第五十三节 真的造出来了

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经过一通埋头计算，李治设计的第一台气体膨胀降温式空调终于正式敲定。

它有四个气缸，呈x形均匀布置在曲轴四周，这样每个角度都确保有活塞在压缩空气，使负荷分布平稳。

&，最大容积00cc，活塞行程9厘米。活塞的厚度被设计为5厘米，这样气缸壁上就正好留有润滑油的出口。活塞中间有一个油环，供润滑油可以覆盖到整个活塞的圆周面，两侧预留了活塞环的槽来增强密封。

本来，一个气泵的密封不需要这么高级，但为了积累活塞技术，方便后来的蒸汽机，内燃机和斯特林机的技术积累，李治还是把这个做了上去。

活塞经过活塞连杆固定在曲轴上。曲轴连着气泵的动力轴，这个轴目前使用马匹拉动。所以，根据用户的财力，可以灵活配置几匹马力。如果使用人类作为动力源，动力输出就更灵活了。

气缸底部设有两个单向通气阀，一个进气，一个出气。不需要额外的配气机构来控制它的开合。

现在简单计算一下它所需要的扭矩。因为单向气阀在活塞内部压力大于出气预期压力就会开启，因此在活塞运动的末期，最大的压力只是5bar，(05mpa)，活塞垂直方向上的力高达20n。这个力和气缸壁垂直方向的合力就是活塞连杆上的力。鉴于活塞连杆的最大角度与活塞侧面的力有关，那么我们假设一个比较长的连杆，减小这个力的合力角。

比如如果活塞连杆长度是9厘米，那么活塞运动到正中位置时，因为曲轴垂直偏离也达到了45厘米，所以这个角度就是（05）=0度。活塞连杆上的力要相比20牛要增大cos0的倒数倍。那就变成了604牛顿。当然这没有考虑活塞的运动和加速度，也没有考虑此时活塞的压力到底是不是20牛，这只是一个简化和近似的计算。

这个时候活塞连杆在曲轴中心线的投影距离（比如在正中位置，为半径45厘米的cos（05x（90－0）），等于9厘米，就是这个力的力臂。扭矩也就是，为40牛米。考虑到这个气缸壁上的力还是大了点，我们把活塞连杆加长到5厘米，这样这个角度就会变小到7度。

那么这个绝热压缩过程到什么时候会让气体到达5倍大气压呢？利用上一章提到的绝热压缩公式的时候，气压就到达了5bar（一个大气压为bar，si单位是00000pascal）。此时活塞的位置是距离气缸底部22厘米，也就是距离最低点大概22厘米。此时活塞连杆另一端就是在曲轴转动位置的……

这个计算有点麻烦。简化处理后估算得到角度大概从正中位置转动了0度。这样力矩就是差不多正好是44，接近力矩最大的那个角度。

如此，算下来力矩是447牛米。……咦肿么还增大了。

不管啦，因为制作技术的限制，为了降低气缸套的磨损，只能这样牺牲一下了。

此时另外两个气缸的位置也只计算那个在压缩的，它转动的角度相差90度，因此它还在－60度（0度为正中位置，－90和90度分别为刚才计算的气缸的最高点和最低点），只是刚刚开始压缩的位置。此时气缸压力还不超过2bar，计算过程是类似的，因此就不重复计算了。因此假定它的正常工作扭矩是50nm，那么一匹马（750w）拉起来，能达到什么样的转速呢？

根据功率等于扭矩乘以角速度的公式可以计算出答案是每分钟477转。也就是每秒079转。每一转机器吸入4的5bar的气体。相应的，这些气体的温度升高到475k（卧槽这么热的风吹进去还能当空调嘛？都能当烤箱了啊喂）

李治同学脑海里出现一个场面：李世民举着马鞭一边抽打李治的屁股，一边痛骂：竟敢给我吹200度的空调，你要把你老子变成烤乳猪嘛！

那只有再经过一个热交换器了，把气体的温度降到00k。如果是林登制冷机，这个冷却气体是由焦耳汤普森降温阀门的尾气，也就是冷气降温的。如果不用这个冷却，也可以用水冷却，加热的水还可以用来做热水。这就是传说中的余热利用。