Motore a vapore economico e semplice

L'idea:

Recentemente ho visto un video di una barca telecomandata alimentata da un motore a vapore in miniatura e sono stato immediatamente catturato dall'idea. Dopo aver fatto un po 'di ricerca, ho scoperto che i motori a vapore in miniatura costano centinaia di dollari o richiedono competenze e strumenti molto avanzati per essere costruiti. Tuttavia, guardando il meccanismo reale che consente loro di funzionare sono davvero abbastanza semplici, quindi ho deciso di provare a realizzarne uno a buon mercato.

Lo scopo di questo progetto era davvero vedere quanto potesse essere economico e facile costruire un motore a vapore in miniatura. Ho costruito questo motore in un giorno e per meno di $ 10 in materiali, quindi penso che sia sicuro chiamarlo un successo.

Questo motore è alto 7, 2 cm (2, 8 ").

Alcune cose da notare:

Prima di tutto, devo dire che questo motore a vapore è solo un motore a vapore. Questa istruzione non include istruzioni su come costruire una caldaia per produrre vapore. Invece, faccio funzionare il motore a vapore su aria compressa. Se non hai un compressore, anche una pompa da bicicletta funziona bene, è solo molto più lavoro per te. ; )

Dovrei anche notare che anche se costruissi una caldaia questo motore probabilmente non funzionerebbe bene perché molti dei suoi componenti principali sono il legno. In presenza di vapore il legno si gonfiava e si deformava causando problemi. Una soluzione semplice a questo problema sarebbe quella di sostituire le parti in legno con quelle in alluminio.

Sono un insegnante molto visivo, quindi assicurati di leggere le "Note sull'immagine" (passa il mouse sopra le caselle gialle sulle immagini), probabilmente renderà le mie istruzioni più chiare.

Come funziona:

Potresti leggere la mia lunga descrizione qui sotto o puoi dare un'occhiata all'animazione totalmente fantastica dei ragazzi su www.animatedengines.com, trovala qui! Dovrei notare che questa animazione è di un motore a "doppio effetto", in quanto ha porte sia sul fondo che sulla parte superiore del cilindro, dove il mio è un motore "a semplice effetto" con porte appena in alto. Questo significa solo che il motore si affida maggiormente allo slancio del volano per mantenerlo in moto ma è molto più semplice da costruire.

Questo tipo di motore è chiamato motore a vapore oscillante. Se guardi il video qui sotto vedrai che il cilindro su questo motore si muove effettivamente avanti e indietro mentre il volano gira (oscilla!), Questa azione è ciò che apre e chiude le porte che consentono all'aria compressa di entrare nel motore e l'aria di scarico esce .

Il cilindro ha un'apertura nella parte superiore che viene premuta contro il corpo principale del motore. Il corpo principale ha invece due porte, una per l'aria compressa e una per lo scarico. Mentre il cilindro si inclina a destra, si allinea con la porta dell'aria compressa consentendo all'aria di fluire nel cilindro e spingere verso il basso il pistone. Ciò provoca la rotazione dell'albero a gomiti, inclinando così il cilindro verso sinistra e permettendo all'aria di uscire dal cilindro attraverso l'apertura di scarico mentre il pistone ritorna su. Quindi il processo si ripete.

Passaggio 1: materiali, strumenti e piani


La maggior parte dei materiali e degli strumenti per questo progetto probabilmente avrai già in casa. Le uniche cose che dovevo comprare erano i tubi di ottone, il tagliatubi e del filo.

materiali:

• Compensato da 3/16 "(circa: 12x8 cm)
• Penna retrattile (opzionale)
• Tubi di ottone: (trovane alcuni nel tuo negozio di hobby RC locale)
13/32 "per il pistone e 7/16" x 0, 014 "per il cilindro
• Candela "Tea Light"
• Rondelle pesanti con un diametro inferiore a quello della luce del tè
• Colla epossidica a 5 minuti
• Tubi di plastica (per collegare l'alimentazione di aria compressa)
• Indicatori per irrigatore HomeDepot o filo per piano (~ 18 AWG)
• Filo a stelo floreale o filo per pianoforte (~ 24AWG)
• Q-Tips con tubo di plastica (non carta)
• Piccoli elastici
• Involucro di plastica

Utensili:

• Trapano (o meglio ancora; una trapano a colonna) e punte
• Tagliatubi ($ 5): dovresti essere in grado di trovarne uno nella maggior parte dei negozi di ferramenta.
• Pinze e tronchesi
• Barattolo di latta vuoto
• Coltello da rasoio
• Carta vetrata
• Vice (opzionale)

Piani:

In allegato sono due file PDF. "Solo parti con misurazione" include un layout di tutte le parti necessarie per ritagliare il legno, nonché le lunghezze delle parti dei tubi in filo e ottone. "Solo parti senza misure" è esattamente lo stesso ma senza alcuna misura stampata sulla pagina; ottimo per tagliare e incollare il legno come guida.

