Печь для бани паровоз своими руками чертежи: Печь для бани паровоз своими руками

Печь паровоз для бани: устройство, эксплуатация и характеристики

Знатоки банного дела, через одного утверждают, что правильное название печи такого типа — «паравоз», что означает целый воз пара, тонко намекая таким образом, на неимоверную производительность такой печи. Другие знатоки, и так же через одного доказывают, что название, но уже «паровоз» прикрепилось из-за разительного внешнего сходства такой печи с классическим паровозом, времен первых пятилеток и освоения Магнитки. Кто из них прав судить тяжело, да и не чему. Лучше обратить внимание на саму печь паровоз, на ее конструкцию и особенности эксплуатации. Экземпляр, действительно достойный.

Оглавление

• 1 Устройство печи типа паровоз
• 2 Эксплуатационные характеристики
• 3 Заключение

Устройство печи типа паровоз

При беглом взгляде печь такого типа действительно напоминает утеху машиниста. И, в первую очередь из-за круглого сечения своего профиля, вытянутого в длину, вертикальной дымоходной трубы и целого ряда отвершков поменьше — паровых пушек. Итак, из основных элементов конструкции отмечаем:

• Топка, она же камера сгорания топлива. Ориентированная горизонтально цилиндрическая труба, до 1000 мм длиной, выполненная их низколегированной конструкционной стали, толщиной основного тела 10 мм. Топка опирается на опоры, которые могут быть выполнены в различном функциональном решении;
• Топливный тоннель. Примыкает к топке с передней плоскости и выполняется длиной, равной толщине стены перегородки, отделяющей парное отделение от комнаты в которую выведена непосредственно топочная дверца;
• Топочная дверка выполняется из чугуна. Исходя их эстетических соображений, передняя плоскость убирается прочным жаростойким стеклом;
• Ниже нее располагается дверка зольного ящика, которая также выполняется из чугунного литья и в своей плоскости имеет набор прорезей, для прохода воздуха, сечение которых регулируется задвижкой;
• Зольный ящик изготавливается на всю длину конструкции, в нижней ее части и служит для сбора топливной золы;
• Существенным конструктивным узлом является дымооборотный контур, который снабжается технологическим люком для прочистки, оснащенный дверцей со щелями регулируемого сечения;
• Дымооборот опирается на массивную металлическую трубу, поставленную вертикально на ребро — опору трубы;
• К топке вертикально, под углом 75 — 80 градусов устанавливается решетчатая конструкция, удерживающая каменную закладку;
• Завершающим элементом выступает трубный набор, включающий дымоход и паровые пушки.

Общий вес такой металлической конструкции может достигать 280 — 320 кг, и это без учета каменной засыпи, объем которой может быть 400 литров.

Массивность печи имеет свои несомненные плюсы:

1. Из-за высокой теплоемкости и теплоотдачи конструкции происходит интенсивный нагрев каменной засыпки, порой достигая значений 300 градусов Цельсия.
2. Отсюда вытекает и качество пара, который должен быть легким, полупрозрачным.
3. Из-за особой конвекционной конструкции топки, печь для своих размеров довольно экономична, быстро разогревается, генерация первого пара возможна в течении 25 минут от начала растопки, а на номинальный рабочий режим печь выходит в течении 50 — 70 мин. Естественно при использовании качественного кондиционного топлива.
4. Печь такой конструкции и объема практически невозможно захлебнуть, даже при чрезмерной заливке она быстро выходит в номинальный режим, а жесткий тяжелый пар быстро оседает и вытесняется качественно сгенерированным легким паром, так ценимым истинными знатоками и любителями традиционной русской бани.
5. Печь для бани паровоз очень инерционна, в плане прикладной теплотехники, что, собственно, и определяет ее высокую топливную экономичность.

Внимание! Обязательным условием для нормальной эксплуатации такой конструкции, как банная печь паровоз, считается создание каменной отсечки по периметру печи. В первых, она повышает ее инерционные качества, во вторых становится эффективной преградой на пути интенсивного инфракрасного излучения, которое, из-за большой массы металла в условиях небольшой парной, делает пребывание в ней некомфортным. И последнее. Такое ограждение оберегает пользователей парной от ожогов в случае случайного контакта с раскаленным металлом. Ограждение выполняется из полнотелого печного кирпича, кладкой » в половинку».

Эксплуатационные характеристики

Прежде всего, необходимо отметить, что банная печь паровоз, очень долговечна. В зависимости от качества и толщины стали, использованной для ее изготовления ее ресурс может составлять от 7 до 15 лет и более, а это не много ни мало, порядка 1200 банных циклов.

Приведем усредненные типовые показатели для печи такого типа в виде таблицы:

Название параметра	Числовой показатель
Габариты печи в облицовке, в мм
Длина	1250
Ширина	1000
Высота	1300
Вес печной системы, в кг
Непосредственно печи	230
Облицовки	1350
Каменной закладки	270
Дымоход типа сэндвич, диаметр первичный/вторичный, в мм	160/140
Диаметр патрубка под дымоход, в мм	140

Чертежи печи «Паровоз»

Классическая печь этого типа имеет два полных законченных горизонтальных оборота. Лицевая дверка дымооборотного контура дает возможность не только проведение ревизии и профилактики, но и возможность дополнительной регулировки притока воздуха, что инициирует перевод печи в «спящий» тлеющий режим работы топки и качественному снижению температуры исходящих топочных газов.

Конвекция у печи относительно небольшая, что обусловлено круглой формой ее топочного отделения и массивной закладкой камня в каменке. При этом верхний слой камней нагревается достаточно умеренно, что позволяет лить на «крышку» растворы эфирных масел без боязни их температурной деструкции.

Эксплуатационной особенностью печи выступает возможность снятия «быстрого пара», то есть пока камни не набрали достаточной для парогенерации температуры вода испаряется со стального тела печи. При этом такую печь невозможно захлебнуть даже чрезмерным количеством воды, неиспарившаяся вода просто стекает с округлых боков.

Важно! Печь этого типа, одна из немногих, стальных печей, отвечающих требованиям пожарной безопасности в порядке действия нормативного документа МЧС СП 7 13131, предусматривающего возможность впускания в стальные дымоходы топочных газов с температурой не выше 400 градусов Цельсия.

Ввиду высокой инерционности печи она отлично просушивает парилку после окончания принятия процедур, избавляя ее от излишней влажности.

Словечко от Бывалого! У печей такого типа самое слабое место в своде топки, в месте его перехода в верхнюю часть, поскольку именно здесь происходит истечение топочных газов с пиковой температурой. Поскольку печь очень ремонтопригодна последствия прогара устраняются наложением ремонтной заплатки, толщиной не менее толщины тела свода.

Заключение

Подводя итоги, хочется отметить следующее. Печь паровоз для бани, в ряде случаев является очень выгодным решением, особенно в свете коммерческой эксплуатации бани, как таковой. Самым существенным недостатком следует считать сложность изготовления топки и дымооборотного контура при самостоятельном кустарном процессе. Кроме этого необходимо отметить, что из-за большой массы печной системы, в условиях редкого использования в зимний период при низких температурах окружающего воздуха полный прогрев печи и, самое главное, каменного экрана периметра вокруг нее может занимать 180 мин и, иногда, более. В остальном, данная печь определяет очень рациональный выбор между ценой и предоставляемыми эксплуатационными качествами. Если вы давно мечтали о приобретении собственного паровоза, то не откладывайте мечту в долгий ящик.

Печь из трубы для бани своими руками: чертежи, [24 фото]

Часто для обогрева парной и других банных помещений устанавливают металлическую печь. Конструкция компактна, но быстро прогревает комнаты. Купить хороший заводской агрегат может не каждый хозяин, поэтому многие владельцы с минимальными навыками работы болгаркой и сварочным аппаратом научились собирать такую печку самостоятельно.

