Зачем создавать паровой мотоцикл?

Весь мир сейчас пытается продвигать технику в будущее. Ищут всё более экономичные, мощные и удобные двигатели. Мне же наоборот, захотелось заглянуть в прошлое и оживить забытые технологии. Посмотреть, как оно было и вообще начиналось. Окунуться в эпоху индустриального взрыва. И создать настоящую паровую машину.  Техника прошлого очень сильно отличается от всего, что мы сейчас себе представляем. Это ощущение и понимание трудно передать, но я постараюсь.

Наверное, вы не раз от кого-то слышали, что его машина живая. В это конечно не верится, и с материалистической точки зрения такого и быть не может. Однако, иногда бывает, что какая-то машина, долго отслужив с одним хозяином, действительно, как бы словно оживает. Начинает иметь характер, и даже может обижаться. Если вдруг какая-то старая машина, не с того не с сего вдруг перестанет заводиться, хозяин не полезет сразу под капот, он просто подойдёт к ней, погладить её рукой, скажет какое-то доброе слово.

 -Ну что ты Люси… Поехали-

 И машина, как будто по волшебству заводится, работает и прекрасно едет. Это конечно совершенно не объяснимо, но, наверное, каждый из нас что-то подобное наблюдал.

Так вот, паровая техника особенно склонна к этой способности быть живой. И чем сложнее техника, тем она более склонна к этому эффекту. И скорее всего у неё даже будет более сложный характер. К сожалению, характер может быть и скверный. Если к такой машине подойдёт чужой не знакомый человек, она может просто не поехать, не завестись, что-нибудь, где-нибудь прорвёт, потечёт, сломается, или даже всё будет в порядке, но вопреки всему, она просто не поедет.

Как-то раз, к нам в город приехал настоящий паровоз «Л - Лебедянка». Я пришёл его посмотреть. Так вот, на моё удивление, даже не разу в жизни, не ездив на настоящих паровозах, и даже не поднимаясь в кабину, просто оказавшись рядом, я сразу почувствовал в этом паровозе жизнь. Там всё шипело, шумело, двигалось, парило, бурлило, щёлкало. Из котла доносились глубокие булькания как из живота. То, что я увидел и ощущал, нельзя было назвать машиной или механизмом. Напрашивалось слово «Организм».

Такое чувство жизни я не видел и не ощущал ни от одной техники, вообще никогда. Паровоз весь пышел жаром, как из ноздрей вырывается пар. Он был словно буйвол, который очень хочет бежать вперёд, безудержно нестись вдаль, поднимая столбы пыли и дыма. Даже просто стоя рядом с таким монстром, чувствуешь его характер, его волю и какую-то неумолимую страсть к дороге и скорости. Создалось ощущение, что мы с ним как будто разговаривали. Всё это общение происходило совершенно без слов. Словно напрямую, от сердца к сердцу. Машина и инженер.

Я решил поговорить с машинистом паровоза, как раз об этом. И он поделился своими ощущениями. Говорит, что да. Такое есть, и на этом паровозе невероятно сильно выражено. Почти всегда у таких паровозов даже есть собственные человеческие имена. Он говорил, что ездил раньше на электровозах и это было скучно.

- Да, они сейчас очень мощные, удобные, но, к сожалению, совершенно бездушные-

 Сказал машинист.

Так вот. Представьте себе, почти вся техника 18-20-х веков была как этот паровоз. Промышленность, транспорт, трактора, электростанции и даже самолёты были паровыми. Весь тот старый мир был просто наполнен такими живыми машинами.

Сейчас в нашем современном мире трудно ощутить этот дух того времени. Вот мне и захотелось создать что то, хотя лучше сказать, нечто из старого мира. Что бы почувствовать технику того времени, погрузиться и ощутить дух той индустриальной эпохи. Ну и с инженерной точки зрения, очень интересно создать, настроить и изучить что-то такое подобное.

История создания

Вообще, изначально хотелось сделать просто паровой двигатель и всё. Без каких-либо перспектив или планов на будущее. Просто чтобы он ожил, задвигался, как нибудь чихал-пыхал, шевелился. Ну и конечно поэкспериментировать с ним. Поиграть с параметрами, всё там настроить, отладить. Ну и в общем, хотелось получить удовольствие от работы настоящей паровой машины у себя в гараже. Но, для работы простого парового двигателя требуется какой-то маховик. И мне как раз сосед по гаражу отдал сломанный мопед «Карпаты». Его заднее колесо выглядело как отличный маховик. Сделав небольшую раму, которая держала колесо и паровую машину, я запустил двигатель на воздухе. Всё заработало как надо. Получив море удовольствия от работы этой штуки, и оценив её мощность, решил достроить всю конструкцию до полноценного двухколёсного мотоцикла. Так, от мопеда «Карпаты» ещё были взяты переднее колесо, вилка, руль и крылья. Всё остальное было взято с металлоприёмки, и доделано руками.

