Modelado y recreación virtual del motor de vapor horizontal de 2 cilindros tipo MONITOR en CATIA V5

Proyecto Fin de Carrera Ingeniería de Telecomunicación Formato de Publicación de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Autor: F. Javier Payán Somet Tutor: Juan José Murillo Fuentes Dep. Teoría de la Señal y Comunicaciones Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2013 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería Aeroespacial Modelado y recreación virtual del motor de vapor horizontal de 2 cilindros tipo MONITOR en CATIA V5 Autor: José Pablo Rodríguez Rojas Tutor: Rafael Ortiz Marín, María Gloria del Rio-Cidoncha Dpto. Expresión Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2020 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería Aeroespacial Modelado y recreación virtual del motor de vapor horizontal de 2 cilindros tipo MONITOR en CATIA V5 Autor: José Pablo Rodríguez Rojas Tutor: Rafael Ortiz Marín, María Gloria del Rio-Cidoncha Profesor Titular Dpto. Expresión Gráfica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2020 Trabajo Fin de Grado: Modelado y recreación virtual del motor de vapor horizontal de 2 cilindros tipo MONITOR en CATIA V5 Autor: José Pablo Rodríguez Rojas Tutor: Rafael Ortiz Marín, María Gloria del Rio-Cidoncha El tribunal nombrado para juzgar el trabajo arriba indicado, compuesto por los siguientes profesores: Presidente: Vocal/es: Secretario: acuerdan otorgarle la calificación de: El Secretario del Tribunal Fecha: Agradecimientos Ami familia y amigos. José Pablo Rodríguez Rojas Grado en Ingeniería Aeroespacial Sevilla, 2020 I Resumen En el presente documento nos centraremos en el modelado la planta propulsiva del acorazado U.S.S Monitor, el que fuera junto al C.S.S Virginia el primer acorazado autopropulsado que entró en guerra. El resultado será un modelo del U.S.S Monitor Steam Engine, un motor de 2 cilindros horizontales que propulsaba a este acorazado con una potencia de 320 caballos. Se ofrece tanto el modelado de las piezas más significativas como su ensamblaje y posterior animación del mecanismo de funcionamiento. III 4Capítulo 1. Introducción y objetivos •Contact Constraint: Contacto entre dos supercicies. El contacto entre ellas puede ser a nivel de punto, linea o superficie. •Offset Constraint: Distancia entre dos elementos, puede ser distancia cara/cara, eje/eje, cara/eje, etc. •Angle Constraint: Ángulo entre elementos. Puede ser entre dos caras, linea/plano, etc. •Fix Component: Fija un elemento en el espacio, de modo que el resto de piezas se posicionan respecto a él. En cuanto a "DMU Kinematics" las ordenes más empleadas son: •Fixed Part: Fija la pieza inmóvil del conjunto en el espacio. •Rigid Joint: Une de manera rígida dos piezas entre sí. •Revolute Joint: Establece un punto de coincidencia entre dos piezas y permite el giro relativo de ambas piezas respecto al eje que pasa por ese punto, perpendicular al plano de ambas piezas. •Cylindrical Joint: Permite la rotación y la traslación alrededor de un eje coincidente de ambas piezas. •Slide Curve Joint: Unión en el que una curva se desplaza sobre otra, ambas en el mismo plano. 2 Estado del arte 2.1 Línea temporal de las máquinas térmicas Se conoce como máquina térmica aquella que es capaz de transformar calor en trabajo. En la práctica, este trabajo se consigue a través de la expansión, mediante este calor, de un fluido de trabajo. En particular, las máquinas de vapor emplean agua y vapor de agua para su funcionamiento. La primera concepción de máquina térmica tuvo lugar de la mano de Herón (Hero) de Alejandría. Conocida como eolípila, esta máquina estaba compuesta por una cámara (generalmente esférica) unida a dos tubos situados en direcciones opuestas por donde era expulsado el vapor, haciendo girar al mecanismo. A esta cámara esférica estaba conectada una segunda cámara donde se calentaba el fluido. Aunque se considera la primera máquina térmica como tal, en aquella época solo fue concebida como un entretenimiento. Figura 2.1 Eolípila de Herón de Alejandría [3]. No hubo mucho progreso en este campo hasta el siglo XVII, cuando en 1629 Giovanni Branca introdujo lo que para muchos se considera una de las primeras turbinas de vapor. Su funcionamiento consistía en el impacto de un chorro de vapor sobre los álabes de una rueda, cuyo giro era empleado para mover a su vez otros mecanismos. [24] 5 6Capítulo 2. Estado del arte Figura 2.2 Turbina de vapor de Giovanni Branca [22]. Fue Thomas Savery quién, en 1698, consiguió obtener una máquina exitosa en términos comerciales, patentando una bomba capaz de extraer agua subterránea, principal problema en la minería. Su innovación recaía en la creación de vacío a través de la condensación del vapor. [24] Figura 2.3 Bomba de vapor de Savery [24]. El funcionamiento era sencillo pero eficaz. Mediante la apertura de las válvulas de admisión superiores, el vapor entraba al depósito y desplazaba el agua contenida en este, pasando por las válvulas antirretorno ’B’. Cuando el depósito se vaciaba de agua por completo, se cortaba el suministro de vapor, y este vapor que estaba ahora dentro del depósito se condensaba mediante un chorro de agua fría. Esto producía un vacío, el cual provocaba que el agua ascendiera a través de las tubería ’C’y válvulas ’D’. Mientras tanto, en el otro depósito, el vapor ya había desplazado el agua y estaba listo para ser condensado. Sin embargo esta máquina presen- 2.1 Línea temporal de las máquinas térmicas 7 taba una limitación asociada a la presión que eran capaces de soportar tanto el depósito como las válvulas. [ 24 ] Años más tarde, Denis Papin centró su atención en mejorar este diseño, cuya modificación se observa en la siguiente figura. Figura 2.4 Bomba de vapor de Denis Papin [24]. Esta modificación consistía en introducir un pistón móvil entre el vapor y el agua. El agua llegaba a una cámara B, a través de la cual lanzaba un chorro contra los álabes de una rueda. Una vez que la vapor había realizado su trabajo, se dejaba escapar a través de una válvula den lugar de ser condensado. [24] Otra mejora a la bomba de Savery fue la máquina de Newcomen, cuyo primer diseño surgió en 1705, empezando a ser introducida en las minas en 1711. Figura 2.5 Máquina de Newcomen [25]. Esta máquina también usaba el vacío por condensación. A través de la válvula V, el vapor generado en 8Capítulo 2. Estado del arte la caldera Aentraba al depósito. Este vapor elevaba el pistón P, que hacía moverse a la viga superior, la cual estaba dispuesta