Хорошей надежностью и длительным сроком службы отличается печь из трубы большого диаметра. Как сделать ее в домашних условиях, разберем в нашей статье.

Содержание статьи

• 1 Виды трубных печей
  • 1.1 Горизонтальная
  • 1.2 Вертикальная
• 2 Какой металл подойдет
• 3 Подходящие размеры труб
  • 3.1 530 мм
  • 3. 2 640 мм
  • 3.3 426 мм
• 4 Читаем маркировку труб правильно
• 5 Выбор оптимального размера печи
• 6 Схемы и чертежи самодельных печей
• 7 Печка из трубы своими руками: пошаговая инструкция
  • 7.1 Необходимые материалы и инструменты
  • 7.2 Сборка и сварка
    • 7.2.1 Печи вертикального типа
    • 7.2.2 Печи горизонтального типа
  • 7.3 Колосник
  • 7.4 Варианты отделки
  • 7.5 Монтаж фундамента
  • 7.6 Установка печи
  • 7.7 Обустройство дымохода

Виды трубных печей

По устройству, форме топки они бывают горизонтальными и вертикальными. Отличия, преимущества, применение каждого из типов опишем подробнее.

Горизонтальная

Это банная печь продолговатой формы с углубленной топкой, которая идет горизонтально, что позволяет сразу загружать большой объем дров и быстро прогревать парилку. А при условии выноса части топки в предбанник, еще и эту комнату. Ее удобно использовать в комплекте с подвесным баком для воды. Большая длины топки греет одновременно и большее количество камней, за счет чего в парной улучшается конвекция теплого воздуха.

Горизонтальная печка отлично подойдет для просторных бань. Для удобства чистки, растопки, загрузки топлива, топку рекомендуется выносить в предбанник.

Готовая конструкция отличается сложным процессом сборки, но получается прочной, с высокими показателями теплоотдачи.

Основное преимущество горизонтального типа ‒ равномерный прогрев всех уголков помещения, чем вертикальная печка похвастаться не может.

Вертикальная

Этот вид ‒ экономичный вариант для небольшой бани. По виду очень схожа со стандартной буржуйкой. Такую печку ставят не только в баню, но и в гараж, летнюю кухню. Она не занимает много места. Загрузка дров выполняется вертикально. Вся конструкция печи располагается в парилке, что вызывает неудобства при растопке и чистке зольника.

Диаметр вертикальной печи равен диаметру используемой для ее изготовления трубы. Сразу под каменкой идут колосники, сверху каменки ‒ площадка под закладку камней, возможно присоединение бака для нагрева воды. Такая самоделку изготовить гораздо проще, чем горизонтальную, и займет это меньше времени.

Минус вертикального типа ‒ хороший прогрев стен помещения, а вот пол и воздух вверху парной прогреваются плохо.

Но этот недостаток не касается оригинальной «ракетной печи». Конструкция с боевой ракетой не имеет ничего общего, кроме внешнего вида. Отличается высоким КПД, экономичным расходом дров и хорошей теплоотдачей. Бывает с открытой и закрытой топкой. Для бани предпочтительнее второй вариант.

В «ракете» в горизонтальный отсек загружаются дрова, в вертикальной части поджигаются. Подойдет она только для небольшой сезонной баньки.

Какой металл подойдет

При подборе и осмотре металлических труб для будущей печи важно обращать внимание на такие детали:

• прочность металлической заготовки;
• толщину трубы;
• отсутствие дефектов, сильной коррозии металла.

Чтобы устранить дефекты, нужно в проблемных местах наварить заплатки подходящего размера с небольшим запасом.

Что касается состава металла, то не рекомендуется брать легированную или сталь с высоким содержанием углерода. Допустимое содержание углерода в стали не должно превышать 2%.

Определить, высокоуглеродистый металл или нет, можно по виду искр при шлифовке наждачной бумагой или насадкой на болгарке, дрели. Про высокое содержание углерода говорят белые искры звездочками, которые сыпятся в разные стороны. На низкое содержание углерода указывают желтые искры, которые падают прямолинейно. Легированная сталь ‒ это оранжевые, ярко-красные искры.

Изготавливать печь можно как из круглой трубы для бани, так и из листового металла. Если в первом случае форма будет приближенной к цилиндрической, то во втором печной агрегат получится прямоугольным.

Выбирая в качестве заготовки круглую трубу, владельцы бань получают ряд преимуществ:

1. С трубой проще работать. По сути в распоряжении готовый топливник, который не нужно кроить.
2. Экономный расход материала позволяет сократить денежные траты.
3. В круглой печи процесс тепло и воздухообмена в разы эффективнее.
4. Срок службы круглой печки получается большим, чем прямоугольной из листового металла.

Помимо подбора материала важно разработать чертеж, схему будущего изделия, указать расположение, способ крепления всех конструктивных элементов. Это упростит процесс сборки агрегата.

Подходящие размеры труб

Стальная труба как основное сырье для печи ‒ это целый ряд плюсов. Среди них:

• устойчивость к повреждениям;
• хороший уровень теплоотдачи;
• быстрый нагрев помещения;
• минимальное расширение при нагреве;
• использование любого типа топлива;
• минимальное количество сварных швов.

Недостатки металлической печи ‒ такое же быстрое остывание помещения, как и нагрев, неравномерное распределение тепла в помещении. Для их устранения печь часто обкладывают кирпичом.

530 мм

Для парной стандартных размеров хорошо подойдет труба размером 530 миллиметров. Изготовленная из нее печь получится достаточно мощной, дрова будут гореть долго, обеспечивая хорошую производительность. Бывает в горизонтальном, вертикальном исполнении.

640 мм

Хороший вариант материала для большой парилки в банном комплексе. Габаритная топка позволяет сразу размещать много дров, увеличивая перерыв между загрузками до 8 часов.

426 мм

Этого диаметра хватит для небольшой парилки в сезонной постройке, где в одном помещении прием банных процедур совмещен с мытьем или обливанием холодной водой.

Важно отметить, что литые трубы без швов ‒ отличный вариант для мелких деталей печи, их диаметр не превышает 250 мм. Для изготовления основной части печи лучше брать куски спиральных труб ‒ они надежные, а стоить будут как лом металла. Если такие не найдутся, стоит взять прямошовные.

Читаем маркировку труб правильно

Делать выбор в пользу определенного типа труб нужно с учетом толщины стали, диаметра. Когда, к примеру, на маркировке указано «500*7», то 500 ‒ это диаметр в миллиметрах, 7 ‒ толщина стенок в миллиметрах.

Для банных печей допустимо использовать толщину металла от 7 до 13 мм.

Выбор оптимального размера печи

Первый шаг ‒ рассчитать объем отапливаемого помещения. Поэтому измеряем ширину, длину, высоту парной и перемножаем между собой. Результат нужно поделить на два. Полученная цифра ‒ приблизительное количество киловатт, которое потребуется на обогрев помещения. Но нужно учитывать, что сверху еще будут лежать камни, которые придется нагреть, воду, чтобы мыться. То есть количество киловатт умножаем еще 3. Полученная цифра подойдет для утепленной парной, в которой душевая находится отдельно. Для неутепленной бани это значение умножается еще на 1,5.

Чтобы понять, какой понадобится объем топки, конечную мощность делят на 0,5‒0,6. Результат получают в литрах. Для вычисления линейных размеров объем топки возводят в кубический корень.

В размерах банной печки важно придерживаться следующих пропорций:

1. Объем топки к сечению дымоходной трубы должен находиться в соотношении 1 к 10.
2. Габариты топки к площади помещения ‒ 1:50, 1:70.
3. Глубина топки к общим размерам печи ‒ 1:2, 2:3.

