САМОДЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ПАРОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Раздел: Образование

Выбор двигателя

При постройке всякой действующей модели очень серьезный вопрос — выбор двигателя. Двигатель должен быть легким, мощным и действовать продолжительное время.

Есть легкие двигатели, работающие сжатым воздухом. Но их трудно изготовить и неудобно иметь на модели большие баллоны, а с маленькими баллонами двигатель работает недолго.

Резиномотор, который часто ставится на различные движущиеся модели, тоже работает очень недолго, и от него можно добиться работы модели только в течение одной минуты, самое большее. Если устроить шестереночную передачу, можно увеличить время действия резино- мотора, но при этом сильно уменьшается мощность.

Очень хороши для установки на модели электродвигатели, но не всегда удается решить вопрос об источнике тока. Гальванические элементы громоздки и не дают большой силы тока; аккумуляторы достать трудно, и они так тяжелы, что, установив их,, трудно добиться от модели хороших результатов. Можно пользоваться городским током, но при этом модель «связывается» проводами.

Конечно, для моделей, идущих по рельсам, например модели трамвая или аэропоезда, самый лучший двигатель — электрический.

Для приведения в движение таких моделей можно пользоваться городским током; можно подвести к электродвигателю ток большой мощности, и модель будет работать прекрасно.

Но, пользуясь городским током, нельзя осуществить постройку модели автомобиля или какого-нибудь судна. Тут уж поневоле приходится ставить двигатель с независимым питанием. Можно построить, например, поршневую паровую машину. Но по сравнению с электродвигателем поршневые паровые машины довольно трудно изготовить точно, не пользуясь токарным станком. Из-за неточного изготовления они расходуют так много пара, что приходится ставить большие котлы. Большой котел заставляет сильно увеличивать размеры модели, утяжеляет ее, а мощность машины оказывается недостаточной.

Правда, для большой модели парохода вес котла не имеет особенного значения, но сухопутную модель с паровой машиной осуществить значительно труднее. А построить модель глиссера с поршневой паровой машиной особенно трудно: глиссер должен быть легким, а машина его — мощной; тут большой котел испортит все дело.

 За последние пятьдесят лет в «настоящей» технике поршневые паровые машины быстро вытесняются. Другой паровой двигатель — турбина — прошел победный путь. Турбины оказались много выгоднее поршневых машин. Сейчас во всем мире не осталось ни одной мощной электростанции, на которой генераторы электрического тока вращались бы поршневыми паровыми машинами.

Основная разница между турбиной и поршневой машиной в том, что поршневая дает, как говорят инженеры, прямолинейно-возвратное движение, которое нужно затем преобразовать в непрерывно-вращательное, а турбина сразу обращает энергию пара во вращательное движение, без дополнительных передач.

Интересно, что первый двигатель, придуманный и осуществленный человеком, был ближе всего по конструкции именно к турбине. В самом деле, простейшая турбина — это колесо с лопатками, на которые «дует» пар, а самый старый двигатель — водяное колесо — тоже колесо с лопатками, приводимое в движение струей воды.

И паровая турбина была придумана раньше поршневой машины. В одной старинной книге о машинах, вышедшей больше трехсот лет назад, в 1629 году, описывается оригинальная «толчея». Она приводится в движение струей пара, ударяющей по лопаткам колеса ( 131). Конечно, эту турбину осуществить нельзя было, потому что она расходовала бы слишком много пара, но идея оказалась воплощенной в современных паровых турбинах.

Современные паровые турбины строятся огромных мощностей. Советскими заводами изготовлена «турбина мира». Мощность ее небывалая: 150 000 киловатт, или 204 000 лошадиных сил. Это в три раза больше, чем мощность Волховской гидроэлектростанции! Никакой другой двигатель не в состоянии развить такую огромную мощность в одной машине.

И для многих моделей лучше всего делать именно паровые турбины. Если посмотреть на чертежи простой одноколесной турбины, поршневой машины и электродвигателя, сразу видно, что турбина проще всех. Однако модели с паровыми турбинами строят редко. Почему? Потому что очень трудно изготовить хорошее колесо турбины. Нельзя же считать турбиной детскую игрушку, показанную на  132. Эта «турбина» только сама себя вертит, а привести в движение какую-нибудь модель ей не под силу.

Значит, нужно разработать такую конструкцию колеса турбины, которую легко было бы изготовить в мастерской юного техника.

Нам удалось разрешить эту задачу: 28-лопастное колесо нашей турбины можно сделать за два часа.

Особенно удобно ставить турбину на модели судов: на вал ее можно без всяких передач насадить гребной винт. Ее можно ставить и на всякие другие модели. Она занимает очень немного места и расходует гораздо меньше пара, чем поршневая машина такой же мощности.

Изготовление турбины

Готовая, собранная турбина. На одном рисунке она показана со стороны трубки, подводящей пар, а на другом — со стороны выступающего конца оси. Самое важное при изготовлении турбины — точно и аккуратно сделать все лопатки.

Изготовляется колесо турбины так. Сначала за го- видны концы трубок, В кото- товляются все лопатки; к ним рые впаяны сопла.            поперек припаиваются по

 две проволочки, и лопатки изгибаются. Затем вырезаются два кружка (диска). В них прокалываются отверстия по толщине проволочек, припаянных к лопаткам, и проволоч-. ки одной стороны готовых лопаток закладываются сначала в отверстия одного диска, а затем проволочки другой стороны лопаток постепенно вдеваются в отверстия второго диска. Остается придвинуть диски вплотную

к лопаткам, вставить и припаять ось, загнуть выступаю-, щие концы проволочек — и колесо готово.разрез колеса турбины. Там видно расположение лопаток и места отверстий для сборки.

