Играчките парни машини във фондовете на НПТМ

автор: Сребро Божилов (уредник в НПТМ)

ВМЕСТО УВОД

Карлсон коленичи до парната машина и очите му заблестяха:   

— Ей сега ще почне да работи. И наистина само след миг парната машина заработи. „Пух-пах-пух“ — пъхтеше тя. О, това беше най-прекрасната от всички парни машини, каквито само можеш да си представиш, и Карлсон изглеждаше толкова горд и щастлив, сякаш сам той я беше изнамерил.   — Трябва да проверя предпазната клапа — рече изведнъж Карлсон и се залови да върти някаква дръжчица. — Когато не проверяваш предпазната клапа, стават аварии. „Пух-пах-пух — пухтеше все по-бързо и по-бързо машината. 
— Пух-пах-пух!“ После започна да се задъхва, сякаш препускаше галоп. Очите на Карлсон сияеха. А Дребосъчето престана вече да се безпокои за петната върху поличката. Той беше щастлив, дето има такава чудесна машина и дето се е запознал с Карлсон, най-добрия в целия свят специалист по парни машини, който толкова майсторски провери предпазната клапа.  
— Е, Дребосъче — каза Карлсон, — това се казва „пух-пах-пух“! Разбирам от тия работи. Аз съм най-добрият спе…  Но Карлсон не успя да завърши, защото в този миг се раздаде гръмък взрив и парчета от разрушената парна машина се разлетяха навсякъде из стаята. 
— Тя избухна! — извика възторжено Карлсон, сякаш беше успял да направи най-интересния фокус с парната машина. — Честна дума! Тя избухна! Какъв бумтеж! Колко силен!

Астрид Линдгрен „Карлсон, който живее на покрива“, 1955 г.

МАЛКО ИСТОРИЯ

Идеята за машина, задвижвана с помощта на пара е на античния учен, математик и механик Херон, живял през I в. в египетския град Александрия. Изобретението му (фиг.1) представлявало сфера, поставена над котел с херметичен капак, под който се палел огън. Тя била свързана към него чрез две тръби.

Парата минавала през тези тръби, докато стигне вътрешността на сферата, и излизала през други две тръби, които се намирали в противоположните краища на сферата. Така се генерирала достатъчно сила (тласък), за да се завърти сферата около хоризонталната си ос. За жалост, машината на Хирон ни е позната само от рисунки и разкази на по-късни автори.                                         Първият същински бутален парен двигател (фиг.2) е направен през 1679 г. от французина Дени Папен (1674-1713) - физик, математик и изобретател, работил главно в Германия и Англия.

Машината представлявала цилиндър с лост, който се издигал нагоре под тласъка на парата, а после се спускал надолу под въздействието на атмосферното налягане след сгъстяването на отработената пара. Изобретението на Папен не намерило практическо приложение. Няколко години по-късно, английският механик и изобретател Томас Сейвъри (1650-1715) разработва водна помпа, задвижвана с пара. Машината била опасна, с висок риск от експлозия на парата, но въпреки това намерила приложение в рудници и помпени станции. Първата парна машина с търговски успех (фиг.3) се появява около 1712 г. Изработена е от друг английски изобретател на име Томас Нюкомен (1663-1729) въз основа на опита на Сейвъри и Папен.

Машината на Нюкомен е доста неефективна и се ползвала най-често за изпомпване на вода. Принципът ѝ на работа е в създаването на частичен вакуум (понижено налягане) чрез кондензиране на парата в специален цилиндър. Тази машина също е използвана основно в мините за отвеждане на подпочвените води от голяма дълбочина на повърхността – нещо, което дотогава е било принципно невъзможно. След близо 50-годишна история на развитие и противоречиви постижения, окончателните усъвършенствания в парната машина били направени през 1769 г. от шотландския механик Джеймс Уат (1736-1819), който добавя към дотогавашните модели кондензатор и вентилен клапан за пропускане на парата в цилиндъра последователно от двете страни на задвижваното от силата й бутало (фиг.4). Тези подобрения увеличават многократно коефициента на полезно действие и безопасността на парната машина и я превръщат в двигател на индустриалната революция, която, от своя страна, ражда модерната епоха.

КАКВО ПРЕДСТАВЛЯВАТ МОДЕЛИТЕ ПАРНИ МАШИНИ?