Самыми популярными размерами печей считаются следующие:

1. Размер топочной части 55*55 см. Высота печи 90‒143 см. Средняя мощность 16 кВт. Может помещать от 60 до 150 кг лежачих камней. Хватит для обогрева помещения до 22 куб. м в объеме.
2. Габариты топки 63*63 см. Высота печки от 98 до 158 см. Получится выполнить загрузку камней на 70‒170 кг. Чтобы нагреть за час парную, хватит объема 35 куб. м. Средняя мощность 28 кВт.
3. Большая топка 73*73 см имеет вместительность до 250 кг камней. Как правило, при полной загрузке такой печи хватит жара минимум на 6 часов в помещении объемом до 50 куб. м.

Если с определением габаритов печи возникают трудности, то лучше взять консультацию у опытного печника или найти проекты печей из труб подходящих размеров в интернете.

Схемы и чертежи самодельных печей

Правильно составленный чертеж ‒ это сокращение времени монтажа, минимизация ошибок. На бумаге важно изобразить не просто подробную конструкцию печки с разных ракурсов, но и способ крепления деталей, размеры каждого элемента.

На фото выше наглядный пример горизонтальной печки. Схема топки с выносным водяным баком изображены отдельно. Под готовое изделие предусматривается фундамент. Нужно сделать отступ от стены 20 см.

Здесь схематично показана работа горизонтальной печи, ход огня и дымовых газов. Водяной бак подключен и закреплен к верху стены.

Вот чертеж печки из трубы с разных ракурсов с выведенной дымоходной трубой. В части потолка, стены, где дымоход будет выходить на улицу нужно провести утолщение в 12 см. Выступ трубы над крышей ‒ минимум 50 см.

Вот печка с горизонтальной загрузкой топлива. Общая высота ‒ 800 мм, длина ‒ 900 мм, ширина ‒ 600 мм. Для устойчивого положения снизу приварены металлические ножки. Камни укладываются сверху на решетке. К такой конструкции допустимо подключать теплообменник.

Вот схематичный принцип работы вертикальной печки из металлической трубы с присоединенным баком масла (отработки). Довольно сложный вариант для изготовления в домашних условиях. Без опыта браться за его сборку не стоит.

Вариант банного котла с горизонтальной загрузкой дров. Стрелками показано направление движения горячих газов. Для повышения теплоотдачи мастера рекомендуют обкладывать агрегат кирпичом. В этом случае прогрев помещения выйдет более равномерным.

Трубная печка из толстой стали. На схеме отмечены общие размеры прибора, отдельно вынесены ключевые элементы и принцип их соединения.

Печка из трубы своими руками: пошаговая инструкция

Ниже разберем поэтапно, как самому сделать печь дома, как сваривать между собой отдельные ее детали, как установить и отделать ее.

Необходимые материалы и инструменты

В процессе работы понадобится следующий набор:

1. Для топки, водяного резервуара ‒ кусок трубы 500‒550 мм в диаметре, толщиной 8‒15 мм, длиной 1,5 м.
2. Для каменки ‒ кусок трубы толщиной до 8 мм, диаметром 310‒340 мм.
3. Для дымохода ‒ кусок трубы толщиной 2‒5 мм, диаметром 150 мм.
4. Кусок листовой стали толщиной до 12 мм.
5. Колосник заводской или прутья арматуры, чтобы сварить самостоятельно.
6. Дверцы для топки, зольника, петли.
7. Дуговой сварочный аппарат с электродами или полуавтомат.
8. Болгарка с кругами по металлу, шлифовальными насадками.
9. Электрическая дрель, другие слесарные инструменты.

После подготовки инструментов можно приступать к основной части работы.

Сборка и сварка

Вертикальные, горизонтальные печи имеют различия при соединении деталей. Поэтому разберем создание каждого типа по отдельности.

Печи вертикального типа

Для небольшой печки хватит куски трубы длиной в 1,5 м.

Порядок действий следующий:

1. Обустраиваем фундамент под печь. Он должен быть больше размеров печи с каждой стороны хотя бы на 20‒30 см. Обязательно усиление арматурой. Рекомендуемая высота фундамента над полом 20 см (можно больше). Сверху укладываем кирпичи.
2. Берем кусок трубы длиной 1 м. Внизу аккуратно болгаркой вырезаем отверстие 50*200 мм. Низ должен быть полностью ровным. Эта часть послужит поддувалом, зольником.
3. Теперь нужно усилить дно топки, что будет над дверцей поддувала. Из листа металла режем круг толщиной минимум 12 мм. По центру будет колосник.
4. От дна печи делаем отступ 50 мм. Режем проем под топку. Средние размеры дверки – 250*300 мм. Проще купить готовую и приварить петли.
5. Сверху топки привариваем по углам кусок металла прямоугольной формы. Получится своеобразный отсекатель. Горячий воздух, который будет проходить между стенками трубы и отсекателя, лучше прогревает стенки печки.
6. Сверху топки размещаем каменку. Низом будет решетка из прутьев. Толщина прутьев ‒ от 12 до 16 мм. Делаем отступ до 1 м и сваркой крепим каменку к топке. Дверцу к ней также можно купить готовой.
7. Верх каменки закрываем железным баком для воды. Его можно сварить из куска металла, который остался. Хватит длины 1,5 м. Оставляем отверстие под трубу, делаем крышку, крепим кран.

Мастера рекомендуют не браться за сварочный аппарат, болгарку, не имея навыков работы с ними.

Печи горизонтального типа

Фото: банная печь в виде паровоза

Для сборки горизонтальной печки берется кусок трубы длиной 0,8 м. Важно учесть, что в такой конструкции водяной бак в трубу не монтируется. Топку удобно сделать выносной.

В остальном порядок работ следующий:

1. Заливаем фундамент под будущую печь.
2. Из листа металла толщиной 1‒1,2 м вырезаем прямоугольник 40*80 см. По центру привариваем колосник.
3. Полученную заготовку привариваем к будущей печи. Швы от сварки на колоснике должны быть сверху, тогда на них будет меньше приходиться нагрузки.
4. Переднюю стенку печки делаем шириной 60 см, высотой 70 см прямоугольной формы.
5. Спереди болгаркой вырезаем проемы под топку, зольник. Фиксируем на петлях дверцы.
6. Задняя стенка 70*90 см вырезается болгаркой также в форме прямоугольника.
7. Вверху корпуса печки в задней части вырезаем проем 150*150 мм. Из кусков металла формируем свод. Вырезаем место для приваривания трубы.
8. Сваркой ввариваем трубу. Свод послужит дном каменки. Впереди проделываем стенку.

Все швы зачищаем. Водяной бак допустимо прикрепить к задней части печи.

Колосник

Колосник ‒ это решетка, что выставляется внутри печи, чтобы была хорошая тяга при горении топлива. Его можно купить готовым нужных размеров или сделать самому.

Для самостоятельной сборки:

1. Из куска металла вырезаем заготовку по размерам трубы.
2. В этой пластине отрезаем центр. Важно, чтобы по краям остались места под сварку.
3. Привариваем по горизонтали, вертикали металлические прутки.

Швы зачищаем. Колосниковая решетка готова.

Варианты отделки

Для придания металлической печи аккуратного вида необходимо провести наружную отделку. Один из вариантов ‒ воронение металла. Поверхность покрывают специальным химическим составом. Печь приобретает красивый блеск и надежную защиту от коррозии.

Статья по теме: «Как правильно обложить железную печь кирпичом в бане»

Чтобы увеличить теплоотдачу печи и сделать ее красивее, часто печь обкладывают кирпичом.

