旧世界のエネルギー

前書き

この記事は、出版物「過去を振り返る」の続きです。18世紀の技術」。



その中で、私たちは本当に機能する蒸気エンジンを構築しました。これは将来の主要部分になるはずです。蒸気モーターサイクル、さらには空中での打ち上げの試験実験も実施しました。







今、私たちはエネルギー問題を解決する必要があります。そしてここから、内部燃焼エンジン（ICE）との主な違いが始まります。このようなエンジンでは、空気と混合したガソリンがエンジンシリンダーに入り、この空気と燃料の混合物が発火すると、エネルギーが放出されます。膨張した燃焼生成物がピストンを圧迫し、仕事を生み出します。しかし、蒸気エンジンでは、エネルギーはエンジンで生まれません。彼女は大釜で生まれました。ボイラーは蒸気を生成し、それがエンジンのピストンを押します。私たちが抑制する必要があるのはこの古代のエネルギーです！

端末

蒸気ボイラー-飽和または過熱蒸気を生成するように設計されたボイラー。炉で燃焼した燃料のエネルギー、電気エネルギーを使用したり、他の設備で放出された熱を再利用したりできます。（ウィキペディア）



ボイラーには、クラシックとダイレクトフローの2つの主要なタイプがあります。最初のタイプは、蒸気エンジンを操作するために最も頻繁に使用されました。それは、火室が埋め込まれた鉄のタンクとして説明することができます。燃料は火室で燃え、タンク内の水を加熱します。その中で水が沸騰し始め、圧力下で蒸気が発生します。このタイプは、蒸気機関車とすべての最初の蒸気エンジンで使用されました。







従来のボイラーには長所と短所の両方があります。利点は、水の蓄積されたエネルギーが火がなくても長期間エンジンに蒸気を供給することができるため、蒸気圧を生成するためにポンプが必要ないことです。そのようなボイラーは水質にそれほど厳しいものではありません。機関車は、川、泉、井戸などからの最も普通の水で満たされていました。



ストレートスルーボイラーは、炎によって流線型にされ、そこに水が送り込まれる、長くてコンパクトに巻かれたチューブとして想像することができます。このタイプのボイラーには、いくつかの利点があります。

1. より少ない質量と小さなボイラー容量でより高圧の蒸気を作り出すことができます。
2. チューブ内のキャリアがそれほど多くないため、このようなボイラーはより安全であると見なされます（大量のエネルギーが蓄積されません）。
3. 大量の水を温める必要がないため、モードをすばやく終了します。

簡単に理解できるように、このようなボイラーの操作は簡略化された形式で表すことができます。

貫流ボイラーの作成

そしてもちろん、直流ボイラーを作りたかったのです。



異なるセクションの長いステンレス管を拾い上げた後、セクションが徐々に増加するようにそれらを溶接しました。そして、この8メートルの「腸」をすべてコンパクトに巻き上げて、オートバイのフレームに詰め込みました。炎を保持し、正しい方向に向けるはずの外壁は、単純な錫でできていました。水（キャリア）を汲み上げるポンプは、通常、車のボンネットとトランクを保持するガスクローザーから作られました。構造的に、「より近い」は完成品です。水の入口と出口を溶接し、汲み上げた水を戻さないバルブを取り付けるだけで済みました。ポンプは、一部がフレームに、もう1つがホイールシャフトのクランクに可動式に取り付けられていました。柔軟な高圧ホース（車のブレーキホース）を使用して、加圧水をボイラーにポンプで送り、ポンプの上にある別のタンクから取り出しました。バーナーは「屋根」の種類に応じて作られ、そのような労働者は建物の屋根の屋根材を加熱します。チューブ周りの流れの割合を大きくするために、一度に2つのバーナーを取り付けました。

