Energi Dunia Lama

pengantar

Artikel ini merupakan kelanjutan dari publikasi “Melihat ke Masa Lalu. Teknologi abad ke-18 " .



Di dalamnya, kami membangun mesin uap yang benar-benar berfungsi, yang seharusnya menjadi bagian utama masa depan.sepeda motor uap, dan bahkan melakukan percobaan percobaan peluncurannya di udara.







Sekarang kita perlu menyelesaikan masalah energi. Dan di sini perbedaan utama dari mesin pembakaran internal (ICE) dimulai. Dalam mesin seperti itu, bensin, bercampur dengan udara, memasuki silinder mesin dan ketika campuran udara-bahan bakar ini menyala, energi dilepaskan. Produk pembakaran yang diperluas menekan piston, menghasilkan pekerjaan. Tapi di mesin uap, tenaga tidak lahir di mesin. Dia lahir di kuali. Ketel menghasilkan uap, yang selanjutnya akan menekan piston mesin kita. Energi kuno inilah yang perlu kita kendalikan!

Alat

Ketel uap - ketel yang dirancang untuk menghasilkan uap jenuh atau super panas. Itu dapat menggunakan energi dari bahan bakar yang dibakar di tungku, energi listrik atau mendaur ulang panas yang dilepaskan di instalasi lain. (Wikipedia)



Ada dua jenis boiler utama: klasik dan aliran langsung. Jenis pertama paling sering digunakan untuk mengoperasikan mesin uap. Ini dapat digambarkan sebagai tangki besi dengan kotak api tertanam di dalamnya. Bahan bakar terbakar di kotak api, memanaskan air di dalam tangki. Air mulai mendidih di dalamnya dan uap dibuat di bawah tekanan. Jenis ini digunakan pada lokomotif uap dan semua mesin uap pertama:







Boiler klasik memiliki kelebihan dan kekurangan. Keuntungannya adalah tidak ada pompa yang diperlukan untuk membuat tekanan uap, karena energi air yang tersimpan dapat memasok uap ke mesin untuk waktu yang lama bahkan saat tidak ada api. Boiler semacam itu tidak terlalu menuntut kualitas air. Lokomotif diisi dengan air paling biasa dari sungai, mata air, sumur dan sebagainya.



Boiler straight-through dapat dibayangkan sebagai tabung panjang yang digulung secara kompak, digerakkan oleh api, di mana air dipompa dengan pompa. Boiler jenis ini memiliki sejumlah keunggulan:

1. Memungkinkan untuk menciptakan uap bertekanan lebih tinggi dengan massa yang lebih sedikit dan volume ketel yang kecil.
2. Karena fakta bahwa tidak banyak pembawa di dalam tabung, ketel seperti itu dianggap lebih aman (sejumlah besar energi tidak disimpan).
3. Keluar cepat ke mode, karena Anda tidak perlu memanaskan air dalam jumlah besar.

Untuk memudahkan pemahaman, pengoperasian boiler semacam itu dapat direpresentasikan dalam bentuk yang disederhanakan:

Membuat boiler sekali pakai

Dan, tentu saja, saya ingin membuat boiler aliran langsung.



Setelah mengambil tabung stainless panjang dari berbagai bagian, saya mengelasnya bersama sedemikian rupa sehingga bagian itu berangsur-angsur bertambah. Kemudian, semua "usus" sepanjang 8 meter ini digulung rapat dan dimasukkan ke dalam rangka sepeda motor. Dinding luar, yang seharusnya menahan api dan mengarahkannya ke arah yang benar, terbuat dari timah sederhana. Pompa yang memompa air (pembawa) itu dibuat dari dekat gas, yang biasanya menampung kap dan bagasi mobil. Secara struktural, "lebih dekat" adalah produk jadi. Saya hanya perlu mengelas saluran masuk dan keluar air dan memasang katup yang tidak akan membiarkan air yang dipompa masuk kembali. Pompa dipasang secara bergerak dengan satu bagian ke rangka, dan yang kedua ke engkol pada poros roda. Menggunakan selang bertekanan tinggi yang fleksibel (selang rem dari mobil), air bertekanan dipompakan ke dalam boiler,dan diambil dari tangki terpisah yang terletak di atas pompa. Pembakar dibuat sesuai dengan jenis “atapnya”, seperti pekerja memanaskan material atap pada atap bangunan. Agar persentase aliran di sekitar tabung lebih besar, saya memasang dua pembakar sekaligus.

