Домашнее пароходостроение
- среда, 9 октября 2024 г. в 00:00:10
Меня уже с детства манил судомоделизм, паровые двигатели и пароходы. И вот вдруг, в какой-то момент, я всё-таки решил поженить эти два устремления в одном хобби. Посему начал смотреть видео про паровой судомоделизм, попутно отвисал в Ленинской библиотеке и читал всё, что удаётся найти по этой теме.
Мне случайно удалось познакомиться с одним американцем по имени Leslie Proper, который проектирует миниатюрные модели работающих пароходов. У него свой блог на ютубе (откуда я о нём и узнал), множество статей и книг.
Восхищаясь его проектами и удивительными решениями, я прислал ему кучу нашей советской литературы с чертежами моделей паровых двигателей и судов. Прекрасно осознавая, что вряд ли он будет учить русский, чтобы это прочитать, написал ему номера страниц с интересными материалами. А в ответ он мне бесплатно прислал полную информацию по проекту своего пароходика Victoria. И по ним я начал мастерить модель...
❯ Проект парового кораблика
Начать повествование следует с видео Leslie Proper, где он демонстрирует, как выглядит готовая модель Victroria. Ниже находится видео с youtube:
Материалы, которые мне прислал Les, содержали детальную информацию, как построить свой миниатюрный, самый настоящий пароходик, там также были приведены чертежи двигателя, бойлера и самой лодки. Единственная сложность, которая меня поджидала – это то, что все размеры были даны в дюймах. Для этого мне пришлось обзавестись дюймовым измерительным инструментом.
Раньше у меня совершенно не было опыта работы с имперской системой. Но после этого проекта, я её совершенно справедливо ненавижу её за нелогичность.
Пример размеров в дюймах
Мне было совершенно непонятно, с чего же начать. Конечно, Leslie Proper дал достаточно подробный мануал, но один раз увидеть — проще, чем тысячу раз прочитать. На мою удачу, на другом ютуб-канале, пользователь SteamerEdge делал такой же проект по идентичным чертежам.
Сразу отмечу три плейлиста, которые можно посмотреть. Многие этапы я не фотографировал и не описывал. А у SteamerEdge они показаны достаточно подробно. Некоторые операции мало отличаются от него. Точно так же мне пришлось увеличить высоту кораблику, как и автору.
Итак, плейлисты:
Забавно то, что скорость выхода его видео была столь медленной, что в результате реализации своего изделия, я его догнал и обогнал. Но его материалы мне очень пригодились на старте, когда было совершенно неясно, как и что делать.
❯ Двигатель
На момент вхождения в тему у меня совсем не было опыта металлообработки, и я даже не представлял, с какими трудностями и вызовами мне придётся столкнуться. Чтобы немного упростить себе задачу, решил приобрести готовый паровой двигатель на известном китайском сайте.
Купленный двигатель
Двигатель одноцилиндровый, с парораспределителем на валу.
Чертежи есть, двигатель есть, куча желания и вдохновения есть. Можно приступать к изготовлению и сборке. Длинный путь в несколько лет объявляется открытым!
❯ Создание бойлера
Как это ни странно, котёл на пароходе, наверное, даже более важная деталь, чем сам двигатель. Его (двигатель) заменить и починить проще, чем котёл. И в изготовлении эта деталь тоже достаточно сложна. В ней применяется много необычных технологических операций.
Если посмотреть в описание проекта, то будущий котёл должен выглядеть следующим образом:
Одной из сложных и дефицитных деталей стала сантехническая латунная трубка, которая должна была стать основой этого бойлера. Сколько я её не искал, мне никак не удавалось найти подходящую. В результате мой хороший товарищ Алексей предложил мне сделать этот бойлер сам по заявленным чертежам.
Поскольку трубку мне найти не удалось, то Алексей решил сделать её самостоятельно из листовой латуни, просто свернув, сделав замок и пропаяв это место тугоплавким припоем:
Верхние и нижние крышки котла формируются на специальной оправке, которая изготавливается на токарном станке:
Далее, через шайбу закрепляется вырезанный круглый лист латуни и аккуратно обстукивается молотком:
В результате получаются две готовые заглушки для бака котла. После чего делается трубка внутренней топки, и прорезаются необходимые отверстия:
Далее всё радостно спаивается между собой серебряным припоем:
Одна из важнейших деталей бойлера – это заливная горловина, которая содержит в себе предохранительный клапан для сброса избыточного давления. Стержень клапана изготавливается из титана, чтобы не ржавел от водяного пара:
Потом изготавливается горловина, и навивается пружина из подходящей пружинной проволоки. Как выглядит клапан в сборе:
Остальные детали изготавливаются аналогичным образом: вырезаются по чертежу из листовой латуни, ювелирным лобзиком выпиливается отверстия и остальная фактура. Затем спаиваются между собой серебряным припоем, и получается вот такое изделие:
Следующая задача – это проверить опрессовку котла и срабатывание защитного клапана. Для этого компрессором нагнетается воздух в полученную ёмкость, и измеряется предельное давление, на котором срабатывает клапан. Попутно подстраивается клапан под давление 10 PSI (фунт на квадратный дюйм).
