une locomotive sans chaudière traditionnelle : la FlashJac

[Faaroa - mars 2018] Est-il possible d'utiliser la "flash-steam" pour alimenter le moteur d'un véhicule ?

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Un nouveau projet "taravana", celui de la construction d'une loco et de son wagonnet en essayant d'utiliser les résultats des recherches précédentes.

Fonctionnera ? Fonctionnera pas ? L'éternel défi de ce type de projet ... Résultat : **ça fonctionne ! !*

Pour les recherches qui peuvent faire penser que c'est faisable, voir dans cet
album
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le wagon

qui est un peu l'élément essentiel du système : une pompe actionnée par un moteur électrique va alimenter le réservoir-tampon placé avant le serpentin qui se trouvera sur la locomotive. Un by-pass permettra d'ajuster la pression.
Sous le wagon on trouvera une réserve d'eau.

les essieux

en l'absence de roulement, un montage très simple.
Ils proviennent de l'Atelier Vaporiste : réf SV20W4p, diamètre 32.5 mm 
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1 - la pompe que l'on modifiera légèrement pour pouvoir aspirer l'eau de la bâche
2 - le support de l'axe de la pompe
3 - le by-pass
4 - le moteur et sa démultiplication (250 trs/mn)
5 - l'alimentation : une pile AAA de 1.5 volts
6 - la réserve d'eau (bâche) : tiroir que l'on peut enlever pour la vidange mais limitée dans le contenu : pas plus de 60 ml
7 - l'arrière en deux morceaux pour pouvoir sortit le tiroir
8 - autre tracé adopté pour les flancs du wagon ... pas eu le courage de refaire le plan !

Les difficultés de ce montage :

. comme il faut libérer le passage de la bâche entre les roues, tous les serrages (pompe, support de l'axe, alimentation) doivent se faire sur les côtés du plancher
. le bas de la pompe doit être modifié (tube de 2 x 3 coudé) pour que l'aspiration plonge dans la bâche
. il faudra inverser la position de son support
. pour le moteur il faut le fixer avec une vis à tête fraisée pour que le tiroir puisse glisser
. ...
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by-pass

Cliquez pour agrandir l'imageLa première tubulure reçoit toute l'eau de la pompe.
La seconde, que l'on peut fermer par le pointeau, va régler le débit envoyé au réservoir-tampon en envoyant plus ou moins d'eau dans la bâche.

Il est nécessaire que la fermeture puisse être totale ce qui n'est pas évident avec le contact laiton sur laiton.
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le moteur et l'alimentation

la construction de ce moteur avec sa démultiplication se trouve dans cet
album

la bâche

en tôle de récupération qui sera soudée à l'étain : la réussite dépendra du nettoyage de cette tôle ...Bien enduire de pâte à décaper.
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nettoyage de l'extérieur
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pliage des côtés
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nettoyage intérieur
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soudure intérieure
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reprise extérieure
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bâche terminée
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pose des supports en enlevant les roues
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bâche en place
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aspiration


Pas évident à placer ce petit tube ... J'ai essayé de découper le dessus d'une autre manière mais cela ne passait pas sinon en coudant trop fort la durite en silicone.

Alors on remplace le petit tube par un coude, on coupe un morceau de durite de 3 cm et on y enfile un morceau de 2 x 3. L'élasticité du silicone et le poids de ce morceau de cuivre fera qu'il viendra se poser au fond de la bâche.
Pour le placer, il faut glisser la bâche, tourner la pompe, insérer notre tube ... et ne pas oublier ensuite de la resserrer sur son support.

augmentation de la capacité

Les 50 ou 60 ml de la bâche ne sont pas suffisants. On peut ajouter environ 80 ml avec un réservoir annexe venant s'y déverser.
Là aussi il faudra faire des essais pour que l'ouverture de la vanne corresponde à la consommation du moteur ... et ne pas oublier d'ouvrir la vanne avant de lancer le moteur !
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La tige filetée M4 qui sert de volant glisse dans un tube de 4 x 6 qui va la guider. On utilise la m^me technique d'une vanne-gaz pour obtenir l'étanchéité pendant le remplissage : cône en laiton venant se caler dans un tube de cuivre qui se recuit à la soudure.