Кирпичная облицовка бывает трех видов:

1. Сплошная. Основное назначение ‒ быстрая теплоотдача. Стенки печки вокруг обкладываются кирпичом.
2. Экран. Формируется как стенка из кирпича, перегородка. Тепловой экран увеличивает теплоотдачу, повышает безопасность, комфорт отдыха людей, сидящих рядом с печкой.
3. Конвектор с продухами. Отличный вариант для любой по площади парной. В кирпичной перегородке оставляют отверстия, в которые встраиваются дверцы. Для улучшения воздухообмена их открывают.

Допустимо проводить и окрашивание печи. В продаже есть специальные термостойкие составы. Брать лучше темные оттенки, которые придают поверхности шероховатости, тогда тепло будет распространяться по помещению с максимальной отдачей. От алюминиевых красок лучше отказаться.

Пользователи часто ищут:

• Печка из кирпича для бани своими руками
• Как оштукатурить печь

Монтаж фундамента

В зависимости от габаритов печи нагрузка на фундамент будет разной. Правильно определить, собрать подходящий тип фундамента под печку поможет статья (перейдите по ссылке).

Установка печи

При установке печи важно строго соблюдать требования пожарной безопасности.

В деревянной бане расстояние от стен до корпуса печи должно быть минимум 1 м. Перед дверью топки пол на дистанции 1,5 м должен быть защищен огнеупорным материалом, листом железа. Ставить печь лучше на бетонный пол или невысокий (от 20 см) фундамент из кирпича.

Обустройство дымохода

Все нюансы монтажа дымоходной трубы разных видов (металл, кирпич, керамика, сэндвич-панели).

Собрать печь-самоделку умелыми руками не составит труда. Если придерживаться основных правил техники безопасности, можно сделать надежную конструкцию, которая обогреет банные помещения, сделает отдых комфортным, атмосферу уютнее.

The Union Pacific Type — Сборка паровоза из LEGO

Это будет первая статья в серии статей о моем процессе сборки паровоза из LEGO. В этой серии я намерен осветить множество тем, включая исследования, использование нестандартных элементов, электрические устройства вторичного рынка и строительные технологии. Хотя я сосредоточусь на конкретном проекте локомотива, над которым сейчас работаю, эта серия не будет включать в себя полный набор пошаговых инструкций для этого локомотива. Я намерен поделиться некоторым опытом и методами, которые, я надеюсь, люди смогут применить к любому проекту паровоза и, возможно, к другим типам моделей LEGO. В любом случае, мои проекты обычно довольно хрупкие и не поддаются повторному распространению с помощью инструкций. Вместо этого я изложу свой подход к созданию паровоза и почему я считаю его эффективным. Я надеюсь, что это поможет людям, которые борются с тем, что я считаю особенно сложным типом модели для построения, или, по крайней мере, заинтересует читателей этого сайта.

Часть I: «Прежде чем прикоснуться к кирпичику» — исследование проекта локомотива LEGO

Первый шаг в сборке паровоза LEGO — решить, какой локомотив вы хотите построить. Именно этот проект, в большей степени, чем любой другой, который я создавал ранее, показал мне, насколько сложным может быть этот процесс. Если вы похожи на меня, у вас гораздо больше недоработанных идей сборки, чем вы, вероятно, когда-либо соберетесь. Зная это, я стараюсь делать все возможное с каждым из них и тщательно их выбираю. Для этой серии я выбрал 9 самолетов Union Pacific.000, или Union Pacific Type, локомотив.

UP 9000 на выставке в Калифорнии. Фото Мэтью Дж. Брауна.

Я хотел смоделировать 9000, потому что уже делал это раньше. На самом деле, это была одна из моих первых попыток создать поезд MOC, завершенный, кажется, в 2008 году:

. Мой оригинальный UP 9000, по крайней мере, выглядел как часть, но работал ужасно. Пришло время сделать лучше!

Из всех двигателей, которые я построил, он был самым худшим из всех. Его уникальная колесная формула 4-12-2 создала столь же уникальный набор проблем, с которыми я не смог справиться. Некоторое время он стоял на статическом дисплее в ранних макетах поездов PennLUG, но мне нужно, чтобы мои двигатели работали, и, если они не работают, я в конечном итоге разбираю их. Прошло много лет с тех пор, как они были вместе.

Я почувствовал, что пришло время снова взяться за этот проект, потому что я думаю, что на этот раз я действительно могу это сделать. Осуществимость, безусловно, является одним из важных соображений при выборе того, что вы хотите построить. По общему признанию, паровоз 4-12-2 раздвигает границы возможного, но я бы не стал пробовать его сейчас, если бы не чувствовал, что у меня получится. Итак, при выборе прототипа для моделирования определенно стоит спросить себя, можно ли это сделать с помощью доступных инструментов, в данном случае кубиков LEGO. Пока я провожу свое исследование, я обычно не работаю с кирпичиками, но я много думаю о том, как я попытаюсь построить различные функции моего прототипа. Также стоит спросить, готовы ли вы, строитель, принять вызов. Когда я только начинал, я не был готов принять вызов, и, возможно, было бы лучше выбрать что-то более простое для сборки. Только потому, что с тех пор я построил несколько успешных паровозов, я предпринимаю еще одну попытку 9000.

Пару лет назад я перестроил еще один из моих ранних проектов локомотива, локомотив Erie P-1 «Triplex». Вот оригинал примерно 2009 года:

My first Erie Triplex. Еще раз, не великий бегун.

И ребилд:

Новый Triplex, пожалуй, мой любимый двигатель на сегодняшний день.

Это может быть ясно из этих двух прошлых проектов, но мне нравятся странные колесные аранжировки!

Я, конечно, думаю, что новый выглядит лучше, но, что более важно, это действительно хороший раннер, и я запускаю его при каждой возможности. Я хочу UP9000 Я тоже могу это сделать, но у меня есть и другие цели. Я хочу попробовать электрические решения вторичного рынка для питания, управления и расширения моей модели UP 9000. Я хочу, чтобы этот движок стал демонстрацией того, что можно сделать, если вы готовы не быть пуристом. И, конечно же, я хочу, чтобы это была самая точная модель, которую я могу сделать.

Прежде чем я продолжу, немного предыстории о Union Pacific Type для тех, кто может не знать об этом. В 1920-х годах Union Pacific, как и большинство американских железных дорог, переживала бум перевозок. Они хотели перевозить больше грузов, быстрее, и ни один из их двигателей не подходил для этой задачи. Американская локомотивная компания (ALCO) продала железной дороге идею трехцилиндрового парового двигателя для повышения мощности и эффективности. Трех- и четырехцилиндровые локомотивы с жесткой рамой довольно распространены в Европе, но немногие американские железные дороги когда-либо были проданы по этой идее. ВВЕРХ в 1920 лет были исключением.

Работа над экспериментальным трехцилиндровым двигателем ALCO 4-10-2 под номером 8000 убедила их в том, что эта идея может сработать, но они хотели более тяжелый двигатель, а с учетом их ограничений по массе на оси габарита в то время это означало добавление большего количества ведущие колеса. Так родилась уникальная колесная формула 4-12-2.

Первый двигатель 9000 был поставлен единым блоком для испытаний в 1926 году.30. Они были значительно модифицированы, перемещались по обширной системе Union Pacific на протяжении всего срока службы и были выведены из эксплуатации в 1950-х годах, а последний раз ушел из эксплуатации в 1956 году. моя сборка UP 9000, но с тех пор я немного изменил свой подход к сборке, поэтому я начал с нуля, со всеми новыми исследованиями.

В недавней статье Элрой Дэвис изложил основные ресурсы, которые он использует в своих проектах по моделированию, а также ряд полезных ссылок, которые мне нет необходимости воспроизводить здесь. Вместо того, чтобы выкладывать все возможные информационные ресурсы, я сосредоточусь на шагах, которые я предпринял, и на том, что сработало для меня. Как и предлагает Элрой, я начал свое исследование в Интернете. Поиск картинок Google — ваш друг. Соберите все уникальные фотографии, которые сможете достать, чем больше, тем лучше, и чем больше разных отдельных локомотивов, тем лучше. В конечном итоге вам придется решить, какой конкретный локомотив вы хотите смоделировать, поэтому вам нужно иметь как можно больше вариантов.