en modo balancín. Una vez que el cilindro se encontraba en su punto superior, la válvula de admisión se cerraba, y un chorro de agua fría entraba al depósito por V’, condensando el vapor y creando vacío, de modo que la presión atmosférica devolvía al pistón a su posición inicial [ 5 ]. La mejora principal de este modelo frente al de Savery residía en que la presión en la bomba no estaba limitada, ya que se podia aumentar tanto como se quisiera con solo reducir el área del émbolo de la bomba. Sin embargo, ambas máquinas, tanto la de Savery como la de Newcomen, presentaban problemas de fatiga térmica y desperdiciaban una gran cantidad de energía en el sucesivo calentamiento y enfriamiento del depósito. [ 24 ] En el año 1763, James Watt se percató de este problema mientras reparaba un modelo de la máquina de Newcomen. La solución pasaba por mantener el depósito a la misma temperatura que el vapor que entraba. Con esto en mente, Watt añadió un condensador independiente del depósito, así como una bomba cuyo objetivo era conservar el vacío en el condensador. [24] Figura 2.6 Máquina de vapor de James Watt [26]. Esta invento fue, junto con otros acontecimientos, el precursor de la Revolución Industrial. Durante los años posteriores, se introdujeron numerosas mejoras como movimiento rotatorio, pistón de doble acción, etc.[24] A pesar de ello, estas máquina de vapor no eran del todo seguras ya que contenían grandes presiones en las calderas, que muchas veces no eran capaces de soportar, lo que provocó varios accidentes y numerosas muertes. Este hecho provocó que Robert Stirling inventará, en 1816, el motor de aire caliente o "Motor Stirling". El motor Stirling posee un ciclo cerrado de expansión y contracción cíclica. Esta constituido generalmente por dos pistones que pueden presentar numerosas configuraciones (alpha, beta, gamma, pistón libre, etc). Para que el gas realice la expansión y contracción se necesitan una fuente de calor y otra de frío. Al calentar el gas, el pistón se desplaza a consecuencia de la expansión, mientras que el otro pistón se mueve en dirección contraria, lo que provoca que el gas se desplace a la zona fría y se contraiga al disminuir su temperatura. Así, ambos cilindros realizan movimientos contrarios, repitiéndose el proceso.[15] 2.1 Línea temporal de las máquinas térmicas 9 Figura 2.7 Configuraciones clásicas de motor Stirling: a) Alpha b) Beta c) Gamma [27]. Las ventajas de los estos motores residían en su eficiencia, mayor seguridad y la facilidad de aplicarles cualquier fuente de calor. A pesar de ello, su precio, tamaño o la necesidad de funcionar a potencia constante hacen que este motor no se llegara a extender. [15] El siguiente salto en esta línea temporal sucede en 1876, cuando Nikolaus Otto desarrolla el motor de combustión interna. La innovación reside en que ya no se necesita una fuente de calor externa, sino que la energía se obtiene de la explosión de una mezcla previamente comprimida de combustible y aire. Pueden ser de dos o cuatro tiempos. Figura 2.8 Motor Otto [23]. El sistema de ignición que empleaban era "Ignición por tubo caliente". En él, se dispone de un tubo que se calienta al rojo vivo en un punto. Cuando se pone en contacto la mezcla comprimida con el tubo se produce la ignición [ 31 ]. Este tipo de motores, junto con los motores diésel, son los más utilizados en la automoción en la actualidad. En 1884, Charles Parsons patentó un modelo de turbina de vapor moderna. Este modelo recibía el nombre 10 Capítulo 2. Estado del arte de turbina de reacción, y estaba acoplada a una dinamo. Años más tarde, Gustaf de Laval desarrollaría la turbina acción. El funcionamiento de una turbina se basa en proyectar un gas sobre los álabes de un rotor, obteniendo de esta forma un movimiento circular. La diferencia entre ambas turbinas reside en que la turbina de reacción obtiene la energía de la caída tanto de la presión como de la energía cinética, mientras que en las de acción la energía se obtiene solo de la caída de energía cinética. Figura 2.9 Turbina de Parsons unida a una dinamo [28]. Figura 2.10 Turbina de De Laval [20]. Poco después de la aparición del primer motor de combustión interna (Otto), Rudolf Diesel desarrolló en 1893 el motor que lleva su nombre. La principal diferencia con el motor de gasolina es la ausencia de chispa, ya que los motores diésel utilizan la auto-ignición. Para ello, en primer lugar se comprime el aire, aumentando de esta manera su temperatura. Una vez comprimido, se inyecta combustible pulverizado, que al entrar en contacto con el aire a alta temperatura inicia la combustión. Las principales ventajas de este tipo de motor era su eficiencia y fiabilidad, así como la posibilidad de operar con un gran rango de combustibles. Su mayor eficiencia estaba relacionada con una mayor duración de la combustión, lo que le permitía convertir más calor en trabajo. Por el contrario, eran mas ruidosos, robustos (pesados) y precisaban un mantenimiento mas exhaustivo. [2] 2.1 Línea temporal de las máquinas térmicas 11 Figura 2.11 Primer motor experimental Diesel (1893) [21]. Para los motores de combustión interna, su principio de funcionamiento se ha mantenido intacto desde su primera aparición, es decir, una mezcla de aire y combustible que se inflama y proporciona potencia. Sin embargo, durante el último siglo sí se han realizado innovaciones que han ayudado a mejorar su eficiencia y prestaciones [42]: •Sistema de inyección de fuel: Antes de la aparición del sistema de inyección de fuel, los motores gasolina (los motores diésel emplean todos inyección de fuel) empleaban carburadores (elemento que se encarga de mezclar aire y combustible lo más parecido a su proporción estequiométrica). Este sistema permite una operación del motor mas suave y eficiente. Mientras que la inyección de combustible estuvo presente en la aviación desde principios de siglo, en la industria automovilística tuvo primera aparición en un motor de gasolina en el modelo Goliath GP700 en 1952. [4] •Turbocompresor: El turbocompresor o sobrealimentación se define como el conjunto compresorturbina. El compresor es accionado por la turbina, mientras que la turbina es accionada por los gases de salida. Su invención se produjo debido a que las aeronaves perdían mucha potencia a medida que ganaban altitud, a consecuencia de la caída de presión, pero se acabó extendiendo más tarde a la automoción. En aeronáutica (motores a reacción), los compresores pueden ser axiales (el flujo de aire es paralelo al eje del compresor) o