Hasil

Uji coba sepeda motor uap yang dilengkapi ketel sekali tembus gagal sejak awal. Masalah pertama adalah kurangnya tekanan "awal" di boiler. Saya harus memutar roda dengan tangan saya sehingga pompa mengirimkan sejumlah air ke dalam pipa. Tapi, ketika saya membuka gagang throttle (dengan menyuplai uap ke mesin), tekanan uap langsung turun, tidak sempat memutar roda. Solusinya tidak segera ditemukan. Penerima udara kecil dibuat setelah pompa. Ini bekerja seperti mata air. Menyimpan energi kompresi dari pompa dan mengembalikannya saat pompa berada pada titik mati atau dalam fase hisap air umpan .



Mesinnya bekerja! Tapi itu berhasil sekitar 10 detik. Katup spulmacet. Saat membongkar mesin, tidak ada masalah yang teridentifikasi. Menyatukannya kembali dan menjalankannya lagi, saya mengalami masalah yang sama. Itu ternyata datang dan pergi dengan sendirinya. Setelah mempelajari masalah ini, ditemukan kesalahan dalam perhitungan muai panas. Awalnya, kumparan itu adalah bagian padat dari fluoroplastik, tetapi ternyata memiliki koefisien muai panas yang sangat tinggi (22) dan ketika dipanaskan, ia mengembang sedemikian rupa sehingga macet hingga mati di dalam tubuh.

Setelah perhitungan ekspansi termal yang terperinci dan cermat, spul baja yang dilengkapi dengan cincin PTFE, lebar 2 mm, dikerjakan.







Karena bodinya terbuat dari aluminium dan spulnya terbuat dari baja, perbedaan ekspansi termal telah dikurangi hingga hampir nol.







Tes baru menunjukkan bahwa spul berfungsi dengan baik dan tanpa masalah. Roda yang ditangguhkan berputar, air dipompa, ketel aliran langsung berfungsi. Sudah waktunya untuk berkendara. Tapi kemudian muncul masalah baru. Saya tidak bisa mengendarainya lebih dari beberapa meter. Sekali lagi, saya bingung. Ini masih berhasil! Saat idle, semuanya di-debug! Apa lagi yang salah?

Setelah analisis panjang peralatan uap serupa lainnya,







Saya menyadari bahwa ketel saya terlalu kecil (panjang tabung yang dipanaskan), akibatnya, dengan peningkatan produktivitas, air tidak punya waktu untuk menguap dan terbang keluar bersama uap ke mesin. Dari efek ini, efisiensi seluruh instalasi menghilang, karena pemuaian air terlalu sedikit atau tidak terjadi sama sekali. Menambah panjang tabung boiler bukan lagi tugas yang mudah. Tapi kesedihan saya tidak berakhir di situ juga.



Selama tes berikutnya, saya menyiksa perangkat, memaksanya untuk bekerja, tetapi kondisi mesin mulai memburuk dengan tajam dan di beberapa titik macet. Kali ini, hanya mendinginkannya dengan salju tidak membantu. Sebuah sekat besar dibutuhkan lagi. Hasil otopsi menunjukkan bahwa semua cincin fluoroplastik meleleh dan bahkan piston alumunium mengembang begitu banyak akibat pemanasan sehingga silinder mulai terangkat. Dan itu ternyata menjadi masalah yang fatal. Faktanya adalah bahwa pada laju alir yang tinggi, boiler ini tidak memiliki waktu untuk menghasilkan sejumlah uap yang dibutuhkan, dan pada laju alir yang rendah, ia menciptakan uap dengan energi sedemikian rupa sehingga seluruh mesin mati begitu saja. Dan tidak heran. Bagaimanapun, pipa outlet boiler merah-panas. Artinya, uap mencapai suhu sekitar 600-700 * C. Seperti yang kita ketahui, fluoroplastik terurai pada 400 * . Bagi saya, ini adalah "jerami terakhir"!Saya sudah ingin mendapatkan sepeda motor yang bisa dikerjakan, dan saya terperosok dalam beberapa masalah yang tak ada habisnya!