Alcune persone hanno problemi ad aprire i PDF allegati, se anche tu prova i link qui sotto.

Se non riesci ad aprire il link al PDF ; ecco un link diretto ad esso.
Se non riesci ancora ad aprire il PDF ; ecco un link ad un'immagine PNG ad alta risoluzione dei piani.

allegati

  • Scarica solo parti con Measurements.pdf
  • Scarica solo parti No Measurements.pdf

Passaggio 2: tagliare il pistone e il cilindro


Tagliare il cilindro e il pistone da due pezzi di tubo di ottone. Non devono avere esattamente gli stessi diametri che ho usato, ma quello più piccolo dovrebbe adattarsi perfettamente all'interno di quello più grande ed essere comunque in grado di scorrere liberamente. Il tuo negozio di hobby locale dovrebbe avere le dimensioni corrette dei tubi di ottone.

Il cilindro deve essere lungo 25, 5 mm e il pistone 14, 5 mm.

Utilizzando un tagliatubi:
Per usare un tagliatubi allineare il taglio con la lama e serrare la manopola, non troppo stretta per non schiacciare il tubo. Ruota lentamente il tubo all'interno del dispositivo stringendo la manopola ogni pochi giri fino a quando la lama non attraversa il tubo. Potrebbero essere necessarie alcune prove, ho finito per schiacciare la provetta troppe volte.

Raschiare il labbro interno del cilindro con una lama di rasoio per assicurarsi che non rimangano frese per raschiare il pistone.

Se non si dispone di un tagliatubi, è possibile acquistarne uno da Harbor Freight per $ 5.

Step 3: The Piston


Prima taglia il filo (24 AWG) per lo stelo del pistone (ho usato un filo sottile di filo floreale ma qualsiasi filo rigido lo farà), quindi fai una curva di 90 ° a 3 mm da un'estremità.

Ora prendi un po 'di carta vetrata e graffia l'interno del pistone.

Quindi prendi un piccolo pezzo di pellicola e copri un'estremità del tubo del pistone, fissalo con un elastico.

Mescolare un po 'di resina epossidica e riempire con esso l'interno del tubo del pistone. Fai molta attenzione a non farne fuori dall'esterno del pistone, inoltre cerca di tenere il tubo premuto sul tavolo in modo che non fuoriesca resina epossidica sotto i bordi dell'involucro di plastica.

Ora inserire l'asta del pistone (prima l'estremità piegata) direttamente nella resina epossidica.

Per garantire che lo stelo del pistone rimanga a 90 °, è consigliabile prima spingerlo attraverso un pezzo di schiuma da ~ 0, 7 mm e incollarlo insieme allo stelo (vedere le immagini).

In alternativa, potresti provare a appendere l'asta del pistone a qualcosa in modo che sia solo 1 mm circa sopra il tavolo, questo assicurerà che rimanga perfettamente verticale mentre l'indurente epossidico.

Passaggio 4: il volano


Inizia tagliando il filo dell'albero motore. Dovrebbe essere un pezzo lungo di 45 mm di filo ~ 18 AWG. Ho usato il filo di una di quelle piccole bandiere rosse che vedi incastrate nei prati per contrassegnare il sistema di irrigazione. Se non riesci a trovare un Home Depot li vende. Questa dimensione del filo è eccellente perché si adatta perfettamente all'interno del tubo di plastica di cui sono fatti i Q-Tips.

Per fare il volano ho fatto fuoriuscire la cera da una luce del tè (candela), ho inserito il filo dell'albero motore attraverso alcuni pezzi di legno per impedirne l'estrazione della cera e li ho incollati all'albero motore, quindi ho aggiunto alcune rondelle metalliche ( per aggiungere peso). Quindi ho rimesso tutto alla luce del tè e ho versato di nuovo la sua cera fusa per tenerlo tutto in posizione. Speriamo che le immagini seguenti spieghino meglio questo processo.