После того как изделие готово, можно его собрать. Кожух собирается на винты М2. В качестве горелки использую спиртовку от другого проекта, по советским чертежам. И можно провести пробное тестирование:
Далее, чтобы двигатель и котёл заняли своё почётное место, изготавливается упорная пластина-основание, в которой нарезаются резьбы для крепления котла и двигателя. Пластина изготовлена из алюминия, для уменьшения веса. Знаю, что латунь и алюминий не очень дружат, но тут и ток не проходит, а морская вода не планирует сюда заливаться.
Теперь всё готово к настоящему испытанию. Ниже приведено видео опытного пуска этой конструкции. Видео загружено на ютуб, и если вы видите пустую область на хабре, значит, у вас не подгружается это видео…
❯ Изготовление корпуса лодки
Технологий изготовления корпуса лодки достаточно много. Как правило, все они делаются из дерева, либо выдалбливанием, либо оклейкой реек на шпангоуты. В некоторых других случаях делается выклейка из стекловолокна или стекломатов. При требовании высокой прочности и малого веса, например, для спортивных моделей, может использоваться углеткань и углеволокно. В данном случае была выбрана технология выпиливания из липовых досок, с последующей склейкой и ошкуриванием.
Липовые доски толщиной 20 мм без проблем покупаются в хоббийных магазинах. Забегая вперёд, скажу, что для этих целей можно было бы использовать бальзу или даже пенопласт. Но я решил не отходить от технологии.
Печатаю чертежи корпуса, наклеиваю на доску и далее выпиливаю на лобзиковом станке. Для того чтобы выпилить каждый слой, я наклеиваю распечатку на дерево, заштриховывая область, которая должна остаться:
Систему управления судном решил делать не по основному проекту от Les, потому что мне было не достать те компоненты, которые использовал автор. Поэтому мне пришлось по месту делать примерку серводвигателя, аккумулятора и системы управления:
Для склейки между собой слоёв досок будущего судна, я использовал хороший столярный клей, предварительно нарезанные ламели из фанеры и канцелярские резинки для прижима:
Основной задачей после склейки было вывести внешнюю форму корпуса. Для этих целей я изготовил из картона специальные шаблоны, которые прикладывал по месту во время шлифовки:
Непосредственно обработку дерева буду осуществлять специальной фрезой типа “ёжик”, которая будто прям создана, чтобы грызть деревяшку. Поскольку работал я дома, а не в отдельной мастерской, я сделал себе гермоящик из коробки с отверстиями для рук, чтобы не летела мелкая пыль, а смотровое окно обтянул стрейтч-плёнкой. Вполне себе решение, чтобы шибко не пылить.
Принцип работы можно увидеть в видео ниже:
После всей обработки окончательно примеряем будущее расположение котла и двигателя:
Чтобы влезла моя система радиоуправления, мне пришлось сделать ещё один слой борта, иначе ничего не помещалось. Это, конечно же, немного переутяжелило модель судна…
Для изготовления палубы была использована авиационная фанера. По периметру наклеил красивый борт из какой-то рейки хоббийного магазина. Также изготовил основание для хранения кораблика В конце концов, была шпаклёвка и окраска водоэмульсионной краской. А палуба была покрыта прозрачным паркетным лаком:
Корпус в сборе
❯ Дейдвудная труба, баллер, румпель, гельмпорт, кормило
Одна из самых сложных задач в судостроении – это выведение механической энергии из сухого корпуса судна — в воду, и при этом необходимо не допустить попадания забортной воды вовнутрь. Для этого применяется определённые технические решения. Проще всего проиллюстрировать чертежом, чтобы понять, о чём идёт речь:
Вал, на котором установлен приводной винт, и через который передаётся механическое движение основного двигателя, размещается в специализированной дейдвудной трубе (на рис. Цифра 5). В зависимости от конструкции и размера судна (или модели), дейдвудная труба может иметь различные конструкции. Главная её задача – осуществить скольжение вала и не допустить попадания воды внутрь — с помощью сальников. Из-за размера модели, силы поверхностного натяжения столь велики, что дейдвудная трубка представляет собой просто латунную трубу, с заглушками по торцам под отверстие вала. В более сложных конструкциях её заливают густой смазкой.