centrífugos (el flujo de aire entra paralelo al eje del compresor y sale perpendicular a éste). La ventaja de los compresores axiales es que presentan una menor sección transversal que los centrífugos. Por contra, poseen una menor relación de compresión que los centrífugos, y por tanto, necesitan de más escalonamientos (lo que se traduce en mayor peso). En automóviles se emplean compresores centrífugos. El primero automóvil con turbocompresor fue el Oldsmobile Jetfire Rocket en 1962, poco después de su uso en cazas durante la Segunda Guerra Mundial. •Relaciones de compresión: Cuanto más se comprime en el interior del cilindro, más potencia se obtiene. Es por ello que los motores diésel son más eficientes ya que, al funcionar por auto-ignición, permiten relaciones de compresión mayores al inyectar combustible en el momento en que está comprimido. Los motores gasolina (Otto), sin embargo, no pueden alcanzar relaciones tan altas o la mezcla se incendiará por auto-ignición. 12 Capítulo 2. Estado del arte •Motor rotativo: El único motor rotativo con verdaderas aplicaciones fue el motor Wankel. Su funcionamiento es análogo a los motores de pistones. Figura 2.12 Ciclo de 4 tiempos en motores Wankel y de pistón [29]. La principal ventaja de los motores rotativos Wankel es su mayor potencia específica y la reducción de vibraciones. Por el contrario, sus desventajas son un mayor consumo de combustible y un menor tiempo de vida. [29] •Desactivación de cilindros: Consiste en en desconectar algunos cilindros del motor cuando éste no esta funcionando a toda potencia. En cuanto a las turbinas, como se ha comentado anteriormente, son ampliamente utilizadas en la industria aeronáutica. Sin embargo, los avances en el último siglo no se han centrado el mejorar el diseño de la turbina, sino en como se utiliza la energía obtenida de ella de una forma eficiente. Es decir, que configuración de motor (turbohélice, turbofan, etc.) es más adecuada dependiendo de las características de la aeronave (tipo de misión, velocidad, altitud...). Por ejemplo, para aeronaves de vuelo subsónico bajo ( Mach1∼0.3÷0.5 ) se emplean configuraciones turbohélice, cuyo primera patente data del año 1929 a manos de György Jendrassik [ 8 ]. En esta configuración, la energía de la turbina se emplea en mover un compresor y una hélice, que es la que aporta la mayor parte del empuje, mientras que el empuje del chorro de gases de salida queda en segundo plano. 1 El número de Mach "M" se define como M=v/c , siendo "v" la velocidad y "c" la velocidad del sonido (la cual depende del medio en el que nos encontremos). Es, por tanto, un número adimensional. 2.1 Línea temporal de las máquinas térmicas 13 Figura 2.13 Esquema de funcionamiento de un tipo de configuración turbohélice [8]. Para aeronaves con vuelos subsónicos altos ( Mach ∼0.75 ÷0.9 , típicamente aviones comerciales) se utilizan configuraciones turbofan, en las que la turbina mueve tanto un compresor, como un gran Fan que desplaza una gran cantidad de aire que proporciona empuje por chorro (el Fan puede asemejarse a un compresor de pequeña relación de compresión). El primer diseño de un turbofan se remonta a 1943, de la mano de la Nazi Ministry of Aviation, aunque únicamente se probó en banco y se abandonó el proyecto debido a que la situación para Alemania empeoraba en la Segunda Guerra Mundial [30]. Figura 2.14 Esquema de funcionamiento de un tipo de configuración turbofan [7]. También se emplean, en menor medida, motores alternativos con una hélice acoplada para aeronaves menores (de entrenamiento, ocio, etc.). 20 Capítulo 2. Estado del arte manteniendo Richmond a salvo. [1, 12] Figura 2.23 Localización de Drewry’s Bluff. 2.3.3 Características La torreta tenía unas dimensiones de 6.1m de diámetro y 2.7m de alto y estaba construida con 8 planchas de acero de 1in [ 34 , 35 ]. Estaba accionada por dos motores a vapor, capaz de completar una vuelta en 22.5 segundos [ 40 ]. Sin embargo, el control de esta no resultó como esperaba. Durante la batalla de Hampton Roads, la torreta comenzó a fallar, y se hizo imposible girar y detenerla en una posición concreta, por lo que la tripulación optó por dejarla girar indefinidamente y disparar cuando apuntara hacia el C.S.S Virginia. [ 9 ] Estaba propulsado por motor del tipo "vibrating side-lever engine", con una potencia de 320 caballos, que le daban a este acorazado una velocidad máxima de 8 nudos, aunque su velocidad era 1-2 nudos inferior en servicio. [16] Figura 2.24 Vibrating side-lever engine, Monitor Monadnock [9]. 2.3 U.S.S Monitor 21 Mientras que la mayoría de los motores a vapor de la época empleaban pistones verticales que ocupaban un gran espacio y los hacían vulnerables al fuego enemigo, el U.S.S Monitor contaba con pistones cuyo movimiento era horizontal, lo que permitía situarlos por debajo de la línea de flotación. Este navío se adaptaba bien a batallas fluviales o costeras. Sin embargo, la torreta giratoria y su pequeño calado lo hacían inestable en alta mar, y terminó hundiéndose el 1 de Enero de 1863 cerca de Rhode Island. [ 9 ] El U.S.S Monitor se convirtió en el prototipo para los buques Clase Monitor. Se construyeron más, incluyendo modelos diseñados para alta mar, y tuvieron un importante papel durante la Guerra de Secesión. Finalmente, el último acorazado tipo Monitor fue dado de baja en 1937. [9] Los restos del acorazado fueron hallados en el Océano Atlántico en 1973. Durante los años siguientes se llevaron a cabo tareas de recuperación de distintos elementos, y muchos de ellos se encuentran actualmente en exposición en el Museo Marítimo de Newport News, en Virginia. [9] 3 Modelado de piezas En primer lugar se va a realizar el modelado 3D de las principales piezas que componen los distintos subconjuntos. Todas las piezas están modeladas en su material correspondiente, sin embargo, se presentan en la textura por defecto de CATIA, ya que permite observar mejor las distintas partes (aristas, taladros...) de cada pieza. 3.1 Base frame (1-02) El cuadro del motor es la estructura principal, otorga rigidez al conjunto y soporta el resto de piezas, como pueden ser ejes, cojinetes, cigüeñal, etc. 3.1.1 Piezas 1-02.1 y 1-02.2 En primer lugar están las cuadernas (1-02.1 y 1-02.2). Se comienza realizando un "Sketch" con la silueta exterior y posteriormente un "Pad" para darle espesor. Figura 3.1 Pieza 1-02.1: Sketch principal. 