Provoz parního motoru při tlaku 0,8 bar

Motor má překvapivě velkou sílu. Trochu jsem mu "prohnal pérka". Patrně by pomohlo použití výkonnějšího generátoru. Snížily by se otáčky. Ty jsou zbytečně vysoké. Následně by  klesla spotřeba páry a výkon  zůstal minimálně stejný.
Ještě to chce poladit. Zátěž tvoří opět dvě žárovky 12V/10W a měřicí přístroj je zapojený jako voltmetr. Není pochyb o tom, že čtyřmembránový motor by byl dobrý dělník. Posunutí o 90 stupňů by také snížilo zatížení membrán a zvýšilo jejich životnost.

Pan Noščak mi poslal fotografii vnitřku turbinky. Dobrá inspirace pro kutily.Je to patrně upravená vnitřní plotna disku.

Soutěž ve výrobě a vývoji parních motorů

Dne 14. května proběhla v Národním technickém muzeu soutěž ve výrobě a vývoji parních motorů a stirlingů. Zájem škol je velký a to je pro naši činnost povzbudivé. Měření výkonu a pravidla, týkající se parních motorů se ještě upřesňují. Zajímavé byly výrobky žáků SPŠ Uničov a Rakovník. Natáčení prováděli také profesionálové a více informací bude na blogu SPŠ Betlémská, jenž má adresu http://betlemska-stirling.blog.cz/

Ceny pro vítěze poskytla řada sponzorů.

Pan Polívka přivezl ukázat svůj experimentální lineární parní motor a kotel s doplňováním vody. Píst bude sendvičový. Uvažuje také o těsnění O kroužkem. Ten například u olejového filtru musí vydržet teplotu 300 stupňů. Navinutá hadice vpravo je přídavný rezonátor.

Pozornost také zaslouží turbinka pana Noščaka. Je vyrobena z vadného harddisku. Jako generátor slouží integrovaný BLCD motorek.

Navýšení výkonu membránového motoru

Zátěž tvoří dvě žárovky 12V/10W. Zdvih jsem navýšil na 30 mm a je to znát. Při tlaku 0,5 bar má motor výkon 25 W. Měřicí přístroj je opět zapojený jako voltmetr. Je na něm 14 až 15 voltů. Výkon je  dost limitován tlakovými hrnci. Motor má zřejmě na víc. Jsem rád, že pan Strakerle vyvíjí, nebo spolupracuje na vývoji kotle. Určitě najde u této technologie uplatnění. Zejména u čtyřmembránového stroje s úhlovým posunutím 90 stupňů. Na náhon motorku jsem použil širší řemínek. Vždy mne překvapí jak těžké je otáčet generátorem, když produkuje elektriku. Před časem jsem viděl v televizi Realiti Show.  60 cyklistů šlapalo a pohánělo generátory, jenž napájely elektrikou domek se čtyřčlenou rodinou. Ta o tom nevěděla. Vždy když někdo zapnul rychlovarnou konvici, tak všech 60 cyklistů muselo pořádně zabrat.
Myslím, že membrány jsou cínovým pístům rovnocenným soupeřem. Je snadné použít více mebrán v jednom motoru. Také klesají nároky na setrvačník. Také děkuji Poilovi za nákres jeho kotle a rád o něm budu čtenáře informovat.

                 

Pístový parní motor PM-08

Z membrán jsem udělal malou odbočku k pístům a docela se dařilo. Zmodernizoval jsem starší stroj. Dostal hmotnější a vyvážené setrvačníky.Ne jen piva ale i momentu hybnosti setrvačníků není nikdy dost. U takto malého a kompaktního stroje je velký setrvačník problém.Proto je zde hybnost doplněna vratnou pružinou. Vidět bude na dalším obrázku. Nebo můžete na motor také kliknout pro větší rozlišení.

Generátor tvoří dvojfázový krokový motorek 57HS09 http://www.cncshop.cz/57hs09-krokovy-2-fazovy-motor-1-3nm Náhon je proveden ozubeným řemenem 05M-710 -09 Je široký 9 mm a má 710 zubů. Převod je 1:1 a řemeničky mají 30 zubů. Dodavatel je firma Tyma  a výběr je možné provést také na adrese https://drive.google.com/file/d/0B5FV-PB0gpTnUDJzWTh0emVSd2M/view? usp=sharing Všimněte si že 30 zubů je maximální rozměr pro osový otvor 6 mm. Větší řemeničky mají průměr 8 mm a to je pro motorek již moc.