Гугление часто уводит меня от фотографий реальных локомотивов к фотографиям моделей и игрушек. Модель, конечно, не заменит реальную вещь, но часто производители высококачественных моделей локомотивов подробно документируют свою работу, и я считаю это ценным. В моем случае Kohs & Company выпустила отличную модель UP 9000. Там есть много отличных фотографий модели, а также библиография.

Эта информация привела меня к тем же ресурсам, которые они использовали при создании своей модели, двухтомной работы Union Pacific Type , Уильям В. Кратвилл и Джон Э. Буш. Я не могу утверждать, что прочитал все книги о железнодорожном транспорте, но я прочитал несколько, и это, безусловно, самые полные из тех, что мне попадались. Я использовал книги для прошлых проектов, чтобы быть уверенным, но, найдя эти удивительные тома, я рекомендую всем, кто хочет смоделировать паровоз, найти аналогичную книгу для своего прототипа, если она существует. Железнодорожные исторические общества часто размещают библиографию на своих веб-сайтах, и это, вероятно, лучшее место для поиска таких книг. В моем случае два тома Union Pacific Type было нелегко достать, но я так рад, что приложил усилия. Чтобы понять почему, я выложу организацию этих книг.

В совокупности тома I и II Union Pacific Type охватывают разработку не только самого 9000, но и других типов локомотивов, которые в конечном итоге привели к созданию 9000. Используя обширные исследования и личные интервью, авторы излагают решения, которые привели к созданию UP 9000 в начале тома I. Локомотивы — это прежде всего функциональные объекты: они были построены для определенной цели; конкретное время, место и работа. Понимание этого помогло мне лучше оценить локомотив, который я моделирую. Оставшаяся часть тома I посвящена этапу проектирования и строительства UP 9.000. Двигатели заказывались несколькими партиями, и между ними было внесено множество конструктивных изменений. Эти изменения повлияют на окончательный вид моей модели и, следовательно, на мое решение о том, над каким конкретным двигателем работать.

Том II, который даже больше, чем том I, охватывает весь срок службы UP 9000. Каждое изменение конструкции, каждая модернизация, каждый небольшой технологический эксперимент, от крупных перестроек до добавления ящика с инструментами на борт тендера, освещаются в отдельном разделе. Уровень детализации действительно помогает понять широкий спектр видимых особенностей локомотивов. Это дает контекст для положения каждой трубы и провода. Когда я, модельер, все это знаю, это помогает сделать мою модель лучше. Я с меньшей вероятностью упущу или исказлю небольшую деталь, если полностью пойму, почему она здесь и почему она выглядит иначе, чем на другом локомотиве того же типа.

Другой возможный ресурс — уцелевшие прототипы. Для строителей паровозов и других старых прототипов это часто рассматривается как Святой Грааль источников информации. Вы можете подумать, что если вы сможете посетить оригинал и сфотографировать его самостоятельно, у вас будет вся необходимая информация. Раньше я так думал, но мои исследования 9000-х годов изменили это мнение. Есть один уцелевший 9000, сам номер 9000. Он находится на улице Fairplex округа Лос-Анджелес в Помоне, Калифорния. Это довольно далеко от того места, где я живу, поэтому я, к сожалению, никогда не видел его лично. Однако большинство фотографий из 9000, которые вы найдете, неудивительно, что это выживший, и Кратвилл и Буш посвятили ему раздел в конце тома II. В результате можно получить довольно подробное представление о нем, даже не видя его лично. Однако они отмечают, что уцелевший 9000 не имеет свойств, типичных для этого типа, и что некоторые его компоненты не были даже типичны для самого 9000 в течение срока его службы. Например, ведущие колеса на осях 2 и 3 заменены на большинстве двигателей на колеса типа Boxpok. Есть исторические фото 9000, показывающий его с этой модификацией, но сегодня все его колеса старого типа со спицами. Таким образом, 9000 в том виде, в каком он сохранился, может быть не лучшим примером всего класса, и, если вы заинтересованы в моделировании локомотива с другим номером, чем выживший, как я, может быть плохой идеей слишком сильно полагаться на другой локомотив. сохранившийся пример. Вместо этого используйте все доступные ресурсы, чтобы выяснить, что было наиболее типичным или какие функции вы больше всего хотели бы смоделировать, и найдите пример типа с этими функциями. Тем не менее, идите и смотрите настоящие вещи, когда можете! Возможно, это не всегда лучший источник информации, но, безусловно, самый вдохновляющий.

Кратвилл и Буш получили большую часть информации из архивов Union Pacific Railroad и ее исторического общества. Такие места часто закрыты для публики, но быстрый звонок или посещение их веб-сайта подскажет вам, можно ли записаться на прием для посещения. Если поездка в такое место является для вас разумным вариантом (в данном случае это было не для меня), она может предоставить огромное количество информации о вашем прототипе, хотя вам придется собрать все это самостоятельно!

В то время как Union Pacific Type содержит обширные планы, книга с более общими планами может служить отличным кратким справочником и вдохновлять на будущие проекты. (потому что вам нужно было больше из них) Я нашел это для Union Pacific, но поиск «книги планов [Железной дороги]», скорее всего, даст результаты. Иногда они могут быть даже доступны в Интернете.

Теперь, когда вы собрали все свои различные исследовательские ресурсы, не забудьте держать их под рукой! Часто возвращайтесь к ним. Храните подборку самых полезных изображений прямо там, где вы работаете. Я считаю, что очень легко упустить из виду какую-то мелкую деталь, если у вас нет планов и фотографий под рукой.

Завершив свое исследование, я решил смоделировать локомотив под номером 9087, единицу с самым большим номером в классе и часть последнего заказа, поставленного в 1930 году. Я выбрал его из-за нескольких особенностей, которые я нашел именно на фотографиях этого двигателя. , и для некоторых функций, которые не так легко увидеть. Во-первых, как упоминалось выше, 9000-е в какой-то момент получили колеса типа Boxpok на второй и третьей ведущих осях. Не каждый двигатель когда-либо получал их или имел их на обеих осях одновременно, поскольку отдел технического обслуживания обычно использовал существующие запасные части, прежде чем вносить обязательные изменения. 9087 оказался двигателем, который был сфотографирован с водителями Boxpok как на оси 2, так и на оси 3. Мне очень нравится этот вид, а также то, что он представляет собой технологическую модернизацию двигателя. Мы рассмотрим мои решения для ведущих колес в следующем выпуске. Кроме того, в классе 9000 было несколько различных типов систем подачи песка на ведущие колеса. Первоначально не каждая ведущая ось имела свою линию подачи песка, но в конечном итоге большинство двигателей были модернизированы, чтобы подавать песок на все 12 ведущих колес. 9087 действительно получил это обновление, и мне очень нравится внешний вид всех наклонных трубок для песка. Вы можете увидеть остатки этой системы на изображении 9000 выше.