Le tube en cuivre sera prolongé par un tube silicone permettant de juger de l'écoulement.
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du croquis à l'usinage
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préparation à la soudure (étain)
une bande de tôle pour le positionnement
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mini réservoir-tampon


l'idée m'en a été soufflée sur ce forum :
http://modelismenavalradioc.nouvellestar6.com/t13879-essais-flash-steam-et-semi-flash-steam

et il faut dire que cela fonctionne plutôt bie, même en position couchée !!!

essai de la pompe et du réservoir-tampon


Logiquement on devrait pouvoir obtenir des résultats identiques à ceux de la page consacrée aux essais : il n'y a plus qu'à construire la locomotive pour s'en assurer ...

la locomotive

Sa réalisation nécessitera plusieurs démarches :
. recherches pour un inverseur-réducteur
. le montage des essieux
. ...

la mécanique

On pourrait se contenter de la réalisation d'un débrayage simple avec démultiplication ... mais on peut aussi en profiter pour aller plus loin et doter cette locomotive d'un véritable inverseur permettant d'obtenir le débrayage nécessaire pour lancer le moteur, la marche avant et la marche arrière.
Et ce n'est pas si évident que cela : les croquis se sont multipliés avant d'en arriver à cette solution.
Cliquez pour agrandir l'imagePour cette étude, le choix est fait de la meilleure position de transmission des roues dentées, soit des roues alignées à 180°.

Tout va dépendre de la démultiplication choisie : en fonction du pignon du moteur, la position de l'axe de la roue va changer.
Si on prend un pignon de 5 de diamètre (10 dents, démultiplication de 1/18ème), le contact se fera quand les axes du moteur et de l'essieu seront plus rapprochés.

J'ai opté pour une démultiplication de 1/12ème . Si cela fonctionne c'est parfait sinon il faut s'offrir la possibilité de changer le pignon du moteur pour l'augmenter. Et ceci sans avoir à tout recommencer.
Et c'est possible.
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Une lumière sur le porte-roulement permet de modifier l'emplacement de l'axe de l'essieu.
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montage adopté : démultiplication de 1/12ème

Si cette démultiplication ne suffit pas, on changera le pignon du moteur et on remontera la position de l'axe de l'essieu.

Un problème ! La radio-commande qui permettrait de positionner l'inverseur à la bonne position (mais on peut en douter car le réglage est très fin) n'est pas prévue.
Il est donc nécessaire de prévoir le blocage de l'inverseur dans les positions extrêmes.** 


Le plus simple est de découper un gabarit en carton que l'on peut faire pivoter sur le croquis, de prévoir (carton jaune) les arrêts : on positionne la roue dentée, on fait glisser le carton, on le colle, on le découpe ...
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position de marche à droite
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position de marche à gauche
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découpe après collage


Après avoir travaillé à l'échelle 2, on peut dessiner le support des roues dentées de l'inverseur à l'échelle 1.

Le positionnement des roues dentées est facilité si on utilise d'abord un support en alu car là on peut se tromper ... D'ailleurs, le mieux quand on a obtenu une rotation parfaite des roues et de d'en servir comme gabarit de perçage.+Comme d'habitude le dessin de la forme et la découpe se font après varification de la rotation.
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essais avec plaque d'alu
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présentation du gabarit en alu sur la tôle de laiton.
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un dernier essai avant la découpe

Montage : on peut prévoir de souder à l'étain les axes des roues dentées (vis M2) ou alors se contenter de mettre un écrou de blocage, ce que j'ai fait.
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Pour essayer cet inverseur, il faut passer à la réalisation du châssis et au montage des roues.
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Les flancs sont en alu de 1.5 et le plancher en alu de 2. Tus les trous sont percés pour les deux flancs en les superposant (maintient par vis).

Le montage se fait avec du carré en alu de 8 x 8 et pour combler le vide on place un carré de 6 x 6.
Il était plus simple de mettre un plat de 6 d'épaisseur aux extrémités ... Mais ma fraiseuse peine un peu en ce moment !

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réalisations des flancs
perçage à diamètre 10
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traçage second flanc
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pose des goujons
Pour le montage du moteur il faut prévoir des équerres de fixation : des vis M2 placées par le dessous serviront de goujons.

