Květen 2015

Vyrob si svůj parní motor - 1. ročník

19. května 2015 v 7:54 | Jiřī Toman |  PARNÍ MOTORY - STEAM ENGINES

Milí přátelé
První ročník nové soutěže je za námi a mně spadl kámen ze srdce. PROČ? - Protože se ukázalo, že soutěž je životaschopná A bude o ni zájem. PROČ JSEM MĚL OBAVY? - Ačkoliv jsem si celé zařízení pro měření výkonu motorků už vyrobil před rokem, stále výsledky měření nebyly dobré. A teprve po mnoha konzultacích s firmou Vernier, která mi nejprve věnovala otáčkoměr, siloměr, vytvořila speciální program se zadáním průměru setrvačníku a nakonec program upravovala a pomáhala mi s mojí počítačovou čtvrtgramotností, došlo k tomu, že můžeme sledovat výkony motorků v čase a přemýšlet, proč jsou tak nízké.

Na úvod krátký popis zažízení včetně teorie:

Výkon = kroutící moment x úhlová rychlost
= třecí síla x poloměr x 2pí x otáčky. (N x m / s = W)
= např. 0.4 x 0.046 x 2 x 3.14 x 6 = 0.47 W - To byly hodnoty běžně měřené

Sílu měřī citlivý tenzometrický siloměr připevněný ke špalíku klasické špalíkové brzdičky přitlačovaného soutěžícîm k obvodu setrvačníku. Špalík je posuvný na ložiskách a siloměr snímá i setiny Newtonu.
Otáčky snímá optická závora (brána), stejně jako u Stirlingů. Ale paprsek je přerušován kolíčkem na ojnici.
Průměr se zadá před začátkem měření
(V programu je zabudováno i pí = 3,14 a 1/2 pro otáčkoměr)
Kvůli vibracím je programově křivka vyhlazena, aby nebyl graf roztřesený.

Pravidla soutěže:
- Ta předem naznačená se praxí upřesňují.
Tlak v papiňáku před spuštěním motoru je asi 1,5 baru a během chvíle klesne na asi 0,6 - 0,2baru.
Ten rozptyl ukázala praxe soutěže, záleží na velikosti odběru kažkdým motorem. Pro objektivitu měření je důležité, aby byl tlak ustálený. Teoreticky by potom mělo být jedno, jestli motor pracuje s nízkým tlakem a vyšším odebíraným objemem, protože
Výkon = tlak x objem/čas. (N/m2 x m3/s = W)

Jenže z měření všech motorků bylo zřejmé, že vyšší tlaky jsou výhodnější. Jednak proto, že u motoru s velkým průtokem páry elektrický vařič nestačí páru vyrábět, při vyšším tlaku je zřejmě i vyšší účinnost objemová (tepelná musí být nutně o něco nižší) a pro pístové stroje se pozitivně promítne i expanze páry během zdvihu.
Přesnější zákonitosti jistě vysledujeme v dalších ročnicích soutěže.

A nyní to pravidlo pro měření: Po ustálení tlaku se začne snímat křivka výkonu po dobu asi třech minut (dobu ještě doladíme). Soutěžící může během této doby špalík libovolně přitlačovat (Menší otáčky a větší třecí síla) nebo naopak povolovat. Najde tak svůj optimální režim chodu.
Po skončení dané doby se po kliknutí objeví průměrná hodnota výkonu, - kriterium pro hodnocení.

Proč to není maximální výkon, když jeho průběh sledujeme?
Výkon je práce za čas, neboli energie v rotujícím setrvačníku za čas zabrždění. A tak si představme motor s velkým setrvačníkem, jejž soutěžící nechá pozvolna roztočit na vysoké otáčky a potom jej rychle zabrzdí brzdičkou a získá špičkový nárůst výkonu. To však není to, co chceme podporovat. Naopak, průměrný výkon pro danou dobu je kritérium více říkající o motoru a je zcela jednoznačné.


