А. Абрамов, П. Хлебников
Самодельные электрические
и паровые двигатели
*** 1953 ***
От нас: 500 радиоспектаклей (и учебники)
на SD‑карте 64(128)GB — ГДЕ?..
Baшa помощь проекту:
занести копеечку — КУДА?..
|
СОДЕРЖАНИЕ САМОДЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ И ТРАНСФОРМАТОРЫ Замечательные свойства магнитов 3 Простейший двигатель с вертикальной осью 8 Простой электродвигатель с горизонтальной осью 19 Электродвигатель с трехполюсным якорем и поворотными щетками 29 Электродвигатель с кольцевым статором 35 Электродвигатель с пятиполюсным якорем 46 Набивной якорь 51 Электродвигатель повышенной мощности 53 Электродвигатель с барабанным якорем 69 Самодельные трансформаторы 77 САМОДЕЛЬНЫЕ ПАРОВЫЕ МАШИНЫ И КОТЛЫ Одноцилиндровые паровые машины 87 Жаротрубные и водотрубные котлы 104 Двухцилиндровые паровые машины 112 ПАРОВАЯ ТУРБИНА И КОТЕЛ К НЕЙ Выбор двигателя 123 Изготовление турбины 126 Изготовление котла 131 Регулировка турбины 134 САМОДЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ И ТРАНСФОРМАТОРЫ Замечательные свойства магнитов В глубокой древности люди узнали, что куски железной руды, добываемой возле города Магнезии, могут притягивать к себе железные предметы. Это удивительное свойство назвали по имени города магнетизмом, а куски руды — магнитами. С тех пор прошло много веков. Время и войны разрушили город Магнезию, и козы пасутся на холмах, где он стоял. Но людям нужно было все больше железа, и по всей земле искали одаи залежи железных руд. Некоторые из найденных руд оказались такими же магнитными, как диковинная руда из Магнезии. Древнее слово «магнит» продолжало жить в языках разных народов. Оказалось, что если положить магнит на дощечку и пустить плавать, то он всегда поворачивается одним концом к северу, другим — к югу. Так родился первый компас. Конец магнита, который смотрит на север, назвали северным полюсом, другой — южным. Рис. 1. Магнитное поле подковообразного магнита. Рис. 2. Магнит притягивает ключик. Сейчас магниты делают из особых сортов стали. Такой магнит действует гораздо сильнее, чем кусок руды. Достаточно приблизить его к лежащим на столе железным опилкам, как опилки начинают шевелиться, потом подскакивают и прилипают к его полюсам. Значит, что-то происходит вокруг магнита, и нетрудно даже увидеть, что именно. Напилите побольше железных опилок и просейте их через мелкое сито. Положите на стол обыкновенный подковообразный магнит, накройте его листком плотной белой бумаги и посыпьте бумагу опилками. Ничего особенного не замечаете? Постучите по бумаге пальцем, чтобы опилкам легче было передвигаться по ней, и вы увидите, что опилки составят какие-то ясно различимые цепочки. Тут не может быть никакого сомнения: тонкие цепочки соединили полюсы магнита. И вокруг магнита опилки расположились в определенном порядке: они поместились плотнее у полюсов, а чем дальше, тем менее плотно (рис. 1). Физики назвали пространство вокруг магнита магнитным полем, а линии, по которым располагаются опилки, — силовыми линиями магнитного поля. С помощью железных опилок вы можете увидеть, что происходит с магнитным полем, когда к полюсам магнита приближается железный предмет. Подложите под бумагу вблизи полюсов небольшой железный ключик, постучите по бумаге — и вы увидите, что опилки быстро перестроятся в новую фигуру. Они сгустятся вокруг ключика, загнутся к нему: магнит притягивает (рис. 2). Рис. 3. Магнит стремится повернуть стержень. Еще интереснее получается, если положить перед полюсами подковы небольшой намагниченный стержень. Таким стержнем может служить иголка, обломок стальной спицы, кусок пружины от будильника и т. п. Чтобы намагнитить стержень, проведите по нему несколько раз одним из полюсов магнита. Проводить нужно с нажимом и только в одном направлении. Подложив стержень к полюсам магнита, постучите по бумаге. Если около северного полюса подковообразного магнита оказался северный