結果

貫流ボイラーを搭載したスチームモーターサイクルの試行は最初から失敗しました。最初の問題は、ボイラーに「初期」圧力がないことでした。ポンプがパイプラインに一定量の水を送るように、手でホイールを回さなければなりませんでした。しかし、（エンジンに蒸気を供給して）スロットルハンドルを開くと、ホイールを回す時間がなく、蒸気圧が瞬時に低下しました。解決策はすぐには見つかりませんでした。ポンプの後に小さなエアレシーバーが作られました。それは水の泉のように機能しました。ポンプからの圧縮エネルギーを蓄積し、ポンプがデッドポイントにあるとき、または給水の吸引段階にあるときに戻しました。



エンジンが動いています！しかし、それは約10秒間機能しました。スプールバルブ詰まった。エンジンを分解したところ、問題はありませんでした。それを元に戻して再度実行すると、同じ問題が発生しました。それはそれ自体で行き来していることが判明しました。この問題を調査した後、熱膨張の計算にエラーが見つかりました。当初、スプールはフルオロプラスチックの固い部分でしたが、熱膨張係数が非常に高いことが判明し（22）、加熱すると非常に膨張して、体内で詰まって死にました。

熱膨張を詳細かつ注意深く計算した後、幅2mmのPTFEリングが取り付けられたスチールスプールを機械加工しました。







本体はアルミ製、スプールはスチール製のため、熱膨張差がほぼゼロになりました。







新しいテストでは、スプールが問題なく正常に機能することが示されました。吊り下げられたホイールが回転し、水が汲み上げられ、ダイレクトフローボイラーが作動していました。乗る時間です。しかし、その後、新たな問題が発生しました。私はそれを数メートル以上運転することができませんでした。繰り返しますが、私は混乱しました。それはまだ機能しました！アイドル状態では、すべてがデバッグされます！他に何が間違っていますか？

他の同様の蒸気装置の長い分析の後、







ボイラーが小さすぎる（加熱されたチューブの長さ）ことに気づきました。その結果、生産性が向上し、水が蒸発して蒸気とともにエンジンに飛び出す時間がなかっただけです。この影響により、水の膨張が少なすぎるか、まったく発生しないため、設備全体の効率が低下します。ボイラーチューブの長さを長くすることは、もはや簡単な作業ではありません。しかし、私の悲しみもそこで終わりませんでした。



次のテストでは、デバイスを拷問して強制的に動作させましたが、エンジンの状態が急激に悪化し始め、ある時点で詰まりました。今回は、雪で冷やすだけでは効果がありませんでした。主要なバルクヘッドが再び必要でした。剖検の結果は、すべてのフッ素樹脂リングが溶け、アルミニウムピストンでさえも加熱によって非常に膨張し、シリンダーを持ち上げ始めたことを示しました。そして、それは致命的な問題であることが判明しました。事実、このボイラーは、高流量では必要な量の蒸気を生成する時間がなく、低流量ではエンジン全体が単に故障するほどのエネルギーの蒸気を生成しました。そして不思議ではありません。結局のところ、ボイラーの出口パイプは真っ赤でした。つまり、蒸気は600〜700 * Cのオーダーの温度に達しました。ご存知のように、フルオロプラスチックは400 *で分解します。私にとって、これは「最後のストロー」でした！私はすでに実用的なオートバイを手に入れたいと思っていました、そして私はいくつかの無限の問題に悩まされました！



ボイラー内のほとんどすべてをやり直す必要がありました。そしてその瞬間、貫流ボイラーの明白な利点にもかかわらず、この製品は非常に単純ではなく、繊細な計算、追加の制御機器、およびポンプが回転エネルギーの少なからぬ部分を消費する必要があることに気付きました。私が古典的なボイラーを作っているなら、これらの問題のどれも単に起こらないであろうという明確な理解がありました！