23 24 Capítulo 3. Modelado de piezas Figura 3.2 Pieza 1-02.1: Pad principal. Tras esto, realizamos los huecos centrales (cuya función es aligerar el peso de la estructura), el agujero central donde por donde pasará el cigüeñal y los taladros de unión. Para ello empleamos la opción "Pocket" para aquellos huecos que no tienen forma circular, para los cuales deberemos haber creado primero el "Sketch" correspondiente. Para los taladros o agujeros circulares empleamos la opción "Hole". Figura 3.3 Pieza 1-02.1: Agujeros centrales. Para realizar los agujeros del lado contrario empleamos la opción "Mirror", la cual realiza una simetría respecto a un plano. 3.1 Base frame (1-02) 25 Figura 3.4 Pieza 1-02.1: Mirror. Se puede observar que el agujero más externo no se ha incluido en la simetría. Esto se debe a que si se le realiza una simetría a este agujero, al simétrico no le podremos realizar más operaciones. Por tanto, es recomendable hacer el simétrico de forma manual para luego poder aplicarle un patrón rectangular, ahorrando de esta forma operaciones. Por último, se realizan los taladros restantes empleando la opción "Rectangular Pattern", que permite crear una un patrón rectangular de elementos repetitivos, y se aplican los redondeos correspondientes a las esquinas mediante "Edge Fillet". Figura 3.5 Pieza 1-02.1: Pieza final. 3.1.2 Pieza 1-02.3 Esta pieza servirá para fijar las cuadernas anteriores y como soporte para los cojinetes de los ejes de las bielas (1-03 Main bearing plate + Bearing). En primer lugar se realiza un "Pad" para obtener la pieza maciza. 26 Capítulo 3. Modelado de piezas Figura 3.6 Pieza 1-02.3: Pad. Posteriormente se le realiza un "Pocket" para obtener las ranuras donde encajan las cuadernas, y por último los taladros empleando "Hole","Mirror" y"Rectangular Pattern". Aquellos taladros que presenten rosca debe indicarse dentro de la orden "Hole". Figura 3.7 Definición de la rosca dentro de la orden "Hole". 3.1 Base frame (1-02) 27 Figura 3.8 Pieza 1-02.3: Pieza final. La cuaderna 1.02.2 es idéntica, únicamente acortando la longitud entre los extremos. 3.1.3 Piezas 1-02.4A y 1-02.4B La pieza 1-02.4A será la que soporte los cilindros del motor. En primer lugar realizamos un "Pad" simple rectangular y posteriormente se aplican los redondeos. Este procedimiento es más "limpio" que realizar un "Sketch" que contenga ya las esquinas redondeadas. Figura 3.9 Pieza 1-02.4A: Pad + redondeo de esquinas. Como a las piezas anteriores, se realizan los taladros con la opción "Holes" seguida de "Rectangular Pattern. Hay que realizarlo el procedimiento 2 veces, una para los taladros verticales y otra para los horizontales. Por último se realiza un taladro que servirá para fijar el cojinete del cigüeñal. 28 Capítulo 3. Modelado de piezas Figura 3.10 Pieza 1-02.4A: Pieza final. La pieza 1-02.4B es idéntica, únicamente eliminando los taladros donde se sujetan los cilindros. 3.2 Main bearing plate + Bearing (1-03) Se trata de los cojinetes que soportaran el eje que hace funcionar el sistema biela-manivela (2-03A y 2-03B Rocker shaft + Levers). Uno es tipo simple y el otro en forma de mordaza. 3.2.1 Pieza 1-03.2 Realizamos dos Pad’s para obtener la pieza maciza simple. Figura 3.11 Pieza 1-03.2: Pad’s iniciales. Posteriormente se le realizan los taladros con "Hole" y el redondeo de aristas mediante "Edge Fillet". 3.2 Main bearing plate + Bearing (1-03) 29 Figura 3.12 Pieza 1-03.2: Pieza final. 3.2.2 Piezas 1-03.5 y 1-03.6 Se realiza primero la mordaza inferior (1-03.5). Al igual que la pieza anterior, se obtiene la pieza maciza mediante dos "Pad’s". Figura 3.13 Pieza 1-03.5: Pad’s iniciales. Posteriormente se realiza el hueco donde descansará el eje, utilizando la opción "Pocket". 36 Capítulo 3. Modelado de piezas Figura 3.26 Pieza 1-06.11: Pieza final. 3.4 Cylinder front cover (1-05) Es una de las 2 tapas que cierra cada depósito. En primer lugar se realiza un "Sketch" con la forma exterior de la tapa y su posterior "Pad". Figura 3.27 Pieza 1-05: Sketch inicial. Posteriormente se reliza otro "Pad" con forma circular sobre el anterior, y se aplican redondeos mediante "Edge Fillet", evitando así ángulos de 90ºque suponen un concentrador de tensiones. 3.5 Cylinder rear cover (1-06) 37 Figura 3.28 Pieza 1-05: Pieza final sin taladros. Por último se le realizan los taladros de sujeción al depósito mediante la orden "Hole". Figura 3.29 Pieza 1-05: Pieza final. 3.5 Cylinder rear cover (1-06) 3.5.1 Pieza 1-06.1 Es análoga a la anterior, únicamente se diferencia en que ésta posee un orificio por donde entra el pistón. Se muestra a continuación la pieza final. 38 Capítulo 3. Modelado de piezas Figura 3.30 Pieza 1-06.1: Pieza final. 3.6 Valve chest outrigger (1-08) 3.6.1 Pieza 1-08.1 Es el balancín donde se apoyará la cámara que contiene la válvula de admisión del depósito. En primer lugar se realiza un "Sketch" con la forma simple del perfil (sin incluir la semi-circunferencia del extremo). Figura 3.31 Pieza 1-08.1: Sketch del perfil (sin semi-circunferencia). Tras esto se realiza un "Pad" para obtener la pieza maciza (hay que realizar otro "Sketch" + "Pad" para realizar la semi-circunferencia) y se aplican redondeos mediante la orden "Edge Fillet". 3.6 Valve chest outrigger (1-08) 39 Figura 3.32 Pieza 1-08.1: Pieza maciza. Ahora se modela la ranura donde entrará la placa basculante (2-09 ’Valve spindle rocker plate’). Para ello simplemente se realiza un "Pocket" con la forma de la ranura. Figura 3.33 Pieza 1-08.1: Sketch de la ranura. Se puede observar que no importa la longitud de la ranura siempre que se asegure que es lo suficientemente largo para llegar hasta el extremo del balancín. Por último se realizan los taladros de sujeción y el agujero pasante del bulón mediante la orden "Hole". 40 Capítulo 3. Modelado de piezas Figura 3.34 Pieza 1-08.1: Pieza final. 3.7 Crankshaft (2-01) El cigüeñal esta formado por diferentes barras dispuestas en forma de codo, y un volante. A este cigüeñal se acoplarán los mecanismos de biela-manivela, cuyo conjunto permite transformar el movimiento rectilíneo de los pistones en los cilindros en movimiento circular. 3.7.1 Pieza 2-01.2 Esta pieza permite colocar la barras en forma de codo. Las operaciones empleadas para su modelado son: "Pad","Hole" y"Mirror". Figura 3.35 Pieza 2-01.2: Pieza final. 3.7.2 Pieza 2-01.4 Para el volante se comienza realizando un "Pad" para obtener la pieza maciza. Posteriormente se usa la orden "Pocket" para los vaciados centrales, de los cuales se muestran el "Sketch" en detalle. 