顧名思義，風(fēng)機(jī)也就是造風(fēng)、送風(fēng)的機(jī)械。風(fēng)有自然風(fēng)和機(jī)造風(fēng)之別。前者的能量和威力很大很大。
18世紀(jì)初，在歐洲發(fā)生過(guò)一次大風(fēng)，曾將25萬(wàn)株樹(shù)連根拔了出來(lái)，這次大風(fēng)在幾秒鐘內(nèi)發(fā)出的功率，超過(guò)了735萬(wàn)千瓦之多。1978年4月10日，在中國(guó)新疆哈密西部的紅柳車(chē)站，一陣大風(fēng)使三節(jié)重4．4萬(wàn)公斤的貨車(chē)，在一聲巨響中，象玩具似的翻下了路基。至于沿海地區(qū)年年發(fā)生的臺(tái)風(fēng)，它的威力和給人們?cè)斐傻膫透罅恕Ｗ匀伙L(fēng)是 大氣層中空氣對(duì)流的一種自然現(xiàn)象，也就是 由于空氣的溫度和密度發(fā)生了變化，而產(chǎn)生壓力差別，即是壓力高的空氣向低壓力區(qū)域流動(dòng)而來(lái)的。風(fēng)里含有一種能量，叫做“風(fēng)能”。風(fēng)能和天然氣、石油、煤炭、水力、海洋能、太陽(yáng)能、地?zé)嵋粯樱彩悄茉粗械囊粋€(gè)分支。衡量風(fēng)能大小的尺子是“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(guó)人蒲福于 1905年，以風(fēng)速的大小做尺子，把“風(fēng)”分成以0～12級(jí)的13個(gè)等級(jí)，稱(chēng)為“蒲福風(fēng)級(jí)”，每個(gè)風(fēng)級(jí)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(qiáng)風(fēng)、大風(fēng)、烈風(fēng)、狂風(fēng)、暴風(fēng)、颶風(fēng)。該風(fēng)力等級(jí)很方便人們識(shí)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(jí)風(fēng)有著非常大的摧毀力。1946年以來(lái)，風(fēng)力等級(jí)又增加到18個(gè)等級(jí)、從13～17級(jí)的風(fēng)速是可以用儀器測(cè)量時(shí)才用之。17級(jí)的風(fēng)速為36.1～61.2m/s。對(duì)于風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)，只要測(cè)出它的風(fēng)速是多少，就可知道這個(gè)風(fēng)機(jī)能造出幾級(jí)風(fēng)了。
一般三級(jí)自然風(fēng)就可推動(dòng)風(fēng)車(chē)發(fā)出電來(lái)?？茖W(xué)家預(yù)測(cè)了一個(gè)數(shù)字：地球表面上所接受的太陽(yáng)能中大約有1.5%～2.5％變成為大氣層中的風(fēng)力，在整個(gè)大氣層中的總風(fēng)力約為3億億kw，即全年大約有26萬(wàn)億億kw·h的能量。可以用來(lái)發(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，機(jī)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(jī)又是怎樣產(chǎn)出和發(fā)展的呢?下面就來(lái)追蹤溯源。
(一)風(fēng)機(jī)鼻祖出神州
在我國(guó)古代也就是在商代、西周之前，就發(fā)明了一種強(qiáng)制送風(fēng)的工具，名叫鼓風(fēng)器，主要用于冶鑄業(yè)。4800年以前，我國(guó)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(guó)早在春秋時(shí)代就已發(fā)明了鑄鐵技術(shù)。公元前14至前l(fā)l世紀(jì)的殷代時(shí)期，已開(kāi)始運(yùn)用了退火處理的熱處理技術(shù)。在商代中朝，公元前14世紀(jì)，我國(guó)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)工具鼓風(fēng)器分不開(kāi)的。
洛陽(yáng)出土的西周鑄爐壁殘塊上已發(fā)現(xiàn)有通風(fēng)口，依時(shí)代不同，鼓風(fēng)器的部件結(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(shí)稱(chēng)之為橐。外接風(fēng)管，利用皮囊的脹縮來(lái)實(shí)現(xiàn)鼓風(fēng)。很早是單囊作業(yè)，在山東滕縣出土的漢代冶鐵畫(huà)像中可看出它的操作情形。
在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期或者更早些時(shí)，我國(guó)出現(xiàn)了多橐并聯(lián)或串聯(lián)的裝置，漢代稱(chēng)之為“排橐”。北寧時(shí)期又發(fā)明了木風(fēng)扇。從元代王禎于1313年所著《農(nóng)書(shū)》中的臥式水排圖和《熬波圖》來(lái)看，它的外形好像一個(gè)木箱，是利甩箱蓋啟閉來(lái)實(shí)現(xiàn)鼓風(fēng)的。
在1634年明代宋應(yīng)星著的古代科技名著《天工開(kāi)物》中記載有木風(fēng)箱，它是古老的活塞式鼓風(fēng)器，一直沿用至今，可稱(chēng)之為現(xiàn)代往復(fù)式壓縮機(jī)的鼻祖。木風(fēng)箱兩端各設(shè)有一個(gè)進(jìn)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(gè)出風(fēng)口，口上亦裝有活瓣。通過(guò)伸出箱外的桿，驅(qū)動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，促使活瓣一啟一閉，以達(dá)到鼓風(fēng)的目的。木風(fēng)箱的動(dòng)力有人力和水力等。
“水排”是古代以水力推動(dòng)的冶鑄鼓風(fēng)裝置。相傳是東漢(公元25～221年)初年南陽(yáng)太守杜詩(shī)所發(fā)明的。在他之前，像冶鑄爐鼓風(fēng)的動(dòng)力主要是人力和畜力。水排工作部件隨著時(shí)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(yùn)動(dòng)變成直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的一種機(jī)構(gòu)。