Ještě bych se rád vrátil k vratné pružině.U jednoválcového jednočinného stroje je nutný opravdu velký setrvačník. Názorně je to vidět na motoru pana Strakerleho. Moment hybnosti pohání stroj v půlotáčce, kdy se píst vrací.. Zátěž pak dokáže v tomto okamžiku motor úplně zastavit. V lepším případě výrazně zpomalit. Řešit to lze několika způsoby:

1.) Řízený elektrický setrvačník. Použije se stejnosměrný pomocný motor, který pohání parní stroj jen v době vratné půlotáčky. Je nutné použít snímače a elektroniku na spínání. Také se spotřebovává pracně vyrobená el. energie.
2.)Neřešit  nic a spolehnout se na to, že při dobíjení akumulátoru se zátěž projeví jen v aktivní půlotáčce.. Nebo v této době zátěž spínat, jak to navrhuje  Abrusin.
3.) Navýšit hmotnost setrvačníku, nebo otáčky. Toto řešení považuji za nejlepší. V případě otáček se jedná o vhodné převody.
4.) Použít pružinu, která bude pomáhat při návratu pístu. Jednoduché a levné řešení. Také se vyrovnává boční tlak na píst.
5.) Použít dva válce, dvojčinné písty, dvě nebo čtyři membrány s úhlovým posunutím 90 stupňů. Budou menší nároky na setrvačník. Držet se ale zásady, že momentu hybnosti není nikdy dost.

Zdrojem páry na videu jsou dva tlakové hrnce. Zátěž tvoří 2 žárovky 12V/5W.  V 1. části videa je tlak 0.5 bar, v 2. 0.8 bar a ve třetí jede parní motor bez zátěže. Měřák je zapojený jako voltmetr. Tlakové hrnce jsou schopné udržet ten tlak ve kterém se motor spustí. Při nízkých tlacích jeho hodnota narůstá. Motor má také zdravotní účinky a podporuje hubnutí obzvláště když lítáte po kšeftech a sháníte materiál. Putina já moc nemusím, ale tohle na něj sedí.

Motor PM-06 pod zatížením

Kliknutím na obrázek si jej můžete zvětšit. Jedná se o první zkoušku. Nejsem spokojený s náhonem krokového motorku. Vždy mne překvapí, jak obtížné je otáčet motorkem, při generování energie. Musím změnit převod. Je nutné membránový motor udržet v otáčkách. Také namontuji kladky a řemínek s většími zuby a šířkou. Použitý řemínek je vhodný jen pro náhon rotačních ventilů, protože tam není žádná zátěž. Tu tvoří dvě žárovky 12V/5W a při 0,4 atm svítí naplno.

Naopak jsem spokojený s novým systémem rotačních ventilů i s jejich náhonem. Úniky páry nejsou žádné, všechno jde volně a výroba je snadnější. Osa má průměr 12 a přesnost přesnost otvoru je H7. Motor má zdvih 20 mm. plánuji zvýšení na 30 mm. Souvisí to s natvarováním membrán. Další testy provedu s žárovkami 10W/12V včetně měření a usměrnění. Předpokládaný výkon je 20 W. Také musím napevno přiletovat výstupní fitinky rotačních ventilů. Tím se sníží hlučnost. Následuje video.

V druhé části videa je tlak 0,4 atm. Pod tlakovými hrnci jsou indukční vařiče. Koupil jsem je v Kauflandu. Jeden stál 1000 Kč. Testy provádím v době levného tarifu a hodina provozu vyjde na 10Kč.
Na SPŠ Žďár nad Sázavou jsou velmi podnikavý. Našel jsem starší dokument o parní elektrocentrále a tak jej také z dovolením zveřejňuji. Má adresu https://drive.google.com/file/d/0B5FV-PB0gpTnS2JSMzEzWm43Vm8/view?usp=sharing  Dalším krokem v našem snažení by mělo být navýšení počtu membrán na 3 nebo 4. S realizací váhám. Uvítal bych spolupráci školy nebo učiliště. Oblast těchto motorů není zcela prozkoumaná a je velmi zajímavá. Je zde možnost hodně se naučit. Je rozdíl, jestli se student o přesnosti H7 učí,nebo ji vyrobí. Také to trochu leze do peněz. Velmi perspektivní a řekl bych špičková je práce pana Strakerleho. Videa jsou na adrese http://jizicek.rajce.idnes.cz/  .Děkuji za zájem o blog a doporučuji aktivovat si sledování mejlem. Upozorní vás to na nový příspěvek. 

