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风机的起源及发展史
作者:admin  来源:本站  发表时间:2011/5/23 16:49:56  点击:1215

风机的起源及发展史


顾名思义,风机也就是造风、送风的机械。风有自然风和机造风之别。前者的能量和威力很大很大。 
18世纪初,在欧洲发生过一次大风,曾将25万株树连根拔了出来,这次大风在几秒钟内发出的功率,超过了735万千瓦之多。1978年4月10日,在中国新疆哈密西部的红柳车站,一阵大风使三节重4.4万公斤的货车,在一声巨响中,象玩具似的翻下了路基。至于沿海地区年年发生的台风,它的威力和给人们造成的伤害就更大了。自然风是 大气层中空气对流的一种自然现象,也就是 由于空气的温度和密度发生了变化,而产生压力差别,即是压力高的空气向低压力区域流动而来的。风里含有一种能量,叫做“风能”。风能和天然气、石油、煤炭、水力、海洋能、太阳能、地热一样,也是能源中的一个分支。衡量风能大小的尺子是“风压”,风压的大小与风速的平方成正比,风速大,风压亦大,风速小,风压亦小。英国人蒲福于 1905年,以风速的大小做尺子,把“风”分成以0~12级的13个等级,称为“蒲福风级”,每个风级取有名字从低到高,即:静风、软风、轻风、微风、和风、劲风、强风、大风、烈风、狂风、暴风、飓风。该风力等级很方便人们识别风的大小,静风的风速低于0.2m/s,飓风的风速在32.7~36.9m/s,这级风有着非常大的摧毁力。1946年以来,风力等级又增加到18个等级、从13~17级的风速是可以用仪器测量时才用之。17级的风速为36.1~61.2m/s。对于风机来说,只要测出它的风速是多少,就可知道这个风机能造出几级风了。
一般三级自然风就可推动风车发出电来。科学家预测了一个数字:地球表面上所接受的太阳能中大约有1.5%~2.5%变成为大气层中的风力,在整个大气层中的总风力约为3亿亿kw,即全年大约有26万亿亿kw·h的能量。可以用来发电的风能又至少有10~100亿kw之多,比全世界可利用的水力发电资源还要大出4倍;全世界每年燃烧煤所获得的能量,也只有风力在年内所提供能量的三千分之一。
那么,机造风的能力又如何呢 ?这就是本文要谈的中心内容。至于造风的风机又是怎样产出和发展的呢?下面就来追踪溯源。 
(一)风机鼻祖出神州 

在我国古代也就是在商代、西周之前,就发明了一种强制送风的工具,名叫鼓风器,主要用于冶铸业。4800年以前,我国就能制造青铜器 —— 铜刀;商代早期的铜爵,有的壁厚仅2mm;商代中期已使用锡青铜和铅青铜两种合金,能铸造重80kg的大鼎.商代后期,青铜冶铸业臻于鼎盛.我国早在春秋时代就已发明了铸铁技术。公元前14至前ll世纪的殷代时期,已开始运用了退火处理的热处理技术。在商代中朝,公元前14世纪,我国用陨铁制造武器,已采用了加热锻造工艺,所有这些工艺技术的发明、创造和用之于生产,都和送风工具鼓风器分不开的。 

洛阳出土的西周铸炉壁残块上已发现有通风口,依时代不同,鼓风器的部件结构也不尽相同。早期是用牛皮或马皮制成的一种皮囊,古时称之为橐。外接风管,利用皮囊的胀缩来实现鼓风。最初是单囊作业,在山东滕县出土的汉代冶铁画像中可看出它的操作情形。 

在战国时期或者更早些时,我国出现了多橐并联或串联的装置,汉代称之为“排橐”。北宁时期又发明了木风扇。从元代王祯于1313年所著《农书》中的卧式水排图和《熬波图》来看,它的外形好像一个木箱,是利甩箱盖启闭来实现鼓风的。 

在1634年明代宋应星著的古代科技名著《天工开物》中记载有木风箱,它是古老的活塞式鼓风器,一直沿用至今,可称之为现代往复式压缩机的鼻祖。木风箱两端各设有一个进风口,口上设有活瓣。箱侧设有一风道,风道侧端各设一个出风口,口上亦装有活瓣。通过伸出箱外的杆,驱动活塞往复运动,促使活瓣一启一闭,以达到鼓风的目的。木风箱的动力有人力和水力等。 