полюс стержня, цепочки опилок очень интересно перестроятся. От северного полюса магнита линии поля загнутся, обойдут северный полюс стержня и пойдут к его южному полюсу. Они «не хотят» соединяться с северным полюсом. Зато к этому полюсу стержня пойдут почти прямые линии от южного полюса подковы (рис. 3). Разноименные полюсы притягиваются друг к другу, а одноименные — отталкиваются. Не будь трения, стержень повернулся бы. Но идут ли линии поля вокруг магнита во все стороны? Можете проверить. Укрепите магнит на столе полюсами кверху. Покройте полюсы листком бумаги, насыпьте опилки и постучите по листку. Снова опилки образуют цепочки и покажут расположение силовых линий поля. Значит, не только вдоль, но и поперек полюсов вокруг магнита идут линии поля; значит, наверняка идут они во все стороны. Чтобы окончательно в этом убедиться, сделайте еще один опыт. Вырежьте из плотной бумаги ма-jl ленькую лопаточку, наберите ею немного опилок и поднесите к магниту, держа его полюсами вниз. Опилки подскочат и пристанут к полюсам. Поднесите еще несколько порций опилок, и на полюсах магнита повиснет целое «гнездо» (рис. 4). Цепочки опилок в этом гнезде расположатся и вдоль и поперек магнита, как располагались раньше, и во всех других направлениях. Значит, действительно все пространство вокруг полюсов магнита пронизано силовыми линиями магнитного поля. Больше ста лет назад ученые заметили, что если вставить в катушку изолированной проволоки железный прут, то он становится мощным магнитом, когда по проволоке идет ток. Вы уже знаете, что если прикоснуться магнитом к стальной игле, она тоже становится магнитом. Игла не теряет магнитных свойств и после того, как вы отведете от нее магнит. А железо ведет себя иначе. Железный гвоздь, от которого отняли магнит, сразу «размагничивается». Оказывается, что железный прут тоже действует как магнит только то время, пока по проволоке катушки идет ток. Железный прут в катушке — магнит не простой, а электрический, электромагнит. Выключат электрический ток — железо размагничивается. Это было открытие огромной важности. Разве можно представить себе нашу современную технику и промышленность без электромагнитов? Не будет электромагнитов — и остановятся станки на заводах и тракторы в полях, не поедут автомобили, не полетят самолеты, умолк- нут громкоговорители и электрические звонки, не побегут телеграммы по проводам, оглохнут телефоны, погаснет яркий электрический свет. Вот какой важной вещью стал электромагнит. Когда электромагнит был только что открыт, был еще, так сказать, младенцем, его замечательные свойства уже удивляли людей. Один ученый того времени писал: «Дивишься как чуду, когда видишь, что в то мгновение, как проволока замыкает якорь, отягченный грузом в восемь фунтов и более, притягивается даже с расстояния и столь же мгновенно отпадает, когда цепь размыкается». Притяжению восьми фунтов удивлялись когда-то! А что сказать о теперешних электромагнитах, которые тянут с неслыханной силой? О магнитах, которые держат тысячи килограммов! Вы тоже можете сделать себе небольшой электромагнит и познакомиться с его удивительными свойствами. Возьмите железный болт длиной примерно 100 мм и диаметром 10 мм. Намотайте на него на длине 50 — 60 мм медную изолированную проволоку диаметром 0,2 — 0,3 мм. Мотать нужно плотно, виток к витку, сначала один ряд, на него — второй, сверху — третий, пока не намотаете 400 витков. Пойдет на это около 15 м проволоки. Концы обмотки очистите от изоляции и присоедините к пластинкам карманной батарейки (рис. 5). Испытайте, какой вес может удержать ваш самодельный электромагнит. Вы удивитесь, когда взвесите груз, который он держит. Только не оставляйте электромагнит надолго включенным, иначе батарейка истощится. Ток в обмотке электромагнита для нее слишком большая нагрузка. Имея электромагнит и батарейку, вы сможете проделать много очень интересных опытов. Все-таки