Что касается того, что вы не видите, то 9087, наряду с другими локомотивами из этого последнего заказа, называемого УП-5, имел цельнолитые рамы и цилиндры в сборе, в то время как предыдущие 9000 заказов не имели. С точки зрения создания модели LEGO это мало что меняет с эстетической точки зрения, но на реальных двигателях это обеспечило значительное улучшение производительности. Первоначально три цилиндра были отлиты как две детали: правый и центральный цилиндры отлиты как одна деталь, а левый цилиндр отлит как отдельная деталь, и они были скреплены болтами. 9000s используют шестерню клапана Gresley для приведения в действие среднего клапана в зависимости от синхронизации внешних клапанов. Поскольку цилиндры были сделаны из двух неровных половинок и скреплены болтами, расстояние между ними могло немного измениться, и даже крошечное отклонение сбивало фазы газораспределения. В конце концов, все 9000-е с этим цилиндром, состоящим из двух частей, пришлось модернизировать до цельного литья за большие деньги. Кроме того, соединение между цилиндрами, рамой ведущего колеса и отдельной отливкой рамы под топку пришлось в нескольких местах конструктивно усилить. Цельные отливки рамы-цилиндра на тепловозах УП-5 в этих изменениях не нуждались. Меня привлекли локомотивы УП-5, потому что они представляли собой лучшее, что было у 9-го поколения.000 класс когда-либо был.

Итак, в заключение я хотел бы еще раз подчеркнуть ценность печатных ресурсов. Моделирование железных дорог по-прежнему является своего рода старомодным хобби, под которым я подразумеваю людей, которые этим занимаются, часто предпочитают печатные СМИ интернету. Многие также очень усердно работают над сбором коллекций изображений и информации и обоснованно хотят опубликовать их таким образом, чтобы получить небольшую плату за свои усилия. Каждый день в Интернете доступно все больше ресурсов, но что касается железных дорог, то впереди еще долгий путь. В результате вы найдете в книгах то, чего больше нигде не найдете, и узнаете из них больше, чем могли бы ожидать. Иногда картинка стоит тысячи слов, но бывает и наоборот. Отчеты из первых рук об изменениях конструкции, письма, заметки и документы по ремонту могут нарисовать картину локомотива, чего не могут сделать одни лишь фотографии.

Я знаю, что еще ничего не сказал о своем проекте. Я добился большего прогресса, чем просто немного почитал, но это будет ждать будущих постов, потому что именно так я и поступил. Я провел все свои исследования еще до того, как прикоснулся к кирпичу, и обычно я это делаю именно так. Это помогает мне получить еще больше вдохновения и помогает мне лучше понять, с чего начать строительство.

В следующий раз мы рассмотрим электрические компоненты вторичного рынка, которые меняют то, как мы собираем поезда LEGO, и то, как я собираюсь встроить их в свою модель.

Новое изобретение парового двигателя | Engineering For Change

20 августа 2021 г.

участник: ЗАПРОС: ASME Global Development Review

Карл Биленберг черпал вдохновение в технологических инновациях промышленной революции, направленных на борьбу с глобальной энергетической бедностью.

---

Один взгляд на спутниковый снимок Земли ночью многое говорит об энергетическом неравенстве в мире. Европа, США и Ближний Восток светятся яркими огнями. Япония в огне, как и большая часть Юго-Восточной Азии, Южной Канады и густонаселенных прибрежных районов Южной Америки и Австралии. Но Африка — за пределами пылающего Йоханнесбурга и нескольких мерцающих городских центров — темна.

По данным Международного энергетического агентства, около 1,3 миллиарда человек во всем мире не имеют доступа к электричеству. Почти половина из них живет в небольших отдаленных общинах, разбросанных по всей Африке к югу от Сахары, где проживает почти миллиард человек. И, несмотря на стремительный экономический рост во многих африканских странах, число людей, не подключенных к современным энергетическим услугам, растет, потому что расширение инфраструктуры не может идти в ногу с ростом городов. Действительно, при высокой стоимости и медленном росте энергетических услуг процент «подключенного» населения Африки — как городского, так и сельского — мало изменился за последние 40 лет.

Примерно столько времени Карл Биленберг искал способы создания доступной энергии в Африке. В 1980-х годах инженер-механик изучал, как использовать растительные масла в качестве более дешевых заменителей дизельного топлива, которое в то время приводило в действие большинство сельскохозяйственных машин. Ни одна из разрабатываемых им технологий не оказалась столь рентабельной, как он надеялся, поэтому он вернулся к чертежной доске. Путь назад.

«Я начал спрашивать, почему мы отказываемся от пара, — размышляет Биленберг. «Пар был источником энергии, подпитывавшим промышленную революцию. Почему бы нам не использовать это в Африке?»

Краткая история парового двигателя

Между серединой 18-го и 19-го веков большинство заводов, кораблей и поездов приводились в движение паровыми двигателями. Технология была проста: котел — в основном резервуар или контейнер с огнем под ним — производил пар путем нагревания воды. Создание объемов пара внутри котла создавало давление, которое можно было использовать для движения и выполнения работы.

До конца 19-го века паровые двигатели вырабатывали полезную мощность за счет приложения давления в котле к поршню, который запускал цепную реакцию, когда он начинал двигаться. Движение будет вращать связанный вал, который можно использовать для привода механического оборудования, например, при прикреплении к колесам локомотива или гребному винту корабля. Или он мог производить электричество, вращая генератор. Это был простой процесс, а паровые двигатели были чрезвычайно надежными и долговечными машинами. На самом деле, паровая машина могла работать до 75 лет при нечастом обслуживании.

Доступ к энергии в Африке мало изменился за последние 40 лет.

Недостатком паровых машин было то, что они были большими, тяжелыми и капиталоемкими. Со временем, когда использование ископаемого топлива и двигателей внутреннего сгорания стало более распространенным, паровые двигатели стали менее конкурентоспособными. Поэтому, когда Биленберг решил вернуться к использованию пара в качестве источника энергии, он знал, что ему необходимо внести улучшения.

«Дело не в том, что они не знали, что им нужно было сделать в 19 веке для повышения эффективности. Они сделали очень многое за почти столетнюю историю его использования», — говорит Биленберг. «Но мы смогли продвинуться немного дальше с материалами, которых у них не было».

В 2008 году, используя современные материалы и улучшенную термодинамику, Биленберг разработал небольшую паровую установку, работающую на биомассе, которая преобразует древесные и сельскохозяйственные отходы в полезную энергию. Он назвал и прототип, и предприятие, которое он начал для его коммерциализации, Village Industrial Power, или сокращенно VIP.

Зависимость от биомассы

Использование биомассы в качестве мощного и эффективного источника энергии может изменить правила игры в бедных, не подключенных к сети сообществах, где от 75 до 80 процентов общего потребления энергии потребляется природными веществами, говорит Биленберг. Отчасти причина такого высокого процента заключается в том, что много биомассы сжигается в традиционных открытых огнях, которые являются неэффективным способом обеспечения тепла.

Биленберг утверждает, что для борьбы с энергетической бедностью имеет смысл изучить виды топлива, которые люди уже используют, чтобы понять, как использовать их более эффективно и производить современные энергетические услуги. «Если вы можете это сделать, вы даете людям возможность развиваться экономически и повышать уровень жизни, не становясь зависимыми от дорогого импортного топлива. Это очень мощная парадигма», — говорит он.

VIP, безусловно, предлагает значительный импульс для изменения парадигмы, как предполагает часть названия «деревня». Машина предназначена для обеспечения энергией целых сообществ или небольших коммерческих предприятий, а не отдельных домохозяйств. Предполагаемое использование VIP включает в себя питание сельскохозяйственной промышленности, общественных клиник и больниц или микросетей. На самом деле, все эти приложения были протестированы.

Географически целевые рынки VIP включают в себя менее развитые страны, где технология может заменить функции, которые в противном случае зависят от дорогостоящих источников топлива, таких как дизельное топливо, которое стоит около 1 доллара США за литр в большинстве районов Африки. Поскольку VIP работает на биомассе, эта технология полезна только в регионах с обильными источниками биомассы, а не в пустынях или регионах с небольшим количеством деревьев или малой растительностью. Самые идеальные районы находятся в пределах от 10 до 30 градусов от экватора.