Прежде всего из жести от консервных банок или из тоненькой латуни заготовьте лопатки: вырежьте 28 полосок размером по 7 X 17 мм. Постарайтесь вырезать их как можно точнее.

Положите одну из полосок на обрезок фанеры и заколотите девять гвоздиков без шляпок так, как показано на  136, слева и внизу. Эта фанерка — сборочный шаблон лопаток.

Все лопатки должны плотно входить между гвоздиками. Вдвиньте одну лопатку в шаблон и наложите на нее два обрезка голой медной проволоки диаметром 0,8 мм ( 136, внизу). Обе проволочки слегка припаяйте к лопатке и вытащите ее из шаблона. Таким же образом заготовьте все лопатки, и благодаря тому, что они все сделаны в одном и том же шаблоне, они получатся совершенно одинаковыми.

Из деревянного брусочка вырежьте по  136 (в середине и справа) второй шаблон. На этом шаблоне изогните все лопатки и беритесь за диски колеса.

Для колеса турбины нужно вырезать два диска диаметром по 50 мм и очень точно пробить в них отверстия для сборки. Сначала вычертите диск в натуральную величину на бумаге, разделите окружность его на 28 частей и проведите 28 радиусов. Затем прочертите еще две окружности — первую радиусом 16 мм и вторую радиусом 23 мм. Точки пересечения окружностей с проведенными 28 радиусами дадут места проколов для проволочек лопаток.

Для выхода пара из колеса на обоих дисках нужно сделать вокруг оси отверстия. Но лучше не вырезать отверстия совсем, а только прорезать две стороны и отогнуть. Места и фигуры этих отверстий видны на  135. Их тоже вычертите на бумаге.

Готовый чертеж наложите на листок жести или тонкой латуни и, придерживая рукой, чтобы он не сдвинулся, отметьте острым шилом . центр, все отверстия для сборки лопаток и углы отверстий для выхода пара.

Два готовых диска наденьте на ось — толстую, хорошо закаленную иглу — и вставьте все лопатки.

Когда соберете, припаяйте диски к оси, затем откусите выступающие концы проволочек, оставив кончики длиной по 1,5—2 мм; кончики проволочек большего радиуса можете загнуть, чтобы прижать диски вплотную к лопаткам.

Готовое колесо турбины поместите в кожух ( 137). Конструкция кожуха так проста, что ее можно не описывать подробно.

Загнутые края кожуха придают ему жесткость. На  137 видно, что на концы кожуха напаяны треугольные «косынки». Это сделано тоже для увеличения жесткости.

Если ось будет вращаться в стенках кожуха турбины, отверстия очень быстро увеличатся, и колесо турбины станет болтаться. Нужно сделать подшипники. Мы их сделали, как и на всех других своих моделях, проволочными.

Наверните на ось голую медную проволоку диаметром 0,8 мм по пять-шесть витков с каждой стороны. Эти проволочные спиральки снимите с оси, оберните узенькими полосками жести и пропаяйте с торцов. Подшипники, получившиеся в жестяных трубочках, наденьте на ось и припаяйте к кожуху турбины. Оба подшипника вы видите на  133 и 134.

На  137 и 138 турбина показана с вынутыми соплами. В нашей турбине сопла легко вынуть для прочистки и снова поставить на место. Это очень важно, так как диаметр отверстий приходится подбирать опытным путем и вынимать сопла приходится много раз.

С одной стороны кожуха прорежьте овальные отверстия и припаяйте зажимы, захватывающие длинную основную трубку. С другой стороны кожуха просверлите два отверстия точно по диаметру тонких трубок с соп

лами. При такой конструкции сопла устанавливаются всегда в одних и тех же местах, и вынимать их безопасно — регулировка не нарушается.

Готовый трубопровод с соплами виден на  139. Трубки, подводящие пар, сверните и спаяйте из жести или латуни. Основную трубку сделайте длиной 70 мм, диаметр ее 6 мм. Диаметр трубки, подводящей пар, тоже 6 мм. Длина ее не важна. Длина трубок, в которые впаяны сопла, 25 мм, диаметр их 4 мм . Капсюли спилены и впаяны так, чтобы струи пара выходили, как показано на  140. Это наилучшее положение мынашли опытным путем.

Попробовать работу турбины, дуя в трубопровод, не удается, до тех пор пока не расширены отверстия капсюлей, — слишком маленькое давление воздуха способны мы создать. Но сразу сильно расширять отверстия сопел тоже рискованно. Правда, чем больше отверстия для выхода пара, тем сильнее струи, а значит, мощнее турбина, но может случиться, что котел не будет давать столько пара, сколько нужно его для сильных струй. Если котел большой, он дает много пара, а если маленький, как у нас, нужно быть очень осторожным: расширите отверстия так, что пар пойдет большими струями, но с маленьким давлением — турбина будет плохо работать.

Конечно, с большим котлом наша турбина может дать значительно большую мощность, чем с котлом, который мы для нее изготовили. Но мы добивались того, чтобы вес всей установки был как можно меньше, и не решились сделать емкость котла больше 170 куб. см. Имея готовые цельнотянутые медные трубки, можно повысить паропро- изводительность нашего котла. Но об этом немного дальше.