蒸気エンジンの将来はどうなるでしょうか? 蒸気機関の現代版

私は石炭と水だけで暮らしていますが、まだ時速 160 マイルで走るのに十分なエネルギーがあります。これはまさに蒸気機関車ができることです。これらの巨大な機械恐竜は現在、世界の大部分で絶滅していますが、鉄道、蒸気技術は人々の心の中に生き続けており、このような機関車は今でも多くの歴史的な鉄道で観光名所として機能しています。

最初の近代的な蒸気エンジンは 18 世紀初頭にイギリスで発明され、産業革命の始まりとなりました。

今日は再び蒸気エネルギーの話に戻ります。燃焼プロセスの設計上の特徴により、蒸気エンジンはエンジンよりも汚染が少なくなります。内燃機関。このビデオで、その仕組みをご覧ください。

蒸気エンジンの設計と動作メカニズム

古代の蒸気エンジンの原動力は何でしょうか?

スケートボードに乗ったり、飛行機に乗ったり、買い物に行ったり、路上で車を運転したりなど、思いつくすべてのことを行うにはエネルギーが必要です。今日私たちが輸送に使用するエネルギーのほとんどは石油から来ていますが、常にそうであったわけではありません。 20 世紀初頭まで、石炭は世界の燃料として選ばれ、列車や船舶から、ライト兄弟の初期の競争相手であるアメリカの科学者サミュエル P. ラングレーが発明した不運な蒸気飛行機に至るまで、あらゆるものに動力を供給していました。石炭の何がそんなに特別なのでしょうか？地球内に豊富に存在するため、比較的安価で広く入手可能でした。

石炭は有機化学物質であり、炭素という元素をベースとしています。石炭は、植物の死骸が岩の下に埋められ、圧力で圧縮され、地球の内部熱で調理されることにより、何百万年もかけて形成されます。それが化石燃料と呼ばれる理由です。石炭の塊はまさにエネルギーの塊です。それらの内部の炭素は、化学結合と呼ばれる結合によって水素および酸素原子と結合しています。石炭を火で燃やすと、結合が壊れ、エネルギーが熱の形で放出されます。

石炭には、ガソリンなどのよりクリーンな化石燃料に比べ、1 キログラムあたり約半分のエネルギーが含まれています。ディーゼル燃料そして灯油は、蒸気エンジンが非常に多くの燃焼を必要とする理由の 1 つです。

インターネットで興味深い記事を見つけました。

"アメリカの発明家ロバート・グリーンは、（他の種類の燃料と同様に）残留エネルギーを変換して運動エネルギーを生成するまったく新しい技術を開発しました。 Greene の蒸気エンジンはピストンが強化されており、幅広い実用目的向けに設計されています。"
それだけです、それ以上でもそれ以下でもありません: 絶対に新技術。そうですね、当然私は見始めて理解しようとしました。どこにでも書いてあるよこのエンジンの最もユニークな利点の 1 つは、エンジンの残留エネルギーから電力を生成できることです。より具体的には、エンジンからの残留排気エネルギーをユニットのポンプや冷却システム用のエネルギーに変換できます。では、これはどういうことかというと、私の理解では、排気ガスを使って水を沸騰させ、蒸気を運動に変換するというものです。これがどれだけ必要で低コストなのかというと、このエンジンは、言われているように、最小限の部品で特別に設計されているとはいえ、それでもかなりの費用がかかりますし、特に私が庭を作る意味があるのでしょうか？この発明には根本的に新しい点はありませんか？そして、往復運動を回転運動に変換する機構はすでに数多く発明されています。著者のウェブサイトでは、原則として2気筒モデルがそれほど高価ではなく販売されています
たったの46ドル。
著者のウェブサイトには太陽エネルギーを使用したビデオがあり、このエンジンを使用してボートに乗っている写真もあります。
しかし、どちらの場合も、それは明らかに余熱ではありません。要するに、そのようなエンジンの信頼性には疑問があります。 「ボールジョイントは同時に、蒸気がシリンダーに供給される中空のチャネルでもあります。」サイトユーザーの皆さん、どう思いますか？
ロシア語の記事

