drewniany silnik parowy

Pierwsze maszyny parowe z ruchomym oscylacyjnym cylindrem powstały w XIX wieku i służyły do napędu małych statków parowych. Do ich zalet należała prostota konstrukcji. Oczywiście tamte maszyny parowe nie były wykonane z drewna, lecz z metalu. Miały niewiele części, nie psuły się i były tanie w produkcji. Robiono je w wersji poziomej albo pionowej, tak żeby nie zajmowały na stateczku dużo miejsca. Tego typu maszyny parowe produkowano także jako działające miniatury. Były to napędzane parą zabawki politechniczne.

Prostota konstrukcji silnika parowego o cylindrze oscylacyjnym jest jego wielką zaletą i możemy pokusić się o wykonanie takiego modelu z drewna. Z pewnością chcemy, aby nasz model działał, a nie tylko siedział. To osiągalne. Nie będziemy go jednak napędzać gorącą parą, a zwykłym zimnym powietrzem, najlepiej z domowego kompresora lub np. odkurzacza. Drewno jest ciekawym i łatwym w obróbce materiałem, dlatego można z jego pomocą odtworzyć mechanizm maszyny parowej. Ponieważ budując nasz model przewidzieliśmy boczną dzieloną część cylindra, dzięki temu możemy zobaczyć jak pracuje tłok i jak cylinder porusza się względem otworów rozrządu. Sugeruję natychmiastowe rozpoczęcie pracy.

Maszyny para z wahliwym cylindrem. Możemy je analizować zdjęcie 1 w serii fotografii oznaczonych od a do f.

1. Para dostaje się do cylindra przez wlot i popycha tłok.
2. Tłok obraca koło zamachowe poprzez tłoczysko i korbę korbowodu.
3. Cylinder zmienia swoje położenie, w miarę ruchu tłoka zamyka wlot i otwiera wylot pary.
4. Tłok napędzany bezwładnością przyspieszającego koła zamachowego przepycha parę wydechową przez ten otwór i cykl rozpoczyna się od nowa.
5. Cylinder zmienia położenie i otwiera się otwór wlotowy.
6. Sprężona para przechodzi ponownie przez wlot i popycha tłok.

Narzędzia: wiertarka elektryczna na statywie, wiertarka zamocowana do stołu warsztatowego, szlifierka taśmowa, szlifierka wibracyjna, dremel z końcówkami do obrabiania drewna, wyrzynarka, glutownica z klejem na gorąco, narzynka M3 z uchwytem do gwintowania, wiertło stolarskie 14 milimetrów. Do napędu modelu zastosujemy sprężarkę albo odkurzacz.

Materiały: deska sosnowa o szerokości 100 na 20 milimetrów, wałek o średnicy 14 milimetrów, deska 20 na 20 milimetrów, deska 30 na 30 milimetrów, deska 60 na 8 milimetrów, sklejka o grubości 10 milimetrów. Smar silikonowy lub olej maszynowy, gwóźdź o średnicy 3 milimetrów i długości 60 milimetrów, mocna sprężyna, nakrętka z podkładką M3. Lakier bezbarwny w puszce aerozolowej do lakierowania drewna.

Podstawa maszyny. Wykonamy go z deski o wymiarach 500 na 100 na 20 milimetrów. Przed malowaniem dobrze jest wygładzić papierem ściernym wszelkie nierówności deski oraz miejsca powstałe po cięciu.

Wsparcie koła zamachowego. Wytnijmy go z deski sosnowej o wymiarach 150 na 100 na 20 milimetrów. Będziemy potrzebować dwóch identycznych elementów. Po zaokrągleniu szlifierką taśmową, papierem ściernym o ziarnistości 40 wzdłuż górnych krawędzi w łukach i wykończeniu drobnym papierem ściernym w podporach, wywierć otwory o średnicy 14 milimetrów w miejscach jak pokazano na rys. zdjęcie 2. Wysokość suportu na odcinku między podstawą i osią ma być większa niż promień koła zamachowego.

Obręcz koła zamachowego. Wytniemy go ze sklejki o grubości 10 milimetrów. Koło ma średnicę 180 milimetrów. Na sklejce za pomocą suwmiarki narysuj dwa identyczne okręgi i wytnij je wyrzynarką. Na pierwszym okręgu narysuj współosiowo okrąg o średnicy 130 milimetrów i wytnij jego środek. Będzie to obręcz koła zamachowego, czyli jego obręcz. Wieniec zwiększający bezwładność obracającego się koła.