“水排”是古代以水力推动的冶铸鼓风装置。相传是东汉(公元25~221年)初年南阳太守杜诗所发明的。在他之前,像冶铸炉鼓风的动力主要是人力和畜力。水排工作部件随着时代的不同经历了皮囊、木风扇、木风箱阶段。元代水排分卧轮式和主轮式两种,是依靠连把旋转运动变成直线往复运动的一种机构。 

欧洲水力鼓风大约发明于12世纪,对l4世纪欧洲生铁的出现起到了促进作用,但比起我国却晚了很多年。 

也不知公元前多少年,我国祖先就发明了简单的木制砻谷风车,在南方沿用至今。它有一个等宽像现代多叶离心通风机机壳那样的木板风箱,上面有可放进谷子的方形口,左水平前面有方口,木轮子置于风箱中,轮子木轴伸出,装有摇把,靠摇把下侧设有斜口,轮子前后与风箱均有空隙可进空气。当手摇动轮子时,将谷子由上口倒进,由于轮子对由轮子与风箱之空隙进去的空气做功,提高了气体压力,将谷壳和稻草末由前方口吹送出去,谷子因为比重大,就由左下侧斜口流到谷袋里。这种木质砻谷风车也就是现代离心通风机、鼓风机和压缩机的鼻祖。 

还有,螺旋桨式风车在我国古代也早有创造和应用,它又是轴流式风机的鼻祖。 

(二)发达国家风机登先 

尽管我国古代是风机鼻祖的发源地,但由于长期的封建统治,人们的智慧受到抑制,工农业受到阻滞。工业生产的落后带来的是科学技术的落后,鼓风机械也就由盛而衰了。 

18世纪,欧洲发生工业革命,蒸汽机车的出现,钢铁工业、煤炭工业的突飞猛进,通风机、鼓风机、压缩机也就随波逐流地发展起来了。有的国家的风机产品随着钢铁产量的起落而起落;有的国家的风机产品则又随着石油、石油化工产品的产量的升降而升降。 

1862年,英国T·圭贝尔发明了离心通风机,其叶轮、机壳为同心圆型,机壳用砖制,木制叶轮采用后向直叶片,效率为40%左右,主要用于矿山通风。1880年,人们设计出用于矿井排送风的蜗形机壳和后向弯曲叶片的离心通风机,结构比较完善。1898年,爱尔兰人设计出前向叶片的西罗柯式离心通风机,并为各国广泛采用。19世纪,轴流通风机已应用于矿井通风和冶金工业的鼓风,但压力仅为100~300Pa,效率仅为15%~25%。这种通风机,直到20世纪40年代以后才得到较快的发展。1935年,德国首先采 用轴流等压通风机作为锅炉通风机和引风机。 1948年,丹麦制成运行中动叶可调的轴流通风机。对旋轴流通风机、子午加速轴流通风机、斜流通风机和横流通风机也都获得发展。 

离心式压缩机是在离心通风机的基础上发展起来的,20世纪出现了压力比为4.5的离心压缩机。50年代开始,离心压缩机制造业在欧美的工业发达国家得到发展。1963年,美国生产出第一台合成氨厂用的14.7MPa高压离心压缩机,采用筒型机壳代替水平剖分型机壳,又称筒型压缩机,它能承受10MPa以上的压力。70年代,美国、意大利和德国先后制成60~70MPa高压筒型压缩机,筒体壁厚280mm。80年代初排气压力已达80MPa。离心压缩机的转速一般为每分钟几千转以上,有的已达到25000转以上。所需功率可达几万千瓦,流量已达10000m 3 /min。离心压缩机的常规叶轮是以一维流动理论为基础设计的,60年代开始应用三维流动理论设计空间扭曲叶片,以改善叶轮级的性能。 

轴流压缩机也是在欧洲首先出现的。19世纪末,英国人C·A·帕森斯让多级反动式汽轮机反向旋转,作为试验用轴流压缩,但由于效率很低而不能实用。20世纪初,英国制造出第一台轴流压缩机,效率仍不高。一直到30年代,由于航空事业的发展,开展了对轴流压缩机气体动力学理论研究和试验研究,效率才有显著提高。亚音速级(气流速度低于声速)中压力比不大,一般不超过1.3。为了提高级的压力比和增大流量,人们研究跨声速和超声速压缩机,并已广泛应用于喷气发动机。

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