Якось я опинився поблизу справжнього паровоза серії ЛВ — знаменитої «Лебедянки». І одразу відчув у ньому життя. Там усе шипіло, шуміло, рухалося, парило-вирувало і клацало. Його не можна було назвати машиною чи механізмом. Напрошувалося визначення: «Живий організм». Такого почуття від зіткнення з технікою я раніше ніколи не відчував!
Паровоз ніби дихав, викидаючи назовні пару. Він був мов буйвол, готовий бігти вперед, нестримно бігти в далечінь, піднімаючи стовпи пилу. Стоячи поруч із цим монстром, я відчував його міць, характер, волю і якусь невблаганну пристрасть до дороги та швидкості. Було відчуття, що ми з ним розмовляємо, хоча все це відбувалося мовчки: від серця до серця. Між машиною та людиною.
Машиніст підтвердив, що теж відчуває подібні почуття, ніби спілкується із живою істотою. «Раніше я їздив електровозами, — розповідав він, — і це було нудно. Так, вони зараз потужні та зручні, але, на жаль, абсолютно бездушні. Невипадково, напевно, майже всі паровози мають власні імена».
А уявіть собі, що вся техніка раніше була, як цей паровоз! Промислові машини, громадський та особистий транспорт, трактори та навіть літаки були паровими. Весь старий світ був сповнений «живих» машин! Нині вже важко відчути дух того часу. Ось мені й захотілося створити «щось із минулого», щоб відчути, якою раніше була техніка. Ну, і з інженерної точки зору, звичайно, дуже цікаво було вивчити, зробити своїми руками та налаштувати щось подібне.
Перші досліди
Отже, вирішив сконструювати невеликий паровий двигун. Причому без будь-яких перспектив чи планів на майбутнє. Хотілося, щоб він ожив, засовався, якось зачхав-засихів. Загалом, метою проекту було задоволення від роботи власної справжньої парової машини.
Оскільки початкова мета нічого не зобов’язувала, якихось конкретних розрахунків і креслень не робилося. Зрозумівши, як влаштований найпростіший паровий двигун, прикинув у голові технічну можливість його створення, та й усе – робота закипіла.
Пара під тиском підводиться до верхньої частини машини, до золотникового механізму (патрубок Б). Залежно від положення золотника пара надходить у ліву чи праву порожнину циліндра і змушує поршень переміщатися відповідно праворуч або ліворуч. На малюнку золотник знаходиться у положенні, коли пара надходить у праву порожнину. Ліва при цьому пов’язана з атмосферою, і залишки пари від попереднього циклу виходять через патрубок. Процес повторюється тим частіше, чим швидше обертається колесо. Зауважимо, що пару можна не викидати, а подавати в конденсатор пари, а воду, що вийшла, повернути назад в котел. Але конструктор парового мотоцикла свідомо відмовився від цього рішення, вважаючи пар, що викидається на вулицю, невід’ємною ознакою парової машини — це видовищно і красиво!
Знайшовши в брухті якусь нержавіючу трубу, залив її зовні розплавленим алюмінієм. Обточив зайве лиття, зашліфував зсередини до дзеркала – готовий головний циліндр. Потім було зроблено ще один виливок – великий шматок алюмінію. У ньому просвердлив величезний наскрізний отвір, найбільшим свердлом, яке тільки-но знайшлося в гаражі, — це буде паророзподільний циліндр. Відфрезерував необхідні парові канали. Поєднавшись разом, ці дві виливки сформували блок циліндра парової машини з необхідними каналами всередині. Далі все обросло безліччю деталей, виготовлених із того ж металобрухту.
Зрозуміло, що навіть для найпримітивнішого парового двигуна потрібен маховик. А мені саме сусід по гаражі віддав зламаний мопед «Карпати». Подивився на його заднє колесо, чим не маховик! Зробив невелику раму, яка тримала колесо та парову машину, — от і вийшов двигун. Запустив його і… все запрацювало як слід!
Випробувавши море позитивних емоцій, цілком логічно вирішив добудувати конструкцію до повноцінного двоколісного транспортного засобу. Від «Карпат» було взято переднє колесо, виделку, кермо та крила, решта знову-таки знайшлася на пункті прийому металобрухту та дороблено руками…
На випробуваннях паровий мопед розвинув швидкість 40 км/год. Однак двигун витрачав таку велику кількість пари, що проїхати вдавалося не більше 600 метрів, а потім доводилося по 10 хвилин чекати, коли натопиться казан. І вже після перших тестових заїздів захотілося модернізувати двигун, аби покращити його параметри. Тут уже підключилися потужні теоретики, любителі парової техніки, які вирахували оптимальні розміри золотникового клапана двигуна моїх габаритів. І знову в гараж, щоб пиляти-свердлити… Забігаючи вперед, скажу, що технологічно друга версія мого двигуна «стрибнула» одразу на повік вперед, оскільки вона вже оснащена двозолотниковим клапаном.
