Форма лопаток также сильно влияет на мощность турбины. На рис. 9, А показано действие струи пара на плоскую лопатку, а на рис. 9, Б — на изогнутую желобком. Струя пара, ударяя вкось о плоскую поверхность лопатки, отражается от нее. Часть пара ударяет в обратную (тыльную) сторону следующей лопатки, задерживая вращение диска. Пройдя первый ряд таких лопаток, пар разлетается во все стороны. Плоские лопатки плохо используют энергию пара. Вот почему сейчас все турбины строятся с лопатками, изогнутыми желобками.
Попадая на правильно изогнутые лопатки, струя пара плавно изменяет направление и не разбивается. Пройдя первый ряд лопаток и потеряв часть своей скорости, пар может быть использован во втором и третьем ряду. Кроме того, изогнутые лопатки можно ставить значительно чаще, что также увеличивает мощность турбины. Края лопаток должны быть обязательно заостренными: если они тупые, то струя пара, ударяясь о них, бесполезно теряет часть своей энергии.
В нашей маленькой турбине диск и лопатки изготовляются из одного куска жести или тонкой латуни. Каждый диск с лопатками составляется из двух или трех дисков, сложенных вместе (рис. 10, Г). Это делается для того, чтобы лопатки были расположены возможно более часто. При редком расположении лопаток много пара будет бесполезно проходить мимо лопаток и турбина будет работать с меньшей мощностью. Для простоты и скорости изготовления все диски делаются одного размера и с одинаковым числом лопаток.
Лопатки размечаются при помощи циркуля и транспортира сначала на одном диске (рис. 10, А). По первому диску размечаются остальные. После разметки в дисках сверлят отверстия, ножницами делают прорезы, а затем выгибают лопатки. На рис. 10, Б показано устройство приспособления для выгибания лопаток.
После выгибания лопатки на всех дисках поворачиваются круглогубцами (рис. 10, В). Поворачивать лопатки надо аккуратно, чтобы можно было сложить вместе два или три диска. Боковые края лопаток заостряются напильником. Сложенные диски скрепляются несколькими заклепками из маленьких гвоздиков. Когда диски с рабочими лопатками готовы, к лопаткам припаивается обод из полоски жести или нескольких витков проволоки (рис. 10, Г).
Диск с направляющимися лопатками сначала изготовляется так же, как и диски с рабочими лопатками. Затем он разрезается на две части и в каждой части вырезается небольшой полукруг. По окружности напаиваются половины обода. При помощи лапок (рис. 11) обе части неподвижного диска закрепляются в верхней и нижней частях корпуса. При этом под обод предварительно следует подложить полоску промасленного картона.
Корпус турбины (рис. 12) состоит из двух частей и вырезается из сухого дерева: липы, осины или березы. Верхняя часть корпуса — крышка — точно устанавливается на нижней части при помощи четырех деревянных круглых направляющих колонок, так называемых свеч, плотно входящих в отверстия, просверленные в крышке. Крышка крепится к корпусу двумя винтами. Для выхода отработанного пара сбоку в нижней части корпуса делается прорез.
Разъемные подшипники 10 и 17 и упор-подшипник 12 выпиливаются из латуни, алюминия, меди или железа толщиной 1,5–2 мм. Подшипники 10 и 11 состоят из двух половинок каждый; одна половинка прикрепляется маленькими шурупами к нижней части корпуса, другая — к верхней. В подшипнике 11 сделано второе отверстие для малого вала. Оба вала турбины изготовляются из оси набора «металлоконструктор» или из стальной проволоки толщиной 4–5 мм.
Все деревянные части турбины перед сборкой хорошо пропитываются олифой или другим маслом, чтобы они не впитывали воду.
Диски с рабочими лопатками припаиваются к валу. Расстояние между лопатками рабочих дисков должно быть таким, чтобы между рабочими и направляющими лопатками оставался зазор до 1 мм.