Двигатель

Поскольку изначальная цель была очень простой, и не к чему не обязывала, каких-то конкретных расчётов и чертежей не делалось вообще. Просто посмотрев в интернете как устроены простейшие паровые двигатели, проработал в голове план и техническую возможность его создания. Ну и всё, работа закипела. Найдя в металлоломе какую-то нержавеющую трубу, залил её снаружи расплавленным алюминием.  Обточил всё лишнее литьё, зашлифовал изнутри до зеркала, и вот, готов главный цилиндр. Затем была сделана ещё одна отливка (парораспределительный блок). Это был просто кусок алюминия. В нём просверлил огромное сквозное отверстие самым большим сверлом, какое только было, и вот получился парораспределительный цилиндр. Отфрезеровал необходимые паровые каналы, и соединяясь вместе эти две алюминиевые отливки формировали блок цилиндра паровой машины, с необходимыми паровыми каналами внутри. Далее всё обросло множеством деталей из металлолома. И в итоге, получился реально работающий паровой двигатель.

Мотоцикл на испытаниях показал скорость в 40 км/ч. Но при этом двигатель расходовал такое количество пара, что проехать удавалось метров 600, и потом приходилось 10 минут ждать, когда натопится котёл. После первых испытаний уже стало интересно. Захотелось модернизировать двигатель, чтобы улучшить параметры. Тут уже подключились мощные теоретики, любители паровой техники. Они высчитали самые оптимальные размеры золотникового клапана для двигателя моих габаритов.

  Снова закипела работа в гараже. Технологически двигатель прыгнул на век вперёд, и был оснащён уже двухзолотниковым клапаном.

 Скоростные испытания удивили всех. И специалистов и даже меня самого. Мотоцикл разгонялся уже до 60 км/ч, при этом потреблял почти в 3 раза меньше пара. Потом, как оказалось, мировой рекорд скорости для паровых мотоциклов на тот момент был всего-то 40км/ч. Таким образом, эта малютка является, что-то вроде формулы один, в мире паровых мотоциклов. И самым быстрым паровым мотоциклом с классическим двигателем на всём земном шаре

Описание работы мотоцикла

В отличии от ДВС, у парового двигателя вся энергия рождается не в цилиндре, а в котле. Его работа очень проста. Огонь греет воду, вода кипит и получается пар. У настоящих паровозов в топке горит уголь, дрова, или мазут. И по сути, котёл может работать абсолютно на любом горючем топливе. Можно просто жечь мусор, пластиковые бутылки, резину, да хоть колбасу, и паровоз прекрасно будет ехать.

 В процессе горения, горячие газы проходят через большое количество трубок (теплообменник), тем самым максимально отдавая энергию воде. В моей же концепции не было столько места, чтобы сделать огромную топку. Поэтому было решено сделать её в виде вваренной в котёл трубы, в которую вставлена горелка.

Эта самодельная мультитопливная горелка может работать на любом жидком или газообразном топливе. Сверху мотоцикла, над котлом располагаются топливные бачки. В них можно заправить как жидкие топлива, к примеру керосин или отработку, так и газообразные. Но удобней всего оказалось использовать газ пропан. Иногда, для удобства заправляю керосином, а потом ещё и пропаном сразу. Газ давит на керосин, и горелка работает в максимально мощном режиме. Когда заканчивается жидкое топливо, горелка автоматически переводится на оставшийся в баках газ пропан. Это можно заметить по изменению цвета пламени с ярко жёлтого на голубое. Поскольку горелка работает под давлением, по закону инжекции, в топке создаётся мощное движение газов, без применения какой-либо трубы (для создания тяги). Это очень удобно, когда речь идёт о транспорте.

Когда вода нагрелась до 100*С, при дальнейшем нагреве происходит подъём давления.  Мотоцикл рассчитан на езду при давлении 16 бар, при этом температура воды в котле достигает 200*С. Ручка газа мотоцикла при помощи тросика открывает шаровый кран, и пар из котла устремляется в паровую машину. Там пар давит на поршень, приводя машину в движение. И посредством шатуна (дышла) двигатель передаёт 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 всё. Это практически самая простая система паровой машины. У настоящих паровозов имеется ещё огромное количество усложнений, которые улучшают параметры двигателя. Но я хотел сделать именно самый простой вариант паровой машины, чтобы там было как можно меньше деталей в принципе. Чтобы казалось даже удивительным, как оно вообще способно ездить.