Nové rozmístění součástek parního motoru

Rotační ventily jsou umístěny těsně za písty. Všimněte si, že vstup a výfuk páry není pod sebou. Tlaková a výstupní štěrbina jsou oddělené. To umožní přesnější nastavení expanze a také větší rozsah plnění. Odpouštěcí ventily pro kondenzovanou páru jsou z boku na dolní straně membránového modulu.

Střední ložisko eliminuje radiální tah řemínku i axiální tlak páry.

Osa bude připojena přes pružnou hadici, která vyrovná nepřesnosti v souososti. Ve střední části motoru vzniklo místo, kde je možné umístit malý krokový motorek, nahrazující generátor. Myslím, že by se tam vešly i dva proti sobě.

Zdá se, že je to zajímavé. Tělo ventilu je provrtané, průchozí. Z jedné strany uzavřené šroubem M14. Velký šroub ventil jen uzavírá. Tělo je připevněné k závěsu třemi šrouby M4. Toto řešení umožňuje snadnou výměnu rotační osy, z důvodu změny expanze (plnění). Průchozí otvor má přesnost H7 a je nutné použít výstružník.

Otvor pro osu může být také jednostranný. Není pak provrtaný skrz. Ventil je v tomto případě podstatně kratší. Je však nutné použít výstružník na uzavřenou díru s kratším náběhem. Nechci ale odradit složitou výrobou. Na ventil je možné použít mosaznou, tenkostěnou, modelářskou trubku o průměru 11, desítku hlazenku a funguje to také. Teď musím změřit osovou vzdálenost pro řemínek. Lze jej objednat u firmy na adrese www.tyma.cz Udáte - li počet zubů na řemeničkách a osovou vzdálenost, tak vám spočítají správnou velikost.

Není nad třídní foto - krásné vzpomínky

Výkonnější parní motor

Spotřeba páry je stále značná. Umístění modulu rotačních ventilů za písty je vhodnější. Zkrátí se přívodní hadice. Objednám delší řemínek a ještě to předělám. Také zkusím kratší plnění.

Ještě stručně popis motoru. Je na základně 500x330 a váží 14 kg. Průměr setrvačníků je 120 a membrány 80. Vrtání ventilu je 16 a rozměr štěrbiny 15x8. Plnění 70 procent. Řemínek má 312 zubů a řemenička 42. Otáčky na videu jsou asi 2000 a tlak 0,3 atmosféry. Na 1 atm to snad pojede lépe.
Pro inspiraci ještě připojím popis motoru pana Harníka. Je na adrese : https://docs.google.com/document/d/1OYMXBM6L8OEOvZx1PJ8SvAIX21c66QBJ2KKKGN4bgxo/edit
Pro zvýšení návštěvnosti blogu video výbuchu parního kotle. Je na adrese:
http://youtu.be/jgi-1GW9h6g
Byl špatně nastavený přístup na dokument pana Harníka. Již je to opraveno.

Expanzní provedení ventilu

Štěrbina v rotační ose ventilu je obdélníková. Délkou obdélníku se zajišťuje rychlé otevření ventilu a šířka včasné zavření, t.j. přiměřenou expanzi. Důležitý je také mírný předstih, jako u spalovacích motorů. V případě výfuku páry musí být ventil otevřený po celou dobu půlotáčky. Je pak možné udržet tlak jedné atmosféry i při 3000 otáčkách za minutu. Při zatížení klesají otáčky i spotřeba páry. Moment však zůstává stejný. Nelze dát návod na velikost štěrbiny v rotační ose. Závisí to na zatížení a otáčkách. Ideální by byla proměnlivá štěrbina.

Vzhledem k tomu,že většina aplikací předpokládá dobíjení malých akumulátorů pomocí krokového motorku, jeví se mi rozumnější jedno nastavení. V tomto případě je plnění 50  procent. Délka štěrbiny 15 a šířka 6. Čím vyšší otáčky, tím kratší by mělo být plnění. V případě nutnosti změny expanze je možné vyměnit rotační osu. Je zajímavé, že víc jak 3000 motor točit nechce, přesto že se tlak zvyšuje. Zřejmě rotační ventil víc neumí. Točivý moment však s tlakem roste. V prvé části videa je tlak minimální, ve druhé části pak 1 atmosféra.

