработкой его можно соединить под углом 90о, обеспечив самозапуск паровой машины. Заглушив продувочные окна, а также соединив полости коленвала и кпп, мы обеспечим смазку подшипников коленвала.

вместо генератора устанавливаем шкив под зубчатый ремень для привода распредвала (или сразу эксцентрики), а также шкив для привода генератора, насоса(ов).

Понятно, что цилиндры (и все, что выше коленвала) придется изготавливать заново. И тут простор для творчества, который и хотелось бы обсудить: делать машину простого или двойного действия, прямоточную или нет, золотник или клапана.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Без двойного действия самозапуска не получится. На 3.5 лошадей не проще взять что-то мопедное, типа Карпатовского, как раз две передачи, или китайскую вертикалку?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Без двойного действия самозапуска не получится.

Согласен. А самозапуск очень хочется, чтобы во время кратковременных остановок (на светофоре) не тратить пар (на холостой ход), а накапливать его. После старта в течение некоторого времени понадобится значительно большая мощность (и соответственно расход пара) для разгона.

На 3.5 лошадей не проще взять что-то мопедное, типа Карпатовского, как раз две передачи

Рассматривал такой вариант, пришел к выводу, что не проще. Несмотря на то, что мне очень нравится, что у мопеда разница между передачами почти в 2 раза (2,08 и 1,17), что, по моим прикидкам и надо для паровой машины, есть ряд недостатков:

1. Один цилиндр - отсутствие самозапуска. Приделывать второй - довольно большой объем работ. Проще делать паровую машину с нуля.

2. Довольно большое передаточное отношение моторной передачи (4,75, у Юпитера - 2,57), что подразумевает работу двигателя на слишком больших для паровой машины оборотах. Хотелось бы, чтобы обороты коленвала паровой машины были около 2000 об/мин. При этом даже при использовании Юпитеровской трансмиссии в колясочном варианте при 50км\ч на 4 передаче (прямой) обороты коленвала будут около 2800 об/мин. Но у Юпитера есть возможность поставить другую ведущую звезду (от одиночки) в главной передаче, уменьшив ее передаточное отношение до 2,21, и тем самым снизить обороты до 2300 об/мин.

3 Максимальная мощность двигателя мопеда (В-50, 501) - 1,8л.с. Соответственно и трансмиссия рассчитывалась (с некоторым запасом) на данную мощность. У меня же планируется продолжительная мощность почти в 2 раза больше, а максимальная, в течение нескольких секунд (на сколько хватит запаса пара) будет превышать этот показатель еще в 2-3 раза.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Один из возможных вариантов паровой машины двойного действия на базе мотоциклетного двигателя: post-70232-077526400_1533457309_thumb.jpg

Используем штатный поршень как ползун. В него вворачиваем шток (главное, чтобы в донышке поршня "мяса" хватило) и сверху делаем ту паровую машину, которую хотим/можем.

Учитывая следующие данные: ход поршня -58 мм, среднее давление на поршень 8-10 бар, температура пара - 300о. Какой диаметр цилиндра будет оптимальным?

Планируется, что паровая машина будет работать на конденсацию. У Жирицкого вычитал, что прямоточные машины, при работе на конденсацию дают наименьшее паропотребление. Снижение паропотребления для парового мотоцикла - весьма актуально. Кроме этого при клапанном парораспределении, клапанов надо в 2 раза меньше, то есть изготовление попроще. А какие недостатки у прямоточных машин (кроме длинного поршня) для использования на транспортном средстве?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

А какие недостатки у прямоточных машин (кроме длинного поршня) для использования на транспортном средстве?

 

При количестве цилиндров 2 - сильная неравномерность крутящего момента в связи с влиянием компрессии.

 

При рядной двойке с коленвалом развернутым на 90 градусов при оборотах выше 1200 вибрации будут убийственными.

Вы утяжеляете штатную возвратно поступательную массу. Как будете компенсировать этот дисбаланс? Штатная масса противовесов уже будет недостаточной.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Главная проблема прямоточной машины — выхлоп через окна. Даже при хорошем вакууме в конденсаторе он ограничивает расход пара за цикл. То есть удельную мощность. Для той же мощности, кроме компрессии, надо увеличивать объём цилиндра или давление. Или вынуждает делать окна выше, тоже нехорошо. Прямоточная машина имеет некоторые термодинамические преимущества, но механически хуже обычной. Её в стационарный генератор самое то. Где резкие изменения крутящего момента можно скомпенсировать маховиком. Тяжёлым, потому что больших оборотов она тоже не очень.

Тут же или компаунд, или два цилиндра простого расширения, ради простоты.

время кратковременных остановок (на светофоре) не тратить пар (на холостой ход)

Так не нужно сжатие смеси нет, холостой ход можно сделать сколь угодно медленным.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

При рядной двойке с коленвалом развернутым на 90 градусов при оборотах выше 1200 вибрации будут убийственными.