A nyní k vlastní soutěži.
Na soutěži se sešli 4 parní motory (oproti osmi přihlášeným). Jejich fotografie budou v galerii.
1) Tým žáků z SPŠ Uničov s membránovým motorem a se skvělým vylepšením, o němž bude řeč.
2) Student Václav Koudelka z SPŠ Rakovník s membránovým motorem s průmérem membrány skoro 100 mm
3) Tomáš Bažant - ano, nemýlíte se - absolutní vítěz stirlingové soutěže z loňského roku, nyní student ČVUT s nádherným dvojčinným pístovým dvouválcem (sklo a mosaz) perfektné provedeným.
4) Pan Šolc se svým prověřeným dvoučinným jednoválcem s odlévaným pístem v duralové trubce.

Výsledky tohoto prvního, zabíhajícího ročníku nové parní soutěže jsou zajímavé a pro první zkušenost velice cenné:

VÝKON
Ze studentských motorů měl největší výkon jasně
Vašek Koudelka z SPŠ Rakovník P = 0,51W

Pístový motor pana Šolce (dvojčinný jednoválec) jsme ještě dlouho do večera proměřovali v různých režimech a jeho výkon byl srovnatelný s Václavovým, přestože pan Šolc s ním doma, jak říká, rozsvítil žárovičku 10W, ovšem
při napájení motoru dvěma tlakovými hrnci na indukčních vařičích 2kW. K popisu jeho motoru se ještě vrátíme.


TECHNICKÉ VYLEPŠENÍ
Zde je potřeba ocenit nejvíce přínos týmu studentů z Uničova, kteří přišli s tím, jak za chodu motoru optimálně nastavit "předstih" vstřiku páry do válce naklápěním statoru rotačního šoupátka.

Největší překvapení ovšem způsobil všem přítomným motor Tomáše Bažanta - se svým nádherným dvojčinným dvojválcem, který jednoznačně zvítězil v nevyhlášené disciplíně DESIGN

Všem soutěžícím, z nichž každý byl v něčem originální a jediněčný, upřímně blahopřejeme.

Vašek Koudelka - SPŠ Rakovník

Propracovaný Motor Tomáše Bažanta


Motor uničovského týmu prváků

Detail nastavování rotačního šoupátka

Poznámka k tech. vylepšení uničováků:
Odkrytí rotačního šoupátka je potřeba nastavit s určitým předstihem tak, aby pára dorazila k membráně nejlépe přesně v krajní úvrati, aby se co nejlépe využilo pracovního zdvihu. Tak asi teoreticky. To se dá provádět postupným nastavováním kliky na hřídelce, ale znamená to vždy zastavit motor, povolit spoj, přestavit, utáhnout, spustit a porovnávat výkon.
To je náročné a zdlouhavé. Kliku je možno nastavit přibližně a potom za provozu pootáčet statorem šoupátka, najít optimum a zafixovat. Řešení pomocí dírek a dvojic šroubů umožňuje téměř spojité nastavení, přitom je jednoduché na výrobu. Ještě jednou - blahopřeji chytré hlavičce, která to vymyslela a rukám, které to vyrobily.


VIDEO - Pan Šolc si nejenom staví parní motory, ale píše k nim svůj blog. Při naší soutěži natočil chod všech motorů a vy si můžete tak všechny prohlédnout v chodu a k tomu shlédnout a přečíst spoustu zajímavostí na
www.parnistroj.blogspot.cz





DRUHÉ KOLO 9. ročníku

17. května 2015 v 17:45 | Jiřī Toman



Milí přátelé
Devátý ročník je za námi. Zbývá jen zapsat, co se odehrálo, zaradovat se z úrody motorů a případně vzít si něco pro poučení pro příští, jubilejní ročník.

Zápisová tabule nám říká nejen výsledky v otáčkách, ale též novinky ve složení soutěžících škol:
a tak vítám moraváky z SPŠ/SOU Uničov, jejichž pan ředitel přijel osobně a kteří se zřejmě drápkem zachytili v obou soutěžích. Dále je potéšitelný rúst účastníků z řad gymnazistů a hlavně jejich úspěšnost v soutěži.