蒸気機関

製作難易度：★★★★☆

制作時間：1日

手元にある資料: ████████░░ 80%

この記事では、自分の手で蒸気エンジンを作る方法を説明します。エンジンはスプールバルブを備えた小型のシングルピストンとなる。この出力は、小型発電機のローターを回転させ、ハイキング中にこのエンジンを自律型電力源として使用するのに十分な電力です。

伸縮アンテナ (古いテレビまたはラジオから取り外し可能)、最も太いチューブの直径は少なくとも 8 mm である必要があります
ピストンペア用の小さなチューブ（配管店）。
直径約 1.5 mm の銅線 (変圧器コイルまたはラジオ店で入手できます)。
ボルト、ナット、ネジ
鉛（釣具店または古いもので見つかります）車の電池）。フライホイールを金型で鋳造するために必要です。既製品のフライホイールを見つけましたが、こちらの商品が役に立つかもしれません。
木製のバー。
自転車の車輪用スポーク
スタンド (私の場合、厚さ 5 mm の PCB シートで作成しましたが、合板でも使用できます)。
木製ブロック（板片）
オリーブの瓶
チューブ

瞬間接着剤、冷間圧接、エポキシ樹脂（建設市場）。
エメリー
ドリル
はんだごて
弓のこ

蒸気エンジンの作り方

エンジン図

シリンダーとスプールチューブ。

アンテナから 3 つの部分を切り取ります。
? 最初の部分は長さ 38 mm、直径 8 mm (シリンダー自体) です。
? 2 番目の部分は長さ 30 mm、直径 4 mm です。
? 3 番目は長さ 6 mm、直径 4 mm です。

チューブ No. 2 の中央に直径 4 mm の穴を開けましょう。チューブ No. 3 をチューブ No. 2 に垂直に接着し、瞬間接着剤が乾いた後、冷間圧接 (ポキシポールなど) で全体を覆います。

3番（1番管より少し直径が大きい）に真ん中に穴の開いた丸鉄ワッシャーを取り付け、乾燥後冷間圧接で強化します。

さらに、すべての縫い目をエポキシ樹脂でコーティングし、気密性を高めています。

コンロッド付きピストンの作り方

直径 7 mm のボルト (1) を取り出し、万力で固定します。銅線(2)を約6回巻き付けます。各ターンに瞬間接着剤を塗布します。ボルトの余分な端を切り取ります。

ワイヤーをエポキシでコーティングしていきます。乾燥後、シリンダーの下にあるピストンをサンドペーパーで調整し、空気を通さずにピストンが自由に動くようにします。

アルミニウムのシートから長さ4 mmと長さ19 mmのストリップを作ります。文字 P の形にします (3)。

編み針を挿入できるように、両端に直径 2 mm の穴 (4) をあけます。 U 字型部分の側面は 7x5x7 mm である必要があります。 5 mm側でピストンに接着します。

コネクティングロッド(5)は自転車のスポークから作られています。編み針の両端に、直径と長さが 3 mm のアンテナからの 2 つの小さなチューブ (6) を接着します。コンロッド中心間距離は50mmです。次にコの字部分にコネクティングロッドの一端を差し込み、編み針でヒンジを付けます。

編み針が抜けないように両端を接着していきます。

三角コンロッド

三角形のコネクティングロッドも同様の方法で作られますが、片側に編み針があり、もう一方の側にチューブがあるだけです。コネクティングロッドの長さは75 mm。

三角とスプール

蒸気ボイラ

蒸気ボイラーは密閉蓋付きのオリーブ瓶になります。水を流し込めるようにナットも半田付けしてボルトでしっかり締めました。チューブも蓋にはんだ付けしました。
これが写真です:

エンジンアセンブリの写真

エンジンを木製のプラットフォーム上に組み立て、各要素をサポート上に置きます

蒸気エンジンが動作しているビデオ
バージョン2.0

エンジンの外観上の変更。タンクには現在、乾燥燃料タブレット用の専用の木製プラットフォームと受け皿が付いています。すべてのパーツが美しい色で塗装されています。ちなみに熱源は自家製のものを使うのがベストです。

このユニットを建設した理由は、「機械や工具を使わずに、店で買える部品だけを使って蒸気機関を組み立てることは可能か？」という愚かなアイデアでした。結果はこのようなデザインになりました。組み立てとセットアップ全体には 1 時間もかかりませんでした。設計と部品の選定には半年かかりましたが。

構造の大部分は配管器具で構成されています。この叙事詩の終わりに、ハードウェアやその他の店の販売者からの「お手伝いできますか」「なぜ必要ですか」という質問には本当に腹が立ちました。

そして基礎を組み立てていきます。まずはメインクロスメンバー。ここではティー、ボチャタ、ハーフインチアングルが使用されます。すべての要素をシーラントで固定しました。これは手で接続したり切り離したりしやすくするためです。ただし、最終的な組み立てには配管用テープを使用することをお勧めします。

次に縦方向の要素。蒸気ボイラー、スプール、蒸気シリンダー、フライホイールが取り付けられます。ここでもすべての要素は 1/2 インチです。

次にスタンドを作ります。写真左から蒸気ボイラー用スタンド、蒸気分配機構用スタンド、フライホイール用スタンド、蒸気シリンダー用ホルダーです。フライホイールホルダーは 3/4 インチ T 字 (雄ねじ) で作られています。ローラースケート用の修理キットのベアリングが最適です。ベアリングはカップリングナットによって所定の位置に保持されます。このようなナットは個別に入手するか、購入することができます。金属プラスチックパイプ用のティーから。このティーは右下隅にあります (デザインでは使用されていません)。3/4 インチのティーは、すべて内部のネジだけで、蒸気シリンダーのホルダーとしても使用されます。アダプターは、3/4 インチから 1/2 インチのエレメントを取り付けるために使用されます。

ボイラーを組み立てていきます。ボイラーには1インチのパイプが使用されています。中古のパイプを市場で見つけました。今後のことを考えると、ボイラーが小さすぎて十分な蒸気を生成しないことが判明したと言いたいです。そのようなボイラーでは、エンジンは動作します右側の 3 つの部品: プラグ、アダプター 1"-1/2"、スキージーをアダプターに挿入し、プラグで閉じます。

これがボイラーの最初の様子です。

しかし、蒸気タンクの高さが十分ではないことが判明しました。蒸気ラインに水が入りました。アダプターを介して追加の1/2インチバレルを取り付ける必要がありました。

これはバーナーです。 4つ前の投稿に「自家製」という素材がありました石油ランプ当初はこんな感じでバーナーを考えていました。でも、適当な燃料がありませんでした。ランプオイルや灯油は煙がすごいので、アルコールが必要です。そこで、とりあえず乾燥燃料用のホルダーを作りました。

これは非常に重要な詳細です。スチームディストリビュータまたはスプール。これは、動力行程中に蒸気をスレーブシリンダーに送ります。ピストンが逆に動くと蒸気の供給が遮断され、吐出が起こります。スプールは金属プラスチックパイプのクロスから作られています。端の 1 つはエポキシパテでシールする必要があります。この端はアダプターを介してラックに接続されます。

そして今、最も重要な詳細です。エンジンが始動するかどうかが決まります。これは作動ピストンとスプールバルブです。ここでは、M4 ピン (家具の建具売り場で販売されています。長いものを見つけて、必要な長さを切り取る方が簡単です)、金属ワッシャー、およびフェルトワッシャーを使用します。フェルトワッシャーは、ガラスや鏡を他の金具と固定するために使用されます。