Une première découpe à reprendre car il n'a pas été facile de glisser ensuite l'inverseur dont les arrêts débordent. Le croquis final du plancher en tient compte.
Petite découpe aussi pour le volant : il fait 40 de diamètre et il va toucher le plancher !
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Réalisation des porte-roulements.
A droite un petit truc pour usiner ces petits trucs ...
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Il vaut mieux percer l'emplacement des goujons après la réalisation des porte-roulements ou boîtes à essieux.

On peut procéder ainsi pour bien les positionner : placer le roulement dans la boîte, installer la boîte puis  faire tourner un foret de 2,5 pour obtenir le centre de notre perçage à 1.6 (goujons M2).

Je continue à croire en ma bonne fortune : pas de lumières mais un trou de 2.5 !
En fait cela va fonctionner et je n'aurai qu'à pousser un peu la boîte vers le bas pour obtenir le contact parfait : il est vrai qu'un trou de 2.5 donne un jeu de 0.25 de part et d'autre.

Le montage des essieux
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L'essieu avant devra être équipé de la mécanique de l'inverseur.
Attention, cet essieu du commerce a un diamètre de 5.5 et il faut le réduire à 5. Le baladeur doit pivoter facilement tout en restant vertical.

Le montage à travers le plancher n'a pas été facile aussi sur le plan du châssis une découpe supplémentaire a été prévue pour le passage des extrémités de l'inverseur.

Sur la seconde photo on aperçoit la tête des vis qui permettent la fixation du moteur.
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essieu arrière
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essieu avant
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fin de l'installation de la mécanique

par l'installation de la commande dont le levier sera installée dans la cabine.
A noter que ce système provoque l'inversion du sens de rotation et qu'ainsi, en poussant le levier on obtiendra la marche avant.

Le ressort sur le pivot du levier permet d'obtenir le blocage du système aussi bien en marche avant qu'en marche arrière et en __position de débrayage
On ajoute un guide pour maintenir la tige de commande (plat de 5 ou 6 x 0,5 On le fixe sur une des vis du moteur.
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essai de l'inverseur


à l'air comprimé
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nouveaux accessoires

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réservoir-tampon

c'est le même dessiné précédemment à la différence que le manomètre est vissé directement sur le sommet.
Pour la réalisation des tubulures (brasées à l'argent) il faudra le présenter à son emplacement.
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vanne d'admission ou vanne "fine"

Elle est réalisée comme une vanne-gaz avec un cône en laiton qui va venir se placer sur l'extrémité du tube de cuivre (brasé à l'argent) et donner une étanchéité parfaite ou un débit très fin facilement réglable.
Quand se débit sera atteint, une bague permet de valider la position et évite les tâtonnements lors des essais suivants.

Sur le volant de la vanne, une vis M2 vient se bloquer sur la bague.

clapet anti-retour

qui est supposé rendre le débit du système plus constant.
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serpentin

Il est nouveau et a une longueur de 115 mm ce qui permettrait l'usage d'un moteur plus "puissant'" de 0.75 cm3 au cas où cela ne fonctionnerait pas avec le moteur de 0.46.
Cette fois le tube en cuivre est de 2 x 3.
On pourra le reprendre sur les mandrins avant de le scier pour bien disposer les sorties en fonction du graisseur et de la vanne fine.

On le construit comme dans cet
album
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graisseur

Il est entièrement brasé à l'argent.
Il accepte de l'huile pour locomotive et remplit - étonnant - sa fonction.

A droite la seringue qui sert à son remplissage : ne pas oublier de le vidanger avant !


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les montages

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brûleur, porte-gicleur- et réservoir de gaz

Un vieux réservoir va trouver une nouvelle vie ...
Il faudra prévoir un su^^ort en tôle de 0.3.
Afin que la jonction avec le réservoir se fasse bien et sans toucher le volant, le réservoir sera un peu penché vers l'arrière.

Pour le réservoir de gaz, voir en bas de cet
album
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montage général de la locomotive

le châssis étant déjà prêt.
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essai du brûleur
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moteur et volant
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support serpentin et blocage brûleur
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commande inverseur
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pose du plancher sur le châssis
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graisseur puis serpentin
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vanne avec clapet anti-retour
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réservoir-tampon

essai sur les rails

Les conditions d'un essai un peu "olé olé" !
Mais qui fonctionne.