Управление на этом мотоцикле самое простое, какое вообще возможно себе представить. Поскольку паровой двигатель имеет максимальный момент силы уже с нуля оборотов в минуту, такому двигателю не нужно сцепление, да и коробка передач в принципе. Поэтому всё управление сводится только к ручке газа и тормозу. Открыл пар, и поехал. Чем больше его подаёшь, тем быстрее едешь.

Паровой свисток

Свисток этого мотоцикла - невероятно громкая штука. Поскольку у него огромный расход пара, это ещё и очень зрелищно. Особенно зимой.

 А сила звука там такая, что просто находиться рядом не прикрыв уши, просто невозможно. В ушах появляется дребезг и реальная боль. Не припомню, чтобы я где-то, когда-то вообще, слышал столь громкий звук. Наверное, можно ощутить что-то подобное, если находиться прям напротив пневмосигнала какого-то грузовика или баржи. Даже у всех телефонов и видеокамер, находящихся в близи, микрофоны просто глохнут и хрипят.

Такой свисток слышно даже тогда, когда самого мотоцикла ещё даже и не видно вовсе. И это всего лишь небольшой одноголосый свисток. То есть он издаёт всего одну ноту. А теперь представьте себе, что у настоящих паровозов их бывает 5, 7 и более.Не удивительно, что, когда в ранней Америке появилась железная дорога, и начали ездить поезда, индейцы их очень боялись. Просто сигнал паровоза наводил ужас и панику среди индейцев на многие километры во круге. Они называли паровозы «чёрный демон».

 Устройство такого гудка, на самом деле очень простое, и ничем не отличается от обычного футбольного свистка. Воздух, а в нашем случае пар, выпускается через тонкую кольцевую щель и попадает на острую круговую кромку резонатора.

Тут поток разбивается на две части. Первая (наружная) пролетает мимо, а вторая закручивается в особой полости (резонаторе). Там образуется резонанс определённой частоты, которая зависит от плотности среды, конструктивных размеров, и объёма этой полости. Сперва я пробовал делать такие свистки по собственным чертежам и размерам. Они, конечно, работали, но их было трудно настраивать, и такие экземпляры потребляли чрезмерное количество пара. Потом мне удалось найти чертёж какого-то корабельного парового свистка, и я просто пропорционально пересчитал все размеры под свой случай.

 Для изготовления, потребовалось выточить всего 3 детали, а остальное, просто металлолом. Труба ½, ось от амортизатора автомобиля, а самим резонатором является мебельная фурнитурная ножка от офисного стола. Испытания показали, что такой самодельный свисток имеет даже более громкий чистый и яркий звук, чем у настоящих паровозов.

Дело в том, что у них там довольно грубая чугунная отливка и поэтому не чёткая затуплённая режущая кромка. Это даёт шипение, шелест, а порой и вовсе срыв потока. Иногда слушая сигнал паровоза, можно заметить, что некоторые ноты не срабатывают или начинают звучат только при каком-то определённом давлении. Это как раз от грубого исполнения, нечёткой или слишком скруглённой режущей кромки. Кроме того, если как в моём случае, целый свисток посвящён всего одной ноте, то вся окружность его резонатора задействована на создание одного и того же звука. Это и даёт столь невероятную громкость. У паровозов, свисток хоть и большего диаметра, но окружность резонатора разбита на сегменты, каждый из которых резонирует на своей определённой частоте. Длина режущей кромки каждого такого резонатора получается на много короче, чем у моносвистка. И сила звука падает соответствующе.

Слушал вблизи пятиголосый свисток паровоза «Лебедянка». Звук, конечно, просто потрясающий. Но вот до боли в ушах дело конечно не доходит.  Если буду создавать будущий большой паровой мотоцикл, то нужно будет сделать 5 отдельных моносвистков каждый из которых будет настроенных на свою конкретную ноту.

 Параметры мотоцикла

Для езды, мотоциклу требуется вода и топливо. Именно их запас определяет время и дальность хода. На одной заправки водой (30л.) мотоцикл проезжает 15 км. При этом в котле остаётся примерно 1.5-2л воды. Вообще, котёл имеет объём 40 литров, но его лучше заправлять на 2/3 от объёма. То есть 25-27л.

 Конечно, мотоцикл способен ехать и при 2 литрах воды, но это опасно для котла, так как топка начинает перегреваться и сильно удлиняться в размерах, и со временем, котёл может дать течь. С другой стороны, когда мне нужно ехать куда-то далеко, заправляю 35л. Так то же ехать можно. Но недостаточное зеркало испарения не позволит использовать свисток. Из-за своего большого потребления пара, из свистка будет вылетать не пар, а вода. 