Приводной вал был изготовлен из нержавеющей велосипедной спицы. На схеме видно, что вал двигателя и приводной вал стоят несоосно относительно друг друга, и нет возможности их соединить напрямую. Чтобы компенсировать эту несоосность применяется карданная передача. Узел достаточно прост, но я переделывал его множество раз, поскольку было слишком большое трение в сопрягаемых деталях. На третий раз у меня появилась более-менее достойная конструкция, но к тому моменту из Китая пришёл готовый кардан, поэтому по настроению я использовал либо свой, либо покупной.
Схема карданной передачи №17
Перо руля (или кормило) устанавливается на специальной оси – баллере в кормовой части судна. На схеме он обозначен номером девять:
Винт, дейдвудная трубка, перо руля и баллер
Разумеется, баллер должен во что-то упираться, для того чтобы его не скручивало во время поворотов (этот узел выполняется по-разному в разных моделях). В моём случае он упирается в специальную латунную пластину. Сам баллер проходит через гельмпорт – трубу, которая крепится к корпусу кораблика.
Баллер наверху имеет румпель – рычаг для поворота руля, который в свою очередь крепится к сервоприводу:
Румпель закреплён к сервоприводу, ось баллера проходит через гельмпорт, основание которого прикручено саморезами к корпусу кораблика
Изготавливая эти детали, я попутно осваивал токарное дело, пайку латунным припоем и работу с металлом. Узнал, что бывают ювелирные латунные припои, которые мне удалось найти на одном из блошиных рынков.
Токарную обработку я начинал, используя обычную хозяйственную дрель, но впоследствии уже прикупил себе нормальный токарный станок :)
В результате изучения техник металлообработки, получились эти детали. На фотографии ниже представлены все детали, кроме гельмпорта. На фото можно увидеть заготовку капитана, который так и не был доделан:
Последнее, что я решил сделать – это спиртовку. В качестве основы взял заглушку, которая используется для медных труб. Ручку припаивал медную — тем же самым медным припоем. Конечно, изделие имеет достаточно большой вес для этой модели, но уж больно стильно выглядит:
Спиртовка
Остался финальный штрих, чтобы вдохнуть жизнь в эту удивительную модель — добавить систему радиоуправления.
❯ Электроника
По радиоуправлению не стал особо мудрить, и взял комплект для управления машинкой Flysky fs-gt2. По сути, мне нужно управлять только пером руля — газа и тормоза в этом проекте нет. Основная сложность была придумать, как разместить аккумулятор изарядку для него, а также как именно расположить всё это хозяйство в маленьком корпусе.
Один из узлов палубы был изготовлен съёмным, на нём располагается палубный ящик, на котором впоследствии должен был быть установлен штурвал. Таким образом, внутри этого палубного ящика я разместил плату приёмника (достав её из штатного корпуса) и платку зарядника. Туда же смог вставить кнопку прошивки приёмника для привязки к различным пультам. А в основании этой съёмной палубной части разместил плоский аккумулятор. Сам настил палубы изготовил из палочек для размешивания кофе, просто приклеивая их на столярный клей, получилось очень аутентично:
На фотографии выше хорошо видна общая конструкция, а также гельмпорт.
Возможно, я слишком кратко описал, но над тем, как это всё аккуратно разместить думал несколько месяцев, прикидывал и умещал. В результате вышло даже лучше, чем я изначально предполагал :)
В качестве сервопривода использовал какой-то небольшой китайский двигатель, купленный на известной барахолке. Усилие там совсем небольшое, а основным критерием был его малый размер.
После всех манипуляций и финальной сборки, конечно же очень интересно посмотреть, что же получилось.
❯ Результат работы
По идее на пристройке должен стоять капитан со штурвалом и делать вид, что управляет этой паровой шлюпкой. Но, к сожалению, я его не успел доделать, так как у меня банально закончился запал (всего-то пять лет длился сей проект). Однако собрался такой вот любопытный кораблик:
Все детали размещал строго по чертежам, единственным отличием стал дополнительный ярус, нужный для размещения сервопривода:
Кораблик успешно запускался на столе — котёл греется, кипит, двигатель резво крутит винтом. Но, по-настоящему интересно, как же он будет себя вести на большой воде. И тут наступает момент истины – водяные испытания!