Hampir semua yang ada di boiler harus dikerjakan ulang. Dan pada saat itu saya menyadari bahwa, terlepas dari keunggulan yang tak terbantahkan dari boiler sekali pakai, produk ini tidak terlalu sederhana dan membutuhkan perhitungan yang rumit, peralatan kontrol tambahan, dan pompa mengkonsumsi bukan sebagian kecil dari energi rotasi. Ada pemahaman yang jelas bahwa jika saya membuat boiler klasik, maka tidak ada masalah ini yang muncul begitu saja!

Boiler klasik

Setelah semua masalah tanpa akhir dengan boiler aliran langsung, menciptakan yang klasik, saya hanya, bisa dikatakan, beristirahat. Seperti yang saya katakan di atas, ini hanyalah tong besi tempat kotak api tertanam. Tidak mungkin untuk tidak memikirkan sama sekali tentang suhu uap, karena dengan tekanan berlebih, katup pengaman bekerja dan melepaskan kelebihannya, menurunkan suhu air dan mempertahankan tekanan dalam batas yang ditentukan. Tidak perlu membuat putaran awal roda untuk meningkatkan tekanan awal. Uap untuk "start" pun langsung siap dan bahkan disimpan secara berlebihan. Yang diperlukan hanyalah menghasilkan kotak api yang efisien. Tapi di sini saya harus berpikir hati-hati, karena kami tidak punya banyak ruang.

Manufaktur

Pada metal reception saya menemukan beberapa jenis receiver atau silinder propana dengan ketebalan dinding 3-4 mm, sehingga dimensi boiler sudah diatur dengan kaku.

Jika Anda terlalu repot dengan kotak api yang besar dan efisien, maka akan ada sedikit ruang untuk air itu sendiri (pembawa). Jika tungku terlalu kecil, maka kita tidak akan memiliki cukup energi untuk kecepatan jelajah yang kurang lebih memuaskan, dan proses pemanasan boiler itu sendiri akan memakan waktu terlalu lama.

Dan inilah yang saya dapatkan. Tungku akan tertekan oleh tekanan yang luar biasa, jadi diputuskan untuk membuatnya sederhana, terus menerus. Pipa biasa 100 mm berada di bawah ini. Untuk meningkatkan efisiensi kotak api kami ( penukar panas ), 12 pipa melintang dipotong.







Saya menemukan ini sangat bermanfaat, karena akan mengalir di sekitar api dan gas buang pada sudut yang benar,







dan air di dalamnya akan bersirkulasi di bawah efek konveksi alami. Ini akan menjaga volume maksimum air di boiler, dan bagi kami ini adalah cadangan daya. Dan, sebagai bonus, kotak api seperti itu mudah dipotong ke dalam tangki. Hanya perlu membuat dua lubang di kedua sisinya.







Untuk mengontrol tekanan, saya memasang pengukur tekanan kecil. Tidak perlu untuk mengontrol suhu pembawa, karena ini berhubungan langsung dengan tekanan dan jelas tidak melampaui tanda kritis (400 * C). Saya memutuskan untuk membuat tekanan di boiler seperti lokomotif uap asli - 16 bar.