クラシックボイラー

ダイレクトフローボイラーでのこれらの終わりのない問題のすべての後、古典的なものを作成しましたが、私はただリラックスしていたと言うかもしれません。上で言ったように、これは火室が埋め込まれている単なる鉄の樽です。蒸気の温度についてはまったく考えることができませんでした。過剰な圧力があると、安全バルブが作動して過剰なものを放出し、水の温度を下げ、圧力を指定された制限内に維持するためです。初期圧力を上げるためにホイールの初期回転を作成する必要はありませんでした。「スタート」のための蒸気はすぐに準備ができて、過剰にさえ貯蔵されました。必要なのは、効率的なファイアボックスを考え出すことだけでした。しかし、ここではスペースがあまりないので、慎重に考える必要がありました。

製造

金属製のレセプションで、壁の厚さが3〜4 mmのある種のレシーバーまたはプロパンシリンダーを見つけたので、ボイラーの寸法はすでに厳密に設定されていました。

巨大で効率的なファイアボックスで多くのことを気にするなら、水自体（キャリア）のための余地はほとんどありません。炉が小さすぎると、多かれ少なかれ満足のいく巡航速度を得るのに十分なエネルギーがなく、ボイラー自体を加熱するプロセスに時間がかかりすぎます。

そして、これが私が思いついたものです。火室は大きな圧力で圧迫されるので、シンプルで丸みを帯びたものにすることにしました。 100mmの普通のパイプがこの下を通りました。ファイアボックス（熱交換器）の効率を上げるために、12本の横方向のスルーチューブがカットインされました。







炎と排気ガスの周りを直角に流れ







、内部の水が自然な対流効果の下で循環するので、これは非常に有益であることがわかりました。これにより、ボイラー内の最大水量が維持されます。これが電力の予備です。そして、ボーナスとして、そのような火室はタンクに簡単に切り込むことができました。両端に2つの穴を開けるだけで済みました。







圧力を制御するために、小さな圧力計を取り付けました。キャリアの温度は圧力に直接関係し、明らかに臨界マーク（400 * C）を超えないため、キャリアの温度を制御する必要はありません。私は実際の蒸気機関車のようにボイラー内の圧力を16バールにすることにしました。

安全弁は18バールに設定されています。今それを押すことは残っています..。これは一種の強度テストです。ボイラーの上部は水で満たされ、圧力が上昇します。最初は、以前のボイラーシステムから残ったクローザーからのポンプでこれを行いましたが、20バール以上の圧力でそのようなポンプを圧縮することは簡単な作業ではないことがわかりました（それ自体に多くの電力がかかったので、今ではそのようなユニットを放棄できるのは非常に良いことです） ..。二酸化炭素消火器で加圧するのが最も便利であることがわかった。それを使って、ボイラー内に25バール（これは私の圧力計の最大値でした）の圧力を簡単に作成し、数分待った後、安全バルブの調整に進みました。

結果

ボイラーは素晴らしいことが判明しました。25バールの圧力でさえ彼には何もありませんでした。それはクランチさえ始めませんでした。安全弁（コンプレッサーから使用）は、圧力を18から9に下げましたが、はっきりと機能しました。これは私たちにとって非常に不採算ですが、自分で圧力を追跡できない場合にのみ機能します。そのため、運用に持ち込まない方がよいでしょう。それは無意味なリソースの浪費になります。

火炎

次に、火の問題を解決する必要があります。もちろん、そのようなオートバイを木で加熱するのは素晴らしくて楽しいでしょう。これは過去への回顧、スチームパンク、古典主義ですが、私が言ったように、私たちの火室は肘より少し大きいので、これのためのスペースはほとんどありません。もちろん、そこに石炭のキャップを取り付けることはできますが、これはボイラーを暖めるだけでは十分ではありません。ここで私はロマンスから離れてガスバーナーを作らなければなりませんでした。それは実際には非常に効率的で強力で便利な燃料です。ガスは液体であるため、保管が容易で、バーナーへの供給が容易で、すぐに圧力がかかるため、炉内に高速の熱流が発生し、熱交換プロセスが改善されます（ブローが不要）。