Koło zamachowe. Nasze koło zamachowe ma pięć szprych. Zostaną one utworzone w taki sposób, że narysujemy na kole pięć trójkątów o zaokrąglonych krawędziach i obróconych o 72 stopnie względem osi koła. Zacznijmy od narysowania na papierze koła o średnicy 120 milimetrów, a następnie drutów o grubości 15 milimetrów i okręgów w rogach powstałych trójkątów. Można to zobaczyć na zdjęcie 3. i 4., gdzie pokazano konstrukcję koła. Połóż papier na wyciętych kółkach i dziurkaczem zaznacz środki wszystkich małych kółek. Zapewni to dokładność wiercenia. Wszystkie rogi trójkątów wiercimy wiertłem o średnicy 14 milimetrów. Ponieważ wiertarka łopatkowa może zniszczyć sklejkę, zaleca się przewiercić tylko połowę grubości sklejki, następnie odwrócić materiał i zakończyć wiercenie. Płaskie wiertło o tej średnicy zakończone jest maleńkim wystającym prętem, który pozwoli nam dokładnie zlokalizować środek wywierconego otworu po drugiej stronie sklejki. Zastanawiając się nad wyższością stolarskich wierteł walcowych nad płaskimi wiertłami stolarskimi, odetniemy pozostały, zbędny materiał z koła zamachowego za pomocą wyrzynarki, aby uzyskać efektowne szprychy. Używamy Dremel, aby wyrównać wszelkie niedokładności i zaokrąglić krawędzie drutów. Przyklej okrąg z wiankiem za pomocą kleju Vicola. W środku wiercimy otwór o średnicy 6 milimetrów, w który wkładamy śrubę M6, uzyskując w ten sposób przybliżoną oś obrotu koła. Po osadzeniu śruby jako osi koła w wiertarce, szybko obracające się koło poddajemy obróbce najpierw gruboziarnistym papierem ściernym, a następnie drobnoziarnistym papierem ściernym. Radzę zmienić kierunek obrotów wiertarki, aby śruba koła się nie poluzowała. Koło powinno mieć gładkie krawędzie i obracać się równomiernie po obróbce, nie uderzając w bok. Po osiągnięciu tego celu demontujemy tymczasową śrubę i wiercimy otwór na oś docelową o średnicy 14 milimetrów.

Korbowód. Wytniemy go ze sklejki o grubości 10 milimetrów. Dla ułatwienia pracy proponuję zacząć od wywiercenia dwóch otworów o średnicy 14 milimetrów w odległości 38 milimetrów od siebie, a dopiero potem wyciąć ostateczny, klasyczny kształt, jak pokazano na rysunku zdjęcie 5.

Oto koło zamachowe. Wykonany jest z wału o średnicy 14 milimetrów i długości 190 milimetrów.

Oto korbowód. Jest wycięty z wału o średnicy 14 milimetrów i długości 80 milimetrów.

Cylinder. Wytniemy go ze sklejki o grubości 10 milimetrów. Składa się z pięciu elementów. Dwie z nich mają wymiary 140 na 60 milimetrów i stanowią boczne ścianki cylindra. Dół i góra 140 na 80 milimetrów. Dolna część cylindra ma wymiary 60 na 60 i grubość 15 milimetrów. Części te są pokazane w zdjęcie 6. Przyklej spód i boki cylindra klejem plecionym. Jednym z warunków prawidłowego działania modelu jest prostopadłość klejenia ścianek i spodu. Wywierć otwory na śruby w górnej części pokrywy cylindra. Otwory wiercimy wiertłem o średnicy 3 mm tak, aby wchodziły w środek grubości ścianki cylindra. Wywierć trochę otworów w pokrywie wiertłem 8 mm, aby łby śrub mogły się ukryć.

Tłok Jego wymiary to 60 na 60 na 30 milimetrów. W tłoku wiercimy centralny, nieprzelotowy otwór o średnicy 14 milimetrów na głębokość 20 milimetrów. Włożymy do niego tłoczysko.

Tłoczysko. Wykonany jest z wału o średnicy 14 milimetrów i długości 320 milimetrów. Tłoczysko zakończone jest z jednej strony tłokiem, a z drugiej hakiem na osi korby korbowodu.

Pręt osi korbowodu. Wykonamy go z bloku o przekroju 30 na 30 i długości 40 milimetrów. Wiercimy w bloku otwór o średnicy 14 mm i prostopadle do niego drugi ślepy otwór. W ten otwór przyklejamy drugi wolny koniec tłoczyska. Oczyścić wnętrze otworu przelotowego i przeszlifować drobnym papierem ściernym zwiniętym w rurkę. Oś korbowodu będzie się obracać w otworze i chcemy w tym miejscu zmniejszyć tarcie. Na koniec uchwyt jest zaokrąglany i szlifowany pilnikiem do drewna lub szlifierką taśmową.

Nawias rozrządu. Wytniemy go z sosnowej deski o wymiarach 150 na 100 na 20. Po wyszlifowaniu podpory wywierć trzy otwory w miejscach pokazanych na rysunku. Pierwszy otwór o średnicy 3 mm na oś rozrządu. Pozostałe dwa to wlot i wylot powietrza z cylindra. Punkt wiercenia dla wszystkich trzech jest pokazany na rysunku zdjęcie 7. Przy zmianie wymiarów części maszyny należy ustalić miejsca wiercenia doświadczalnie, wstępnie zmontowując maszynę i określając górne i dolne położenie cylindra, czyli położenie otworu wywierconego w cylindrze. Miejsce pracy paska rozrządu przeszlifujemy szlifierką oscylacyjną z drobnym papierem. Powinno być równe i bardzo gładkie.

