Návrh motoru s větším výkonem

Základní deska má rozměry 50cm x 50cm a tloušťku 5 mm. Budu muset koupit 4 desky, protože Ferona prodává minimálně 1m čtvereční. Setrvačníky mají průměr 13,5cm a šířku 4,5cm. Uvědomuji si, že 2 setrvačníky o větším průměru by bylo lepší řešení. Já jsem však limitován svým strojním vybavením a znovu uvedu nízkou cenu a snadnou výrobou. Jejich celková váha je 14 kg a váha celého stroje asi 30kg. Válce mají vnější průměr 60mm dlouhé jsou 24cm. Dva po stranách pracují paralelně. Plocha dvou pístů je 44cm čtverečních. Slibuji si od toho, že se odstraní boční tlaky na pístnici a nebude zatěžováno axiální ložisko. Celkově pak stroj pracuje jako jednočinný dvojválec.

Výkon parního motoru podruhé

Našel jsem na Internetu ještě jeden vzorec pro výpočet výkonu parního motoru:

P = (A x Z x H x n x p x η) / 3057

Kde:

P.................................výkon ve wattech
A................................plocha pístu v centimetrech čtverečních
H................................zdvih v milimetrech
n.................................otáčky za minutu
p.................................tlak v barech
η.................................účinost stroje (obvykle se dává 0,7)
Z.................................počet válců

Čerpám teď z těchto Internetových stránek: http://www.dampfboot-sunrise.de/ Vzorec je tam použit pro výpočet výkonu dvojčiného parního stroje s šoupátkovým ventilem. Malá x ve vzorci znamenají násobení. Konstanta 3057 se používá pro přepočet na watty. Není mi moc jasná. Tlak v barech na kotli nepůjde použít. Měl by to být průměrný tlak v pístu. Rozhodující položka však bude účinnost stroje η. Výpočty ukazují, že při obvyklé účinnosti by výkony mých jednoduchých, jednočinných jednoválců měly být podstatně vyšší. V příspěvku za červenec jsem výkon motoru o průměru válce 50 mm spočítal na 18 W. Nyní mi vyšlo při účinnosti 0,7    73 W. Myslím, že by mohlo pomoci navýšit hmotnost, nebo lépe hybnost setrvačníku. Točivý moment u jenočinných strojů je aktivní jen v třetině otáčky. Otáčky motoru zejména při zatížení žárovkou hodně klesají a účinnost se snižuje. Také je možné použít řízený elektrický setrvačník, jak se o tom zmiňuje Petr Šedy. Já mám radši solidní mechanické provedení a tak půjdu cestou navýšení hmotnosti. Zvýšení účinnosti pomohou kuličková ložiska. Je také ovlivněna průchodností rotačního ventilu, kvalitou pístu a nastavením předstihu. Navýší ji dvojčinný systém.

Tento stroj má uvedeny tyto parametry: plocha pístu 44 cm čtverečních (to je docela málo), zdvih 90 mm, otáčky 200 za minutu, tlak 6 bar, účinnost 0,7  a výkon 1 kilowatt . Konstrukce je klasická t.j. ocelový píst s kroužky, dvojčinný, šoupátkový ventil. Myslím, že bych dokázal postavit stroj podobných parametrů. Vyjma tlaku a zdvihu. Tam bych šel zhruba na polovinu. Důvodem by bylo ne tak dokonalé strojařské zpracování. Výhodou je pak snadná výroba a nízká cena. Materiálem se vejdu do 5000 Kč a času mám dost. Použil bych technologii Petra Šedého a spokojil se s výkonem 150 až 200 W. Vyšší výkon příjemně překvapí.

Parní vyvíječe

Hned v úvodu musím říci, že uvedené technologie jsou pro mne nedostupné. Stejně tak homologace kotle Nicméně čtení na adrese http://www.mindeern-boiler.blogspot.cz/ je  poučné. Také si dovoluji zpřístupnit na Internetu dokument pana Luboše Harnika o jeho tvorbě. Je na adrese:https://docs.google.com/file/d/0B5FV-PB0gpTnTVpMa253V1ZwdHM/edit?usp=sharing                                                                                                                         Dodatečně tímto žádám o svolení. Níže popisovaný kotel by jeho centrále EVO6 určitě slušel. V dokumentu jsou také odkazy na kanál YouTube, kde jsou videa.