удивительное дело: как только по проволоке проходит ток, болт становится магнитом, и к нему подскакивают со стола легкие железные и стальные предметы. А стоит выключить ток, болт сразу теряет свойства магнита, и все, что к нему подскочило, падает обратно. Пользуясь свойством электромагнита размагничиваться, как только выключится ток, можно получить непрерывное вращение железного стержня около полюсов — сделать электрический двигатель. Раньше всех догадался об этом русский ученый Борис Семенович Якоби. В ноябре 1834 года он построил первый в мире электродвигатель (рис. 6). Свой двигатель Якоби установил в 1838 году на большую восьмивесельную шлюпку и — тоже впервые в истории — поплыл с электродвигателем по реке Неве. Двенадцать пассажиров помещалось в шлюпке. Ток двигателю давала батарея в 320 элементов Простейший двигатель с вертикальной осью Наша первая модель устроена гораздо проще, чем двигатель Якоби. Мало похожа она и на современные электродвигатели. Зато на ней особенно ясно видно, как именно удается заставить железный стержень — якорь — вращаться около полюсов электромагнита. Возьмите большой железный шуруп, намотайте на него 300 витков изолированной медной проволоки диаметром 0,2 — 0,25 мм и вверните в дощечку. Вырежьте из жести от консервной банки десяток полосок, проколите их все посередине и наденьте на вязальную спицу. Чтобы полоски не расходились веером, оберните концы тоже жестяными полосками. Получится якорь. Спицу-ось с якорем поставьте около шурупа (рис. 7) так, чтобы якорь проходил над ним как можно ближе. Теперь, если в обмотку пустить ток, шуруп намагнитится и притянет якорь, повернув его вместе с осью. В этот момент ток надо выключить, но якорь не сразу остановится: он с разгона проскочит дальше, потому что шуруп размагнитился и больше уже не притягивает. Когда якорь, продолжая поворачиваться, будет приближаться к шурупу другим концом, снова включите ток. Электромагнит опять дернет к себе якорь, но вы опять выключите ток-якорь снова проскочит над шурупом двигатель, и будет вращаться все время, пока вы не перестанете включать и выключать ток. Конечно, выключать ток руками плохо: не успеешь точно, во-время; да и какой это двигатель, если нужно все время около него стоять и проволокой прикасаться. Надо так придумать, чтобы ток сам прерывался, когда это нужно. И держать ось пальцами не годится. Нужно устроить рамку в виде буквы «П», в которой бы стояла ось. Так можно соорудить электродвигатель. Но лучше сделать его посильнее: добавить еще один шуруп с обмоткой. Тогда при включении тока шурупы-электромагниты будут тянуть якорь сразу за оба конца. При этом хорошо поставить не два отдельных шурупа, а соединить их внизу жестяными полосками, чтобы получился подковообразный электромагнит. Наш двигатель (рис. 8) можно сделать быстро. Из толстой фанеры или дощечки толщиной 10 мм вырежьте основание двигателя — квадрат 70X70 мм. Подберите два шурупа длиной по 40 мм с плоскими головками. Шурупы хорошо взять потолще — диаметром примерно 4 — 6 мм. Если они будут длиннее, чем 40 мм, придется только удлинить стойки рамки, в которой держится ось. Палочки-стойки должны быть на 20 мм длиннее шурупов. Их нужно хорошо укрепить. Выдолбите в основании два отверстия, промажьте внутри клеем и заколотите палочки (рис. 12). Пока не высох клей, устаноновите их как можно прямее, чтобы расстояние между палочками вверху и внизу было одинаковым. А перекладину для оси, или, как ее называют, «подшипник», лучше сделать из жести. В деревянном подшипнике ось будет вращаться плохо. Какую же нужно взять жесть для перекладины? Жесть от консервной банки, пожалуй, тонка — перекладина будет легко гнуться. А нельзя ли что-нибудь придумать, чтобы и из тонкой жести получилась прочная перекладина? Оказывается, можно. Посмотрите на любую машину, на любое инженерное сооружение — автомобиль, мост, самолет — или даже на такие простые вещи, как