Спойлер - если поставить большой маховик и длинный поршень - то мощность вырастет)
Абсолютно правда, давайте упростим и будем менять только ход поршня (h), оставляя все остальные параметры неизменными.
Фиксируем:
• Мощность P = 3 л.с. (частота f будет меняться, чтобы это обеспечить)
• Давления P_атм и P_внутр (и, следовательно, перепад ΔP)
• Размер цилиндра (его диаметр и площадь A) ← это ключевое!
Мы не подбираем новый диаметр под новый ход, а берем уже рассчитанный цилиндр (диаметром ~19 см, площадью A ≈ 0.0277 м²) и просто растягиваем или укорачиваем его в длину.
Что произойдет, если мы увеличим ход поршня с 0.4 м до 1.0 м?
✦ 1. Изменится Работа за один ход (W_ход)
Работа за ход — это сила, умноженная на путь: W_ход = F * h.
Сила F = ΔP * A не изменится, так как не меняются ни перепад давления ΔP, ни площадь поршня A.
Вывод: Если h увеличивается, то W_ход пропорционально увеличивается.
Было: W_ход = 2756 Н * 0.4 м = 1102.4 Дж
Стало: W_ход = 2756 Н * 1.0 м = 2756 Дж
✦ 2. Изменится Частота ходов (f)
Мощность — это работа в единицу времени: P = W_ход * f.
Мы фиксируем мощность P. Так как работа за ход W_ход увеличилась, чтобы сохранить ту же мощность, частота ходов f должна уменьшиться.
Формула: f = P / W_ход
Было: f = 2205 Вт / 1102.4 Дж ≈ 2 Гц (120 ходов/мин)
Стало: f = 2205 Вт / 2756 Дж ≈ 0.8 Гц (48 ходов/мин)
✦ 3. Изменится Крутящий момент (M)
Крутящий момент на валу M = F * R, где R — радиус кривошипа (R = h/2).
Сила F не изменилась, а рычаг R стал больше.
Вывод: Крутящий момент пропорционально увеличится.
Было: M = F * (0.4 / 2) = F * 0.2
Стало: M = F * (1.0 / 2) = F * 0.5 (то есть, момент вырос в 2.5 раза)
✦ 4. Изменится Скорость поршня
Средняя скорость поршня V_поршня = 2 * h * f
Мы увеличили h в 2.5 раза, но уменьшили f в 2.5 раза.
Вывод: Средняя скорость поршня останется примерно прежней. Это важно для износа и смазки.
Итог: что мы получим, удлинив ход до 1 метра?
Мы получим совершенно другой по характеру двигатель той же мощности.
| Параметр | Было (h=0.4м) | Стало (h=1.0м) | Изменение |
| Ход поршня | 0.4 м | 1.0 м | ↑ в 2.5 раза |
| Частота (обороты) | 2 Гц (120 об/мин) | ~0.8 Гц (48 об/мин) | ↓ в 2.5 раза |
| Крутящий момент | M | ~2.5 * M | ↑ в 2.5 раза |
| Работа за ход | 1102 Дж | 2756 Дж | ↑ в 2.5 раза |
| Сила на поршень | 2756 Н | 2756 Н | Не изменилась |
| Скорость поршня | ~1.6 м/с | ~1.6 м/с | Не изменилась |
Краткое описание нового двигателя:
Это будет тихоходный "тяговитый" двигатель. Он будет крутиться медленнее (всего ~48 об/мин), но развивать гораздо больший крутящий момент. Его можно будет напрямую соединить, например, с водяным насосом или мельничным жерновом, без использования понижающего редуктора. Он будет более массивным и инерционным (ему нужно будет больше времени на разгон и остановку).
Обратный случай: если сделать ход короче (например, 0.2 м)
Все будет наоборот:
Частота вращения увеличится (до ~4 Гц или 240 об/мин).
Крутящий момент уменьшится (вдвое).
Получится быстроходный, но "слабый" двигатель, которому для передачи мощности на медленный агрегат потребуется редуктор.
Таким образом, меняя только ход поршня при неизменном цилиндре, вы в первую очередь меняете соотношение между частотой вращения (оборотами) и крутящим моментом на выходном валу двигателя.
Итог от Цельнозора: делаем максимально простой атмосферник, из гидроцилиндра или пневматики, ставим любой поршень от ДВС? Можно брать полагаю корпуса от огнетушителей или пароварки даже. Если мал радиус - укрепим тупо силиконом или полиуретановые вставки или графит или фторид (пластики высокотемпературные) и делаем видео. Потом я расскажу что делать далее)