Вы утяжеляете штатную возвратно поступательную массу. Как будете компенсировать этот дисбаланс? Штатная масса противовесов уже будет недостаточной.

Ответа на данный вопрос у меня пока нет. А посему наверное:

Тут же или компаунд, или два цилиндра простого расширения, ради простоты.

На ум приходят следующие конструкции:

post-70232-088207100_1533566667_thumb.jpg post-70232-083521600_1533566697_thumb.jpg

В результате должны получить примерно следующее: post-70232-037119000_1533566768_thumb.jpg

Вопрос: если вместо вертикальной тяги поставить кулису Стефенсона, будем ли мы иметь реверс?

Остается открытым вопрос по диаметру цилиндра.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)

На ум приходят следующие конструкции:

Решение красивое, но картинки не точные, золотников таки должно быть два, или более сложной конструкции. Реверс будет, причём проще вместо Г-образной качалки поставить кулису Хэкворта поворотный рычаг Маршалла. Даже на картинках намекают что в маховике стоит регулятор, изменяющий положение эксцентрика.

На поршни же надо поставить резиновые кольца, или таки вынести их от картера на штоках с сальниками.

Изменено пользователем John Jack

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

золотников таки должно быть два,

 

В этой компоновке (Вестингауз) все же один золотник на два цилиндра. Неплохое решение.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Реверс будет, причём проще вместо Г-образной качалки поставить кулису Хэкворта поворотный рычаг Маршалла

Если нетрудно, можете дать ссылку, где можно ознакомиться с данными механизмами.

На поршни же надо поставить резиновые кольца, или таки вынести их от картера на штоках с сальниками

Это, я так понимаю, для предотвращения эмульсии.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Остается открытым вопрос по диаметру цилиндра.

Учитывая следующие данные: ход поршня -58 мм, среднее давление на поршень 8-10 бар, температура пара - 300о. Какой диаметр цилиндра будет оптимальным?

 

Объём цилиндра надо считать исходя из максимальной необходимой мощности на максимальной отсечке и оборотах. Все остальные мощности можно будет получить уменьшением оборотов, отсечки и дросселированием пара. Вы же считали уже какая максимальная мощность Вам потребна для ускорения и въезде в гору (я к сожалению не помню). Зная все эти цифры можно посчитать объем и соответственно диаметр поскольку Вы знаете длину хода.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)

все же один золотник на два цилиндра.

Да, но именно так, как нарисовано на первой картинке, работать не будет. Впуска в левый цилиндр нет.

для предотвращения эмульсии.

Именно. "Родной" блок цилиндров закрыть вместо головки крышкой с сальниками, а объёмы под новыми поршнями соединить. Чтобы то, что стравит из ЦВД, засосало бы обратно в ЦНД.

 

http://www.steameste...-Hackworth.html и http://www.steameste...-gear-Klug.html например. Единственно что, такой механизм берёт часть движения от поперечного шатания рычага, которое тут потеряется из-за неправильной плоскости. Лучше будет выкинуть шаровые шарниры, и поставить эксцентрик под 90 градусов к валу.

 

В случае компаунда общая мощность считается как будто она вся вырабатывается в большем цилиндре. А объём меньшего берётся в 2-3 раза меньше.

Изменено пользователем John Jack

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

И нет, компаунд с одним золотником как на первой сделать нельзя, без совместного движения поршней. Для работы через 180 градусов середина золотника должна быть разделена, а выпуск ЦВД с правой стороны его части золотника идти на правую сторону золотника ЦНД. Чтобы для каждой из сторон золотник был одинаково с внешним (или одинаково внутренним) впуском.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Напомню немного про расчет необходимой мощности.

Если берем необходимое ускорение 2м/с2 то скорости 50км/ч мы достигнем через 6,94с.

Потери мощности при ускорении 2м/с2 и полной массе мотоцикла 400кг на 4 (прямой) передаче составят

Nj = 1*400*2*50/2650 = 15,1л.с.

 

Прибавляем к этим значениям потери мощности на качение и сопротивление воздуха (2,6л.с.) и получается 17,7л.с.