製造

金属製のレセプションで、私は優れた小型のステンレス鋼タンクを見つけました。その形と青い色から判断すると、これらはある種の旅客機からの酸素タンクです。私はそのようなタンクをいくつかバッテリーに組み立て、ガス供給ラインと給油ラインに接続しました。各タンクの容量は約1.7リットルです。つまり、5リットル以上の燃料を持ち運ぶことができます。液体ガス。同意します、エネルギーの悪い供給ではありません。







バーナーを使って、彼は賢くならず、単にソビエトのガソリンブロートーチからシステムをコピーしました。ここで私は何かを明確にする必要があります。ブロートーチは、ガソリンが最初に特定の空洞に入り、そこで蒸発し、蒸気の形で燃焼ゾーンに放出されるように設計されています。そして、バーナーの炎がこのまさに「蒸発」チャンバーを加熱します。同じものが必要になります。このようなバーナーから液体ガスが飛び出し始めたらどうなるか想像してみてください...ガス蒸発のプロセスは比較的長く、さらに極低温効果も伴います。そのようなバーナーからの炎は長く、効果がなく、経済的ではなく、火災の危険さえあります。







実験（図A）非加熱バーナーからの炎（図B）正しいモード、加熱バーナー



したがって、ウォームアップする時間があるように、ガスをバーナーにスムーズに供給する必要があります。



ボイラーテストは時計仕掛けのように行われました。私は約35リットルの水を入れ、バーナーをフルパワーにして待ちました。 14分後、水が沸騰し、圧力がゆっくりと上昇し始めました。ほぼ同じ時間の後、ボイラーは16バールでした。



シンプルなウォーターボールバルブを使って蒸気を制御し、温度と圧力の両方を完璧に処理しました。同じフルオロプラスチックを使用しているので、問題ないと思います。



楽しみのために、私はタップを完全にオンにして、私たちのエネルギーを見ることにしました。蒸気の噴流が隣接するガレージに到達し、ロケットが離陸する音を出しました。同時に、ジェットスラストの力を感じ、ボイラーが通りを飛び回らないように持っていかなければなりませんでした。私は非常に喜んでいました！







このタイプのボイラーには大量のエネルギーが蓄えられています。 ½インチの穴から5秒間蒸気を排出することにより、ボイラーの圧力は半分だけ低下しました。事実、圧力が下がると、水の沸点も変化します。つまり、水は圧力が下がっただけで、加熱せずに沸騰し始めます。この効果は、水温が100 * Cに下がるまで機能します。これは私たちにとって朗報です。これは、バーナーをオフにしても長時間の運転が可能になることを意味します。



しかし、私には完全には明らかではない効果も1つあります。 5バール未満の圧力で蒸気が活発に放出されると、水が飛び出し始めます。私はそれが非常に激しく沸騰するので、その必死の沸騰でそれが乾くまで達すると思いました流れに乗った蒸気が飛び出します。実験のために、私は水をいくらか排水し、レベルを20％のままにしました。もちろん効果は減少しましたが、それでも残っていました。ボイラー内で水は30〜40cm跳ね返りますか？正直なところ、私はまだそれを理解していません。これが小さな謎です。

とにかく！機能の準備ができました。デバイスを組み立てる時が来ました！

スタイル

私たちの珍しいオートバイの建設中に、多くの「専門家」が私に閉鎖水システムを作るようにアドバイスしました。つまり、蒸気がエンジンから通りに飛ぶのではなく、コンデンサー（クーラー）に入り、得られた水が小さなポンプを使用してボイラーにポンプで戻されるようにします。これはとても良い考えです。私自身もずっと考えていました。しかし、私たちのプロジェクトの目標は、木で世界中を旅することではなく、前世紀の技術を検討し、エンジニアリングの課題を克服し、実際の蒸気エンジンの仕事を楽しむことです。さて、この伝説的な「チャグチャグ」のない蒸気エンジンとは何ですか。さらに、逃げる蒸気を見たいのですが、エンジン内部で発生するモードについて多くのことを教えてくれます。最後に、機関車からの蒸気の噴出があるとき、特にそれらが太陽に照らされているとき、私はそれがとても美しいと思います。蒸気機関車ロマンスいわば。しかし、それにもかかわらず、私はイメージのために、私たちのマナーとスタイルだけがわかるように、コンデンサーを作ることにしました。