OTÁČKY
Hlavní soutěžní disciplína je jasná, zvítězil gymnazista
Honza PULDA z Malostranského gymnázia se svým motorem se skleněnou komorou (kvůli zabránění přestupu tepla) a chladičem na suchý led. Na motoru spolupracoval s Filipem BOUČKEM. Jejich vítězný start můžete sledovat zde :

https://www.youtube.com/watch?v=eJa3_tnVzpE

A všimněte se jedné věci - nejen že používá Helium, ale pomocí balonku jej tam vtlačuje pod tlakem a na záznamu vidíme, jak otáčky narůstají úměrně se snahou balónek zmáčknout. Profesionální motory též používají pracovní plyn pod tlakem.
vzešlé otáčky 1127 za minutu jsou tak druhé nejvyšší v historii soutěže😀

Druhý byl Martin GAISL z Betlémské - 921 ot/min - s použitím Helia

Třetí byla dvojice Martin VOLTR a Šimon SVOBODA z SPŠ Hradec Králové 889 ot/min s balzovým přehaněčem (natřeným ochranným nátěrem do 800*C)


TECHNICKÉ VYLEPŠENÍ
Neméně důležitá disciplína a svým způsobem NEJDŮLEŽITĚJŠÍ !! - kde se většina účastníků snaží vyrobit nějaký nový prvek a já s Ing. Milnerem se snažíme ocenit toto vylepšení, byť by přímo nevedlo k vyšším otáčkám.

Letos zvítězila dvojice Dominik HOLÝ a Martin HERMANN z SPŠ Dečín zejména za:
- přehaněč = regenerátor vyrobený z drátěnky, ojnice vytištěné na 3D tiskárně, zaoblení hran u přepouštěcího otvoru mezi komorou a pracovním válcem - nic z toho tu dosud nebylo!

Na druhém místě jsme ocenili dvojici Jirka ŠKABRAHA, Kryštof KOBLAS z Uničova za komínek usměrňující tok spalin k teplosměnné ploše motoru, který odvádí spaliny stranou od chladiče. Na prváka výborný nápad.

Na třetím místě je Jirka LOMSKÝ z SPŠST Panská zejména za součást z 3D tiskárny, úpravou pro maximální zdvih přehaněče a upravený balzový přehaněč. Pro zajímavost: pro Jirku byl jeho motorek zároveň maturitní prací.

A zde vidíme, že loňský přínos do soutěže se uplatňuje dál, součásti z 3D tisku se asi stanou běžné a soutěž obohatí zejména o studenty gymnázií, kteří nemají přístup k soustruhům a frézkám.


DESIGN
Zde odborná komise NTM vybrala na první místo trojici prváků z Betlémské
Tomáš ONDRÁK, Tonda KANAVAL a Slávek SAZANOV, kteří byli na školním kurzu. S motorkem si pěkně pohráli - na úvodním snímku vidíme čistou estetickou a účelovou konstrukci.

Důležitá poznámka - bránil bych se udělit první místo za design motorku krásnému, ale nefunkčnímu. Motorek našich prváků jsem viděl několikrát běžet, naposledy těsně před soutěží. Ale stane se a sami soutěžící chápou, jak to je, když najednou motorek nejede. A to zejména, když motorek připravuje na startovní plamen někdo jiný. (Všechny motorky prváků z Betlémské chodily, snad se příští rok podaří takový termín soutěže, aby všichni mohli přijít.

Na druhém místě je Honza PULDA s Filipem Boučkem z gymnázia Malostranská, jejichž motorek oslovil komisi svým povchem pokrytým "jinovatkou"
od suchého ledu, když ukončil svůj rozběh. Motor vyhlížel vskutku impozantně.

Třetí místo pak obsadil Radek JONEŠ z SPŠ Hradec Králové, s čistou přījemnou konstrukcí - speciální lak na komoře a setrvačníkem vyrobeným z vrstveného plastu s gravírovaným názvem školy.
(Výborný nápad!)


POHON - nepovinná disciplína
První místo získala dvojice Martin VOLTR, Šimon SVOBODA
Vyrobili pěkný, šikovně umístěný generátorek. K jeho použití mi doufám ještě něco napíší a ZDE to tude uvedeno.

Další místa nebyla udělena.


Pracovní úsilí při soutěži bylo fascinující - prostě tyhle lidi se nenudí, pohleďte:

http://www.youtube.com/watch?v=ACgHIKA7etU

Ale profi video od Davida - absolventa Betlémské teprve přijde


A na závěr úroda motorů:

.
Přeji všem soutěžícím klidný konec školního roku a budu se těšit na příští rok na nové, či vylepšené Stirlingovy supermotory.

Jiří Toman