Per sciogliere la cera l'ho messa sul fondo di una lattina in cui avevo piegato un po 'di beccuccio per facilitare il versamento. Quindi metti la lattina in una pentola di acqua bollente sul fornello fino a quando la cera si scioglie.

Assicurati di stendere qualche strato di giornale prima di provare a versare la cera fusa, inoltre non consiglierei di farlo sul tappeto. La resina epossidica potrebbe anche essere facilmente sostituita con la cera, semplicemente non avevo abbastanza resina epossidica per farlo.

Se dovessi farlo di nuovo, farei un buco nella parte inferiore della luce del tè e passerei il filo dell'albero motore fino in fondo in modo che il motore potesse essere facilmente collegato a un altro dispositivo per alimentarlo. Se lo fai, probabilmente dovresti allungare il filo dell'albero motore di circa un cm.

Passaggio 5: realizzare le parti in legno


Le parti in legno devono essere realizzate in compensato da 3/16 ". Ho acquistato la mia dal dipartimento artigianale di Wal-Mart; $ 3 per un pacchetto di sei fogli da 7x3". Puoi anche usare alluminio, ottone, teflon, plastica o plexiglas al posto del legno. Assicurati solo che qualunque cosa tu usi abbia una bella finitura liscia tra le parti mobili. Troverai i piani per le parti in legno nella pagina dei materiali.

Il compensato da 3/16 "può essere facilmente tagliato, anche con un coltello da rasoio. Tagliare entrambi i lati e passarci sopra con la lama più volte fino a quando il legno non taglia. Levigare i bordi lisci. Per tagliare la parte rotonda dell'albero a gomiti iniziare con un pezzo a forma di ottagono e carteggia i bordi in un cerchio.

Corpo:
Ora inizia incollando la parte dal corpo 2 al corpo 1. Praticare i due fori superiori con una punta da 3/32 ". Praticare il foro centrale delle stesse dimensioni del filo utilizzato per il filo del perno del cilindro. Infine, praticare il foro inferiore stessa dimensione del tubo di plastica del tuo Q-Tip.

Passaggio 6: blocco cilindri


Cilindro posteriore:
Per costruire il blocco cilindri iniziare prendendo la parte in legno "Cilindro indietro" e levigando l'area grigia centrale di circa 1 mm. Ciò renderà un'area di contatto più piccola tra esso e il corpo, riducendo così l'attrito.
Ora praticare il foro centrale in questa parte delle stesse dimensioni del filo che verrà utilizzato per il filo "Pivot cilindro". Ora praticare il foro superiore con una punta da 3/32 ".
Tagliare il filo per la parte "Perno cilindrico" e fare una curva di 90 ° a 5 mm da un'estremità. Ora, sul lato opposto rispetto al punto in cui hai levigato di 1 mm sulla parte "Cilindro posteriore", devi tagliare un boschetto lungo 5 mm dal foro centrale verso il foro superiore, appena abbastanza in profondità per far riposare il filo da 5 mm quando è stato inserito attraverso il legno. Questo è il lato su cui incollerai il cilindro.

Testata:
Inizia praticando il foro da 12 mm nella testata prima di ritagliare il quadrato attorno ad esso, a meno che tu non abbia una pressa da trapano, un foro così grande sarà difficile da allineare con un piccolo pezzo di legno. Questo aiuta anche a spaccarti. Ora ritaglia il boschetto profondo 2, 5 mm nell'altra parte della testata.

Blocco cilindri :
Il passaggio successivo consiste nell'incollare le due parti della testata, il tubo in ottone e le parti posteriori del cilindro. Si consiglia di premere un po 'di schiuma nell'estremità del tubo del cilindro per evitare che eventuali residui di resina epossidica vi penetrino prima di incollarli.
Epossidizzare la testata rispetto al cilindro, quindi entrambi quelli sul "cilindro posteriore" in modo che siano centrati orizzontalmente e la parte inferiore del cilindro sia allineata con la parte inferiore del cilindro posteriore. Anche il boschetto profondo 2 mm che si taglia nella seconda testata del cilindro deve allinearsi con il foro superiore nella parte posteriore del cilindro.

Passaggio 7: albero motore


Ho aggiunto un piccolo cerchio di legno attorno al foro esterno nella parte in legno dell'albero motore. Questo dà allo stelo un po 'più di spazio e gli impedisce di creare più sfregamenti per attrito sull'albero motore. Vedi l'immagine sotto.
Quindi praticare il foro esterno nella parte in legno dell'albero motore delle stesse dimensioni del filo dello stelo del pistone, quindi praticare il foro centrale in quella parte delle stesse dimensioni del filo utilizzato per l'albero motore.