Моделът на парна машина представлява миниатюрна играчка, конструирана и направена с образователна цел за деца или като демонстрационно пособие за възрастни любители на двигателите, задвижвани с пара. През ХIХ и началото на ХХ век подобни модели е имало в техническите университети и училища. Обикновено те са били проектирани и изработени от студенти и имали съществена роля в тяхното обучение.                                                                                 В ерата на двигателите с вътрешно горене, модели на парни машини са били произвеждани и продължават да се правят професионално и в най-разнообразни форми от голям брой работилници и фабрики за играчки, макар запалените любители да предпочитат да си сглобяват двигателите сами. Изработването на детайлите, обаче, изисква достъп до струг и фреза. За тези които нямат нужния инструментариум, се продават готови части за сглобяване.                                                                                                              През втората половина на XIX век, производители като немските фирми за играчки Bing, DC и Marklin  предлагат на пазара основните два типа играчки-модели на парни машини, а именно – стационарни двигатели с техните компоненти, които да наподобяват фабричен цех от тогавашната епоха и мобилни модели на парни локомотиви и парни лодки. По-късно, в началото на ХХ век, те започват да изработват и други движещи се играчки: парни валяци, пожарни коли и товарни камиони, както и преси, задвижвани с тяга от пара и модели на вятърни мелници, чиито перки се се въртят не от вятъра, а с помощта на парен двигател. Средата на ХХ век бележи връх в популярността и търсенето на модели на парни двигатели. По това време вече има стотици фирми, които произвеждат такива играчки. 

Днес основни производители на модели на парни машини са компании като немската Wilesco, британската Mamod и фирмата Jensen от Съединените щати. Играчките с парни двигатели обикновено имат по-малко функции и при тях няма системи за смазване на движещите се части и регулатори за скорост както при истинските парни машини; те работят и при много по-ниско налягане на парата. Извън предназначената за деца по-масова продукция, изброените по-горе фирми  изработват и модели на парни двигатели с по-голям капацитет, акцентирайки върху сходството с двигателите с голям размер. Производители като Wilesco продават както обикновени двигатели за играчки за начинаещи, така и по-сложни модели парни двигатели, които са предназначени да задвижват инструменти в работилници или дори лодки. Моделите парни машини обикновено използват като гориво за подгряване на котлето хексаминови таблетки (с популярно название „сух спирт“), денатуриран метилов алкохол, газ пропан бутан или дори електричество.                                                                                          

Механизмите в цилиндрите са или осцилиаторни, т.е. с периодично трептение около равновесно положение (с единично или с двойно действие), или неподвижни, използващи плъзгащи се клапани, бутални клапани или попетни клапани[1] (обикновено с двойно действие). Пружинните предпазни клапани и парните свирки са други често срещани характеристики на моделните парни двигатели. Някои стационарни двигатели имат и помпи за захранване с течност за попълване на водата в котлето, което им позволява да работят безкрайно, стига да има достатъчно гориво.

ПРИНЦИП НА РАБОТА

Топлината се трансформира в механична енергия, чиято сила може да се използва за различни практически цели. Това е основният принцип на работа на една парна машина. Водата в котлето на моделите се нагрява с помощта на пламък, генерирайки пара и тъй като парата е „заловена“ във фиксирано пространство, тя увеличава налягането вътре. Парата може да излезе „на свобода“ под налягане, само по определен път, през тръбичка с два плъзгащи клапана и да стигне до точно определено място – цилиндър с бутало. На диаграмата движението на парата е обозначено със стрелки.

На втората диаграма с пунктирана линия е показано как парата преминава в лявата страна на цилиндъра през левия плъзгащ клапан, изтласквайки буталото вдясно. В същото време, използваната вече „изтощена“ пара от предишен тласък, обозначена с лъкатушна линия и стрелки, се насочва към десния плъзгащ се клапан на цилиндъра, който осъществява нейното излизане в атмосферата.  

Малко преди буталото да достигне края на своето движение вдясно, десният плъзгащ клапан се затваря, прекъсвайки пътя на парата от котлето към цилиндъра. Това е точката, в която коляновият вал на механизма е на границата на своето движение, известна в механиката като „горен-мъртъв център“ или „долен-мъртъв център“, отнасящи се до двете му възможни геометрични положения спрямо хоризонтала. Тук се намесва маховикът, който продължава движението на коляновия вал над това критично положение, благодарение на енергията, която е съхранил от предишните силни тласъци.

Плъзгащият клапан продължава да се движи в същата посока, като този път отваря входния отвор, за да пусне пара от дясната страна на буталото, отново оказвайки му тласък, но сега вляво, изпускайки парата през левия клапан. Целият цикъл се обуславя от разликата в налягането на парата от лявата и дясната страна на буталото в цилиндъра и се рестартира, когато „мъртвата точка“ се достигне за пореден път.