3.7 Crankshaft (2-01) 41 Figura 3.36 Pieza 2-01.4: Sketch del vaciado central (1). Figura 3.37 Pieza 2-01.4: Sketch del vaciado central (2). El "Sketch" está formado por 4 circunferencias tangentes. Para eliminar los trazos de circunferencia que no son necesarios se emplea, dentro del propio "Sketch", la orden "Trim". Por último se realizan los taladros donde se insertan las barras del cigüeñal y los taladros de sujeción, ambos empleando la orden "Hole". 42 Capítulo 3. Modelado de piezas Figura 3.38 Pieza 2-01.4: Pieza final. 3.8 Eccentric sheave (2-02) Las poleas excéntricas forman parte del sistema que acopla el movimiento de rotación del cigüeñal con la apertura y cierre de las válvulas de admisión. Se colocan en la parte trasera del cigüeñal. Debido a su sencillez solo se muestran las piezas finales. 3.8.1 Pieza 2-02.1 Figura 3.39 Pieza 2-02.1: Pieza final. 3.9 Rocker shaft + Levers (2-03) 43 3.8.2 Pieza 2-02.2 Figura 3.40 Pieza 2-02.2: Pieza final. 3.9 Rocker shaft + Levers (2-03) Existen dos mecanismos biela-manivela (2-03A y 2-03B), cuya única diferencia reside en las medidas del eje. 3.9.1 Pieza 2-03A.3 Esta pieza acopla el movimiento del pistón con el giro del eje de la biela. Se comienza realizando un "Pad" con la forma de la cabeza superior (maciza). Tras esto se realiza un "Pocket" para la ranura y un "Hole" para el agujerod el bulón. Figura 3.41 Pieza 2-03A.3: Cabeza. Posteriormente se realiza el pie (de forma que queden separadas en el espacio) mediante un "Pad". 44 Capítulo 3. Modelado de piezas Figura 3.42 Pieza 2-03A.3: Pie (Pad). Para unir cabeza y pie realizamos un "Pad", marcando dentro del menú la opción "Up to Surface", esto es, que se extienda hasta la próxima superficie que encuentre, de forma se adapte a la forma circular del pie. Figura 3.43 Pieza 2-03A.3: Unión de cabeza y pie (Pad). Por último, se realizan los taladros de encaje con el eje (este encaje es a presión) con la opción "Circular Pattern, la cual es idéntica a "Rectangular Pattern pero la repetición se realiza en forma de corona circular. 3.10 Piston + Rod (2-04) 45 Figura 3.44 Pieza 2-03A.3: Pieza final. 3.9.2 Pieza 2-03A.4 Análoga a la pieza anterior. Se realiza la cabeza usando las órdenes "Pad" y"Hole", y el pie con un "Pad. Se unen cabeza y pie mediante "Pad" y se completa con los taladros usando "Hole" y"Circular Pattern". Figura 3.45 Pieza 2-03A.4: Pieza final. 3.10 Piston + Rod (2-04) 3.10.1 Pieza 2-04.1 La cabeza del pistón se realiza mediante tres "Pad’s" circulares de manera que se crea una ranura donde irá colocada una junta tórica de goma. También se le realiza un taladro mediante "Hole" para introducir el brazo del pistón. 52 Capítulo 3. Modelado de piezas Figura 3.58 Pieza 2-06.4: Pieza final. La otra pieza de la mordaza, pieza 2-06.5, sigue los mismos pasos que la pieza 1-03.6. Las órdenes empleadas son, en orden, "Pad"-"Edge Fillet"-"Hole"-"Hole"-"Mirror". Figura 3.59 Pieza 2-06.5: Pieza final. 3.12 Flywheel (2-07) Es el segundo volante que se sitúa en el extremo del cigüeñal. Su modelado es parecido al primer volante. Se comienza realizando un "Pad" para obtener la rueda maciza, seguido de un "Pocket" para el rebaje central. 3.12 Flywheel (2-07) 53 Figura 3.60 Pieza 2-07: Pad y Pocket iniciales. Tras esto se realiza un segundo "Pad" en la zona central junto con dos "Hole’s", uno para realizar el hueco donde entrará el cigüeñal y otro para realizar un taladro de sujeción al mismo. Figura 3.61 Pieza 2-07: Resalte central. Por último, mediante un "Hole" seguido de "Circular Pattern" se obtienen los huecos para aligerar peso. 54 Capítulo 3. Modelado de piezas Figura 3.62 Pieza 2-07: Pieza final. 3.13 Slide valve + Spindle (2-08) Es la válvula de admisión, la cual es del tipo corredera, es decir, un émbolo que se desplaza dentro de una cámara (Valve Chest) y conecta o separa los conductos. 3.13.1 Piezas 2-08.1 y 2.08.2 La pieza 2-08.1 se obtiene realizando dos "Pad’s" cuadrados, seguidos de un "Pocket", también cuadrado. Figura 3.63 Pieza 2-08.1: Pieza final. La pieza 2-08.2 es análoga a la anterior, se obtiene con un "Pad" y un "Pocket" cuadrados. Además, se le incluye un taladro ("Hole") donde se introducirá el husillo. 3.13 Slide valve + Spindle (2-08) 55 Figura 3.64 Pieza 2-08.2: Pieza final. Ambas piezas encajan entre sí a presión, formando el émbolo de la válvula de admisión. 3.13.2 Pieza 2-08.4 Este pie es el que se conecta a la placa basculante (2-09 Valve spindle rocker plate). Se comienza realizando un "Pad". Figura 3.65 Pieza 2-08.4: Pad 1. Tras esto se realiza un "Pocket" para obtener la ranura. 56 Capítulo 3. Modelado de piezas Figura 3.66 Pieza 2-08.4: Pocket (ranura). Por último, se realiza un "Hole" para el agujero del bulón, y un "Pad" seguido de un "Pocket", donde se conectará el husillo. Figura 3.67 Pieza 2-08.4: Hole (bulón). 3.14 Valve spindle rocker plate (2-09) 57 Figura 3.68 Pieza 2-08.4: Pieza final. 3.14 Valve spindle rocker plate (2-09) Se trata de la placa basculante la cual sincroniza el giro del cigüeñal con la apertura y cierre de la válvula de admisión. A ella se conectan los conjuntos 2-08 (Slide valve + Spindle) y 2-10 (Eccentric strap + Rod). Aún así se trata de una pieza sencilla, obtenida mediante un "Pad" seguida de dos "Hole’s" y un "Pocket". Figura 3.69 Pieza 2-09: Pieza final. 3.15 Eccentric Strap + Rod (2-10) Similar al conjunto 2-08 (Slide valve + Spindle), pero en lugar de tener un émbolo, dispone de una anilla que encaja en la ranura de la polea excéntrica (2-02 Eccentric sheave). 3.15.1 Pieza 2-10.1 Se obtiene mediante un "Pad" y dos "Hole’s", uno superior y otro lateral. 58 Capítulo 3. Modelado de piezas Figura 3.70 Pieza 2-10.1: Sketch de la anilla. Figura 3.71 Pieza 2-10.1: Pieza final. 3.15.2 Pieza 2-10.3 Se empieza mediante un "Pad" con la forma exterior (maciza). 3.15 Eccentric Strap + Rod (2-10) 59 Figura 3.72 Pieza 2-10.3: Pad con la forma exterior. Tras esto se realizan dos "Hole", siendo el superior de tipo avellanado (Countersunk). Figura 3.73 Pieza 2-10.3: Taladros. Se realiza el enganche del husillo mediante un "Pad" y un "Hole", incluyendo también la rosca interior. 60 Capítulo 3. Modelado de piezas Figura 3.74 Pieza 2-10.3: Enganche del husillo. Por último se aplican chaflanes y redondeos mediante "Chamfer" y"Edge Fillet" respectivamente. Figura 3.75 Pieza 2-10.3: Pieza final. 