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風(fēng)機是造風(fēng)、送風(fēng)的機械設(shè)備。風(fēng)有自然風(fēng)和人造風(fēng)之別。風(fēng)的能量和它的威力都很大。
大風(fēng),可以將樹連根拔起，大風(fēng)在幾秒鐘內(nèi)制造的功率，可達到幾百萬千瓦之多。1978年4月10日，在中國新疆哈密西部的紅柳車站，一陣大風(fēng)使三節(jié)重4．4萬公斤的貨車，在一聲巨響中，玩具似的翻滾下了路基。至于沿海地區(qū)年年發(fā)生的臺風(fēng)，它的威力和給人們造成的傷害就更大了。自然風(fēng)是 大氣層中空氣對流的一種現(xiàn)象，由于空氣的溫度和密度發(fā)生了變化，而產(chǎn)生壓力差，即是壓力高的空氣向低壓力區(qū)域流動而來的。風(fēng)含有的能量，叫做“風(fēng)能”。風(fēng)能和天然氣、石油、煤炭、水力、海洋能、太陽能、地?zé)嵋粯樱彩悄茉粗械囊环N。計算風(fēng)能大小的標桿是“風(fēng)壓”，風(fēng)壓的大小與風(fēng)速的平方成正比，風(fēng)速大，風(fēng)壓亦大，風(fēng)速小，風(fēng)壓亦小。英國人蒲福于1905年，以風(fēng)速的大小做標準，把“風(fēng)”分成以0～12級的13個等級，稱為“蒲福風(fēng)級”，每個風(fēng)級取有名字從低到高，即：靜風(fēng)、軟風(fēng)、輕風(fēng)、微風(fēng)、和風(fēng)、勁風(fēng)、強風(fēng)、大風(fēng)、烈風(fēng)、狂風(fēng)、暴風(fēng)、颶風(fēng)。該風(fēng)力等級很方便人們識別風(fēng)的大小，靜風(fēng)的風(fēng)速低于0．2m/s，颶風(fēng)的風(fēng)速在32．7～36．9m/s，這級風(fēng)有著非常大的摧毀力。1946年以來，風(fēng)力等級又增加到18個等級、從13～17級的風(fēng)速是可以用儀器測量。17級的風(fēng)速為36.1～61.2m/s。對于風(fēng)機來說，只要測出它的風(fēng)速是多少，就可計算這個風(fēng)機能造出幾級風(fēng)了。
一般三級自然風(fēng)就可推動風(fēng)車發(fā)出電來。科學(xué)家預(yù)測了一個數(shù)字：地球表面上所接受的太陽能中大約有1.5%～2.5％變成為大氣層中的風(fēng)力，在整個大氣層中的總風(fēng)力約為3億億kw，即全年大約有26萬億億kw·h的能量?？梢杂脕戆l(fā)電的風(fēng)能又至少有10～100億kw之多，比全世界可利用的水力發(fā)電資源還要大出4倍；全世界每年燃燒煤所獲得的能量，也只有風(fēng)力在年內(nèi)所提供能量的三千分之一。
那么，人造風(fēng)的能力又如何呢 ?這就是本文要談的中心內(nèi)容。至于造風(fēng)的風(fēng)機又是怎樣產(chǎn)出和發(fā)展的呢?下面就來追蹤溯源。
在商代、西周之前，我國人民就發(fā)明了一種強制送風(fēng)的工具，名叫風(fēng)箱，主要用于冶鑄業(yè)。4800年以前，我國就能制造青銅器 —— 銅刀；商代早期的銅爵，有的壁厚僅2mm；商代中期已使用錫青銅和鉛青銅兩種合金,能鑄造重80kg的大鼎.商代后期，青銅冶鑄業(yè)臻于鼎盛.我國早在春秋時代就已發(fā)明了鑄鐵技術(shù)。公元前14至前11世紀的殷代時期，已開始運用了退火處理的熱處理技術(shù)。在商代中朝，公元前14世紀，我國用隕鐵制造武器，已采用了加熱鍛造工藝，所有這些工藝技術(shù)的發(fā)明、創(chuàng)造和用之于生產(chǎn)，都和送風(fēng)工具風(fēng)箱分不開的。
洛陽出土的西周鑄爐壁殘塊上已發(fā)現(xiàn)有通風(fēng)口，依時代不同，風(fēng)箱的部件結(jié)構(gòu)也不盡相同。早期是用牛皮或馬皮制成的一種皮囊，古時稱之為橐。外接風(fēng)管，利用皮囊的脹縮來實現(xiàn)鼓風(fēng)。最初是單囊作業(yè)，在山東滕縣出土的漢代冶鐵畫像中可看出它的操作情形。
在戰(zhàn)國時期或者更早些時，我國出現(xiàn)了多橐并聯(lián)或串聯(lián)的裝置，漢代稱之為“排橐”。北寧時期又發(fā)明了木風(fēng)扇。從元代王禎于1313年所著《農(nóng)書》中的臥式水排圖和《熬波圖》來看，它的外形好像一個木箱，是利甩箱蓋啟閉來實現(xiàn)鼓風(fēng)的。
明代宋應(yīng)星的科技名著《天工開物》中記載有木風(fēng)箱，它是古老的活塞式鼓風(fēng)機，一直沿用至今，可稱之為現(xiàn)代往復(fù)式壓縮機的鼻祖。木風(fēng)箱兩端各設(shè)有一個進風(fēng)口，口上設(shè)有活瓣。箱側(cè)設(shè)有一風(fēng)道，風(fēng)道側(cè)端各設(shè)一個出風(fēng)口，口上亦裝有活瓣。通過伸出箱外的桿，驅(qū)動活塞往復(fù)運動，促使活瓣一啟一閉，以達到鼓風(fēng)的目的。木風(fēng)箱的動力有人力和水力等。
“水排”是古代以水力推動的冶鑄鼓風(fēng)裝置。相傳是東漢(公元25～221年)初年南陽太守杜詩所發(fā)明的。在他之前，像冶鑄爐鼓風(fēng)的動力主要是人力和畜力。水排工作部件隨著時代的不同經(jīng)歷了皮囊、木風(fēng)扇、木風(fēng)箱階段。元代水排分臥輪式和主輪式兩種，是依靠連把旋轉(zhuǎn)運動變成直線往復(fù)運動的一種機器。
歐洲水力鼓風(fēng)機大約發(fā)明于12世紀，對14世紀歐洲生鐵的出現(xiàn)起到了促進作用.