Ora epossidica la parte "Parentesi graffa" sul lato del volano del corpo appena sotto il foro per l'albero motore, ho anche aggiunto un piccolo rinforzo sul lato del pistone del corpo.
Ora epossidica un tubo Q-Tip nel foro attraverso il corpo e fino alla sommità del tutore. Ora puoi inserire l'albero motore attraverso il corpo, aggiungere alcune rondelle fatte di tubo Q-Tip a rotazione libera tra il volano e il corpo. Aggiungi altre rondelle Q-Tip sul lato del pistone per fornire una spaziatura corretta in modo che la faccia della parte in legno dell'albero a gomiti si trovi al centro di questo pistone. Questo aiuta anche a prevenire l'incollaggio accidentale del corpo dell'albero in legno.
Tagliare infine l'eventuale lunghezza in eccesso del filo dell'albero motore in quanto si scontrerà con l'asta del pistone se fuoriesce dalla faccia della parte in legno dell'albero motore. Ora incollare la parte in legno dell'albero motore sul filo metallico dell'albero motore (l'altra estremità è fissata nel volano), fissandola in posizione.

Passaggio 8: finitura


Pistone:
Per prima cosa fare una curva a 90 ° nell'asta del pistone di 20, 5 mm da dove entra nella fine del pistone. Ora inserire il pistone nel cilindro, quindi spingere contemporaneamente l'asta del perno del cilindro e l'asta del cilindro attraverso il corpo e l'albero motore rispettivamente. Probabilmente dovrai ruotare l'albero motore per allineare il foro per il cilindro con la curva dell'asta del cilindro.

Ora hai solo bisogno di un modo per tenere stretto il cilindro contro il corpo. Ho usato una molla di una penna retrattile fissata con una vite sul "prop-saver" di un aereo modello. Ho anche scoperto che mettere semplicemente una fascia elastica attorno al pistone e il corpo ha funzionato abbastanza bene ... se non meglio della molla, questa opzione è anche molto più facile da rimuovere rispetto a quando hai incollato un cappuccio sull'asta del cilindro. Uno o due elastici dovrebbero davvero essere tutto ciò di cui hai bisogno qui.

Aria di alimentazione:
Infine, è necessario collegare uno dei due fori superiori sul lato del volano del corpo a un serbatoio o una pompa ad aria compressa. Per fare ciò ho appena incollato del tubo di plastica sul corpo; fai semplicemente quello che funziona meglio per te. Questo motore funziona abbastanza bene per me su ~ 15psi. Accendere l'aria e dare un rapido movimento al volano e il motore dovrebbe avviarsi, se non provare a farlo scorrere nell'altra direzione. Se lo allinei nel modo giusto, il motore si avvierà anche senza farlo scorrere. Cambiando in quale buca entra l'aria si inverte il senso di rotazione del motore.

Risoluzione dei problemi:
Se il tuo motore non funziona prima, assicurati che tutto giri abbastanza facilmente quando viene girato a mano. Se non prova a capire cosa lo sta fermando. Quindi assicurati di non aver accidentalmente ottenuto colla in nessuno dei fori che forniscono aria al motore. Infine prova a far funzionare il motore con un PSI superiore. A parte questo, non posso suggerire altro. Puoi provare a postare qualsiasi domanda nei commenti, vedrò cosa posso fare ma non sono un esperto in materia.

Pensieri finali:
Soprattutto sono molto contento di come è uscito questo piccolo motore. Funziona molto bene, ha un bell'aspetto ed è stato davvero facile ed economico da costruire. Alcuni possibili miglioramenti includono; l'uso di cuscinetti per ridurre l'attrito, incerare il legno dove si sfrega o sostituire / rivestire il legno con uno strato di teflon che ridurrebbe notevolmente l'attrito e aiuterebbe la tenuta d'aria. Potresti anche provare a rendere i fori di ingresso / uscita dell'aria un po 'più grandi e aumentare il PSI per una maggiore velocità.

Se hai commenti, domande o suggerimenti, non esitare a inserirli nei commenti. Farò del mio meglio per rispondere a loro.

Spero che il mio istruttore ti sia piaciuto e ti auguro una costruzione di successo.

Articoli Correlati