 

Мощность ПМ определяется по формуле

N=3,14*D2*P*S*n*i*T/(4*60*75) где

D – диаметр цилиндра в см (7,6см)

Р – давление в атм. (8бар)

S – ход поршня в метрах (0,058м)

n – количество оборотов в мин (2300об/мин –с ведущей звездой от одиночки)

i – количество цилиндров (2)

Т – тип ПМ одинарный или двойной (1)

 

17,7=3,14*D2*8*0,058*2300*2*1/18000

17,7=0,372*D2

D2=47,58

D=√47,58 = 6,9см или 69 мм – слишком много, поршень Юпитера имеет диаметр 62мм

 

Пересчитываем для колясочной звезды (2800об/мин)

17,7=3,14*D2*8*0,058*2800*2*1/18000

17,7=0,453*D2

D2=39,08

D=√39,08 = 6,25см или 62,5 мм

 

Вывод: при стандартных юпитеровских поршнях и колясочной ведущей звезде давление на входе для обеспечения необходимой динамики должно быть выше 8 бар. При меньшем давлении или меньшем диаметре цилиндра (или ведущей звезде от одиночки) придется переходить на пониженную передачу. При этом следует учитывать, что из-за увеличивающегося коэффициента вращающихся масс будут возрастать потери мощности на разгон (примерно на 10% для каждой ступени вниз). Следовательно придется достигать большей мощности при больших оборотах, то есть конструкция ПМ должна обеспечивать возможность раскручивать коленвал до 3500об/мин и выше.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

В этой компоновке (Вестингауз) все же один золотник на два цилиндра.

Вот модель похожего двигателя http://www.vapeuretm...t7/elmer-44.pdf

А вот советская модель с одним золотником на два цилиндра ЦММЛ-К-5 post-70232-010431100_1533583279_thumb.png

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Два цилиндра одиночного действия же. А у советского вообще дикое извращение, золотник работает как пара коробчатых, но без поджима паром. Посмотрите на вырезы, они с двух сторон разные.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)

Два цилиндра одиночного действия же

Так и "Вестингауз", как я понял, одиночного действия, единственное, что на первой картинке - компаунд, но тоже одиночного действия.

Изменено пользователем КДЕ

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

КДЕ, если машина не компаунд можно обойтись одним золотником. С компаундом лучше всё таки два, для удобства регулирования.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Простого расширения, конечно же. Одиночного они и так все.

Компаунд с одним золотником тут не получится никак, только с двумя на одном штоке. Отсечку же вполне можно менять синхронно у обоих ступеней, наплевав на некоторую несимметричность мощности по цилиндрам в разных режимах. Кстати компаунд ещё позволяет сделать диаметр цилиндра (низкого давления) больше родного, за счёт уменьшения соседнего же.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

post-503-042200500_1533593039_thumb.jpg

Примерно как-то так. Пропорции условные, перекрыши считать одинаковыми, что они оба с внутренней стороны вроде должно быть видно. Конструкция перегородки между золотниками условная, например цилиндрическая пробка, с парой колец для уплотнения, закреплённая стопорными винтами. Утечки тепла через неё даже полезны, ибо промежуточный перегрев. Тарелки золотника же лучше разнести по дальним краям, чтобы горячий пар из средней части подогревал крышки цилиндров. Между объёмами под поршнями проход, можно соединить их с конденсатором, через обратный клапан.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

В случае компаунда общая мощность считается как будто она вся вырабатывается в большем цилиндре. А объём меньшего берётся в 2-3 раза меньше.

Получается, что для получения необходимой мощности в 17,7л.с. при 2800об/мин больший цилиндр должен иметь диаметр 125мм, а меньший 42-62мм

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Получается, что для получения необходимой мощности в 17,7л.с. при 2800об/мин больший цилиндр должен иметь диаметр 125мм, а меньший 42-62мм

 

Широковатый цилиндр получается, 125мм при 58мм хода....как то не глянется. Может снизить требования к разгону немного и на двухстороннее действие перейти? Повысить давление?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Объём, а не диаметр же! Вместо двух цилиндров по 69 мм получается 56-68 и 97 мм. Тоже не влезает в габарит, но не так сильно. И можно ещё увеличить обороты, пользуясь тем что поршень высокого давления меньше, а низкого — легче.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Может снизить требования к разгону

Придется, и весьма существенно. Иначе двигатель такой мощности не увязывается с паропроизводительностью котла - нереально огромный ресивер нужен. Мощность придется снижать минимум в два раза и при разгоне использовать КПП.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Вместо двух цилиндров по 69 мм получается 56-68 и 97 мм. Тоже не влезает в габарит, но не так сильно.

У Юпитера два цилиндра по 62мм (без учета гильзы), но между ними еще небольшие ребра воздушного охлаждения, так что думаю расстояния между центрами цилиндров хватит.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Для публикации сообщений создайте учётную запись или авторизуйтесь

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать учетную запись

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Регистрация нового пользователя

Войти

Уже есть аккаунт? Войти в систему.

Войти
Авторизация  

  • Последние посетители   0 пользователей онлайн

    Ни одного зарегистрированного пользователя не просматривает данную страницу


×
×
  • Создать...

Важная информация

Мы разместили cookie-файлы на ваше устройство, чтобы помочь сделать этот сайт лучше. Вы можете изменить свои настройки cookie-файлов, или продолжить без изменения настроек.