フェルトは最高ではない最高の素材。十分な締め付け感はありませんが、動きに対する抵抗は大きいです。その後、フェルトを取り除くことができました。これには非標準のワッシャーが最適でした。ピストンには M4x15、バルブには M4x8 が使用されました。これらのワッシャーは、配管テープを通してピンにできるだけしっかりと配置し、同じテープを上から 2 ～ 3 層巻き付ける必要があります。次にシリンダーとスプールを水でよくこすります。アップグレードされたピストンの写真は撮りませんでした。分解するのが面倒すぎる。

こちらが実際のシリンダーです。 1/2 インチのバレルで作られており、2 つのカップリングナットで 3/4 インチのティーの内側に固定されています。片側では最大限の密閉性があり、フィッティングはしっかりと取り付けられています。

さてフライホイール。フライホイールはダンベルプレートから作られています。で中央の穴ワッシャーのスタックが挿入され、ローラースケート用の修理キットの小さなシリンダーがワッシャーの中央に配置されます。すべてシーラントで固定されています。キャリアホルダーには家具や絵画のハンガーが最適でした。鍵穴のように見えます。全て写真の順番で組み立てていきます。ネジとナット - M8。

私たちの設計には 2 つのフライホイールがあります。それらの間には強いつながりがあるはずです。この接続はカップリングナットによって確実に行われます。すべてのネジ接続はマニキュアで固定されています。

これら 2 つのフライホイールは同じように見えますが、1 つはピストンに接続され、もう 1 つはスプールバルブに接続されます。したがって、キャリアは M3 ネジの形で、中心から異なる距離に取り付けられます。ピストンの場合、キャリアは中心から離れた位置にあり、バルブの場合、キャリアは中心に近い位置にあります。

次に、バルブとピストンを駆動させます。家具の接続プレートがバルブに最適でした。

ピストンはウィンドウロックエスカッションをレバーとして使用します。彼女は家族のようにやって来ました。メートル法を発明した人に永遠の栄光を。

ドライブが組み立てられました。

すべてエンジンに取り付けられています。ねじ接続ニスで固定しました。これがピストンドライブです。

バルブ駆動。ピストンキャリアとバルブの位置が90度異なりますのでご注意ください。バルブキャリアがピストンキャリアをどの方向に導くかによって、フライホイールがどの方向に回転するかが決まります。

あとはチューブを接続するだけです。水槽用のシリコンホースです。すべてのホースはワイヤーまたはクランプで固定する必要があります。

なお、安全弁は設けられていない。したがって、細心の注意を払う必要があります。

出来上がり。水で満たしてください。火をつけてみましょう。私たちは水が沸騰するのを待っています。加熱中、バルブは閉じた位置にある必要があります。

組み立てプロセス全体と結果はビデオでご覧いただけます。

「蒸気機関」というと蒸気機関車やスタンレースチーマーの車両が思い浮かびますが、これらの機構の用途は輸送に限定されません。蒸気エンジンは、約 2000 年前に原始的な形で初めて作られ、過去 3 世紀にわたって最大の電力源となりました。蒸気タービン世界の電力の約80パーセントを生産しています。このようなメカニズムが動作する物理的な力の性質をさらに理解するには、ここで提案する方法のいずれかを使用して、通常の材料から独自の蒸気エンジンを作成することをお勧めします。開始するには、ステップ 1 に進みます。

ステップ

ブリキ缶で作った蒸気機関（子供用）

アルミ缶の底を6.35cmにカットします。 アルミ缶の底をブリキ切りで3分の1程度の高さまで真っ直ぐに切ります。

ペンチを使用してリムを曲げて押します。鋭いエッジを避けるために、瓶の縁を内側に曲げます。この操作を行うときは、怪我をしないように注意してください。

瓶の底を内側から押して平らにします。ほとんどのアルミニウム飲料缶は、内側に湾曲した丸い底を持っています。指で押すか、底が平らな小さなガラスを使用して、底を平らにします。

瓶の反対側、上から1/2インチのところに2つの穴を開けます。 穴を開けるには、紙の穴パンチと釘とハンマーの両方が適しています。直径 3 ミリメートル強の穴が必要になります。