ведро, чайник, ложку. Многие части их очень интересно сделаны. Вы скажете: «Конечно, в самолете, автомобиле есть много интересных частей, а где же им быть в ложке или чайнике?» И там они есть, только их не замечают. При изготовлении всякой вещи перед инженером стоит задача сделать ее как можно проще, но прочной и легкой. А прочность и легкость всегда «воюют» между собой. Сделать, скажем, ложку толстой — получится она крепкой, но тяжелой: много металла пойдет на нее; сделать ее тонкой — весить она будет немного, но зато и гнуться будет легко. Кажется, эти две задачи никак нельзя решить одновременно, но инженеры всегда стараются сделать все, что можно. А можно многое сделать. Посмотрите на тонкую алюминиевую ложку (рис. 9); видите: вдоль ручки ее идет канавка; ручка сделана выпуклой, как будто для того, чтобы казалась толстой. На самом деле это совсем не для того. Если сделать ручку ложки не выпуклой, а плоской, ложка никуда не будет годиться. Захотите вы ею набрать густое варенье из банки — она выгнется дугой; захотите есть пудинг такой ложкой — измучаетесь; только сахар в чае размешаете ею да кисель жидкий съедите. Нет, скажете вы, не нужна мне такая ложка, дайте покрепче. А ведь из того же количества алюминия можно сделать прочную ложку: нужно только выдавить вдоль ручки канавку, сделать ручку выпуклой. Оказывается, изогнутый, или, как говорят инженеры, «профилированный», матеРиал ПРИ одном и том же весе гораздо прочнее плоского. В технике употребляют материал разных профилей — где какой выгоднее. Есть железные полосы (балки), изогнутые в виде буквы «Г» — это угловое железо. Есть изогнутые в виде буквы «П» — это швеллерное. В виде буквы «X» — тавровое. Если два «Т» сложены вместе вот так: — это двутавровое железо. Есть железо, профилированное в виде латинской буквы «Z» («зет»); его так и называют — зетовое. Всякий знает профиль рельса, трубы, волнистого железа (рис. 10). Какой профиль лучше выбрать для подшипника нашего электродвигателя? Удобнее всего швеллер. Вырежьте из жести от консервной банки заготовку, сделайте в ней прорезы по жирным линиям (рис. И), отогните по длине с обеих сторон края шириной 5 мм. Отогнув кверху концы средней части швеллера, вдвиньте его между стойками до самой подставки. Швеллер должен точно туда входить. Поднимите швеллер так, чтобы обрезы отогнутых краев пришлись вровень с верхом стоек. Концы средней части швеллера обогните вокруг верх стоек. На них загните концы отогнутых краев швеллера. Выглядывающие снизу концы средней части загните наверх и закрепите ими края. Все это хорошо видно на рис. 12. Подшипник получился легкий и прочный; он хорошо связывает верхушки стоек, не давая им ни сходиться, ни расходиться. Кроме того, подшипник можно снимать, а это очень важно. Для оси подберите вязальную спицу или жесткую проволоку. Можете взять обрезок велосипедной спицы, но вязальная удобнее: у нее острый конец. Точно в центре подшипника пробейте гвоздем или шилом отверстие, в которое будет вставляться ось. Отверстие должно быть таким, чтобы ось в нем вращалась легко, но не болталась. Во всяком электродвигателе есть две главные части: одна, неподвижная — ее называют «статор»; другая, вращающаяся — «ротор». В нашем двигателе статор — это дощечка с палочками, подшипником и электромагнитом, а ротор — ось с якорем и прерывателем тока. Полоски якоря вырежьте из жести. Их должно быть десять штук. Длина полоски — 45 мм, ширина — 15 мм. В центре каждой полоски пробейте отверстие по толщине оси. Когда пробьете, с одной стороны выйдет гладко, а с другой стороны края рис 12 Крепленне стоек в д0. отверстия получатся С зазубринами — заусенцами. Их надо убрать. Положите полоску на кусок железа заусенцами кверху и расплющите их молотком. Полоска станет гладкой, но отверстие уменьшится. Можете браться за самую трудную часть двигателя — электромагнит. KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ
|