中國發(fā)明的簡單的木制礱谷風(fēng)車，在南方沿用至今。它有一個等寬像現(xiàn)代多葉離心通風(fēng)機機殼那樣的木板風(fēng)箱，上面有可放進谷子的方形口，左水平前面有方口，木輪子置于風(fēng)箱中，輪子木軸伸出，裝有搖把，靠搖把下側(cè)設(shè)有斜口，輪子前后與風(fēng)箱均有空隙可進空氣。當(dāng)手搖動輪子時，將谷子由上口倒進，由于輪子對由輪子與風(fēng)箱之空隙進去的空氣做功，提高了氣體壓力，將谷殼和稻草末由前方口吹送出去，谷子因為比重大，就由左下側(cè)斜口流到谷袋里。這種木質(zhì)礱谷風(fēng)車也就是現(xiàn)代離心通風(fēng)機、鼓風(fēng)機和壓縮機的鼻祖。
還有，螺旋槳式風(fēng)車在我國古代也早有創(chuàng)造和應(yīng)用，它又是軸流式風(fēng)機的鼻祖。
歐洲工業(yè)革命時期，蒸汽機車的出現(xiàn)，鋼鐵工業(yè)、煤炭工業(yè)的突飛猛進，通風(fēng)機、鼓風(fēng)機、壓縮機也就隨波逐流地發(fā)展起來了。有的國家的風(fēng)機產(chǎn)品隨著鋼鐵產(chǎn)量的起落而起落；有的國家的風(fēng)機產(chǎn)品則又隨著石油、石油化工產(chǎn)品的產(chǎn)量的升降而升降。
1862年，英國圭貝爾發(fā)明了離心通風(fēng)機，其葉輪、機殼為同心圓型，機殼用磚制，木制葉輪采用后向直葉片,效率為40％左右，主要用于礦山通風(fēng)。1880年，設(shè)計出用于礦井排送風(fēng)的蝸形機殼和后向彎曲葉片的離心通風(fēng)機，結(jié)構(gòu)比較完善。1898年，愛爾蘭人設(shè)計出前向葉片的西羅柯式離心通風(fēng)機，并為各國廣泛采用。19世紀，軸流通風(fēng)機已應(yīng)用于礦井通風(fēng)和冶金工業(yè)的鼓風(fēng)，但壓力僅為100～300Pa，效率僅為15%～25％。這種通風(fēng)機，直到20世紀40年代以后才得到較快的發(fā)展。1935年，德國首先采 用軸流等壓通風(fēng)機作為鍋爐通風(fēng)機和引風(fēng)機。 1948年,丹麥制成運行中動葉可調(diào)的軸流通風(fēng)機。對旋軸流通風(fēng)機、子午加速軸流通風(fēng)機、斜流通風(fēng)機和橫流通風(fēng)機也都獲得發(fā)展。
離心式壓縮機是在離心通風(fēng)機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，20世紀出現(xiàn)了壓力比為4.5的離心壓縮機。50年代開始，離心壓縮機制造業(yè)在歐美的工業(yè)發(fā)達國家得到發(fā)展。1963年，美國生產(chǎn)出第一臺合成氨廠用的14.7MPa高壓離心壓縮機，采用筒型機殼代替水平剖分型機殼，又稱筒型壓縮機，它能承受10MPa以上的壓力。70年代，美國、意大利和德國先后制成60～70MPa高壓筒型壓縮機，筒體壁厚280mm。80年代初排氣壓力已達80MPa。離心壓縮機的轉(zhuǎn)速一般為每分鐘幾千轉(zhuǎn)以上，有的已達到25000轉(zhuǎn)以上。所需功率可達幾萬千瓦，流量已達10000m 3 /min。離心壓縮機的常規(guī)葉輪是以一維流動理論為基礎(chǔ)設(shè)計的，60年代開始應(yīng)用三維流動理論設(shè)計空間扭曲葉片，以改善葉輪級的性能。
軸流壓縮機也是在歐洲首先出現(xiàn)的。19世紀末，英國人帕森斯讓多級反動式汽輪機反向旋轉(zhuǎn)，作為試驗用軸流壓縮，但由于效率很低而不能實用。20世紀初，英國制造出第一臺軸流壓縮機，效率仍不高。一直到30年代，由于航空事業(yè)的發(fā)展，開展了對軸流壓縮機氣體動力學(xué)理論研究和試驗研究，效率才有顯著提高。亞音速級(氣流速度低于聲速)中壓力比不大，一般不超過1．3。為了提高級的壓力比和增大流量，人們研究跨聲速和超聲速壓縮機，并已廣泛應(yīng)用于噴氣發(fā)動機等設(shè)備。