4 Ensamblaje En primer lugar, hay que destacar que las operaciones de ensamblaje se han realizado intentando seguir siempre una secuencia lógica de operaciones para su ensamblaje físico, aunque en algunas ocasiones se ha seguido otra secuencia en aras a obtener un árbol de operaciones más limpio y comprensible. Como ejemplo, a la hora de ensamblar cigüeñal, primero habría que tener el cuadrante del motor ensamblado, y montar el cigüeñal por partes dentro de este. Dentro de CATIA, se ensambla el cigüeñal por completo y luego se inserta dentro del cuadrante (lo cual no sería físicamente posible). En cuanto a la tornillería empleada (tornillos, tuercas, arandelas, etc.) se ha utilizado la librería ISO incluida en CATIA. En general, para fijar una pieza habrá que proporcionar tres restricciones, a excepción de lo que llamaremos las piezas bases. En cada conjunto, la pieza base es aquella que se fija en primer lugar en el espacio, mediante la orden "Fix", impidiendo todos sus movimientos. De este modo, el resto de piezas se posicionaran relativamente en torno a ella. 4.1 Base frame (1-02) Se comienza fijando la plancha de acero (pieza 1-02.10) como pieza base mediante "Fix". Figura 4.1 Base frame: Pieza base. Ahora se colocan las piezas laterales, donde irán apoyados los cojinetes y donde también encajan las cuadernas centrales. Para ello empleamos en cada pieza una vez la orden "Contact Constraint" y dos veces "Coincidence Constraint" entre dos taladros cualesquiera. 61 68 Capítulo 4. Ensamblaje Figura 4.14 Crankshaft: Conjunto ensamblado. 4.5 Rocker shaft + Levers (2-03) Se realiza para el conjunto 2-03A, siendo la secuencia idéntica para el 2-03B. Comenzamos fijando el eje mediante "Fix" y colocamos los tacos a presión. Figura 4.15 Rocker shaft + Levers: Pieza base y tacos. A continuación se coloca la pieza que conecta el pistón del depósito y el eje. Para ello se hacen coincidir dos taladros con dos tacos mediante "Coincidence Constraint", y una restricción de contacto. 4.6 Piston + Rod (2-04) 69 Figura 4.16 Rocker shaft + Levers: Conector pistón-eje. Por último, se inserta la biela que conecta el eje con la otra biela del cigüeñal. Hay que asegurarse que esta pieza se coloca a 45 º sobre la anterior, en el sentido correcto. Se emplean las mismas restricciones que para la pieza anterior. Figura 4.17 Rocker shaft + Levers: Conjunto ensamblado. 4.6 Piston + Rod (2-04) Se comienza fijando la cabeza del pistón con la junta de goma. 70 Capítulo 4. Ensamblaje Figura 4.18 Piston + Rod: Pieza base. Tras esto se inserta el vástago. Se emplea coincidencia de ejes, "Offset Constraint" entre la cara del pistón y el vástago, y una restricción "Angle Constraint" para impedir el giro del vástago sobre su eje. Figura 4.19 Piston + Rod: Vástago. Para finalizar se ensambla el pie del pistón de forma idéntica. 4.7 Con-Rod (2-06) 71 Figura 4.20 Piston + Rod: Conjunto ensamblado. 4.7 Con-Rod (2-06) Se ensambla con la misma secuencia de operaciones que el conjunto anterior. Se muestra únicamente el conjunto ya ensamblado. Figura 4.21 Con-Rod: Conjunto ensamblado. 4.8 Slide valve + Spindle (2-08) Al igual que los dos anteriores, esta formado por dos cabezas y un vástago de unión entre ambas. Se muestra el conjunto ensamblado. 72 Capítulo 4. Ensamblaje Figura 4.22 Slide valve + Spindle: Conjunto ensamblado. 4.9 Eccentric Strap + Rod (2-10) Posee la misma estructura que las tres piezas anteriores. Unicamente se presenta el conjunto final. Figura 4.23 Eccentric strap + Rod: Conjunto ensamblado. 4.10 Ensamblaje final Una vez realizados todos los ensamblajes de los distintos conjuntos por separado, se procede a la unión de todos ellos entre sí, dando como resultado el motor completo. Las restricciones empleadas son del mismo tipo que las anteriores, pero esta vez, es vez de ser entre piezas son entre conjuntos. Se comienza colocando el cuadro del motor, la cual será la pieza base en este caso. 4.10 Ensamblaje final 73 Figura 4.24 Ensamblaje final: Base frame (pieza base). A continuación se insertan ambos cojinetes para los ejes de las bielas. Figura 4.25 Ensamblaje final: Main bearing plate + Bearing. Tras esto se colocan los depósitos, teniendo en cuenta que tienen una orientación definida. 74 Capítulo 4. Ensamblaje Figura 4.26 Ensamblaje final: Cylinder + Valve chest. Seguidamente se completan estos con las tapaderas, balancines y conductos de entrada y salida de vapor. Figura 4.27 Ensamblaje final: Cylinder + Valve chest (tapaderas, balancines, y conductos de entrada y salida de vapor). Ahora es el turno del cigüeñal. La rotación del cigüeñal se seleccionará como el grado de libertad del conjunto completo, lo cual se verá con más detalle en el módulo DMU Kinematics posteriormente. En este módulo de Assembly Design se le restringen todos sus movimientos. 4.10 Ensamblaje final 75 Figura 4.28 Ensamblaje final: Crankshaft. A continuación, se insertan las poleas excéntricas y los ejes de las bielas. A estos ejes se les deja libre de momento una restricción, la cual impondremos en el siguiente paso al enlazar su posición con la del cigüeñal. Figura 4.29 Ensamblaje final: Eccentric sheave y Rocker shaft + Levers. Para acoplar ambos posiciones se introducen las bielas, recuperando la restricción que se había dejado pendiente. 76 Capítulo 4. Ensamblaje Figura 4.30 Ensamblaje final: Con-Rod. Ahora se colocan los pistones de los depósitos y la placa que enlaza su movimiento con el eje de la biela. Esto debería hacerse antes de colocar las tapaderas, aunque como ya se advirtió al comienzo no siempre se sigue la secuencia lógica. Figura 4.31 Ensamblaje final: Piston + Rod y Piston rod link plate. Por último, se insertan las válvulas de admisión y anillas de las poleas excéntricas, finalizando de este modo el ensamblaje del motor completo. Se muestra a continuación el resultado final, estando en color aquellas piezas móviles del mecanismo. 4.10 Ensamblaje final 77 Figura 4.32 Motor completo en perspectiva. Figura 4.33 Motor completo vista frontal. Figura 4.34 Motor completo vista en planta. 84 Capítulo 5. Animación del mecanismo Figura 5.11 Revolute Joint entre las polea excéntrica y la anilla. Tras esto, se une la anilla a la placa basculante a través de otra unión "Revolute Joint". Figura 5.12 Revolute Joint entre la anilla y la placa basculante. Esta placa basculante debe ser capaz de rotar alrededor del eje donde se une al balancín. Para ello se introduce una unión cilíndrica entre ambas piezas. 85 Figura 5.13 Cylindrical Joint entre la placa basculante y el balancín. Para asociar el movimiente de la placa basculante y el pistón se usa una unión del tipo "Slide Curve Joint", en la que una curva desliza sobre otra. Figura 5.14 Slide Curve Joint entre la placa basculante y pistón. Tras insertar esta unión aparece un cuadro con la advertencia "The mecanism can no longer be simulated". Esta advertencia desaparecerá una vez se cierre el mecanismo. Para ello insertamos una unión cilíndrica entre el vástago de la válvula y su orificio de entrada. 