瓶の中央に小さなティーライトを置きます。ホイルを丸めてキャンドルの下や周りに置き、所定の位置に保ちます。このようなキャンドルは通常、特別なスタンドに入っているため、ワックスが溶けてアルミ瓶に漏れることはありません。

包む中央部長さ15～20cmの銅管を鉛筆の周りに2～3回巻いてコイルを作ります。直径 3 mm のチューブは鉛筆の周りで簡単に曲がります。瓶の上部を横切るのに十分な量の湾曲したチューブと、両側にさらに 5 cm の直管が必要です。

チューブの端を瓶の穴に挿入します。コイルの中心がキャンドルの芯の上に来るようにしてください。チューブの両側の直線部分が同じ長さであることが望ましい。

パイプの端をペンチで曲げて直角にします。チューブの直線部分を曲げて、缶の異なる側面から反対方向を向くようにします。それからまた瓶の底の下に落ちるように曲げます。すべての準備ができたら、次のものを入手する必要があります。チューブの蛇行部分はキャンドルの上の瓶の中央にあり、瓶の両側で反対方向を向く2つの傾斜した「ノズル」に変わります。

瓶を水の入ったボウルに置き、チューブの端が浸るようにします。あなたの「ボート」は水面にしっかりと留まらなければなりません。チューブの端が十分に浸かっていない場合は、瓶を少しだけ重くしてみてください。ただし、溺れないように注意してください。

チューブを水で満たします。最も簡単な方法で一方の端を水に浸し、もう一方の端をストローのように引っ張ります。指を使ってチューブの一方の出口を塞ぎ、もう一方の出口を蛇口からの流水の下に置くこともできます。

キャンドルに火を付けます。しばらくすると、チューブ内の水が加熱され、沸騰します。蒸気になると「ノズル」から出てきて、缶全体がボウル内で回転します。

ペイント缶スチームエンジン（大人）

4 クォートのペイント缶の底の近くに長方形の穴を開けます。瓶の底近くの側面に横15cm×5cmの長方形の穴を開けます。

この缶 (および使用しているもう 1 つの缶) にはラテックス塗料のみが含まれていることを確認し、使用前に石鹸水でよく洗う必要があります。

12 x 24 cmのワイヤーメッシュのストリップを切ります。各端に沿って 90 度の角度で 6 cm 曲げます。 6 cm の「脚」が 2 つ付いた 12 x 12 cm の正方形の「プラットフォーム」が完成します。「脚」を下にして、切り取った穴の端に合わせて瓶に置きます。

蓋の周囲に半円状の穴を作ります。その後、缶の中で石炭を燃やして蒸気エンジンに熱を供給します。酸素が不足すると、石炭は燃えにくくなります。瓶内の適切な通気を確保するには、蓋にドリルまたはパンチで穴をいくつか開け、端に沿って半円を形成します。
- 理想的には、通気孔の直径は約 1 cm である必要があります。
銅管からコイルを作ります。直径6 mmの柔らかい銅管を約6 m取り、一端から30 cmの距離を測り、直径12 cmのパイプの残りの長さを15回曲げます。 8cmほど残してください。

コイルの両端を蓋の通気孔に通します。コイルの両端が上を向くように曲げ、両方を蓋の穴の 1 つに通します。パイプの長さが足りない場合は、片方の曲がりを少し曲げる必要があります。

コイルと木炭を瓶に入れます。コイルをメッシュプラットフォーム上に置きます。コイルの周囲と内部の空間を木炭で満たします。蓋をしっかり閉めてください。

小さめの瓶にチューブ用の穴を開けます。リットル瓶の蓋の中央に直径 1 cm の穴を開けます。瓶の側面に直径 1 cm の穴を 2 つ開けます。1 つは瓶の底の近くに、もう 1 つはその上にあります。蓋の近く。