Паровий мотоцикл
На відміну від ДВС, у парового двигуна енергія народжується над циліндрі, а котлі, у якому вогонь гріє воду. У справжніх паровозів у топці горить вугілля, дрова чи мазут. Гарячі гази проходять через велику кількість трубок (теплообмінник), тим самим максимально віддаючи теплову енергію воді. По суті, казан може топитися абсолютно будь-яким паливом. Можна навіть палити сміття, пластикові пляшки, папір чи гуму – і паровоз чудово їхатиме. У моїй конструкції місця так мало, що організувати велику топку не було ніякої можливості. Тому я зробив її у вигляді ввареної в котел труби, в яку вставлено пальник. Вона – саморобна, мультипаливна, здатна працювати на будь-якому рідкому або газоподібному паливі.
У верхній частині мотоцикла, над котлом, розташовуються паливні бачки, виготовлені зі списаних кисневих балонів від літака Ту-134. Вони з’єднані в паралель, та їх сумарний об’єм становить 7 л. Вони можна заправити як рідке пальне, наприклад, гас чи відпрацювання, і газоподібне. Найзручніше, виявилося, використовувати газ пропан. Іноді я заправляю бачки гасом, а потім ще й пропаном. Газ тисне на гас, і пальник виходить на максимально потужний режим. А коли рідке паливо закінчується, вона автоматично перекладається на пропан, що залишився в баках. Це можна помітити по зміні кольору полум’я із яскраво-жовтого на блакитне.
Оскільки пальник знаходиться під тиском, за законом інжекції в топці створюється активний рух газів без застосування труби для створення тяги. Це дуже зручно, коли йдеться про колісний транспорт.
Після того, як температура води досягне 100°С, при подальшому нагріванні йде зростання тиску. Мій мотоцикл розрахований на їзду при тиску 16 бар, температура води в котлі доходить до 200°С. Ручка газу, з’єднана тросиком із кульовим краном, відкриває його, і пара з котла спрямовується в парову машину. Там він тисне на поршень, і за допомогою шатуна (дихала) двигун передає роботу на ходове колесо. Також на осі колеса є ексцентрик (кривошип), який надає руху золотниковому клапану, що перемикає подачу пари на поршень з відповідною фазою і амплітудою. Ось, власне, і все. Це практично найпримітивніша схема парової машини. У реальних паровозів є ще безліч різних пристроїв, що покращують характеристики двигуна. Але я хотів зробити найпростіший варіант, щоб у ньому було якнайменше деталей.
Управління на цьому мотоциклі теж найпростіше. Оскільки паровий двигун забезпечує максимальний момент, що крутить, вже з нуля обертів за хвилину, не потрібні ні зчеплення, ні коробка передач. Все керування зводиться тільки до ручки газу та гальма на переднє колесо. Відчинив пару, і поїхав. Чим більше його подаєш, тим швидше їдеш.
Свисток
І ще один вузол, про який не можна не розказати. Це… паровий свисток. Він надзвичайно гучний! А оскільки через нього відбувається величезний викид пари, це ще й дуже видовищно. А сила звуку така, що знаходитись поруч, не прикривши вуха, неможливо. Його чути, коли самого мотоцикла ще й не видно. І це лише невеликий одноголосий свисток, що видає лише одну ноту. А тепер уявіть собі, що справжні паровози бувають по п’ять, сім і більше. Тож не дивно, що коли в ранній Америці з’явилася залізниця, сигнали паровозів наводили жах і паніку серед індіанців на багато кілометрів в окрузі. Вони називали їх “чорними демонами”.
Влаштування мого гудку насправді нічим не відрізняється від схеми звичайного футбольного свистка. Повітря, у разі -пар, випускається через тонку кільцеву щілину і потрапляє на гостру кругову кромку. Тут потік розбивається на частини. Перша (зовнішня) пролітає повз, а друга закручується у особливій порожнині (резонаторі). Там утворюється резонанс певної частоти, яка залежить від густини середовища, конструктивних розмірів та обсягу цієї порожнини.
