压缩技术的基石：钢铁压缩机的演变

1907 年，库珀工厂展示了一台立式蒸汽动力机械，其气缸直径为 96 英寸（2438 毫米）。

19世纪，随着工业化席卷美国，高炉日益普及，数量和规模不断扩大。多家公司开始生产鼓风式发动机压缩机。其中最早的公司之一是位于俄亥俄州弗农山的C. & J. Cooper公司。该公司于1852年生产的第一台鼓风式发动机压缩机配备一个直径18英寸（457毫米）的蒸汽缸和两个直径48英寸（1219毫米）的空气缸，可提供3磅/平方英寸（0.2巴）的压力。

另一家早期生产空气吹送式往复发动机压缩机的公司是位于威斯康星州密尔沃基的爱德华·P·艾利斯公司（Edward P. Allis & Company），后来更名为艾利斯-查尔默斯公司（Allis-Chalmers）。艾利斯公司于1869年开始生产蒸汽机，其中一些蒸汽机被用于空气吹送式压缩机。

1872年至1913年间，空气吹气式发动机压缩机取得了重大发展。更大功率的机组不断涌现，能够产生高达9磅/平方英寸（0.62巴）的强劲气流。例如，正如上月刊所示，19世纪90年代，艾利斯公司生产的立式60英寸（1524毫米）行程的压缩机，配备直径42英寸（1067毫米）的蒸汽缸和直径84英寸（2134毫米）的空气缸。

1903年，库珀公司制造了当时最大的卧式科利斯复合式蒸汽机-压缩机，用于空气吹送。1907年，该公司开始生产立式蒸汽动力机械，其气缸直径为96英寸（2438毫米），如图1所示。在长达60年的时间里，库珀公司大约生产了360台吹送式发动机-压缩机，平均每台功率为500马力（373千瓦），并在后期从卧式设计过渡到立式复合式发动机。

其他以生产大型往复式发动机空气压缩机而闻名的公司包括位于密尔沃基的诺德伯格制造公司（Nordberg Manufacturing Company）、位于纽约州布法罗的斯诺蒸汽泵厂（Snow Steam Pump Works）以及位于宾夕法尼亚州匹兹堡的梅斯塔机械公司（Mesta Machine）和西屋公司（Westinghouse）。图2所示为一台大型梅斯塔卧式燃气发动机空气压缩机，其行程为60英寸（1524毫米），气缸直径为96英寸（2438毫米）。

1914 年，一台巨大的 Mesta Machine 卧式燃气发动机空气吹气压缩机。

20世纪的高炉需要大量的空气——每生产一吨铁大约需要两吨空气。尽管这些巨大的鼓风机建于20世纪初，但它们代表了19世纪技术的巅峰。往复式蒸汽机推动了工业革命，而随后出现的燃气发动机则是顺理成章的下一个发展阶段。

废气发动机驱动的空气吹扫压缩机

世纪之交，一些制造商开发出利用高炉产生的“废”煤气作为燃料的燃气发动机。这消除了对蒸汽锅炉燃料的需求，提高了工厂效率。这些燃气发动机用于鼓风，也用于驱动发电机。1914年，梅斯塔公司制造了大型60英寸（1524毫米）行程卧式单串联燃气发动机，配备直径84英寸（2134毫米）的双作用鼓风缸。每个鼓风缸有22个气门。

图 3 显示了三台 Allis-Chalmers 双串联燃气发动机压缩机，它们为伊利诺伊钢铁公司的炼铁炉提供空气。这些燃气发动机以炼铁炉产生的废气为燃料。

伊利诺伊钢铁公司有三台艾利斯-查尔默斯双串联燃气发动机空气吹扫压缩机。

涡轮增压器

大多数鼓风机的转速为每分钟 32 至 35 转，平均气压为 20 磅/平方英寸（1.4 巴）。它们运转起来蔚为壮观。直径 20 英尺（6.1 米）的飞轮以及齿轮、曲轴和杠杆的运动，使机器看起来仿佛有了生命。但所有这些运动部件都需要持续的维护、调整和润滑。这种庞大往复式机械的庞大尺寸和复杂性，催生了离心式鼓风机和压缩机的出现。

旋转式鼓风机首次用于炼铁或炼钢是在1860年，当时弗朗西斯·M·鲁茨和菲兰德·H·鲁茨获得了一种叶片式鼓风机的专利，这种鼓风机用于为铸造厂的炼铁提供空气，并在小型生产中得到广泛应用。1899年，第一台实用的离心式压缩机在法国问世，英格索兰公司看到了离心技术在高流量、低压空气压缩应用领域的潜力。到1912年，英格索兰公司推出了美国制造的第一台离心式空气压缩机，这是一款串联式蒸汽轮机驱动装置，可产生90磅/平方英寸（6.2巴）的空气。1916年的一则广告宣传其涡轮鼓风机和压缩机适用于各种工业用途。

第一台涡轮鼓风机于 1910 年安装在新泽西州帝国钢铁公司的高炉上，它是现代离心式涡轮压缩机鼓风机的直接前身。英格索兰公司是当时高炉用大型离心式涡轮鼓风机的主要制造商，图 4 展示了其中的一个例子。

两台英格索兰 100,000 立方英尺/分钟（2832 立方米/分钟）涡轮空气高炉鼓风机，由蒸汽轮机驱动，约 1950 年。

典型的涡轮鼓风机平均每分钟可产生 43,000 立方英尺（1218 立方米/分钟）的空气，压力为 20 磅/平方英寸（1.4 巴），相当于四台或更多台大型往复式发动机压缩机。后来发展出更大的机器，产生的空气流量是其两到三倍。在运行方面，涡轮鼓风机在很多方面都与往复式发动机压缩机截然相反。由于运动部件都隐藏在机罩内，因此几乎看不到任何部件；虽然安装和维修需要格外小心，但它们只需定期维护。如图 5 所示，大型轴流式鼓风机可提供更大的流量。这是 1200 多年来鼓风机改进的最后一个重要里程碑。

随着美国钢铁行业的衰落，恐龙也走向消亡。

20世纪20年代末至大萧条时期，往复式蒸汽和燃气发动机鼓风机压缩机在已安装的工厂继续运转，但大多数新建高炉都采用了电动机、蒸汽轮机或柴油发动机驱动的涡轮压缩机（轴流式和离心式），这些压缩机能够以57磅/平方英寸（3.9巴）或更高的压力输送大量空气。在美国，这些压缩机大多由英格索兰公司生产。老旧的钢铁厂在20世纪50年代开始关闭，到20世纪70年代末，几乎所有大型往复式机组都已退役。

大型轴流鼓风机是1200多年来鼓风机改进的最终步骤。