密閉したプラスチックチューブを小さい瓶の横穴に挿入します。銅管の端を使用して、2 つのプラグの中央に穴を開けます。長さ 25 cm の硬いプラスチックのチューブを一方のプラグに挿入し、同じ長さ 10 cm のチューブをもう一方のプラグに挿入します。プラグにしっかりと収まり、少し外が見えるはずです。長いチューブの付いたストッパーを小さい瓶の底の穴に挿入し、短いチューブの付いたストッパーを上の穴に差し込みます。クランプを使用して各プラグにチューブを固定します。

大きい瓶のチューブを小さい瓶のチューブに接続します。チューブとストッパーが大きい缶の通気孔から離れる方向を向くように、小さい缶を大きい缶の上に置きます。金属テープを使用して、チューブを下部プラグから銅コイルの下部から出ているチューブに固定します。次に、チューブがコイルの上部から出ている状態で、同様に上部プラグからチューブを固定します。

銅管をジャンクションボックスに挿入します。ハンマーとドライバーを使用して、丸い金属製の電気ボックスの中央部分を取り外します。電気ケーブルクランプをロックリングで固定します。直径 1.3 cm の銅チューブを 15 cm ケーブルクランプに挿入し、チューブがボックスの穴から数センチ下まで伸びるようにします。ハンマーを使用して、この端の端を内側に曲げます。チューブのこの端を小さい瓶の蓋の穴に挿入します。

ダボに串を差し込みます。通常の木製バーベキュー串を、長さ 1.5 cm、直径 0.95 cm の中空の木製ダボの一端に差し込みます。ダボと串を、串を上にして金属接続箱の内側に差し込みます。
- モーターが作動している間、スキュワーとダボは「ピストン」として機能します。ピストンの動きを見やすくするために、小さな紙の「旗」をピストンに取り付けることができます。
エンジンを作動させる準備をします。上部の小さい瓶からジャンクションボックスを取り外し、上部の瓶に水を入れ、瓶の 2/3 が水で満たされるまで銅コイルに水を注ぎます。すべての接続部に漏れがないか確認してください。瓶の蓋をハンマーで叩いてしっかりと固定します。ジャンクションボックスを小さな上部缶の上の所定の位置に再度取り付けます。
エンジンをかけろ！新聞紙を丸めてエンジン下部のスクリーンの下のスペースに置きます。炭に火がついたら、20～30分ほど燃やします。コイル内の水が加熱されると、上部の瓶に蒸気が溜まり始めます。蒸気が十分な圧力に達すると、ダボと串が上部に押し上げられます。圧力が解放されると、ピストンは重力の影響を受けて下方に移動します。必要に応じて、串の一部を切り取ってピストンの重量を軽減します。軽いほどピストンが「浮き」やすくなります。ピストンが一定のペースで「動く」ような重さの串を作るようにしてください。
- ヘアドライヤーを使用して通気口への空気の流れを増やすことで、燃焼プロセスをスピードアップできます。
おげんきで。自作の蒸気機関の作業や取り扱いには注意が必要であることは言うまでもないと思います。屋内では絶対に走らせないでください。枯れ葉や張り出した木の枝などの可燃物の近くでは絶対に使用しないでください。エンジンはコンクリートなどの固い不燃性の表面でのみ使用してください。子供や十代の若者と一緒に仕事をする場合は、子供たちから目を離さないでください。エンジン内で木炭が燃えているときは、子供や青少年がエンジンに近づくことは禁止されています。エンジンの温度がわからない場合は、触れられないほど熱くなっていると考えてください。
- 上部の「ボイラー」から蒸気が逃げられるようにしてください。何らかの理由でプランジャーが動かなくなると、小さい缶の内部に圧力が高まる可能性があります。最悪の場合、銀行が爆発する可能性があります。 とても危険な。

蒸気エンジンをプラスチックのボートに置き、両端を水に浸して蒸気おもちゃを作ります。シンプルな船の形を切り取ることができます。ペットボトルソーダまたは漂白剤を使用しておもちゃをより環境に優しいものにします。