В отдаленном африканском регионе Сахель — полосе между северной пустыней континента и центральным лесом, простирающейся от Судана до Сенегала — сельские общины обходятся небольшими источниками дохода и элементарной инфраструктурой.

Эффективность простых источников энергии из биомассы

«[Для получения энергии] люди сжигают древесину. Лес и деревья очень важны для их выживания», — объясняет Биленберг. Для всего, что не может быть топливом из дерева, люди полагаются на дизельные двигатели и генераторы или силу человеческих мышц.

Дизельные машины дороги в местах, где мало возможностей для заработка. Эксплуатация небольшого дизельного генератора мощностью 2,5 кВт в течение полного дня может стоить около 10 долларов на топливо. Таким образом, люди пытаются свести к минимуму потребление топлива, чтобы сэкономить деньги на неизбежные расходы, такие как лекарства, одежда и плата за обучение в школе; они делают это, максимально полагаясь на свой собственный труд.

«В деревнях, где есть зерновые мельницы с дизельным двигателем, значительная часть женщин предпочитает молоть кукурузу вручную, чтобы избежать затрат на механизированное измельчение», — объясняет Биленберг. «Это указывает на то, что для женщин с низким доходом ручной труд может быть дешевле дизельного топлива».

Биленберг подчеркивает потребность в доступных и недорогих видах энергии, а также в решениях, которые могут обеспечить возможности получения дохода в сообществах, особенно для женщин.

Меньший паровой двигатель, который мог

Возможность использовать биомассу в качестве источника энергии для слаборазвитых районов появилась у Биленберга благодаря 40 годам работы в Западной Африке и долгой карьере в области производства электроэнергии в США. В США он зарабатывал себе на жизнь, представляя то, что он называет «целевой компанией», которая производит промышленные котельные на биомассе.

«Основным рынком сбыта этих растений является Новая Англия, где зимы длинные, а вегетационный период короткий и у нас много древесины. Мы ставим их в школах и больницах, и они производят очень дешевое тепло и горячую воду для больших зданий», — говорит он. «Это технология, которая [является] очень интересной и рентабельной при уменьшении масштаба».

КПД 10-киловаттной машины VIP

Полезная выходная энергия VIP бывает трех видов: механическая, электрическая и тепловая. Механическая энергия может использоваться для привода механизмов или преобразовываться в электрическую энергию с помощью генератора машины. Первоначальный прототип паровой машины мощностью 7 кВт поглощает 60 процентов тепла от огня, работающего на биомассе, — около восьми процентов из которых можно использовать для производства энергии или электричества.

Последняя версия VIP — это машина мощностью 10 кВт, которая может улавливать 70 % тепла от огня, примерно 10 % которого можно преобразовать в электричество. Работая восемь часов в день, он может производить 80 кВт-часов, что достаточно для обеспечения электричеством от 100 до 200 домов для маломощного освещения и основных бытовых приборов, таких как небольшой холодильник. Это также заменяет расходы на дизельное топливо от 32 до 40 долларов каждый день.

Оставшиеся 60 процентов захваченной энергии можно использовать в качестве тепла для таких применений, как общественные бани, приготовление пищи, обработка или сушка урожая или стерилизация в медицинских учреждениях.

«Звучит как плохая сделка, что мы получаем больше тепла, чем энергии, но в приложениях, которые мы рассматриваем, [таких как] обработка урожая и здравоохранение, потребность в тепле на самом деле превышает потребность в электроэнергии. или мощность, так что это, по сути, очень хороший баланс», — говорит Биленберг.

Одним из ключевых преимуществ VIP по сравнению с другими технологиями является то, что его мощность может быть легко передана в любое время. Фотоэлектрическая солнечная энергия, например, требует резервных батарей для работы ночью или в плохих погодных условиях.

Чтобы сделать паровую энергию доступной для сообществ с ограниченными ресурсами, Биленбергу и его команде пришлось внести значительные изменения в дизайн своей вдохновляющей модели. Традиционные паровые двигатели имели сложные соединения и механизмы для управления их клапанами, что усложняло и удорожало машину. Но VIP должен был быть простым по своей конструкции, с минимальным количеством движущихся частей из-за трудностей с поиском специалистов для обслуживания в отдаленных районах.

Решение, которое разработала команда Биленберга, заключалась в установке автоматических впускных клапанов. «Они находятся под давлением, работают сами по себе и делают именно то, что им нужно, не требуя никакого внешнего механизма для их перемещения», — объясняет он.

Еще одно важное изменение конструкции заключается в том, что VIP не требует смазки для своих движущихся частей. В стандартных паровых двигателях операторам приходилось использовать масло для смазки поршня и поршневых колец, чтобы двигатель работал плавно. Биленберг хотел отказаться от смазочных материалов по двум причинам: во-первых, потому что масло было бы дополнительными затратами, и во-вторых, потому что смазочное масло для поршня смешивалось бы с паром и его нужно было бы отфильтровывать перед рециркуляцией конденсата обратно в котел. — дополнительная сложность. Если бы этого не было, масло сгорало бы внутри котла и снижало его КПД.

В качестве решения команда VIP использовала углеграфитовые материалы для поверхности скольжения поршня и поршневых уплотнений. Поршни и уплотнения, изготовленные из этой кристаллической формы углерода, являются самосмазывающимися. Это позволяет воде — дефицитному ресурсу во многих местах — легко перерабатываться в машине.

Последним усовершенствованием конструкции VIP является прочный котел. В гидростатических испытаниях, когда для оценки производительности котла используется вода под давлением, коэффициент безопасности машины оказался в три раза выше, чем у обычных американских котлов. Это стало результатом кропотливой инженерной работы Биленберга, направленной на то, чтобы котел соответствовал или превосходил нормы котлов ASME — строгий набор стандартов, который был сформирован с появлением коммерческого производства паровой энергии.

Все эти доработки позволяют сделать машину более эффективной, безопасной и компактной. Однако VIP-оборудование по-прежнему является тяжелым оборудованием: готовые единицы весят около тонны.

В настоящее время все VIP изготавливаются вручную в Новой Англии и доставляются в конечные пункты назначения готовыми к эксплуатации по прибытии. Каждый блок построен как единое целое, которое можно перемещать на пикапе и прикручивать болтами к бетонной площадке внутри сарая. Как только VIP-устройство установлено на место, все, что нужно сделать оператору, это наполнить его топливом и водой, чтобы начать его использовать.

Есть недостатки в ручном изготовлении VIP-юнитов, так далеких от их целевых рынков, особенно с точки зрения стоимости. В настоящее время производство машин стоит около 20 000 долларов. Поскольку компания использует более дешевое производство и увеличивает объемы производства, ожидается, что цена упадет примерно до 15 000 долларов.

Для сравнения, дизель-генераторные установки, которые могут соответствовать выходной электрической мощности VIP, стоят где-то от 4000 до 10 000 долларов США без учета текущих расходов на дизельное топливо. «Таким образом, производство нашего примерно в два раза дороже», — признает Биленберг.

Добавьте стоимость доставки в порты Африки, которая составляет около 2500 долларов за машину, от 100 до 500 долларов за транспортировку из порта до конечного объекта и до 300 долларов за установку, и VIP становится довольно дорогим оборудованием для сельские общины с низким доходом должны платить авансом.

Команда признает, что должны быть варианты финансирования, чтобы решение было жизнеспособным. Но они также ожидают, что, когда будет определена окончательная цена, VIP будет конкурентоспособен по стоимости с другими доступными технологиями. (VIP утверждает, что машина уже конкурентоспособна с солнечными системами сравнимого размера.) По оценкам Биленберга, если двигатель будет работать от восьми до десяти часов в день, машина окупится за один-два года.