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finitions

la locomotive

pour laquelle le choix a été fait de la simplicité ... mais ce châssis se prête à toutes les possibilités.

Quelques améliorations avant la peinture.
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Le cylindre n'est pas bien beau, on va l'habiller avec du bois et pour le maintenir, on ajoute une bague en bas du cylindre.
Il ne faudra pas oublier de percer la garniture en face du trou d'échappement en fin de course si on l'a percé.

Et, cette fois il est plus présentable.

Avant le montage définitif, il m'a semblé utile de braser à l'argent la tige du piston : il devenait impossible de serrer convenablement le piston (trop d'efforts demandés !).
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La manoeuvre de la vanne fine se fera désormais par une poignée dont l'aspect est plus compatible avec cette version maquette.
On la tire d'un plat de laiton de 4 x 6.
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Ajout d'une seconde vis de blocage sur la roue dentée de l'axe moteur.
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Echappement enfin réalisé : la première bague est brasée à l'argent, le tube lui s'emmanche à force.
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Un "habillage" des plus simples réalisé avec de la tôle de récupération. On peut ajouter du fil de cuivre que l'on soudera à l'étain.

4 éléments :
.  un faux caisson pour cacher le réservoir de gaz
. deux garde-fous sur les côtés
. une balustrade à l'arrière qui permet de rallonger un peu la machine afin de permettre au mécanicien de passer d'un côté à l'autre ... il aurait fallu y penser plus tôt et allonger le châssis.

Sur le plancher il faudra prévoir la fixation de ces éléments en prévoyant des trous taraudés à M2 pour placer des goujons. Celui de l'enveloppe de chaudière servira dans ce cas.

Des dimensions à adapter ...
Il faudra aussi modifier la position de la commande de l'inverseur pour laisser passer le mécanicien.

La plupart des accessoires ont été construits comme ceux du locotracteur et les plans ainsi que des modes de construction se trouvent dans cet


album
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Montage de toute la mécanique.
On aperçoit les goujons qui ont été ajoutés.

Et c'est le moment de faire un essai à l'air comprimé pour vérifier le fonctionnement du moteur et de l'inverseur.

Ensuite, on peut passer à la ... suite !
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les derniers "travaux"

raccord pour tube silicone

lors des essais le tube silicone était simplement enfilé sur un raccord de 4 de diamètre et, le tube faisant 3 x 5 cela tenait jusqu'à une certaine pression (pas plus de 1.5 ou 2 bars). D'où de fréquents jaillissement intempestifs et une expérience à reprendre !
Ne pas oublier d'atteler le wagon sinon le moindre mouvement de la loco favorisera la libération du tube silicone.
Voici deux modèles réalisés :
la description du premier est faite dans cet
album
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le plus simple (maxi1.5 bar)
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plus résistant (maxi 4 bars)

recueil de l'eau de la pompe dont le cylindre fuit

surtout lorsqu'elle commence à peiner.
On agrandit l'ouverture prévue sous la sortie du corps de la pompe pour que l'ouverture débouche au-dessus de la bâche.
On fixe une tôle en utilisant les fixations des supports de la pompe : pas de trous mais des lumières pour pouvoir la glisser.
On pourrait aussi ajouter un peu de joint  liquide ...
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alimentation de la pompe augmentée

avec l'installation de 2 piles.
Il s'agit d'un porte-piles du commerce dont on garde le centra-e pour les piles de 1.5 v, la partie du haut est muni d'un interrupteur, le bas est percé aux dimensions du premier montage.
La pression du réservoir-tampon va monter très vite et il faudra ouvrir la vanne fine dès que le manomètre atteindra les deux bars.
On pourra aussi penser à régler le by-pas ...
Les bouts de collant facilitent la sortie des piles.
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essai final sur le circuit

Tellement pressé que je n'ai pas songé un seul instant à ranger le garage !

Le problème de ce circuit est que le contreplaqué a joué et qu'il est impossible d'éviter quelques dénivellations qui nuisant beaucoup quand la machine est tractée par un moteur de petite cylindrée, d'où des ralentissements ... 
Deux essais donc avec une alimentation différente de la pompe.
Quelques mesures prises sur ceux effectués avec deux piles : moyenne sur 5 essais.