Katup pengaman disetel ke 18 bar. Sekarang tinggal menekannya... Ini semacam uji kekuatan. Boiler diisi ke atas dengan air dan tekanan yang meningkat dipompa. Pada awalnya, saya melakukannya dengan pompa dari yang lebih dekat, sisa dari sistem boiler sebelumnya, tetapi mengompresi pompa seperti itu pada tekanan lebih dari 20 bar ternyata bukan tugas yang mudah (sangat baik sekarang kita dapat meninggalkan unit seperti itu, karena butuh banyak daya untuk dirinya sendiri) ... Ternyata paling nyaman memberi tekanan dengan alat pemadam kebakaran karbon dioksida. Dengan itu, saya dengan mudah membuat tekanan di boiler 25 bar (ini adalah maksimum pengukur tekanan saya) dan, setelah menunggu beberapa menit, melanjutkan untuk menyesuaikan katup pengaman.

Hasil

Boilernya ternyata bagus. Bahkan tekanan 25 bar tidak berarti apa-apa baginya. Itu bahkan tidak mulai berderak. Katup pengaman (digunakan dari kompresor) bekerja dengan jelas, meskipun tekanannya turun dari 18 menjadi 9. Katup ini tidak terlalu menguntungkan bagi kami, tetapi hanya akan berfungsi jika Anda tidak dapat melacak tekanannya sendiri. Jadi, lebih baik tidak membawanya ke operasinya. Ini akan menjadi pemborosan sumber daya yang tidak ada gunanya.

Api

Sekarang kita perlu menyelesaikan masalah dengan api. Tentu akan menyenangkan dan menyenangkan untuk memanaskan sepeda motor seperti itu dengan kayu. Ini adalah retrospektif ke masa lalu, steampunk, klasisisme, tetapi, seperti yang saya katakan, kami memiliki sedikit ruang untuk ini, karena kotak api kami lebih dari sekadar siku. Tentu saja, Anda dapat memasang tutup batu bara di sana, tetapi ini bahkan tidak cukup untuk hanya memanaskan ketel. Di sini saya harus mundur dari percintaan dan membuat kompor gas. Ini sebenarnya adalah bahan bakar yang sangat efisien, bertenaga, dan nyaman. Gasnya cair, jadi mudah untuk menyimpannya, mudah untuk memasukkannya ke dalam burner dan langsung berada di bawah tekanan, yang memungkinkan terciptanya aliran panas berkecepatan tinggi di dalam tungku, sehingga meningkatkan proses pertukaran panas (tidak diperlukan hembusan).

Manufaktur

Di resepsi logam saya menemukan tangki baja tahan karat berukuran kecil yang sangat bagus. Dilihat dari bentuk dan warna birunya, ini adalah tangki oksigen dari beberapa jenis pesawat penumpang. Saya merakit beberapa tangki seperti itu menjadi baterai dan menghubungkannya dengan suplai gas dan jalur pengisian bahan bakar. Volume setiap tangki adalah sekitar 1,7 liter, yang berarti dapat membawa lebih dari 5 liter bahan bakar bersama Anda. gas cair. Setuju, bukan pasokan energi yang buruk.







Dengan pembakar, dia tidak menjadi bijak dan hanya menyalin sistem dari obor bensin Soviet. Di sini saya harus mengklarifikasi sesuatu. Obor dirancang sedemikian rupa sehingga bensin terlebih dahulu memasuki rongga tertentu, di mana ia harus menguap dan, sudah dalam bentuk uap, dilepaskan ke zona pembakaran. Dan nyala api kompor memanaskan ruangan yang sangat "penguapan" ini. Kami akan membutuhkan hal yang sama. Bayangkan apa yang akan terjadi jika gas cair mulai terbang keluar dari burner semacam itu… Proses penguapan gas relatif lama, dan selain itu juga disertai dengan efek kriogenik. Nyala api dari burner semacam itu akan lama, tidak efektif, tidak ekonomis dan bahkan berbahaya bagi kebakaran.







Eksperimen (Gbr. A) Nyala api dari burner yang tidak dipanaskan (Gbr. B) Mode yang benar, burner panas



Oleh karena itu, gas harus disuplai ke burner kami dengan lancar sehingga ada waktu untuk pemanasan.