Oś wahliwego rozrządu. Zatęp koniec gwoździa o średnicy 60 mm i zaokrąglij go pilnikiem lub szlifierką. Za pomocą wykrojnika M3 odetnij koniec o długości około 10 milimetrów. Aby to zrobić, wybierz mocną sprężynę, nakrętkę M3 i podkładkę.

Dystrybucja. Zrobimy go z listewki o wymiarach 140 na 60 na 8 milimetrów. W tej części modelu wiercimy dwa otwory. Pierwszy o średnicy 3 milimetrów. Umieścimy w nim gwóźdź, będący osią obrotu cylindra. Pamiętajmy o takim nawierceniu tego otworu, by łepek gwoździa był dokładnie zagłębiony w drewnie i nie wystawał ponad jego płaszczyznę. To bardzo istotny moment naszej pracy, wpływający na poprawne działanie modelu. Drugi otwór o średnicy 10 milimetrów to otwór wlotowo-wylotowy powietrza. W zależności od położenia cylindra względem otworów w suporcie rozrządu powietrze będzie dostawać się pod tłok, popychając go, a potem w kierunku przeciwnym będzie wypychane przez ten tłok. Rozrząd wraz z wklejonym gwoździem, pełniącym rolę osi, przyklejamy do powierzchni cylindra. Oś nie powinna się chwiać i ma być prostopadła do powierzchni. Wreszcie wiercimy otwór w cylindrze, posiłkując się położeniem otworu w deseczce rozrządu. Wszystkie nierówności drewna tam, gdzie będzie się stykać z suportem rozrządu, wygładzamy szlifierką oscylacyjną z drobnym papierem ściernym.

Montaż maszyny. Przyklej wsporniki osi koła zamachowego do podstawy, upewniając się, że są ustawione w jednej linii i równolegle do płaszczyzny podstawy. Przed całkowitym montażem pomalujemy elementy i podzespoły maszyny lakierem bezbarwnym. Umieszczamy korbowód na osi koła zamachowego i przyklejamy go dokładnie prostopadle do niego. Wkładamy oś korbowodu do drugiego otworu. Obie osie muszą być do siebie równoległe. Przyklej drewniane pierścienie wzmacniające do koła zamachowego. Z zewnątrz pierścienia włóż wkręt do drewna w otwór mocujący koło zamachowe do osi koła zamachowego. Przyklej wspornik cylindra po drugiej stronie podstawy. Nasmaruj wszystkie drewniane części, które będą się poruszać i stykać ze sobą, smarem silikonowym lub olejem maszynowym. Aby zminimalizować tarcie, silikon należy lekko wypolerować. Od tego będzie zależeć prawidłowe działanie maszyny. Cylinder jest zamontowany na wózku w taki sposób, że jego oś wystaje poza pasek rozrządu. Można to zobaczyć na zdjęcie 8. Na wystający poza suport gwóźdź nakładamy sprężynkę, potem podkładkę i całość zabezpieczamy nakrętką. Cylinder dociśnięty sprężynką powinien lekko poruszać się na swojej osi. Tłok wkładamy na jego miejsce do cylindra, a koniec tłoczyska nakładamy na oś korbowodu. Zakładamy wieczko cylindra i mocujemy je drewnowkrętami. Wszystkie współpracujące ze sobą części mechanizmu, a szczególnie cylinder i tłok, smarujemy oliwą maszynową. Nie żałujmy tłuszczu. Koło poruszone ręką powinno się obracać bez specjalnie wyczuwanych oporów, a korbowód ma przenosić ruch na tłok i cylinder. zdjęcie 9. Włóż koniec węża sprężarki do wlotu i włącz go. Obróć koło, a sprężone powietrze poruszy tłok, a koło zamachowe zacznie się obracać. Punktem krytycznym w naszym modelu jest styk tarczy rozrządu ze stojanem. Jeśli większość powietrza nie uchodzi tą drogą, odpowiednio zaprojektowana maszyna powinna poruszać się swobodnie, zapewniając mnóstwo frajdy miłośnikom majsterkowania. Przyczyną nieprawidłowego działania może być zbyt słaba sprężyna. Po pewnym czasie olej wchłania się w drewno i tarcie staje się zbyt duże. To wyjaśnia również, dlaczego ludzie nie budowali silników parowych z drewna. Jednak drewniany silnik jest bardzo wydajny, a wiedza o tym, jak pracuje cylinder oscylacyjny w tak prostym silniku parowym, pozostaje na długo.

drewniany silnik parowy