La loco parcourt les 6 mètres du circuit en 23 à 25 secondes. Moyenne 24. Ce qui donne un parcours de 15 m en 1 minute soit 0.9 km/h.
En 1 minute la roue (diamètre 32.5 mm - périmètre de 102 mm = 0.102 m) effectue donc : 15 / 0.102 = 147 tours par minute.
La démultiplication étant de 12, le moteur tourne à 147 x 12 = 1764 tours par minute.



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On obtiendrait de meilleurs résultats avec un moteur différent de l'oscillant dont les pertes sont très importantes, un moteur à tiroir cylindrique par exemple.


Une expérience encourageant qui donne envie de construire un autre montage : tous les éléments de la loco vont être bientôt recyclés sur autre chose ...
Et si vous construise un modèle semblable, n'oubliez pas de m'envoyer des photos.

reprise des essais

Non pas avec un autre moteur, mais avec un autre brûleur de type mini-champignon dont on peut voir la réalisation dans cet
album
Pour obtenir la meilleure chauffe, il a fallu réduire le diamètre du gicleur qui à l'origine était de 0.20.
Facile en y insérant un fil de laiton de 0.10 que l'on a décapé au préalable car il est verni et ce vernis va finir par fondre et boucher le trou ...

Cela nécessite cependant une nouvelle installation.
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Jolie flamme n'est-il pas ?
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le support en tôle de 0.3
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vue de dessous

et comment obtenir le meilleur réglage possible ?


Un truc un peu osé découvert par hasard : la vanne fine n'étant pas ouverte, la pompe finit pas ralentir mais la pression dans le tube silicone devient trop forte et le tube se met à gonfler ! Pas dangereux s'il explose car il s'agit d'eau froide.
Pour le ramener à sa dimension normale, il suffit d'ouvrir le by-pass.

On peut alors jouer sur les deux réglages, celui du by-pass et celui de la vanne-fine.

Une fois le bon réglage obtenu (réservoir-tampon entre 0.5 et 1 bar), on arrête, on ne touche plus à rien et on peut redémarrer sans problème avec un moteur qui tourne d'une manière stable.

Un petit truc à prévoir : un écrou permettant le blocage du by-pass ... !
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un nouveau wagon

pour allonger et élargir la platine qui supporte la pompe et ses accessoires. Ainsi on pourra lui donner une allure plus réaliste.

Si on a construit le précédent, on peut faire de la récupération ...
La pompe et le moteur se fixerons de la m^me manière.
. Nouveau châssis  dont seule la longueur change :
on gardera les extrémités et le bac qui va recevoir le trop plein du by-pass et l'eau du réservoir annexe est posé sur deux cornières : le bac doit arriver à ras du châssis.
Si c'est une première construction, on peut allonger ce bac.
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. Les marche-pieds  fabriqués avec du fil de cuivre de 1.8 mm de diamètre et dont les échelons sont soudés à l'étain.
Une fixation simplifiée par collage à la super glue. On découpe et on enfile des rondelles de la gaine du fil électrique. On enfile dans des trous de 1.9, on colle par dessous, on coupe à ras et on remet un peu de colle au-dessus.
La fixation de la platine se fera cette fois par des goujons ce qui permettra la fixation des balustrades.
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. Fixation du réservoir annexe.
On va utiliser le carré de laiton qui support de l'axe de la pompe.
Il suffit de percer son sommet à 2.5 puis de tarauder à M3.
En fait il existe déjà un trou pour mettre de temps en temps une goutte d'huile ... trou dont on ne se sert jamais !

Pour que la bague maintenant le réservoir tienne bien d'équerre, il faudra enfiler un tube de 6 x 8 (reprendre l'extrémité basse à 6.2 pour que l'écrou de 3 ne gêne pas).
Cette bague pourra être repercée pour que le réservoir s'inscrive bien à l'intérieur du wagon.
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. Alimentation de la pompe:
Cliquez pour agrandir l'imageOn va modifier la partie "aspiration" : un té (brasé à l'argent) reçoit un coude menant vers le raccord de pompe ; au centre un tube va mener vers une aspiration en fond de bac (prévoir un clapet pour que l'eau ne retourne pas au bac) : à l'autre extrémité, un coude menant via un tube en silicone vers le réservoir.

