МОТО-ПАРОВОЗ

Как-то раз я оказался вблизи настоящего паровоза серии ЛВ — знаменитой «Лебедянки». И сразу почувствовал в нем жизнь. Там все шипело, шумело, двигалось, парило-бурлило и щелкало. Его нельзя было назвать машиной или механизмом. Напрашивалось определение: «Живой организм». Такого чувства от соприкосновения с техникой я раньше никогда не испытывал!

Паровоз будто дышал, выбрасывая наружу пар. Он был как буйвол, готовый бежать вперед, безудержно нестись вдаль, поднимая столбы пыли. Стоя рядом с этим монстром, я чувствовал его мощь, характер, волю и какую-то неумолимую страсть к дороге и скорости. Было ощущение, что мы с ним разговариваем, хотя все это происходило молча: от сердца к сердцу. Между машиной и человеком.

Машинист подтвердил, что тоже испытывает подобные чувства, словно общается с живым существом. «Раньше я ездил на электровозах, — рассказывал он, — и это было скучно. Да, они сейчас мощные и удобные, но, к сожалению, совершенно бездушные. Неслучайно, наверное, почти у всех паровозов есть собственные имена».

А представьте себе, что вся техника раньше была как этот паровоз! Промышленные машины, общественный и личный транспорт, трактора и даже самолеты были паровыми. Весь старый мир был наполнен «одушевленными» машинами! Сейчас уже трудно ощутить дух того времени. Вот мне и захотелось создать «нечто из прошлого», чтобы почувствовать, какой раньше была техника. Ну, и с инженерной точки зрения, конечно, очень любопытно было изучить, сделать своими руками и настроить что-то подобное.

Первые опыты

Итак, я решил сконструировать небольшой паровой двигатель. Причем без каких-либо перспектив или планов на будущее. Хотелось, чтобы он ожил, задвигался, как-нибудь зачихал-запыхтел. В общем, целью проекта было получение удовольствия от работы собственной настоящей паровой машины.

Поскольку изначальная цель ни к чему не обязывала, каких-то конкретных расчетов и чертежей не делалось. Поняв, как устроен простейший паровой двигатель, прикинул в голове техническую возможность его создания, ну и все — работа закипела.

Пар под давлением подводится к верхней части машины, к золотниковому механизму (патрубок Б). В зависимости от положения золотника пар поступает в левую или правую полость цилиндра и заставляет поршень перемещаться, соответственно, вправо или влево. На рисунке золотник находится в положении, когда пар поступает в правую полость. Левая при этом связана с атмосферой, и остатки пара от предыдущего цикла выходят через патрубок А При повороте колеса связанная с ним тяга перемещает золотник, тогда пар поступает в левую полость цилиндра, а правая соединяется с атмосферой (патрубок В). Процесс повторяется тем чаще, чем быстрее вращается колесо. Заметим, что пар можно не выбрасывать, а подавать в конденсатор пара, а получившуюся воду вернуть обратно в котел. Но конструктор парового мотоцикла сознательно отказался от этого решения, считая выбрасываемый на улицу пар неотъемлемым признаком паровой машины — это зрелищно и красиво!

Найдя в металлоломе какую-то нержавеющую трубу, залил ее снаружи расплавленным алюминием. Обточил лишнее литье, зашлифовал изнутри до зеркала — готов главный цилиндр. Затем была сделана еще одна отливка — большой кусок алюминия. В нем просверлил огромное сквозное отверстие, самым большим сверлом, какое только нашлось в гараже, — это будет парораспределительный цилиндр. Отфрезеровал необходимые паровые каналы. Соединившись вместе, эти две отливки сформировали блок цилиндра паровой машины с необходимыми каналами внутри. Далее все обросло множеством деталей, изготовленных из того же металлолома.

Понятно, что даже для самого примитивного парового двигателя требуется маховик. А мне как раз сосед по гаражу отдал сломанный мопед «Карпаты». Посмотрел на его заднее колесо — чем не маховик! Сделал небольшую раму, которая держала колесо и паровую машину, — вот и получился двигатель. Запустил его и… все заработало как надо!