Спочатку я намагався робити свистки за своїми ескізами. Вони працювали, але їх було важко налаштовувати, і такі екземпляри споживали надмірну кількість пари. Потім мені вдалося знайти креслення корабельного парового свистка, і я пропорційно перерахував його розміри під свої завдання. Для виготовлення сигналу потрібно виточити всього три деталі, а решту — металобрухт: напівдюймова труба, вісь із штока амортизатора автомобіля, а резонатором служить порожня меблева ніжка від офісного столу.
Мій саморобний свисток має навіть гучніший, чистіший і яскравіший звук, ніж у справжніх паровозів. Справа в тому, що в них використовується досить груба чавунна виливок, тому ріжуча кромка там затуплена, не чітка. Це дає шипіння, шелест, а часом і зрив потоку. Іноді, слухаючи сигнал паровоза, можна помітити, що деякі ноти не спрацьовують або починають звучати лише за певного тиску. Це якраз наслідок грубого виконання або надто округленої ріжучої кромки. У паровозів свисток хоч і більшого діаметра, але коло резонатора розбито на сегменти, кожен з яких резонує на певній частоті. Довжина ріжучої кромки кожного резонатора виходить набагато коротше, ніж у одного однотонного свистка. І сила звуку менша, відповідно. Я слухав поблизу п’ятиголосий свисток паровоза «Лебедянка». Звук, звичайно, приголомшливий. Але до болю у вухах, коли видає сигнал мій мотоцикл, справа не доходить. Коли буду будувати великий паровий мотоцикл, обов’язково зроблю п’ять окремих свистків, кожен із яких буде налаштований на свою ноту.
Технічні результати
Швидкісні випробування парового мотоцикла здивували всіх! І фахівців, і мене самого, не надто досвідченого в такій техніці: він розганяється до 60 км/год, при цьому споживає майже втричі менше пари, ніж експериментальний мопед. До речі, як виявилося, світовий рекорд швидкості для парових мотоциклів лише 40 км/год. Таким чином, ця крихітка — щось на зразок «Формули-1» у своєму класі, а точніше — найшвидший на всій земній кулі мотоцикл із класичним паровим двигуном!
Для їзди мотоциклу потрібна вода та паливо. Саме їх запас визначає час роботи мотора та дальність ходу. На одній заправці води (30 л) можна проїхати близько 15 км. При цьому в казані залишається ще близько 1,5-2 л. Взагалі котел має об’єм 40 літрів, але його краще заправляти приблизно на 2/3 об’єму. Звичайно, мотоцикл здатний їхати і на двох літрах води, але це небезпечно для котла, так як топка починає перегріватися і подовжуватися в розмірах, в результаті котел може дати текти. Однак коли мені потрібно їхати кудись далеко, то заливаю 35 літрів. Так також можна, але недостатнє дзеркало випаровування не дозволить використовувати свисток.
Якщо заправлятися рідким паливом, його витрата виходить менше, ніж газі. Але навіть якщо використовувати пропан, все одно вода в котлі закінчиться швидше ніж паливо для пальника.
Ще одна особливість: перш ніж кудись вирушити, паровий мотоцикл потрібно натопити, на що потрібно 20-40 хвилин. Час розігріву залежить від початкової температури води в котлі, її кількості та виду палива.
Максимальна швидкість мотоцикла, як зазначено вище – 60 км/год. Вона обмежена не потужністю двигуна, яка становить 2 л.с., а швидкістю впуску та випуску пари в паровій машині. Тому збільшення швидкості на паровози ставили величезні колеса, часом більше 2 м діаметрі. У моєму випадку колеса досить маленькі, що і обумовлює швидкісні можливості. А на запас ходу мотоцикла сильно впливає використання свистка, що витрачає дуже багато води. У дальній поїздці від нього краще відмовитись і сигналити невеликим механічним дзвіночком ударного типу.
Плани на майбутнє
У процесі створення маленького двоколісного «паровозу» я прояснив для себе багато важливих технічних моментів. З’явилося розуміння, що працює добре, а що краще зробити інакше. Набувши деякого досвіду, хочу зайнятися тепер будівництвом наступного, вже великого (можливо, навіть величезного!) парового мотоцикла, який матиме вже не найпростішу, а навпаки — максимально складну конструкцію. Він буде спроможний їздити і на дровах, і на вугіллі, і взагалі на будь-якому смітті. Великі розміри котла дозволять йому долати значні відстані та розвивати високу швидкість.
Вже навіть мрію вирушити на ньому в далеку автономну подорож. Заправлятися водою з річок та калюж, а топити котел усім, що трапиться: хмизом, сухими придорожніми кущами, відпрацюванням або гумою. На мій погляд, це буде цікавий експеримент, який не має аналогів.
Олексій ІЛЬДУТОВ (м. Тольятті)