Доказательство эффективности

В конце 2014 года компания VIP начала полевые испытания своих устройств, чтобы определить, какие аспекты технологии работают лучше, а какие необходимо улучшить. Пять бета-прототипов блоков мощностью 7 кВт были отправлены в Африку благодаря грантовому финансированию в рамках премии USAID 2013 года «Энергия сельского хозяйства»: два в Танзанию для питания больницы и деревенской микросети и три для устойчивых плантаций масличных пальм в Бенине. В Танзании больничная установка предназначена для обеспечения электричеством воды и отопления прачечной, а установка в деревне, как ожидается, электрифицирует 50 домов и ряд малых предприятий. В Бенине установки предназначены для замены дизельного топлива и дров для питания сельскохозяйственной техники и горячего водоснабжения.

VIP-гостиница и масличная пальма испытываются на топливе из кофейной шелухи (пергамента) и волокна масличной пальмы и скорлупы ядра пальмы соответственно, в то время как деревенский завод испытывается на древесных отходах выращенных на плантациях эвкалиптов.

В дополнение к пяти испытательным блокам в Африке компания VIP установила два блока мощностью 50 кВт в государственном доме престарелых в Нью-Гэмпшире. Эти блоки являются частью интегрированной автономной системы, которая также состоит из гидроэлектростанций и дизель-генераторов. Эти агрегаты получают пар от котельной установки Messersmith мощностью 5 мм БТЕ, частично разработанной Bielenberg. Инсталляция в Нью-Гэмпшире подчеркивает широкие возможности применения технологии и ее потенциальное использование в более богатых сообществах.

В ходе полевых испытаний команда надеется узнать больше о том, как работает VIP при работе на различных видах топлива, а также о том, сколько золы производят различные виды топлива и вызывают ли они коррозию передаточной поверхности котла или способствуют « зашлаковывание печи из-за налипания на ее горячие поверхности. Испытания также позволяют оценить адаптируемость технологии к различным видам топлива, чтобы определить, где она наиболее подходит для использования.

Большинство результатов, собранных VIP до сих пор, были анекдотичными, но, тем не менее, познавательными. Например, одной из проблем, которую решает команда, является установка автоматического контроля подачи и зарядки аккумуляторов на машинах. Другие отзывы показали, что некоторые аспекты машин работают лучше, чем предполагалось изначально.

«Многие люди думали, что тот факт, что это ручная машина, будет проблемой», — говорит Фелисити Лодж, генеральный директор VIP. «На самом деле, люди были в восторге от того, что это ручное управление, потому что им не нужно беспокоиться о замене деталей, к которым у них нет доступа или которые они не могут отремонтировать. Они были довольны тем, что устройство можно разобрать и собрать менее чем за час с помощью двух гаечных ключей».

Она добавляет, что технологии для рынков с низким уровнем ресурсов, подобных тем, которые они обслуживают в Африке, иногда могут быть слишком сложными. «Как только они ломаются, они ломаются. Здесь не тот дизайн. Было задумано сделать VIP ремонтопригодным и простым в обслуживании».

Один из самых неожиданных отзывов касается способности машины свести к минимуму использование дров в качестве ежедневного источника топлива. И Биленберг, и Лодж считали, что фермеры и сельские жители будут больше всего заинтересованы в экономии дизельного топлива. «Но оказывается, что значительное сокращение потребления древесины для них не менее, если не более важно», — говорит Лодж.

VIP Цикл ввода-вывода

Это важный знак будущего технологии как эффективного и устойчивого источника энергии. Нетрудно представить, как надежный производитель энергии, работающий на биомассе, может привести к разрушительным экологическим действиям, таким как вырубка лесов, чтобы поддерживать отопление и освещение сообществ и идти в ногу с экономическим ростом. Наоборот, Биленберг считает, что местное присутствие высокопоставленного лица может фактически стимулировать лесовосстановление, мотивируя фермеров устойчиво сажать деревья для использования в качестве топлива, а не просто заготавливать древесину для пропитания, говорит он.

Команда VIP еще не опубликовала количественные данные о том, сколько киловатт-часов электроэнергии могут производить машины на килограмм биомассы, но они анализируют эти цифры для нескольких источников топлива. Предварительные испытания показали, что когда давление в котле VIP составляет от 250 до 300 фунтов на квадратный дюйм, для производства 7 кВт энергии требуется от 25 до 30 кг воздушно-сухой древесины в час. «Новое поколение VIP», выпущенное в декабре 2015 года, «было рассчитано на работу при давлении до 400 фунтов на квадратный дюйм. Мы наблюдаем значительное увеличение мощности и эффективности при повышении давления и ожидаем, что новые агрегаты будут производить 10 кВт при том же расходе топлива», — говорит Биленберг.

Благодаря инвестиционному финансированию со стороны фирмы по поддержке венчурных предприятий Factor (E) Ventures на ранней стадии, новые агрегаты, получившие название V-10, включают в себя несколько улучшений, таких как новый котел, разработанный в соответствии с кодом ASME, сварные соединения труб и более прочные внутренние детали двигателя. чтобы приспособиться к повышенному давлению и мощности. Рыночные испытания новых устройств начнутся в 2016 году в Кении и Гане.

Замыкание цепи

В танзанийской деревне, где VIP-блок используется для питания микросети, процесс запуска и запуска сети многому научил команду VIP о потенциале и ограничениях их изобретения. В деревне они нашли общину, которая ждала, когда правительство подключит их к национальной электросети, хотя сеть Танзании обслуживает только 14 процентов ее почти 50 миллионов жителей. (Большинство его подключенных пользователей находятся в городах.) Из-за этого готовность сельских жителей платить за электроэнергию была ограничена, даже несмотря на то, что темпы подключения правительства были медленными.

Те, кто понимал, что сеть вряд ли до них доберется в ближайшее время, с большей готовностью платили за электроэнергию, при условии, что они могли снизить затраты, используя источник на более длительные периоды времени для поддержания продуктивной деятельности в дневное время.

«Люди были счастливы, что узел можно разобрать и собрать за час с помощью двух гаечных ключей».

Таким образом, команда VIP узнала, что для того, чтобы система микросетей работала, эти приложения должны быть доступны с первого дня, а также должен существовать четкий процесс выставления счетов домохозяйствам за потребляемую ими электроэнергию. Затраты и планирование, необходимые для того, чтобы технология работала на этом уровне, могут быть больше, чем могут себе позволить некоторые из предполагаемых клиентов VIP.

Биленберг и Лодж признают, что первоначальная стоимость устройства VIP, будь то для микросети или любого другого приложения, создает проблему для его масштабируемости. «Одной большой проблемой для многих фермеров является финансирование, потому что они не могут легко получить доступ к финансированию от банков или других традиционных поставщиков», — говорит Лодж. «Мы рассматриваем различные модели финансирования и способы решения этой проблемы».

Одним из решений является помощь сообществам в разработке моделей финансирования, подобных энергосервисной компании или кооперативу, члены которого объединяются, чтобы купить машину. Они также надеются использовать заинтересованность успешных членов сообщества в том, чтобы помочь своим родным деревням получить доступ к лучшим ресурсам.

«В Африке люди, которые ушли и преуспели, традиционно несут ответственность за помощь своим деревням и семьям, — говорит Лодж.

Биленберг добавляет: «Я вижу в них людей, которые в конечном итоге должны нести ответственность за экономическое развитие своей страны. У них есть ресурсы, чтобы это произошло, но они не были задействованы в полной мере, потому что технологии [необходимые для экономического развития] не были доступны».

Биленберг на собственном опыте убедился, насколько эффективным может быть взаимодействие. В апреле прошлого года во время поездки в Бенин Биленберг разговаривал со своим малийским водителем о своей работе над VIP. Водитель предложил помощь с установкой трех агрегатов в Сакете. Он прибыл, чтобы помочь разгрузить машину и руководить всеми, кто ее устанавливал; он также научился обслуживать и запускать его.