Kotel je vyroben z nerez oceli. Tento materiál není v tomto oboru v USA povolen. Autor doporučuje v textu použít kvalitní kotlářskou ocel. Kotel má homologaci a je zkoušený na 18 atm. Provozní tlak je 10 atm. Obsah vody je 17 litrů. To mi připadá málo.

Ohýbačka na trubky. Dřevěný klínek určuje spád.

Provedení svárů.

Pan Milan používá u svých kotlů tuto zvlněnou trubku z ušlechtilé oceli. Obchodní název je Inoflex. Snese tlak do 10 atm a používají ji topenáři. 6 m stojí přibližně 1200 Kč. Vyrábějí se různé průměry (3/8" ; 1/2"; 1" ) Lze ji opatřit koncovkami pro mechanickou montáž. Prodejna je na Praze 8 v Bohnické. Více na www.meibes.cz  Popis parního vyvíječe pana Milana je na adrese: https://docs.google.com/file/d/0B5FV-PB0gpTnODRsSUpNRk1VSlU/edit?usp=sharing

Výkon parního motoru

Spočítáme ho podle vzorce:

Kde:
N..................síla v Newtonech
m..................zdvih v metrech
n..................otáčky za minutu
P..................výkon ve watech

Síla však nepůsobí po přímce. Součin N.m mi dá kroutící moment a ten je sinusový.(komentář listopad 2012) Průměrná hodnota za celou obrátku je přibližně šestina maxima ( /2π ) pro jednoválec a třetina pro dvouválec ( /π ) Použiji - li tyto konstanty, dostanou se výpočty výkonu do souladu s mými zkušenostmi, nebo měřeními pana Murína. Takže to bude asi správně. Mohu tedy spočítat výkon jednoválce o průměru pístu 50 mm.

Tlak........................................1 atm
Síla N.....................................160 N
Otáčky....................................1000/minutu
Zdvih.......................................0.04 m
Výkon P..................................18 W

Při polovičním tlaku bude výkon 9 W. To odpovídá výkonu na posledním modelu parního motoru. Je tam použitá trubka o průměru 50 mm a zátěž tvoří dvě čtyřwatové LED žárovky. Dvouválec bude mít výkon dvojnásobný. Osobně bych chtěl zkusit čtyřválec s průměrem pístu 60 mm. Výkon pak vychází při jedné atmosféře a 1000 otáčkách na 100 W. Výpočty berte s rezervou. Jak se říká plus minus cosinus.

Ložisko ojnice

Jiný způsob provedení ložiska je na výše uvedeném obrázku. Šroubovací očko je možné koupit v každém železářství. (Na kompletu vpravo může pan Poil použít dokonce dřevěnou ojnici...) Ložisko jsem koupil ve speciální  prodejně. Na internetu půjde koupit také. Ložisko je ve svěráku natlačené do očka. Ani se nemusí letovat, nebo lepit. Drží velmi dobře. Toto provedení má výhodu vtom, že lépe vede píst a není to drahé.

Tender

Nabízím za 2900 Kč hnací agregát parního motorku. Zařízení je určené pro montáž na vlastní základovu desku a kutily zajímající se o techniku. Taktéž pro fandy parních strojů. Hadice a stahovací pásky jsou součástí dodávky. Osu rotačního ventilu nechám dlouhou 25 cm. Lze ji zkrátit na potřebný rozměr. Získá se tak místo vedle setrvačníku, kde může být kladka a náhon na vhodný generátor. Také je možné realisovat vratný pohyb krokového motorku na druhé straně pístu. Dílčí úpravy a návody meilem. Je vpravo nahoře. Možný je osobní odběr v Praze nebo zaslání dobírkou.

Generátory

Nahlédl jsem do starých školních sešitů ze SPŠ Kutná Hora. Jednalo se o předmět Elektrické stroje. Zopakoval jsem si stať o stejnosměrných motorech. Po půl století mne to zajímalo více, než když mi bylo 17 let. To co tady píšu je pro všechny asi známé. Nicméně, já si to potřebuji zopakovat. Doufám, že to není špatně.

