流體機(jī)械（以流體為工質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的機(jī)械）

簡(jiǎn)介

流體機(jī)械所用的能源，最多的是燃料（煤、石油和天然氣等）的化學(xué)能，它們以熱能的形式釋放出來(lái)，然后再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電能（如燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)）。此外，風(fēng)力機(jī)、水輪機(jī)和膨脹機(jī)可以直接或?qū)⒛芰哭D(zhuǎn)換為電能后帶動(dòng)從動(dòng)機(jī)。水輪機(jī)、汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的工質(zhì)分別為水、蒸汽和燃?xì)?。泵輸送的是水、油或其他液體。通風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)輸送各種氣體。風(fēng)力機(jī)和膨脹機(jī)的工質(zhì)分別為空氣和其他氣體。風(fēng)動(dòng)工具和氣動(dòng)馬達(dá)的工質(zhì)為壓縮空氣或其他壓縮氣體。液壓馬達(dá)的工質(zhì)為液壓油。

各種流體機(jī)械由于作用原理、結(jié)構(gòu)形式和用途不同，所用工質(zhì)的溫度、流量和壓力的差別也很大。根據(jù)工作原理，流體機(jī)械可分為容積式和動(dòng)力式。容積式流體機(jī)械依靠運(yùn)動(dòng)元件改變工作容積來(lái)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化。動(dòng)力式流體機(jī)械依靠高速旋轉(zhuǎn)葉片與流體之間力的相互作用來(lái)轉(zhuǎn)換能量，又稱(chēng)透平機(jī)械。還有一種噴射器也屬于動(dòng)力式，其工作原理是高速?lài)娚涞牧黧w與被抽吸流體相混合而交換能量，并以此傳遞能量。另外，根據(jù)結(jié)構(gòu)，流體機(jī)械可分為旋轉(zhuǎn)式和往復(fù)式。動(dòng)力式流體機(jī)械通常是旋轉(zhuǎn)式，容積式流體機(jī)械既有旋轉(zhuǎn)式的也有往復(fù)式。

歷史

根據(jù)泵閥英才網(wǎng)張博士調(diào)查，機(jī)械始于工具，工具是簡(jiǎn)單的機(jī)械。人類(lèi)最初制造的工具是石刀、石斧和石錘?，F(xiàn)代各種復(fù)雜精密的機(jī)械，都是從古代簡(jiǎn)單的工具逐步發(fā)展而來(lái)的。古代由于交通不便，文化交流很少，世界上幾個(gè)基本獨(dú)立的文化區(qū)域，如東亞和南亞、西亞和歐洲的機(jī)械發(fā)展情況各不相同。如中國(guó)古代機(jī)械起源早，發(fā)展較快，在13、14世紀(jì)曾居世界前列，是獨(dú)立發(fā)展的，與其他地區(qū)聯(lián)系不多。公元前三千年以前(史前期)，人類(lèi)已廣泛使用石制和骨制的工具。搬運(yùn)重物的工具有滾子、撬棒和滑橇等，如古埃及建造金字塔時(shí)就已使用這類(lèi)工具。公元前3500年后不久，古巴比倫的蘇美爾已有了帶輪的車(chē)，是在橇板下面裝上輪子而成。

史前發(fā)展

史前期的重要工具有弓形鉆和制陶器用的轉(zhuǎn)臺(tái)。弓形鉆由燧石鉆頭、鉆桿、窩座和弓弦等組成。往復(fù)拉動(dòng)弓便可使鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，用來(lái)鉆孔、擴(kuò)孔和取火。弓形鉆后來(lái)又發(fā)展成為弓形車(chē)床，成為更有效的工具。

埃及第三至第六王朝(約公元前2686～前2181)的早期，開(kāi)始將牛拉的原始木犁和金屬鐮刀用于農(nóng)業(yè)。銅制工具的制造多用鍛打法。約公元前2500年，歐亞之間地區(qū)就曾使用兩輪和四輪的木質(zhì)馬車(chē)。埃及古代墓葬中曾發(fā)現(xiàn)公元前1500年前后的兩輪戰(zhàn)車(chē)。敘利亞在公元前1200年制造了磨谷子用的手磨。

建筑使用

在建筑和裝運(yùn)物料過(guò)程中，已使用了杠桿、繩索滾棒和水平槽等簡(jiǎn)單工具?；喿钤绯霈F(xiàn)于公元前日世紀(jì)，亞述人用作城堡上的放箭機(jī)構(gòu)。絞盤(pán)最初用在礦井中提取礦砂和從水井中提水。這時(shí)，埃及的水鐘、虹吸管、鼓風(fēng)箱和活塞式唧筒等流體機(jī)械也得到初步的發(fā)展和應(yīng)用。