Наша турбина дает очень большое число оборотов. Для вращения гребного винта модели корабля требуется значительно меньшее число оборотов, поэтому передача от турбины к гребному валу производится через промежуточную зубчатую передачу. Зубчатая передача состоит из двух шестерен из набора «металлоконструктор» или от старых часов ходиков. На валу турбины закрепляется маленькая шестеренка, сцепляющаяся с большой, закрепленной на втором, малом валу. С этим валом и соединяется вал гребного винта. Соединение производится эластичной резиновой или кожаной муфтой или гибкой передачей — стальной пружинкой или резиновой трубочкой.
Благодаря шестереночной передаче мы получаем значительно меньшее число оборотов, но зато, по правилу механики, за счет уменьшения скорости выигрываем в силе.
Шестереночная передача турбины (редуктор) закрывается крышкой 18. Перед пуском подшипники турбины и другие трущиеся части смазываются жидким машинным маслом, а трубочка, идущая к соплам, соединяется с паропроводом.
Чтобы уменьшить охлаждение пара во время прохождения его по паропроводу, трубку надо обернуть слоем ваты, а сверху обмотать изоляционной лентой или лентой из какой-либо ткани. Сверху теплоизоляция окрашивается масляной краской.
Пар пускается в турбину открыванием маленького краника. Если краника нет, можно легко построить простое и хорошо действующее пусковое приспособление. Устройство его ясно видно на рис. 13, и объяснять его нет нужды. Относительно резиновой трубки учтите замечания в предыдущей статье.
После испытания турбины и исправления замеченных недостатков наружные части, кроме шестерен и валов, окрашиваются масляной или эмалевой краской.
По окончании работы турбины крышка кожуха снимается и вынимается вал с рабочими дисками, чтобы лучше могли обсохнуть все лопатки. Остальные части турбины вытираются чистой сухой тряпочкой и смазываются жидким маслом. Это делается для предохранения металлических частей от ржавчины.
6. Паровой котел с керосиновой топкой
Хорошая работа паровой машины или турбины в очень большой мере зависит от парового котла. Даже очень хорошо изготовленная машина работает плохо, если к ней подается недостаточное количество пара. И наоборот, бывает, что сравнительно неважно сделанная машина прекрасно работает благодаря большому давлению пара.
До сих пор подавляющее большинство паровых котлов юные техники нагревали спиртовыми горелками. Делалось много попыток осуществить керосиновую горелку для парового котла, но безрезультатно. После многих опытов нам удалось все же построить паровой котел с керосиновой топкой.
Конструкцию нашей горелки можно, конечно, использовать не только для котла, описанного здесь, а и для котла какой-либо другой конструкции.
На таблице 38 показаны разрезы и внешний вид небольшого цилиндрического парового котла.
Таблица 38. Конструкция парового котла с керосиновой топкой.
На этих чертежах указаны только основные размеры. Всех размеров мы не даем, их легко установить самому строителю котла. В случае сомнения можно измерить деталь на чертеже и увеличить в соответствующее число раз. Чертеж сделан в масштабе, и потому данные получатся правильными.
Изготовляется этот котел из высокой консервной банки. Отверстие банки закрывается вырезанной из жести круглой крышкой и запаивается. Для прочности донышки котла стягиваются железной проволокой, как это показано на таблице.
Более прочный котел можно построить, если есть возможность самому открыть и опорожнить новую банку консервов, прорезав в крышке только небольшое овальное отверстие (см. таблицу, слева, внизу). Такое отверстие запаивается быстро и прочно. Для этого вырезается кусок жести по размерам немного больший, чем отверстие в банке, и такой же овальной формы. К нему в середине припаивается кусочек проволоки. Затем вырезанный кусок жести вводится боком внутрь банки, прижимается при помощи проволоки к крышке и припаивается. Перед пайкой банку надо очень хорошо промыть горячей водой, края отверстия опилить напильником, а изнутри почистить наждачной или стеклянной бумагой. Следует пропаять также все имеющиеся в банке швы.