Česká zemědělská univerzita v Praze Katedra mechaniky a trojnictví Konstruování s podporou počítačů Dokumentace: Mobilní parní motor V Praze dne 26.červenec 2011 luke.dohnal@gmail.com Dohnal Lukáš IŘT kombinované
Století páry, které znamenalo pro moderního člověka technický a technologický rozmach, umožnilo rozkvět ve výrobě strojové techniky, která člověku usnadňovala těžký život. Vynález pohonu párou, je již považován za samozřejmost, která se v této době bohužel moc nevyužívá. V nynějších časech informačních systémů, internetu a maximální automatizace veškerého lidského bytí se přesto, najde využití pohonné síly, skrývající se ve vodě v plynném skupenství. Protože se mi starožitné vynálezy designově modifikované líbí a mají i nyní široké uplatnění, vybral jsem si a vypracoval projekt, který umožní levné, rychlé a ekologicky šetrné využití páry. Mobilní parní motor, který jsem se rozhodl graficky vypracovat, vychází z technického řešení od pana Petra Šedého, který se konstrukcí a sestavováním parních strojů věnuje již řadu let. Zvolený model, není v současnosti poslední pracovní verzí, kdy vývoj pana Šedého pokročil k dalším zjednodušením a minimalizaci, již tak snadné konstrukce. Panu Šedému se díky drobným vylepšením, podařilo zvýšit účinnost a pozitivně vyladit celkový pracovní chod stroje. Mnou zvolený starší model je, přesto schopen pohonu strojů (bruska, vrtačka aj.). Díky připojení dynama, je mimořádně jednoduché z páry získat elektrickou energii. Konstrukce, je snadná a zvládne ji každý domácí kutil. Mazání hybných částí stroje, je prováděno automaticky pomocí zbytkové páry. Uvedený stroj je branou k výrobě elektrické energie v oblastech, kde je špatná dostupnost rozvodných sítí. V součastné době pan Šedý pracuje na možnosti využití zbytkové páry pomocí rezonátoru. - 1 -
Z důvodu minimalizace nákladů, je stroj sestaven a konstruován, jako levná stavebnice. Ekonomicky výhodná cena jednotlivých komponent, nemá vliv na kvalitu sestavy výrobku! Není třeba používání drahých profesionálních komponent! Stroj je možné vlastnoručně sestavit za cenu cca. 2000Kč, konstrukce je výborná, chod je tichý a spolehlivý. Podstava je vyrobena z ohýbaného ocelového plechu 3mm. Obr. 1 Podstava Hřídel je z oceli o průměru 10mm, do hřídele je vyvrtána díra 9mm, hloubka otvoru je cca 30mm. Obr. 2 Hřídel do rotačního ventilu - 2 -
Obr. 3 Držák s ložiskem Držák ložiska, je volně dostupnou součástí v každém větším obchodě pro kutily. Je vyroben z ohnutého plechu 3mm. Ložisko je vyrobeno z řezané mosazné tyče. Mosaz je použita záměrně, kvůli ideálním fyzikálním vlastnostem, kdy má optimální valivé vlastnosti a nepotřebuje mazání olejem (olej se používá pouze, při záběhu stroje). Při provozu je mazání samovolné zbytkovou vodou. Uchycení ložiska s držákem, je pomocí šroubu M4 s podložkou. - 3 -
Obr. 4 Rotační ventil Rotační ventil je zhotoven z mosazi, stejně tak trubičky na vstup a výstup páry. Obr. 5 Rotační ventil detail vnitřní konstrukce - 4 -
Obr. 6 Rotační ventil s hřídelí Hřídel je zasunuta do rotačního ventilu tak, aby střed otvoru v hřádeli byl na středu menšího 6mm otvoru, kterým se přivádí do ventilu pára. Soustředně s přívodovým otvorem je na protější straně ventilu otvor 8mm, který slouží k výstupu přebytečné páry. Obr. 7 Rotační ventil s hřídelí detail vnitřní konstrukce - 5 -
K přenosu kroutícího momentu na sekundární hřídel, jsem použil pár ozubených kol, každé kolo disponuje 43 zubů. Jelikož není žádoucí, aby docházelo k převodnímu poměru obou hřídelí, musí být ozubená kola se stejným počtem zubů. Obr. 8 Ozubené kolo Mosazné táhlo umožňuje dobré kluzné vlastnosti celé soustavy. Píst a táhlo musí mít patřičnou těsnost. Vertikální hybnost táhla, je dosažena konstrukcí jednotlivých dílů táhla a jejich spojením pomocí šroubového spoje. Obr. 9 Táhlo - 6 -
Druhou částí srdce parního motoru, je odlívaný válec, který tvoří základ pístu (složení slitiny 75% Sn, 15% Ag a 10% Zn). Chemické vlastnosti pístu, a celková jednoduchá konstrukce stroje umožňuje dosažení až 3000 ot/min hlučnost stroje je minimální a chod nevyžaduje žádnou další údržbu. Obr. 10 Píst Obr. 11 Píst detail vnitřní konstrukce - 7 -
K propojení pístu a rotačního ventilu, jsem použil vysokotlakou gumovou hadici. Uchycení na obou koncích je zajištěno spojkou. Obr. 12 Vysokotlaká hadice se spojkami Obr. 13 Celková konstrukce mobilního parního motoru - 8 -
Několik technických údajů získaných při testování stroje. 1.Rozsah tlaků pro provoz: 0,5-5 atm mokré páry 2.Zdvih pístu 25-40mm 3.Vnitřní průměr válce 40-50mm 4.Síla do ojnice při 5 atm : podle vnitřního průměru válce. 600-800N 5.Otáčky 0 až 3000 za minutu, plynule regulované tlakem páry 6.Maximální moment: při 5 atm, zdvihu 40mm a vnitřním průměru válce 40mm až 25 Nm 7.Maximální výkon při 3000 ot. za minutu 600W 8.Hlučnost: menší nežli 50dB při plných otáčkách 3000 ot./min 9.Moment není závislý na otáčkách 10.Účinnost motoru: je závislá na tlaku páry, na otáčkách a způsobu zatížení. (0 až 20%). - 9 -