Топливные баки этого мотоцикла сделаны из кислородных баллонов от самолёта ТУ-134. Они соединены в параллель, и их суммарный объём 7 л.  Если заправляться жидким топливом, то расход получается меньше, чем на газе. Но даже если заправлять мотоцикл пропаном, всё равно, вода в котле закончится быстрее, чем топливо в баках.

 Какой расход по топливу на 100 км. трудно оценить. Ведь прежде, чем поехать, паровой мотоцикл нужно натопить. На это уходит 20-40 минут. Разумеется, при этом мотоцикл стоит и никуда не движется. Время разогрева зависит от начальной температуры воды в котле, его количества и вида топлива. Ведь все жидкие и газообразные виды углеводородов имеют разную теплотворную силу.  Так же, на дальность хода этого мотоцикла сильно влияет использование свистка. Подавая сигнал, мы расходуем очень много воды. Так что, если нужно ехать куда-то далеко, лучше воздержаться от использования свистка. В этом случае, для подачи сигнала, на руле мотоцикла предусмотрен небольшой механический звоночек, ударного типа.

Максимальная скорость мотоцикла 60 км/ч., и она ограничена не мощностью двигателя, которая составляет 2 л.с., а скоростью впуска и выпуска пара в цилиндр. Поэтому, для увеличения скорости, у паровозов делали огромные колёса.

Иногда диаметр ходового колеса достигал более 2 метров. В нашем же случае колёса довольно маленькие, что и обуславливает этот предел скорости. Тем не менее для мотоцикла таких размеров, 60 км/ч, это очень даже хорошая скорость. Ведь его поршневой аналог, мотоцикл «Карпаты» разгоняется всего до 40 км/ч.

Применение и восприятие

Понятное дело, что мотоцикл из 19 века не может конкурировать с современными мощными удобными в эксплуатации и экономичными мотоциклами. И меня часто спрашивают, зачем я его вообще создавал? Тут, конечно, приходится объяснять, что целью было не перевести всё человечество снова на паровую энергию, и даже не превзойти современные аналоги по какому-то параметру. Это ретроспектива, взгляд в прошлое. Желание ощутить дух того времени. Прикоснуться к технологиям старого мира.

 Если задуматься, в ту индустриальную эпоху был технологический взрыв. Люди открывали, изобретали что-то новое, почти каждый день. Инженеры того времени практически дышали будущим строя его восьмимильными шагами. Представляю, как горели глаза у инженеров того времени. Всё вокруг двигалось, шевелилось и ездило на энергии пара. Думаю, это было удивительное время. Время открытий и изобретений. В наши времена даже пошло целое культурное движение SteamPunk. Это романтическое направление, в стиле фантастического будущего, какое оно было бы, без, появления нефть и двигатели внутреннего сгорания. То есть, воображаемый мир, развивающийся на паровой энергии SteamPunk. Так вот, на мой взгляд, лучше всего получится понять и ощутить этот дух, создав реально существующий объект. А если он ещё и будет способен ездить, то тогда вообще, фантастика превращается в реальность.

Разумеется, появление среди людей такого стимпанк мотоцикла, очень редкое событие. В мире можно сосчитать по пальцам подобные аппараты, и каждый из них это редкий эксклюзивный экземпляр. Поэтому люди с интересом подходят, рассматривают, фотографируют и задают очень много вопросов. Ну а если на каком-то фестивале подать сигнал паровым свистком, то все сразу сбегаются на этот невероятный рёв. Услышав его, все ожидают увидеть какого-то железного монстра двухметровой высоты. Представляете, их удивление, когда они видят такой маленький, просто крохотный мотоцикл. Обычно спрашивают, действительно ли это он издал эти невероятные звуки?

Планы на будущее

В процессе создания этого маленького «паровоза», были получены важные технические сведения. Появилось понимание, что работает хорошо, а что лучше сделать иначе. И имея этот опыт, в будущем мечтаю построить следующий, уже огромный паровой мотоцикл, у которого будет не простая, а наоборот, максимально сложная конструкция. Разумеется, он будет способен ездить уже и на дровах, и на угле, и вообще на любом мусоре. Так же из-за больших размеров котла, он будет способен преодолевать огромные расстояния и ездить с огромной скоростью. Даже мечтаю на нём попробовать съездить на дальние расстояния в качестве эксперимента. Заправляться просто водой из речек, луж и топиться всем что попадётся на дороге. Валежник, кусты, мусор, отработка, резина или просто дрова. На мой взгляд, это будет очень романтический и интересный эксперимент.

Посмотреть видео с паровым мотоциклом можно по ссылкам:

Видео 1

Видео 2

Видео 3

Видео 4