Испытав море позитивных эмоций, совершенно логично решил достроить конструкцию до полноценного двухколесного транспортного средства. От «Карпат» были взяты переднее колесо, вилка, руль и крылья, остальное опять-таки нашлось на пункте приема металлолома и доделано руками…

На испытаниях паровой мопед развил скорость 40 км/ч. Однако двигатель расходовал такое большое количество пара, что проехать удавалось не более 600 метров, а потом приходилось по 10 минут ждать, когда натопится котел. И уже после первых тестовых заездов захотелось модернизировать двигатель, чтобы улучшить его параметры. Тут уже подключились мощные теоретики, любители паровой техники, которые высчитали оптимальные размеры золотникового клапана для двигателя моих габаритов. И снова в гараж, чтобы пилить-сверлить… Забегая вперед, скажу, что технологически вторая версия моего двигателя «прыгнула» сразу на век вперед, поскольку она уже оснащена двухзолотниковым клапаном.

Паровой мотоцикл

В отличие от ДВС, у парового двигателя энергия рождается не в цилиндре, а в котле, в котором огонь греет воду. У настоящих паровозов в топке горит уголь, дрова или мазут. Горячие газы проходят через большое количество трубок (теплообменник), тем самым максимально отдавая тепловую энергию воде. По сути, котел может топиться абсолютно любым топливом. Можно даже жечь мусор, пластиковые бутылки, бумагу или резину — и паровоз прекрасно будет ехать. В моей же конструкции места столь мало, что организовать большую топку не было никакой возможности. Поэтому я сделал ее в виде вваренной в котел трубы, в которую вставлена горелка. Она — самодельная, мультитопливная, способная работать на любом жидком или газообразном топливе.

В верхней части мотоцикла, над котлом, располагаются топливные бачки, сделанные из списанных кислородных баллонов от самолета Ту-134. Они соединены в параллель, и их суммарный объем составляет 7 л. В них можно заправить как жидкое горючее, к примеру, керосин или отработку, так и газообразное. Удобнее всего, оказалось, использовать газ пропан. Иногда же я заправляю бачки керосином, а потом еще и пропаном. Газ давит на керосин, и горелка выходит на максимально мощный режим. А когда жидкое топливо заканчивается, она автоматически переводится на оставшийся в баках пропан. Это можно заметить по изменению цвета пламени с ярко-желтого на голубое.

Поскольку горелка находится под давлением, по закону инжекции в топке создается активное движение газов без применения какой-либо трубы для создания тяги. Это очень удобно, когда речь идет о колесном транспорте.

После того, как температура воды достигнет 100°С при дальнейшем нагреве идет рост давления. Мой мотоцикл рассчитан на езду при давлении 16 бар, при этом температура воды в котле доходит до 200°С. Ручка газа, соединенная тросиком с шаровым краном, открывает его, и пар из котла устремляется в паровую машину. Там он давит на поршень, и посредством шатуна (дышла) двигатель передает работу на ходовое колесо. Также на оси колеса имеется эксцентрик (кривошип), который приводит в движение золотниковый клапан, переключающий подачу пара на поршень с соответствующей фазой и амплитудой. Вот, собственно, и все. Это практически самая примитивная схема паровой машины. У настоящих паровозов имеется еще огромное количество различных устройств, улучшающих параметры двигателя. Но я хотел сделать самый простой вариант, чтобы в нем было как можно меньше деталей.

Управление на этом мотоцикле тоже самое элементарное. Поскольку паровой двигатель обеспечивает максимальный крутящий момент уже с нуля оборотов в минуту, не нужны ни сцепление, ни коробка передач. Все управление сводится только к ручке газа и тормозу на переднее колесо. Открыл пар, и поехал. Чем больше его подаешь, тем быстрее едешь.

Свисток

И еще один узел, о котором нельзя не рассказать. Это… паровой свисток. Он невероятно громкий! А поскольку через него происходит огромный выброс пара, это еще и очень зрелищно. А сила звука такая, что находиться рядом, не прикрыв уши, невозможно. Его слышно, когда самого мотоцикла еще даже и не видно. И это всего только небольшой одноголосый свисток, издающий лишь одну ноту. А теперь представьте себе, что у настоящих паровозов их бывает по пять, семь и более. Не удивительно, что когда в ранней Америке появилась железная дорога, сигналы паровозов наводили ужас и панику среди индейцев на многие километры в округе. Они называли их «черными демонами».

Устройство моего гудка на самом деле ничем не отличается от схемы обычного футбольного свистка. Воздух, в нашем случае -пар, выпускается через тонкую кольцевую щель и попадает на острую круговую кромку. Тут поток разбивается на две части. Первая (наружная) пролетает мимо, а вторая закручивается в особой полости (резонаторе). Там образуется резонанс определенной частоты, которая зависит от плотности среды, конструктивных размеров и объема этой полости.