ИЗ СЪКРОВИЩНИЦАТА НА МУЗЕЯ

НПТМ разполага с три образеца на парни машини-играчки. Те по автентичен начин възпроизвеждат работата на истинските парни машини.                                     

1. Първият образец на играчка на работеща парна машина е Marklin, модел 6, с фабр.№ 4097/6/92. Чрез игра с модела, децата изучават принципа на работа на парната машина, както и един от начините за трансформиране на силата на топлината в електроенергия. Освен познание, моделът носи и много забавление с живия пламък и с множеството движещи се  негови детайли. 

Отделните компоненти на модела са монтирани върху тъмнозелен метален пиедестал с квадратно сечение /страна 280 мм/. Парната машина има:

1.1.Метален спиртник с форма на паралелепипед, с отвор за зареждане с капаче и хоризонтален дълъг фитил, който се поставя в корпус от метал с форма на паралелепипед, имащ на тясната страна метална вратичка. На нея има метална планка с надпис „Marklin 6“ Germany. Вратичката се държи на панти за корпуса и има миниатюрна ключалка. През вратичката спиртникът се внася в своеобразната
1.2.„Горивна камера“ - тя има по два отвора с лице на правоъгълник от широките страни, през които може да се наблюдава пламъка на спиртника и два допълнителни отвора, ниско долу от двете страни, осигуряващи притока на кислород, нужен за горенето. Горивната камера завършва със стеснение с формата на правилен паралелепипед с квадратно сечение, увенчан с коминче с дължина 255 мм, което се демонтира, когато машинката не работи или се пренася.
1.3.Месингово котле с форма на цилиндър, захванато с фина точкова заварка за горивната камера с две медни планки с формата на полукръг. На него има кранче с червена дръжчица от здрава пластмаса за изпускане на водата; до него пък - вертикална стъклена ампула, по която се следи равнището на водата в котлето, отвор с капак за пълнене на вода, свирка със спирателен кран с червена дръжка, кръгъл манометър със стрелка, показващ налягането в котлето, дюза с тежест-баланс и две степени за различно налягане в другия край, спрямо манометъра и тръбичка със спирателен кран, отвеждаща парата до  
1.4.Цилиндър с отвор за смазване и буталце, което с помощта на
1.5.Колянов вал (ексцентрик) с два лоста трансформира праволинейното във въртеливо движение, предавайки го на
1.6.Маховик, който е свързан с гъвкава предавка към ремъчна шайба на 1.7.Минигенератор за ток /динамо/ с черен метален кожух, който произвежда електричество, достатъчно за захранването на няколко крушки на ~1.5 V или една по-голяма от ~25 V. В първоначалния вариант на комплекта е имало приспособление, наподобяващо миниатюрна улична лампа.                                                                                 Запазена е оригиналната картонена кутия на играчката, без горния капак. В комплекта има още миниатюрно канче с дръжка, с което през миниатюрна фунийка /налична/, се е изливало премерено количество вода в котлето. В комплекта има и метална масльонка за смазване на буталцето и другите механични триещи се части. Извън оригиналния комплект са добавени допълнителна фунийка и канче от друг подобен комплект. Размерите на играчката са: 390 Х 300 Х 300 мм, теглото й: 2,575 кг. Създадена е от фирмата Marklin, основана през 1859 година в град Гьотинген, Германия от Теодор Фридрих Вилхелм Марклин, първоначално за производство на кукли. Фабриката съществува и до днес като част от  Simba Dickie Group. Придобита е от консорциума през 2013 г.

Моделът е произведен вероятно в края на 30-те и началото на 40-те години на ХХ в. Материалите, вложени при направата са: метал /ламарина/, пластмаса и текстил. При реставрацията на модела в музея са добавени няколко неоригинални компоненти: цокъл с ел.крушка и маркуче, отвеждащо излишната пара от цилиндъра с буталото в атмосферата и консервна кутия без капак, с едностранен разрез и минидръжка, която да служи за гасене на спритника след работа. Моделът е принадлежал на един от дарителите и голям приятел на НПТМ - инж. Цвятко Кадийски. Бил е купен за него от баща му от Германия.