❯ Спуск на воду
Самое волнительное во всём этом проекте – это результат и понимание, может ли твоё изделие плавать, ой, простите, ходить по воде под действием энергии пара. Надо выяснить, удался ли этот проект или все усилия были напрасны.
Итак, момент истины. Наполняю ванну, зажигаю спиртовку, ставлю её на своё место, чтобы грела котёл, и спускаю судно на воду. Должно же всё получиться, на «берегу» же всё работало!
И-и-и-и… Нет, он не поплыл… Оказалось, что мощности двигателя недостаточно, чтобы преодолеть сопротивление латунных подшипников трения, вместе с сопротивлением вязкости воды. Эх, что я только не делал, но винт в воде совершенно отказывался вращаться.
Вторым разочарованием было то, что я совершил ошибку, по неопытности, и покрасил судно водоэмульсионной краской. Мне казалось, что это будет оптимальный выбор: защита от влаги и без запаха. А она, как оказалось, прекрасно пропускает сквозь себя воду. В итоге деревяшка кораблика совсем разбухла, и он потерял форму:
Разбухшая деревяшка, так что потрескалась краска
Ещё одна проблема была связана с тем, что центр тяжести оказался сильно смещён к корме. Поэтому требовалось нагружать нос, чтобы вес по судну распределялся равномерно.
Однозначно требовалась оптимизация проекта, в попытке хоть как-то его спасти.
❯ Оптимизация
Первое решение, которое убивало бы сразу двух зайцев – это сделать иную конструкцию спиртовой горелки. Вынести ёмкость со спиртом в отдельный бак, а внутри котла завести сразу три фитиля, для большего объёма пламени. Чтобы улучшить тягу и поставить туда этого дракона, сам котёл временно поднял на винтах повыше.
Горелку делал из латунной сантехники, она выполняла ещё одну функцию: давала дополнительный вес на нос, выравнивая центр тяжести. Получился такой вот хитрый агрегат:
В принципе, это дало небольшой прирост мощности, вместе с небольшим увеличением высоты трубы.
Следующее, над чем я попытался поработать – это над подшипниками трения, в которых вращался вал. На самом деле, даже если их просто смочить, то трение росло в разы, и двигатель уже не мог провернуть вал (очень малая мощность двигателя). Я пробовал делать их очень тонкими, точил из тефлона. В общем, провёл достаточно большую опытно-конструкторскую работу по этой теме, но так и не добился результата, чтобы кораблик успешно мог плавать в открытой воде.
Конечно, сам корпус тоже требовал доп. работы — надо было убрать старую краску, отшлифовать и окрасить его эмалью. Однако, на это моей мотивации уже не хватило.
С сожалением могу констатировать, что все мои усилия в течение пяти лет не привели к тому, чтобы моё судно могло покинуть полку.
❯ Заключение
Достаточно тяжело свести в единую статью проект, который занял около пяти лет, посетив со мной несколько городов во время многочисленных переездов. Тем более, что часть фотографий была утрачена или какого-то материала нет. Но всё же, надеюсь, что смог передать хотя бы часть тех трудностей, с которыми мне пришлось столкнуться.
Проект долгие годы лежал в пластиковом ящике на складе, я перекладывал его с места на место, надеясь, что будет вдохновение им позаниматься. Но, видимо, я выжал из него всё, что только можно. Поэтому было принято непростое решение его продать вместе с этим ящиком:
Ящик проекта
Хочется надеяться, что новый хозяин доведёт его до ума, или хотя бы красиво поставит на полку. Впрочем, на самом деле, это уже совершенно неважно.
Для меня проект оказался очень полезным с точки зрения саморазвития в области обработки различных материалов, и многому меня научил. Дальше, это как детские игрушки – ты их перерастаешь.
Для тех, кому статья показалась интересной, и кто захочет окунуться в честный паровой судомоделизм, я искренне хочу порекомендовать смотреть на размеры судов, начиная от 60-100 см, так как, чем больше размер двигателя, тем выше его КПД.
После этой неудачи я ещё некоторое время игрался с различными паровыми двигателями, но так и не смог довести до работающего судна ни один из них.
Новости, обзоры продуктов и конкурсы от команды Timeweb.Cloud — в нашем Telegram-канале ↩