歐洲水力鼓風(fēng)大約發(fā)明于12世紀(jì)，對(duì)l4世紀(jì)歐洲生鐵的出現(xiàn)起到了作用，但比起我國(guó)卻晚了很多年。
也不知公元前多少年，我國(guó)祖先就發(fā)明了簡(jiǎn)單的木制礱谷風(fēng)車(chē)，在南方沿用至今。它有一個(gè)等寬像現(xiàn)代多葉離心通風(fēng)機(jī)機(jī)殼那樣的木板風(fēng)箱，上面有可放進(jìn)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(jìn)空氣。當(dāng)手搖動(dòng)輪子時(shí)，將谷子由上口倒進(jìn)，由于輪子對(duì)由輪子與風(fēng)箱之空隙進(jìn)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?yàn)楸戎卮?，就由左下?cè)斜口流到谷袋里。這種木質(zhì)礱谷風(fēng)車(chē)也就是現(xiàn)代離心通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)的鼻祖。
還有，螺旋槳式風(fēng)車(chē)在我國(guó)古代也早有創(chuàng)造和應(yīng)用，它又是軸流式風(fēng)機(jī)的鼻祖。
(二)發(fā)達(dá)國(guó).家風(fēng)機(jī)登先
盡管我國(guó)古代是風(fēng)機(jī)鼻祖的發(fā)源地，但由于長(zhǎng)期的封建統(tǒng)治，人們的智慧受到抑制，工農(nóng)業(yè)受到阻滯。工業(yè)生產(chǎn)的落后帶來(lái)的是科學(xué)技術(shù)的落后，鼓風(fēng)機(jī)械也就由盛而衰了。
18世紀(jì)，歐洲發(fā)生工業(yè)革命，蒸汽機(jī)車(chē)的出現(xiàn)，鋼鐵工業(yè)、煤炭工業(yè)的突飛猛進(jìn)，通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)也就隨波逐流地發(fā)展起來(lái)了。有的國(guó).家的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品隨著鋼鐵產(chǎn)量的起落而起落；有的國(guó).家的風(fēng)機(jī)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(guó)T·圭貝爾發(fā)明了離心通風(fēng)機(jī)，其葉輪、機(jī)殼為同心圓型，機(jī)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，人們?cè)O(shè)計(jì)出用于礦井排送風(fēng)的蝸形機(jī)殼和后向彎曲葉片的離心通風(fēng)機(jī)，結(jié)構(gòu)比較完善。1898年，愛(ài)爾蘭人設(shè)計(jì)出前向葉片的西羅柯式離心通風(fēng)機(jī)，并為各國(guó)廣泛采用。19世紀(jì)，軸流通風(fēng)機(jī)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(jī)，直到20世紀(jì)40年代以后才得到較快的發(fā)展。1935年，德國(guó)采 用軸流等壓通風(fēng)機(jī)作為鍋爐通風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)。 1948年,丹麥制成運(yùn)行中動(dòng)葉可調(diào)的軸流通風(fēng)機(jī)。對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)、子午加速軸流通風(fēng)機(jī)、斜流通風(fēng)機(jī)和橫流通風(fēng)機(jī)也都獲得發(fā)展。
離心式壓縮機(jī)是在離心通風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，20世紀(jì)出現(xiàn)了壓力比為4.5的離心壓縮機(jī)。50年代開(kāi)始，離心壓縮機(jī)制造業(yè)在歐美的工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó).家得到發(fā)展。1963年，美國(guó)生產(chǎn)出第—臺(tái)合成氨廠(chǎng)用的14.7MPa高壓離心壓縮機(jī)，采用筒型機(jī)殼代替水平剖分型機(jī)殼，又稱(chēng)筒型壓縮機(jī)，它能承受10MPa以上的壓力。70年代，美國(guó)、意大利和德國(guó)先后制成60～70MPa高壓筒型壓縮機(jī)，筒體壁厚280mm。80年代初排氣壓力已達(dá)80MPa。離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速一般為每分鐘幾千轉(zhuǎn)以上，有的已達(dá)到25000轉(zhuǎn)以上。所需功率可達(dá)幾萬(wàn)千瓦，流量已達(dá)10000m 3 /min。離心壓縮機(jī)的常規(guī)葉輪是以一維流動(dòng)理論為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的，60年代開(kāi)始應(yīng)用三維流動(dòng)理論設(shè)計(jì)空間扭曲葉片，以葉輪級(jí)的性能。
軸流壓縮機(jī)也是在歐洲出現(xiàn)的。19世紀(jì)末，英國(guó)人C·A·帕森斯讓多級(jí)反動(dòng)式汽輪機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，作為試驗(yàn)用軸流壓縮，但由于效率很低而不能實(shí)用。20世紀(jì)初，英國(guó)制造出第—臺(tái)軸流壓縮機(jī)，效率仍不高。一直到30年代，由于航空事業(yè)的發(fā)展，開(kāi)展了對(duì)軸流壓縮機(jī)氣體動(dòng)力學(xué)理論研究和試驗(yàn)研究，效率才有顯著提高。亞音速級(jí)(氣流速度低于聲速)中壓力比不大，一般不超過(guò)1．3。為了提高壓力比和增大流量，人們研究跨聲速和超聲速壓縮機(jī)，并已廣泛應(yīng)用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。