2. Вторият образец (сн.2) от колекцията парни модели в НПТМ, е играчката парна машина, купена в Германия от арх. Димитър Базайтов за сина му Петър. Произведена е от фирмата за играчки DC през 40-те години на ХХ в. Моделът е дарен на НПТМ от внучката на арх. Базайтов -  Ралица Петрова Базайтова. Външният вид и принципът на работа на модела са идентични с тези на гореописания модел Marklin 6. Основните разликите са две: във фирмата-производител и в липсата на генератор за ел.ток (динамо). Моделът DC е сравнително опростен и изчистен откъм детайли. При него топлинната енергия привежда в движение чрез буталото в цилиндърна две относително големи колела, както е било при класическите парни машини от XVIII – XIX век. На постамента, непосредствено пред отвора на горивната камера, е отпечатано елипсовидното  лого на фабриката за играчки - на зелен фон има надпис DC (буквите, червени на цвят, са вплетени една в друга), а под инициалите, с черни букви и ситен шрифт стои надпис на английски език: Made in Germany. Постаментът е оцветен в червено, релефната шарка на коминчето имитира тухлена зидария, горивната камера е в черно и също имитира тухлена зидария, а котлето е с естествения цвят на месинговата сплав. Буталцето и двете колелца на края на цилиндърчето са никелирани. Към колелцата, с ремъчна или ластична предавка, вероятно са се прикачвали други движещи се компоненти – миниатюрни стругчета, бургии и други инструменти, не обезателно от този комплект. Размерите на модела са 290 Х 150 Х 400 мм, теглото му е 1,205 кг.

И двата модела – Marklin 6 и DC са работещи. На днешни цени струват по 600 лв. всеки. Те грижливо се съхраняват за поколенията във фондовете на музея.

3. Marklin модел 8 e третият и, може би, най-хубав и най-добре запазен от всички модели на парни машинив НПТМ (сн.3). Съхранява се зад витрина в експозиционна зала №1. Той е най-големият от трите като общи габарити – 370 Х 370 Х350 мм и тегло от 5,155 кг, както и по обем на парното котле, снабдено с двойно изпускателни плъзгащи клапани, стъклена тръбичка-водомер, по която се следи количеството на вода в котлето и парна свирка, освобождаваща излишното напрежение. Последният процес е придружен от звуков сигнал. По-голямо от това на Marklin 6 е и динамото с лого EGTC, което произвежда електрически ток на ~25 V. Отлично съхранено и прецизно изработено, динамото е  задвижвано от трансмисиите на парната машина, които повтарят производствения цикъл на типичния парен двигател. Цилиндърът, снабден с осцилаторно бутало, колянов вал и маховик,  превръща топлинната енергия в механична, а динамото, от своя страна, превръща тази механична енергия в електрическа, приключвайки процеса на трансформация. Друг отличителен детайл на Marklin 8, който прави модела уникален, е метална тръбичка със система от два вентила, която отвежда отработената пара от цилиндърчето с буталото обратно в котлето. Така производственият цикъл се затваря и двигателят може да работи много по-дълго без допълнително зареждане с вода, икономисвайки и от горивото, нужно за подгряване. Големината на модела е определила и още една негова отлика от останалите. Спиртникът му, който е източник на топлинната енергия, представлява правоъгълен паралелепипед двойно по-голям от тези на другите две парни машинки и дава пламък през два отвора, разположени в двата му края от горната страна. Котлето, динамото и всички компоненти на модела са произведени във фабриката за играчки Marklin в германския град Гьопинген, за която вече стана дума, в средата на 30-те години на ХХ век. Горивната камера се затваря с миниатюрна метална вратичка, на която е монтирана планка с името на фирмата - Marklin и номера на модала - 8. Музейният му инвентарен номер пък е ОФ 04504. Тази истинска движима културна ценност е била откупена за фондовете на НПТМ от частно лице в София през 1982 г. за 120 лева. Днес тя струва няколкостотин евро.

По принцип моделите на парни машини са предназначени за обучение и забавление на хората от всякакви възрасти. Тяхната вече близо осемдесетгодишна история от датата на производство, прецизната им изработка и правилното им съхранение в музея, ги превръщат в ценност с висока колекционерска стойност.

БИБЛИОГРАФИЯ:


[1] При попетните клапани активният елемент е диск, който стои на седло с уплътнение, припокривайки работната секция. Плочата е монтирана от вътрешната страна на стъблото, която има способността да се движи свободно в корпуса на клапана. Между тялото и дисковия елемент е инсталирана конична или цилиндрична пружина, което осигурява плътно прилягане на диска към уплътнението. Когато посоката на налягането се промени, дискът компресира пружината и потокът се възобновява в правилната посока.

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *

Created by webdesign-123.com

bg_BGBulgarian