Сначала я пробовал делать свистки по собственным эскизам. Они работали, но их было трудно настраивать, и такие экземпляры потребляли чрезмерное количества пара. Потом мне удалось найти чертеж корабельного парового свистка, и я пропорционально пересчитал все его размеры под свои задачи. Для изготовления сигнала потребовалось выточить всего три детали, а остальное — металлолом: полудюймовая труба, ось из штока амортизатора автомобиля, а резонатором служит полая мебельная ножка от офисного стола.

Мой самодельный свисток имеет даже более громкий, чистый и яркий звук, чем у настоящих паровозов. Дело в том, что в них используется довольно грубая чугунная отливка, поэтому режущая кромка там затупленная, не четкая. Это дает шипение, шелест, а порой и срыв потока. Иногда, слушая сигнал паровоза, можно заметить, что некоторые ноты не срабатывают или начинают звучать только при каком-то определенном давлении. Это как раз следствие грубого исполнения или слишком скругленной режущей кромки. У паровозов свисток хоть и большего диаметра, но окружность резонатора разбита на сегменты, каждый из которых резонирует на своей определенной частоте. Длина режущей кромки каждого резонатора получается намного короче, чем у моего однотонного свистка. И сила звука меньше, соответственно. Я слушал вблизи пятиголосый свисток паровоза «Лебедянка». Звук, конечно, потрясающий. Но до боли в ушах, когда издает сигнал мой мотоцикл, дело не доходит. Когда буду строить большой паровой мотоцикл, обязательно сделаю пять отдельных свистков, каждый из которых будет настроен на свою ноту.

Технические результаты

Скоростные испытания парового мотоцикла удивили всех! И специалистов, и меня самого, не слишком искушенного в такого рода технике: он разгоняется до 60 км/ч, при этом потребляет почти в три раза меньше пара, чем экспериментальный мопед. Кстати, как оказалось, мировой рекорд скорости для паровых мотоциклов всего-то 40 км/ч. Таким образом, эта малютка — что-то вроде «Формулы-1» в своем классе, а точнее — самый быстрый на всем земном шаре мотоцикл с классическим паровым двигателем!

Для езды мотоциклу требуется вода и топливо. Именно их запас определяет время работы мотора и дальность хода. На одной заправке воды (30 литров) можно проехать около 15 км. При этом в котле остается еще около 1,5-2 л. Вообще, котел имеет объем 40 литров, но его лучше заправлять примерно на 2/3 объема. Конечно, мотоцикл способен ехать и на двух литрах воды, но это опасно для котла, так как топка начинает перегреваться и удлиняться в размерах, в результате со временем котел может дать течь. Однако, когда мне нужно ехать куда-то далеко, то заливаю 35 литров. Так тоже можно, но недостаточное зеркало испарения не позволит использовать свисток.

Если заправляться жидким топливом, то его расход получается меньше, чем на газе. Но даже если использовать пропан, все равно вода в котле закончится быстрее, чем топливо для горелки.

Еще одна особенность: прежде чем куда-то отправиться, паровой мотоцикл нужно натопить, на что требуется 20-40 минут. Время разогрева зависит от начальной температуры воды в котле, ее количества и вида топлива.

Максимальная скорость мотоцикла, как замечено выше — 60 км/ч. Она ограничена не мощностью двигателя, которая составляет 2 л.с., а скоростью впуска и выпуска пара в паровой машине. Поэтому для увеличения скорости на паровозы ставили огромные колеса, порой более 2 м в диаметре. В моем же случае колеса довольно маленькие, что и обуславливает скоростные возможности. А на запас хода мотоцикла сильно влияет использование свистка, расходующего очень много воды. В дальней поездке от него лучше отказаться и сигналить небольшим механическим звоночком ударного типа.

Планы на будущее

В процессе создания маленького двухколесного «паровоза» я прояснил для себя многие важные технические моменты. Появилось понимание, что работает хорошо, а что лучше сделать иначе. Приобретя некоторый опыт, хочу заняться теперь постройкой следующего, уже большого (может быть, даже огромного!) парового мотоцикла, у которого будет уже не самая простая, а наоборот — максимально сложная конструкция. Он будет способен ездить и на дровах, и на угле, и вообще на любом мусоре. Большие размеры котла позволят ему преодолевать внушительные расстояния и развивать высокую скорость.

Уже даже мечтаю отправиться на нем в дальнее автономное путешествие. Заправляться водой из речек и луж, а топить котел всем, что попадется: валежником, сухими придорожными кустами, отработкой или резиной. На мой взгляд, это будет любопытный эксперимент, не имеющий аналогов.

Алексей ИЛЬДУТОВ (г. Тольятти)