Výstup páry jsem zavedl do kanystru. Je tak možné vytápět místnost, získat teplou vodu a nezvyšovat vlhkost. Také se sníží hlučnost motoru.

Zjistil jsem, že pákové uzávěry na tlakových hrncích v případě dvojválce nejsou dobré řešení. Jsou li setrvačníky roztočné je naakumulovaná energie značná. Uzavřu - li jeden papiňák, může se rozhodit nastavení stroje, nebo protrhnout membrána. Rozdílné tlaky ve válcích se motoru vůbec nelíbí. Také při rozběhu stroje je nutné oba kohouty otvírat současně. Spotřeba páry je však překvapivě malá a motor pojede dobře i na jeden hrnec. Pak je pákový uzávěr vhodný.

Kuličková ložiska

Pro parostrojníka jich není nikdy dost. Nemám dobré zkušenosti s ložisky, jenž mají vlastní upevňovací příruby. Japonské jsou velmi drahé a ložiska z Číny mají velký valivý odpor. V případě kilowatových výkonů to nevadí.  Provozuji li ale parní motor na tlakový hrnec, tak ztráta 5 nebo 10 watů je citelná.

Proto vybírám ložiska s nízkým valivým odporem.. Často jej způsobuje zapouzdření ložiska. Upevnění řeším oblíbeným závěsem z Ferony. Jeho přihýbáním lze snadno a dobře nastavit souosost.

Standartní průměr osy je 10 a výška nad základnou 50. Ložiska jsem zařadil do nabídky, na kterou se dostanete kliknutím na obrázek vpravo nahoře. Oba výše uvedené parametry lze po dohodě měnit.

Ještě bych chtěl uvést odkazy na spřátelené weby. Blog Petra Šedého: http://petrsedyabcd.blog.cz/
Blog pana Murína: http://mojmirmurin.blog.cz/rubrika/parne-motory . Stránky pana Polívky: http://paromanie.webnode.cz/ . Videa pana Strakerleho: http://jizicek.rajce.idnes.cz/
Soutěž ve výrobě Stirlingů a parních motorků: http://betlemska-stirling.blog.cz/ Návod na výrobu parního motoru od Petra Šedého: https://drive.google.com/file/d/0B5FV-PB0gpTnaEpsUmNSSXlYWGs/view?usp=sharing

Tlakový hrnec - úvaha

Papiňák má výhodu vtom, že je levný, snadno dostupný a bezpečný. Hodí se na výrobu páry pro pohon malých parních motorů. Má však také nevýhody, pramenící z fyzikálních zákonů, a ty je, jak známo, těžké přečůrat. Nejprve musím vodu zahřát do bodu varu. Zahřívat vodu je mnohem těžší než zahřívat páru. Pak následuje změna skupenství z vody na páru. Musím narušit vzájemnou soudržnost molekul vody. To je energeticky velmi náročné. Spotřebuji na to 5 x více tepelné energie než na ohřev vody. Mechanickou energii v motoru však stále nemám žádnou. Tu získám teprve navyšováním tlaku. Spotřeba energie v této fázi není téměř žádná. Přesto schopnost páry pracovat lineárně narůstá. To bylo známo již v 19. století a parní stroje se stavěly pro vysoké tlaky. Není na škodu si to připomenout. U papiňáku však záhy narazím na pojistný ventil. Účinnost sestavy tlakový hrnec - parní motor nebude velká. Bude  mnohem menší než u starých vysokotlakých parních strojů. Dobrá zpráva je, že výstupní pára není v našem případě kontaminovaná olejem a její tepelnou energii lze dále využít.

Je zde však ještě jeden problém, který řešitelný je. Pára kterou přivádím do válce z papińáku se ochlazuje a ihned ztrácí tlak. Vzhledem ke změně skupenství vody velmi pracně získaný. Tomu lze zabránit přehříváním páry, nebo pasivně isolací přívodní hadice,válce a podobně.  Přehřátá pára ochlazením tlak neztrácí. Energie na to vynaložená je vzhledem ke změně skupenství zanedbatelná. Vím, že výše uvedené je všeobecně známé. Přesto to považuji za důležité to připomenout. Také jsem dostal dobrý recept na vánoční cukroví. Tak jej připojuji. Šťastné a veselé vánoce a pod stromeček parní motor přeje Stanislav.