86 Capítulo 5. Animación del mecanismo Figura 5.15 Cylindrical Joint entre el vástago de la válvula de admisión y su orificio de entrada. Una vez hecho esto aparece de nuevo el mensaje "The mecanism can be simulated", cerrando de esta manera el el lado derecho. Para el lado izquierdo se emplean exactamente las mismas uniones. Una vez que se realiza también el lado izquierdo, el mecanismo completo del motor está listo para ser simulado. El resultado final puede observarse en la animación adjunta a este documento. 6 Resultado final Se expone a continuación el resultado final, para lo que se recurre a la herramienta Photo Studio Easy Tools. Como se dijo anteriormente, a lo largo del modelado se ha ido añadiendo el material correspondiente a cada pieza, siendo los más utilizado Aluminio, Acero Inoxidable y Cobre. A continuación se muestran las imagenes renderizadas con CATIA e imágenes reales de un modelo a escala del USS Monitor Steam Engine. Cabe destacar que los modelos son diferentes, mientras que las imágenes reales corresponden al modelo usado en el año 1862, el modelo realizado con CATIA correspondería a una versión más actual. Aun así, el mecanismo de funcionamiento es idéntico. Figura 6.1 USS Monitor: Vista en perspectiva renderizada (1). Figura 6.2 USS Monitor: Vista en perspectiva renderizada (2). 87 88 Capítulo 6. Resultado final Figura 6.3 USS Monitor: Modelo real vista en alzado [11]. Figura 6.4 USS Monitor: Modelo real vista lateral izquierda [11]. 89 Figura 6.5 USS Monitor: Modelo real vista lateral derecha [11]. Figura 6.6 USS Monitor: Modelo real vista en planta [11]. 7 Conclusiones y desarrollos futuros Por último, se exponen las conclusiones que se han extraido de la realización de este proyecto, así como posibles lineas futuras para la continuación del mismo. En primer lugar, se ha obtenido una vista global de la historia de las máquinas térmicas desde sus inicios hasta nuestros días, centrándonos en su aplicación a la marina y en especial el USS Monitor, uno de los objetivos marcados al principio del documento. En segundo lugar, la complejidad del proyecto no residía en la dificultad de las piezas, las cuales eran en su mayoría sencillas, sino en el gran número de ellas. De este modo, se han consolidado los conceptos adquiridos en la asignatura Diseño y Fabricación Asistidos por Ordenador ( 3er curso del Grado en Ingeniería Aeroespacial impartido en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Sevilla) en el módulo de "Part Design", y se han mejorado los conocimientos correspondientes al módulo "Assembly Design", el cual no se ve con tanta profundidad como el primero. Además, el hecho de trabajar con un gran volumen de piezas ha hecho necesaria una estrategia de organización de las mismas, propio de las grandes empresas del sector aeronáutico. En tercer lugar, se han adquirido destrezas en un nuevo módulo, "DMU Kinematics", de manera global, lo cual ha permitido realizar una animación del mecanismo de funcionamiento del motor. En cuanto a las lineas para la ampliación de este trabajo destacan: 1. Creación de los programas CAM empleando los módulos "Machining" de CATIA para su posterior mecanizado. 2. Modelado de la estructura del USS Monitor, así como de los distintos sistemas que lo componen, para su posterior ensamblaje con el motor. 3. Estudio termodinámico del motor y de sus prestaciones. 4. Estudio estructural empleando un software de elementos finitos. 91 Índice de Figuras 1.1 Módulos dentro de la interfaz de CATIA 3 2.1 Eolípila de Herón de Alejandría [3] 5 2.2 Turbina de vapor de Giovanni Branca [22] 6 2.3 Bomba de vapor de Savery [24] 6 2.4 Bomba de vapor de Denis Papin [24] 7 2.5 Máquina de Newcomen [25] 7 2.6 Máquina de vapor de James Watt [26] 8 2.7 Configuraciones clásicas de motor Stirling: a) Alpha b) Beta c) Gamma [27] 9 2.8 Motor Otto [23] 9 2.9 Turbina de Parsons unida a una dinamo [28] 10 2.10 Turbina de De Laval [20] 10 2.11 Primer motor experimental Diesel (1893) [21] 11 2.12 Ciclo de 4 tiempos en motores Wankel y de pistón [29] 12 2.13 Esquema de funcionamiento de un tipo de configuración turbohélice [8] 13 2.14 Esquema de funcionamiento de un tipo de configuración turbofan [7] 13 2.15 Eficiencia para distintas configuraciones de motor en función de la velocidad de vuelo [8] 14 2.16 Típicos motores diésel marinos (imágenes de [14, 36] obtenidas de [37]). A) Hitachi-MAN B&W, 6S46MC-C7, (B) Daihatsu Diesel MFG Co., Ltd., 6DKM-26e, (C) Daihatsu Diesel MFG Co., Ltd., 6DE-23 (D) Daihatsu Diesel MFG Co., Ltd., 6DL-16Ae. 15 2.17 Wärtsilä RT-flex96C, considerado el motor diésel más grande del mundo [38] 16 2.18 Charlotte Dundas (Robert Bowie, 1883) 16 2.19 North River Steamboat o Clermont [32] 17 2.20 Interés por una nueva tecnología (navegación a vapor) vs tecnología ya asentada (navegación a vela) en función de su grado de desarrollo, correspondiente a la navegación de principios del siglo XIX [33] 18 2.21 Interés por la nueva tecnología (navegación a vapor) cuando ésta se vuelve dominante frente a la ya asentada anteriormente (navegación a vela) [33] 18 2.22 U.S.S Monitor [9] 19 2.23 Localización de Drewry’s Bluff 20 2.24 Vibrating side-lever engine, Monitor Monadnock [9] 20 3.1 Pieza 1-02.1: Sketch principal 23 3.2 Pieza 1-02.1: Pad principal 24 3.3 Pieza 1-02.1: Agujeros centrales 24 3.4 Pieza 1-02.1: Mirror 25 3.5 Pieza 1-02.1: Pieza final 25 3.6 Pieza 1-02.3: Pad 26 3.7 Definición de la rosca dentro de la orden "Hole" 26 93 Planos (Siguiente página) 101 WOOD 10-45deg CHAMFER 8-6PPL 50 660 50 111 92 92 111 20x25DEEP-C'BORE UNDER-6PL 50mm THICK SCALE 1:6 330 330 155 155 6mm THICK SCALE 1:5 1-02.2 REFER TO 1-02.1 FOR ALL DIMENSION DETAILS 92 44 92 44 25 660 25 8-6PL 1-02.10 10mm THICK SCALE 1:5 M6 6 12 38 50 SCALE 1:2 1-02.8 50 10 16 SCALE 1:2 1-02.5 19 31 12-4PL 60 43 52 52 60 43 24 M10 DTAA 1-02.4A 1-02.10 1-02.9 1-02.9 1-02.2 1-02.2 1-02.1 1-02.1 1-02.4A 1-02.3 1-02.3 1-02.5 1-02.5 1-02.5 1-02.6 1-02.6 1-02.7 1-02.7 1-02.8 ALL MS/ALU BRZ BRZ BRS BRS 5 16 20 8 12 38 M10 1-02.9 SCALE 1:2 12.5 25 51.5 76 34 36 80 40 40 80 36 34 76 51.5 25 12.5 12.5 25 12.5 12.5 25 12.5 8-14PL 10-2PL 25 R10 R10 R13 200 25 52 52 26 26 52 52 25 200 R13 R15 38LPF 12 R6 100 20 100 100 (150) (710) 6mm THICK SCALE 1:3 1-02.1 M10 M10 30 30 148 16 SCALE 1:2 1-02.6 20RM 50 38LPF 4 79 M6 M10 12 18 6 D&TAA 1-02.7 SCALE 1:3 92 38 50 6 148 6 50 92 38 