這時(shí)期在古代水力機(jī)械方面的發(fā)展是，首先擴(kuò)大了桔槔式提水工具和吊桶式水車(chē)的使用范圍；創(chuàng)造了渦形輪和諾斯水磨等新的流體機(jī)械，前者靠轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋形桿，將水由低處提到高處，主要用于羅馬城市的供水，后者用來(lái)磨谷物，靠水流推動(dòng)方葉輪而轉(zhuǎn)動(dòng)，其功率不到半馬力。功率較大的有維特魯維亞水磨，水輪靠下沖的水流推動(dòng)，通過(guò)適當(dāng)選擇大小齒輪的齒數(shù)，就可調(diào)整水磨的轉(zhuǎn)速，其功率約三馬力，后來(lái)提高到五十馬力，成為當(dāng)時(shí)功率最大的原動(dòng)機(jī)。

利用活塞和氣缸制成的壓力泵和吸水泵，在此時(shí)期也有發(fā)展。最早出現(xiàn)的是用來(lái)滅火的菲羅壓力泵，后來(lái)又有了從井中提水的吸水泵和壓力泵，以及羅馬人用于滅火的雙筒柱塞泵。

歷史發(fā)展

古代水力機(jī)械方面，出現(xiàn)了下沖或上沖式水輪機(jī)(水磨)，以及風(fēng)磨和風(fēng)輪機(jī)。水平下沖式水輪機(jī)是由早期水磨改進(jìn)而成的，到12、13世紀(jì)已用作采礦、粉碎、冶煉等作業(yè)的動(dòng)力。這種水輪機(jī)經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，于14世紀(jì)又發(fā)展成為大型上沖式水輪機(jī)，用于提升礦石。這一時(shí)期西歐在水力利用方面有很大進(jìn)展，水輪機(jī)作坊迅速增加。

公元1500～1750年，機(jī)械技術(shù)發(fā)展極為迅速。材料方面的進(jìn)展主要表現(xiàn)在用鋼鐵、特別是用生鐵代替木材制造機(jī)器、儀器和工具。同時(shí)，為了解決采礦中的運(yùn)輸問(wèn)題，在1770年前后，英國(guó)發(fā)展了馬拉有軌貨車(chē)。先是用木軌，后又換成鐵軌。

水泵在此時(shí)期也有了發(fā)展，它主要用于解決當(dāng)時(shí)礦井排水和城市供水問(wèn)題，包括礦井排水泵、正向旋轉(zhuǎn)泵(1588)和離心泵(1689)等。

這時(shí)意大利發(fā)明了水壓空氣壓縮機(jī)(俗稱(chēng)水風(fēng)箱)，它可用作熔煉鋼鐵的鼓風(fēng)機(jī)，以取代舊式的皮老虎。1759年又出現(xiàn)了大型鼓風(fēng)機(jī)。風(fēng)力機(jī)械如風(fēng)磨的應(yīng)用也更廣泛，數(shù)量增加，僅英國(guó)就已有數(shù)千臺(tái)之多，用于磨粉、泵水和鋸木。

這一時(shí)期，在歐洲誕生了工程科學(xué)。許多科學(xué)家，如牛頓、伽利略、萊布尼茲、玻意耳、胡克等，他們?yōu)樾驴茖W(xué)奠定了多方面的理論基礎(chǔ)。

近代歷史

為了鼓勵(lì)創(chuàng)造發(fā)明，意大利和英國(guó)分別在1474和1561年建立了專(zhuān)利機(jī)構(gòu)。十七世紀(jì)60年代還建立了科學(xué)學(xué)會(huì)，如英國(guó)皇家學(xué)會(huì)。英國(guó)于1665年開(kāi)始出版科學(xué)報(bào)告會(huì)文獻(xiàn)，法國(guó)約于同時(shí)建立了法國(guó)科學(xué)院。俄、德兩國(guó)也分別于1725和1770年建立了俄國(guó)科學(xué)院和柏林科學(xué)院。這些學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)沖破了當(dāng)時(shí)教會(huì)的禁錮展開(kāi)自由討論，交流學(xué)術(shù)觀點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因而極大的促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)以及機(jī)械工程的發(fā)展。