Tes boiler berjalan seperti jarum jam. Saya mengisi sekitar 35 liter air, menyalakan kompor dengan daya penuh dan menunggu. Setelah 14 menit, air mendidih, dan tekanan perlahan mulai naik. Setelah sekitar waktu yang sama, boiler menjadi 16 bar.



Saya menggunakan katup bola air sederhana untuk mengontrol uap, yang menangani suhu dan tekanan dengan sempurna. Mereka menggunakan fluoroplastik yang sama, jadi saya rasa tidak akan ada masalah.



Untuk bersenang-senang, saya memutuskan untuk menyalakan keran sepenuhnya dan melihat energi kami. Semburan uap mencapai garasi tetangga dan menciptakan suara roket yang lepas landas. Pada saat yang sama, saya merasakan kekuatan jet thrust, bahkan saya harus menahan ketel agar tidak mulai terbang ke mana-mana. Saya sangat senang!







Sejumlah besar energi disimpan dalam boiler jenis ini. Dengan mengeluarkan steam selama 5 detik melalui lubang ½ ”, tekanan boiler hanya turun setengahnya. Faktanya adalah dengan menurunnya tekanan, titik didih air juga ikut bergeser. Artinya, air mulai mendidih tanpa pemanasan, hanya karena penurunan tekanan. Efek ini akan bekerja hingga suhu air turun menjadi 100 * C. Ini kabar baik bagi kami. Ini berarti bahwa masih mungkin untuk mengemudi dalam waktu lama bahkan dengan burner mati.



Tetapi ada juga satu efek yang tidak sepenuhnya jelas bagi saya. Dengan keluarnya uap secara aktif pada tekanan kurang dari 5 bar, air mulai terbang keluar. Saya berasumsi bahwa itu mendidih begitu kuat sehingga dalam kepanikan yang mendidih itu mencapai kekeringandan uap yang terperangkap di sungai terbang keluar. Untuk percobaan, saya menguras sebagian air, menyisakan level 20%. Efeknya tentu saja menurun, tetapi masih tetap ada. Apakah air memantul 30-40cm di boiler? Sejujurnya, saya masih belum menemukan jawabannya. Itulah misteri kecilnya.

Bagaimanapun! Fungsinya sudah siap, saatnya merakit perangkat kita!

Gaya

Selama konstruksi sepeda motor kami yang tidak biasa, banyak "pakar" menyarankan saya untuk membuat sistem air tertutup. Artinya, agar uap tidak terbang keluar dari mesin ke jalan, melainkan masuk ke dalam kondensor (cooler) dan air yang dihasilkan dipompa kembali ke dalam boiler menggunakan pompa kecil. Ini adalah ide yang sangat bagus, saya sendiri telah memikirkannya sepanjang waktu. Tetapi tujuan dari proyek kami bukanlah untuk berkeliling dunia dengan menggunakan kayu, tetapi untuk mempertimbangkan teknologi abad sebelumnya, mengatasi tantangan teknik dan menikmati pekerjaan mesin uap yang sebenarnya. Nah, apa mesin uap tanpa "chug-chug" legendaris ini. Selain itu, saya ingin melihat uap yang keluar, ini akan memberi tahu banyak tentang mode yang terjadi di dalam mesin. Akhirnya, saya merasa sangat indah ketika ada embusan uap dari lokomotif, terutama jika disinari oleh matahari. Romansa lokomotif uapboleh dikatakan. Tapi, terlepas dari semua ini, untuk gambar, saya memutuskan untuk membuat kapasitor, agar terlihat tentang sopan santun kita, dan hanya untuk gaya.







Sebagian besar dari berbagai produk buatan sendiri bergaya "Mad Max" atau "Dunia pasca-apokaliptik". Ya, itulah cara termudah. Anda tidak perlu melakukan apapun. Potongan besi berkarat, kunci pas dilas, beberapa kain gantung dan model sudah siap. Tapi kesederhanaan ini, atau bisa dikatakan "gaya malas" di dunia kita sangat banyak. Saya ingin melakukan sesuatu yang kecil, manis dan indah. Buatlah "permen", bisa dikatakan begitu. Dan karena kita memiliki teknologi uap kuno, Steampunk menyarankan dirinya sendiri .