25 25 70 30 25 25 SCALE 1:3 12.5 25 12.5 12.5 25 12.5 M8 70-4PL 8 30-4PL 1-02.3 OPPOSITE FACE EQUAL 12 12 R6 25 52 52 52 52 52 M8-6PL SCALE 1:3 6mm THICK SCALE 1:3 SCALE 1:3 REFER TO 1-02.4A FOR ALL DIMENSION DETAILS 36 36 9 9 92 44 92 83 19 60 37 188 8-3PL M8-7PL CSK 12mm THICK SCALE 1:3 1-03.1 177 3 3 25 25 M8 24RM 36PF SCALE 1:2 1-03.7 D&TAA 26 45 45 36PF 1-03.6 SCALE 1:3 12 38 20 36PF SCALE 1:3 4 M8 10 13 12 10 16 SCALE 1:2 1-03.4 24RM 36PF M8 16 16 SCALE 1:2 1-03.3 D&TAA 52 12 38 26 26 36PF 1-03.2 SCALE 1:3 13 26 11 36 36 9 9 8-3PL M8 26 R10 DTAA 8-4PL 9 72 9 8 22 22 30 30 8 28 28 8 20-2PL 1-03.5 M8 8 8 22 22 28 28 D&TAA 1-03.1 1-03.5 1-03.6 1-03.2 1-03.4 1-03.4 1-03.3 1-03.7 ALL MS/ALU BRS BRS BRZ BRZ 36 36 16 16 B B 1-04.3 44 50 M8 15-10PL 50° 20° 50° 20° 72PF 90PCD 114 12 45 OPPOSITE FACE EQAUL SCALE 1:2 68RM 72PF 6 6 12 12 ONE SIDE ONLY SCALE 1:2 1-04.2 19 19 18 24 12 12 18 24 8 17 17 TAKE OVER ALL HOLES AND SLOTS FROM 1-04.1 1mm THICK SCALE 1:2 1-04.4 M14 18HEX 8 16 20 SCALE 1:5 1-04.8 1-04.1 1-04.2 1-04.3 1-04.4 1-04.5 1-04.6 1-04.7 1-04.8 1-04.9 1-04.10 1-04.11 1-04.12 1-04.13 MS/ALU BRS BRS BRS BRS BRS SYN SYN SYN BRZ BRZ 6 16 3 1-04.9 21 20 5 9 5 18 24 13 18 24 13 12 12 7 19 19 7 M8-8PL A AC L HIDDEN LINES REMOVED FOR CLARITY 1-04.1 R15 12 11 47 29 M14 10 C L 25 60 25 M12 M12 SECTION A-A SCALE 1 : 2 C L M16 13 10PF 19 19 13 8 68 21 8 M8 M8 25 60 25 17 17 SECTION B-B SCALE 1 : 2 TAKE OVER FROM 1-04.1 18 24 18 24 55 55 36 36 8 17 14 M5 26PCD TAKE OVER FROM 1-04.1 5mm THICK SCALE 1:2 1-04.5 8 14 38 M14 5 6 16 SCALE 1:2 1-04.6 6RM 13 10PF 3 5 1-04.10 8 14 4 1-04.7 5 26PCD 10 M14 M14 10 10 12 18HEX 1-04.11 SCALE 1:5 10 20HEX 11 M14 14 SCALE 1:5 10 14 2 1-04.12 MS/CI/ALU 50 44 8-5PL 114 90PCD 50° 20° 50° 20° SCALE 1:2.5 10 10 2 68 R4 72 R16 MIRROR IMAGE OF 1-06 1-06M 10 24 5 1-06.3 10RM 19 14PF 4 5 1-06.2 90PCD 114 C C REFER TO 1-05 FOR ALL DIMENSION DETAILS SCALE 1:2.5 1-062 1-06.3 1-06.4 BRZ BRZ SYN MIRROR IMAGE OF 1-05 1-05M 10 18 2 14PF 19 M24 21 4 SECTION C-C SCALE 1 : 2.5 28HEX 10RM 8 20 M24 1-06.4 SCALE 1:2 BRZ 6 M16 5 16 20HEX MS MS/ALU M8 12CF 22 5 32 9 12 82 120 R12 R12 12 24 SCALE 1:2.5 R3 13 6 13 60 25 79 8 8 16 77 60 R20 TUBE 10x8 SCALE 1:2 CU CU BRS M14 10 14 10 8 10 5 5 10 10 13 SCALE 1:2 82 82 SOLDER CU CU BRS 76 54 R16 TUBE 8x6 SCALE 1:2 6 8 8 M12 14 8 12 10 5 10 5 SCALE 1:1.5 82 82 SA-1-101 1-04 1-06 1-05 1-071-08 SA-1-102 1-04 1-05 1-06 1-08 1-07 1-02.4B 1-05 1-06.1 1-07 1-08.1 1-08.2 1-09.1 1-09.2 1-10.1 1-10.2 JDWDS JDW DRAUGHTING SERVICES J.A.M. DE WAAL PAPAKURA NZ J.A.M. DE WAAL. 12 BRIGHTWELL STREET PAPAKURA 2110. NEW ZEALAND. PHONE: OO64 09 2988815. MOB: 0211791000 E-MAIL: [email protected]. PROJECTION A2 DATE: DECEMBER 2017 TITLE DRAWING CONTENTS MODEL SCALE: 1:1 SHEET: 02 OF 04 DWG SCALE:1:1 @ A2 OR AS SHOWN Copyright © PLEASE NOTE THIS IS AN A2 SHEET SIZE PROJECT No 09E-11-01 No: MONITORX2-02 NOTES: THIS STEAM ENGINE WAS ORIGINALLY DESIGNED BY Mr. R MIDDLETON, MUNDELEY, NORFOLK, UK. THIS SET OF DRAWINGS IS A REDRAW OF A SET DRAWINGS DONE IN 2013,WHICH WERE DISTROYED IN 2015. THIS ENGINE IS TWICE THE SIZE OF THE ORIGINAL 2 CYLINDER HORIZONTAL STEAM ENGINE OF THE "MONITOR" TYPE PARTS AND ASSEMBLIES SA-1-105 SA-1-101 SA-1-102 1-01 1-021-03 1-03 1-09 1-10 20CF 10 190 8PF 34 2-01.1 SCALE 1:2 20LPF 62 R22 R22 R22 R22 32 32 165 90PCD 20 M10 46 134 SCALE 1:2.5 15 89 10 M8 34 8PF 20CF 2-01.3 SCALE 1:2 62 20 20 R16 R16 2-01.2 62 10 10 16 8PF 8PF SCALE 1:2.5 173 30 SCALE 1:2 2-01.5 2-01.1 2-01.2 2-01.3 2-01.4 2-01.5 MS BRS BRS MS MS MS/ALU M8 15 15 45 R3 M10 20CF D&TAA 52CF 64 M6 8 20 14 2-02.1 2-02.1 MS/HARD ALU 8 6 64 20 14 CSK SCALE 1:2 8 12 12 10 5.5 M5-4THESOC 44 SCALE 1:2 24 38 21 2-03A.5 SCALE 1:2 R13 12 26 40 60 14 24 46 5 35PCD 2-03A.3 SCALE 1:2.5 2-03A.1 2-03A.2 2-03A.7 2-03A.3 2-03A.6 2-03A.5 2-03A.4 MS BRZ BRS 5LPF 36 2-03A.7 24 5 24 8 M8 12CF SCALE 1:1.5 2-03A.6 24 38 10 SCALE 1:2 2-03A.2 24CF 24CF 67 98 96 46 12 12 SCALE 1:2.5 2-03A.1 12RM 18PF R13 26 16 24 5 175 20 46 35PCD SCALE 1:2.5 2-03A.4 45° 45° 5 35PCD 5 35PCD 12 12 6 6 6 6 38 12 12 12 12 177 45° 175-MAX/MIN 100-MAX/MIN 2-03B.1 2-03B.2 2-03A.4 2-03A.3 2-03A.6 2-03A.2 53 24 38 2-03B.2 SCALE 1:3 67 66 128 SCALE 1:3 REFER TO 2-03A.1 FOR ALL OTHER DIMENSION DETAILS 2-03B.1 177 45° 68CF 26 M10 10 6 10 58 SCALE 1:2 2-04.1 58ID 6 SCALE 1:3 34 20 185.5 10CF M10 M10 SCALE 1:2 M8 12CF 9 24 5 22 SCALE 1:2 2-04.5 2-04.1 2-04.4 2-04.5 CI SYN S/S MS MS M10 20 24 R12 24 24 12 SCALE 1:2 6 24 6 28 2-04.4 209.5-MAX/MIN MS BRZ BRZ 70 R12 R12 12RM 12RM 17PF 17PF 12 12 SCALE 1:2 6 12 4 4 DAA M12 M12 10 10 62 CF12 2-06.1 SCALE 1:2 2-06.1 2-06.2 2-06.3 2-06.4 2-06.5 2-06.6 MS BRZ MS/ALU MS/ALU MS/ALU 4 30° 20RM 36 SPLIT 2-06.6 SCALE 1:2 25 25 20 R3 26PF SCALE 1:2 12 20 25 25 20 28 4 R3 30° 26PF 2-06.4 SCALE 1:2 DAA 40 37 12 192 M12 M12 SCALE 1:2 2-06.3 M12 20 62 26 12 R12 24 2-06.2 SCALE 1:2.5 R12 31 43 42 10 12 12 10 18 18 7 7 12 12 6 6 6.5 6.5 18 18 7 7 6 6 12 12 2-06.5 24 4 4 5.5 13 26PF 274-MAX/MIN MS/ALU/CI/BRS 20 40 50-5HESOP 160 200 100PCD D D 12 16 12 40 20 12 M6 SECTION D-D SCALE 1 : 3 12 11 11 8 12 8 SCALE 1:2 2-08.2 25 12 129.8 M6 M6 6CF SCALE 1:1.5 189.8-MAX/MIN 2-08.1 2-08.2 2-08.4 BRZ BRS S/S MS MS M6 12 37 20 8 R7 14 SCALE 1:2 2-08.4 M6 8CF 7 20 4 12 SCALE 1:1.5 4 20 4 8 18 8 SCALE 1:2 10 9 8 12 11 11 12 2-08.1 6 12 M6 14 35 7 6 7 10 MS BRZ 12 R13 R13 56 56 12RM 18PF 90° M10 13 13 4 6mm THICK SCALE 1:2.5 52RM 6 12 9.5 74 SCALE 1:2.5 2-10.1 2-10.1 2-10.2 2-10.3 2-10.4 2-10.5 BRS BRS BRZ MS MS MS 22 M10 12CF 14 29 5 SCALE 1:2 2-10.4 12 12 M8 14 R12 12RM 18PF 14 20 3 SCALE 1:2 8 20 30 163 M8 M8 SCALE 1:2 2-10.2 12 25 5 SCALE 1:1.5 2-10.5 M8 6 12 12 12 3 5 2-10.3 204-MAX/MIN 2-02 2-02 2-01 2-07 SA-2-201 SA-2-205 SA-1-105 SA-2-201 2-05 2-03B 2-03A 2-05 2-06 2-04 2-04 2-09 2-09 2-08 2-08 2-10 2-10 2-02.2 2-04.3 2-04.2 2-05 2-07 2-08.3 2-08.5 2-09 JDWDS JDW DRAUGHTING SERVICES J.A.M. DE WAAL PAPAKURA NZ J.A.M. DE WAAL. 12 BRIGHTWELL STREET PAPAKURA 2110. NEW ZEALAND. PHONE: OO64 09 2988815. MOB: 0211791000 E-MAIL: [email protected]. PROJECTION A2 DATE: DECEMBER 2017 TITLE DRAWING CONTENTS MODEL SCALE: 1:1 SHEET: 03 OF 04 DWG SCALE:1:1 @ A2 OR AS SHOWN Copyright © PLEASE NOTE THIS IS AN A2 SHEET SIZE PROJECT No 09E-11-01 No: MONITORX2-03 NOTES: THIS STEAM ENGINE WAS ORIGINALLY DESIGNED BY Mr. R MIDDLETON, MUNDELEY, NORFOLK, UK. THIS SET OF DRAWINGS IS A REDRAW OF A SET DRAWINGS DONE IN 2013,WHICH WERE DISTROYED IN 2015. THIS ENGINE IS TWICE THE SIZE OF THE ORIGINAL 2 CYLINDER HORIZONTAL STEAM ENGINE OF THE "MONITOR" TYPE PARTS AND ASSEMBLIES