さまざまな自家製製品のほとんどは、「マッドマックス」または「ポスト黙示録的な世界」のスタイルです。はい、それが最も簡単な方法です。本当に何もする必要はありません。さびた鉄片、溶接されたレンチ、いくつかのぶら下がっているぼろきれ、そしてスタイルは準備ができています。しかし、この単純さ、いわば私たちの世界の「怠惰なスタイル」は非常に重要です。小さくてかわいくて美しいことをしたかった。いわば「キャンディー」を作る。そして、私たちは古代の蒸気技術を持っているので、Steampunkはそれ自体を示唆しています。







Steampunkは架空の世界です。人類が電気や内燃エンジンなどの技術を発明せず、蒸気エネルギーしか存在しなかったとしたらどうなるか。

もちろん、私はデザイナーではありませんが、バイクを組み立てるときに、まだいくつかのことが頭に浮かびました。



スチームモーターサイクルテスト



クラシックなボイラーデザインを備えた完全に完成したスチームモーターサイクルの「ガレージ」テストは、驚くほどスムーズに進みました。私がそれを構築している間、ビデオへのコメントで、人々は多くの正しくて賢いものを推薦しました。途中で、私はそれらのいくつかを使用しました、そして結局、それらは彼ら自身を素晴らしく見せました。そのため、たとえば、エンジンを蒸気で加熱すると、エンジン内に大量の水が凝縮し、ピストンがブロックされ、ウォーターハンマーが発生する可能性があります。人々は、蒸気を放出して凝縮した水を排出し、それによってそれを素早く加熱することができる小さなねじ穴を作ることを提案した。次に、ネジで溺れ、すぐに静かに運転します。



驚いたことに、完全に完成したオートバイに乗る最初の試みは問題なく進みました。言われているように、「座って行った」。ガレージの前を少し運転したところ、これでは不十分で、もっと欲しいと思いました。もちろん、すべてのパラメータを測定し、弱点を確認し、この装置を感じて理解するには、まっすぐで空の無限のトラックが必要です。したがって、私はオートバイを町から持ち出し、これらすべてに冷静に対処しなければなりませんでした。







テストについて：



全体として、私は結果に非常に満足しています。彼らは私の期待を超えていました。同様の蒸気モーターサイクルが世界中でどのように乗っているかを見て、私たちの赤ちゃんは最後からほど遠いことがわかりました。

結論

このスチームモーターサイクルを作ることを考えたとき、私は次のように考えました：私はそれを作ります、どういうわけかそれはすべてを通過します、そして私のすべての工学的興味を満足させて、私はそれを美的要素としてソファの反対側に永遠に置きます。しかし、違います！今、それどころか、それは私を悩ませます。私はそれを研究し、近代化し、作り直し、そしてそれ自身の記録を破りたいです、私はその最大値を決定し、それができるすべてを理解したいです！もちろん、この概念の枠組みの中で。



まず最初に、蒸気スイッチングシステムを従来のシステムに作り直すことです。違いは何だろうと思いました。それでも、その後のテストでは、設定を「試す」必要があります。蒸気入口の最も正しい前進を選択することにより、最大速度を達成します。また、さまざまな種類の燃料を試してみたいと思います。



どうやら大きなアップグレードが来ています。ですから、私たちの「蒸気機関車」が引退して博物館のどこかに座るつもりだったとしたら、私は彼を大いに失望させます！彼にはまだ長く困難な未来がありますが、彼の前には最も興味深い未来があります！



ビデオ資料での作成とテストの詳細：



蒸気エネルギーが放棄されました！





素晴らしいアイデアですか、それとも大失敗ですか？直流ボイラーを扱っています





機関車の笛の作成、装置の組み立て





スチームモーターサイクルテスト