Cliquez pour agrandir l'imageLors du montage, bien calculer l'épaisseur du joint pour qu'près serrage on obtienne ce montage (personnellement j'ai ajouté un peu de téflon de plomberie).
Une fois le positionnement vérifié, on retire le montage et on soude à l'étain sans enlever le joint qui ... n'a pas le temps de fondre !
Cliquez pour agrandir l'imageOn relie le réservoir annexe ... ET CE N'EST PAS BON !
Cela fonctionne mais rapidement on a des remontées dans le réservoir annexe ...
J'avais penser que le bac ne servirait qu'à recevoir le trop-plein du by-pass qui serait ensuite aspiré en m^me temps que l'eau provenant du réservoir annexe : RATE !
Cliquez pour agrandir l'imageOn en revient alors à la première solution qui consiste à ouvrir un peu le réservoir annexe qui s'alimente dans le bac qui se remplit lentement. Pour cela on bouche (rond de laiton sans le souder) le tube .
Une ouverture à déterminer.
Cliquez pour agrandir l'imageEt cela fait penser à une autre solution : ajouter un autre wagon qui porterait un réservoir qui serait relié directement au tube qu'on vient de boucher mais ... en ajoutant cette fois (il y aura la place) un clapet anti-retour !
. La caisse du wagon: qui est construite comme celle du wagon de la Belle à revoir dans cet 
album
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Cliquez pour agrandir l'imagePour agrémenter ce wagon, quelques volutes en cuivre de 1.4. Percer le flanc pour les faire tenir.
Cliquez pour agrandir l'imageLe wagon doit s'emboîter facilement. Si cela coince on peut agir en déplaçant le réservoir annexe vers l'intérieur et vers l'avant (modifier le trou de fixation) ; ou encore déplacer le porte-piles vers l'avant (nouveau trous) ; ou encore scier un bout de l'interrupteur.
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l'arrière
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l'avant
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raccordement

essai presque final

"presque" parce que je n'ai pas pu me servir de mon circuit qui a trop souffert de l'humidité et qui présente, gauchi comme il est, trop de dénivellations pour ce moteur !

Cependant ensuivant la procédure de réglage de la vidéo précédente, l'amélioration de la vitesse est sensible.
Le fonctionnement de 10 mn est effectif et on pourrait encore l'améliorer avec un réservoir  d'eau plus grand (wagon supplémentaire) mais aussi une capacité accrue du réservoir de gaz.
Wagon supplémentaire qui va lester encore plus l'ensemble ? Peut être un autre moteur d'une cylindrée de 0.75 cm3 en augmentant simplement le diamètre du cylindre avec un tube de 8 x 10.

Ne pas tenir compte du bruit de la vidéo : on passe la tondeuse près de l'atelier !
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des améliorations

crées avec les moyens du bord quand on ne peut pas recevoir de matériel (2020) ...

brûleur et fixation du réservoir de gaz

Le brûleur ne fonctionne plus correctement et il faudra nettoyer le gicleur.
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On procède à son démontage. Puis un bon coup de soufflette ...
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... suivi d'un nouveau réglage.
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Lors du démontage du brûleur, il a fallu enlever le réservoir de gaz, ce qui n'était pas facile.
Cette nouvelle fixation (1 plat de laiton au lieu des 2 arceaux) permet un remontage plus aisé par le dessus. 
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Et il devient facile de remettre en place le brûleur accompagné du porte-gicleur.
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Un dernier essai et cette fois on obtient, de nouveau une belle flamme qui va venir lécher le serpentin !

l'enveloppe du serpentin

s'ouvrait sur le côté : pas bien joli et perte de chaleur. On peut y remédier.
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Nouvelle enveloppe en tôle qui va se positionner à l'intérieur et cacher l'ouverture nécessaire.
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Elle se glisse autour du serpentin avant de réaliser la jonction du serpentin avec la tubulure du graisseur.
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Replacer ensuite l'enveloppe en vérifiant que l'allumage demeure possible ...
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pompe

qui perdra toujours un peu d'eau que l'on peut renvoyer dans le réservoir avec ce petit système réalisé en tôle.

album terminé

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