Steampunk adalah dunia fiksi. Bagaimana jadinya jika manusia tidak menemukan listrik, mesin pembakaran internal, dan teknologi lain, dan hanya energi uap yang ada.

Tentu saja, saya bukan seorang desainer, tetapi saat merakit sepeda motor, beberapa hal masih terlintas di benak saya.



Tes sepeda motor uap



Tes "garasi" untuk sepeda motor uap yang sudah jadi, dilengkapi dengan desain ketel klasik, ternyata berjalan sangat mulus. Saat saya membangunnya, di komentar di video, orang-orang merekomendasikan banyak hal yang benar dan pintar. Sepanjang jalan, saya menggunakan beberapa dari mereka dan pada akhirnya mereka menunjukkan diri mereka yang hebat. Jadi, misalnya, saat mesin dipanaskan dengan uap, banyak air mengembun di dalamnya, yang menyumbat piston dan bisa menimbulkan water hammer. Orang-orang menyarankan untuk membuat lubang kecil berulir yang memungkinkan untuk melepaskan uap dan mengalirkan air kental, sehingga dengan cepat memanaskannya. Kemudian, tenggelam dengan sekrup dan segera kendarai dengan tenang.



Anehnya, upaya pertama untuk mengendarai sepeda motor yang sudah jadi berjalan tanpa masalah. Seperti kata pepatah, "Saya duduk dan pergi." Setelah mengemudi sedikit di depan garasi, saya menyadari bahwa ini tidak cukup untuk saya dan saya ingin lebih. Tentu saja, untuk mengukur semua parameter, melihat titik-titik lemah, merasakan dan memahami peralatan ini, diperlukan lintasan lurus, kosong, tanpa akhir. Oleh karena itu, saya harus membawa sepeda motor ke luar kota dan dengan tenang menangani semua ini.







Tentang tes:



Secara keseluruhan, saya sangat senang dengan hasilnya. Mereka bahkan melebihi harapan saya. Melihat betapa miripnya sepeda motor uap di seluruh dunia, bayi kami ternyata jauh dari yang terakhir.

Kesimpulan

Ketika saya berpikir untuk membangun sepeda motor uap ini, saya beralasan seperti ini: Saya akan membuatnya, entah bagaimana akan melewati semuanya dan, setelah memenuhi semua minat teknik saya, saya akan meletakkannya di rumah di seberang sofa sebagai elemen estetika, selamanya. Tapi tidak! Sekarang, sebaliknya, hal itu menghantui saya. Saya ingin mempelajarinya, memodernisasi, membuat ulang, dan memecahkan rekornya sendiri, saya ingin menentukan kemampuannya secara maksimal, untuk memahami semua yang dia mampu! Tentunya dalam kerangka konsep ini.



Hal pertama yang harus dimulai adalah membuat ulang sistem perpindahan uap ke yang klasik. Saya bertanya-tanya apa bedanya. Namun, selama tes berikutnya, Anda perlu "bermain" dengan pengaturan. Capai kecepatan maksimum dengan memilih gerak masuk uap air yang paling tepat. Juga, saya ingin bereksperimen dengan berbagai jenis bahan bakar.



Tampaknya peningkatan besar akan datang. Jadi, jika "lokomotif" kita akan berhenti dan duduk di suatu tempat di museum, maka saya akan sangat mengecewakannya! Dia masih memiliki masa depan yang panjang, sulit, tetapi paling menarik di depannya!



Pelajari lebih lanjut tentang pembuatan dan pengujian dalam materi video:



Energi uap menyerah!





Ide bagus atau kegagalan? Kami berurusan dengan boiler aliran langsung





Penciptaan peluit lokomotif, perakitan peralatan





Tes sepeda motor uap