Stejnosměrný sériový motor:

Je nejrozšířenější. Může pracovat jako motor, dynamo nebo jednofázový střídavý motor na 220 V. Toto poslední využití platí zejména pro vysavače, feny, mixery, ruční vrtačky a pračky. Proud se odebírá nebo přivádí do rotoru a přes uhlíky a komutátor. Z názvu sériový vyplývá, že magnety ve statoru jsou buzené a vinutí je v sérii s rotorem. Část generovaného výkonu se ztrácí na buzení. Tak mne napadá, že jednofázový střídavý motor z pračky (za předpokladu, že má uhlíky a komutátor), by měl být použitelný přímo a bez úprav, jako dynamo. Nebo roztočit ruční vrtačku na 220 V  a měřit stejnosměrné napětí na vidlici. Asi to nebude nic moc. Sériový motor jsem naháněl dvojválcem. Na tlakové hrnce jsem nedosáhl nabíjecího napětí pro akumulátor. Ještě změním převody a pokus budu opakovat. Krokový motorek se zdá výhodnější. Nemá buzení a výstupní napětí se dá navýšit rezonančnímy kondenzátory. V rotoru jsou permanentní magnety. Daleko nejlepší bude asi třífázové AC servo, které používá pan Murín. Není buzené, má v rotoru neodymy a energie se odebírá ze statoru. Poslední dva strojky by šly snad přibližně zařadit do kategorie střídavých synchronních motorů.

Střídavý asynchronní motor:

Napájí se pouze stator. Není tam co budit. Vinutí může být zapojené do trojúhelníka, nebo do hvězdy. Je to jednoduchý a velmi rozšířený motor. Do této skupiny mohu přiřadit i motory z ledniček. Jsou jednofázové, ale mají fáze a tedy i vinutí dvě, aby se mohlo točit pole. Jedna fáze hlavní a druhá, totožná je posunutá kondenzátorem. Motory s malými výkony (magnetofony, ventilátory a nově i brusky) mívají zase závit na krátko. Rotory asynchronních motorů se nikdy nenapájí. Dle mých poznámek tento motor nelze použít v obráceném režimu jako alternátor. Musím vyndat rotor, přerušit v něm závity na krátko a polepit jej neodymy.. V tomto případě to ale  již bude v principu motor synchronní. Ten jako alternátor použít lze. Synchronní střídavý motor a alternátor mají stejnou konstrukci. Třífázové asynchronní motory se vyrábějí také šestipólové. Poznáme je podle toho, že mají na štítku 1460 ot/min.Ty jsou nejvhodnější pro přestavbu na alternátor.

První spuštění motorku

                V    úvodní    části videa rozbíhám stroj foukáním.Dobře se tak dá nastavit předstih a sledovat dobu otevření ventilu pro tlakovou páru. V tomto případě to dělá 90 stupňů jedné otáčky.Zdrojem páry je tlakový hrnec na elektrickém vařiči o výkonu 1500 W. Za trvalého provozu vytáhne tlak na 0,4 bar. Rotační ventil je expanzní. Vrátím se k původní délce 50 mm. Tento ventil má menší tření a snáze se vyrábí. Také tlakovou štěrbinu doporučuji udělat do konce osy, tak jak to má Petr Šedý. Červená tlaková hadice, jenž přivádí páru do válce, by se dala nahradit smyčkou z hadice pružné, a zkoušet tak efekt rezonance. Na adrese http://youtu.be/9EJta2JrKwk je ještě jedno video s odborným komentářem mé ženy.

Nový model parního motoru

Motor není zcela hotový. Chybí mi nějaký materiál do rozvodné krabice. Po mechanické stránce je funkční. Na fouknutí se roztočí. Nově je vybavený otáčkoměrem. Je použitý cyklopočítač. Ukazuje přímo otáčky v rozsahu do tisíce za minutu. Místo rychlosti. Obvod kola je nutné nastavit na 1,66 metru. Při požadavku na rozsah 2000 ot/min se musí zdvojnásobit nastavení obvodu kola a zobrazovaný údaj násobit dvěma. Krokový motorek má vratný pohyb. Jde na něm nastavit kroutící moment a úhel natočení. Vzhledem, ke standartní přírubě, jej lze snadno vyměnit za výkonější. Toto provedení vyrovnává boční tlak na pístnici a odlehčuje rotační část stroje. Na ojnici je použité kloubové ložisko. Stroj se hodí pro školy, jako učební pomůcka ve fyzice, nebo výrobní program v dílnách. Zajímavý může být i pro maminy, jenž se chtějí zbavit starého papiňáku a mají dorůstající syny, zajímající se o techniku.