压缩技术的基石：往复式压缩机不断发展以满足日益增长的压缩空气需求

兰德钻井公司 1900 年前生产的双联空气压缩机。

随着蒸汽动力凿岩机被更高效的气动凿岩机所取代，往复式空气压缩机也迅速发展。在美国，兰德-沃林钻机压缩机公司于1872年推出了第一台用于驱动凿岩机的兰德空气压缩机。几乎在同一时期，发明家兼商人西蒙·英格索尔创立了英格索尔凿岩机公司，继续进行往复式空气压缩机和凿岩机的研究与开发。这两家总部位于纽约市的公司都开发了新型、更大尺寸的压缩机，迅速扩张，并成为当时最杰出的两家空气压缩机制造商。这一时期几乎所有的空气压缩机都由蒸汽机驱动。但是，除了整体蒸汽驱动外，这两家制造商还开发了皮带驱动的型号，例如图1所示的1900年以前的大型兰德双联空气压缩机。这些型号充分利用了19世纪90年代及以后直流电和交流电在电机驱动领域日益增长的应用。

早在19世纪90年代，英格索尔-萨金特公司和兰德钻机公司都设计出了能产生1000磅/平方英寸（69.0巴）高压压缩机的设备，用于压缩空气枪和机车等早期应用。在19世纪90年代，两家公司生产的采矿和建筑设备几乎完全相同，但它们的市场区域却有所不同。随着市场区域开始重叠，竞争日益加剧，最终在1905年，两家公司合并成立了著名的英格索尔-兰德公司，并在接下来的一个世纪的大部分时间里引领了空气压缩机行业的发展。

西屋机械公司于19世纪80年代中期开始为铁路空气制动行业制造小型空气压缩机，并为其燃气和柴油发动机生产小型启动空气压缩机。这些发动机启动时需要向动力缸内注入100至150磅/平方英寸（7至10巴）的空气。到19世纪90年代初，西屋公司开始生产一些蒸汽机驱动的压缩机，例如图2所示的压缩机，用于工业应用。

西屋蒸汽驱动空气压缩机，约1890年。

随着工业时代的到来，空气压缩技术在制造业领域获得了新的应用。1888年，奥地利工程师维克托·波普（Viktor Popp）研制出了欧洲第一座压缩空气动力工厂，初始功率为2000马力（1500千瓦）。这座位于巴黎的工厂到1891年已扩建至24000马力（18000千瓦）。不久之后，其他发明家也纷纷申请了各种压缩空气驱动的工具和配件的专利。巴黎成为了关于压缩空气是否会取代电力成为未来科技发展方向的激烈辩论的中心。

位于康涅狄格州诺沃克的诺沃克钢铁厂（后更名为诺沃克压缩机公司）于1876年获得了单级双作用空气压缩机的专利，随后又于1881年获得了世界上第一台多级空气压缩机的专利。图3展示了一台早期的诺沃克两级空气压缩机，其气缸之间设有中间冷却器。侧面的连杆机构机械地驱动压缩机阀门，类似于当时蒸汽机所使用的技术。

最早的空气压缩机被称为“湿式压缩机”，压缩过程中水与空气直接接触进行冷却。最初，水以气流的形式与空气混合，后来改为喷雾式注入。然而，在往复式压缩机气缸中引入水，无论从机械原理还是理论角度来看，都是极其不理想的。约翰·沃林发明了水套式气缸（参见上月刊）后不久，诺沃克公司也放弃了直接接触式系统，转而开发带有水套的气缸和气缸盖，用于表面冷却。他们甚至尝试过让水通过空心活塞杆循环到活塞。然而，活塞冷却非常困难，很快就被放弃了。

早期诺沃克两级空气压缩机。

这些以及其他压缩机技术的进步很快使诺沃克公司成为早期行业领导者，其创新性之高甚至登上了1880年6月12日《科学美国人》杂志的封面。1885年，美国海军使用诺沃克压缩机测试了一种舰载火炮，该火炮利用压缩空气发射炮弹。1888年的一份产品目录显示，诺沃克压缩机可以产生5000磅/平方英寸（345巴）的压力，这被认为是当时任何实用商用机械所能达到的最高气压。1891年，在伦敦举行的一次国际委员会会议上，诺沃克钢铁厂因其拥有当时世界上最先进的压缩机而获得了1000美元的奖金。

莱德洛-邓恩-戈登 BB 级蒸汽驱动空气压缩机，约 1901 年。

随着20世纪的临近，涌现出许多大型和小型空气压缩机制造商。位于俄亥俄州辛辛那提和汉密尔顿的莱德劳-邓恩-戈登公司（Laidlaw-Dunn-Gordon Company）大约在1885年开始生产空气压缩机。1899年，莱德劳-邓恩-戈登公司并入后来的沃辛顿泵业机械公司（Worthington Pump & Machinery Company）。图4展示了一台约1901年生产的莱德劳-邓恩-戈登BB型10英寸（254毫米）行程、45马力（34千瓦）、150转/分的蒸汽驱动空气压缩机，其10英寸（254毫米）缸径的汽缸内装有提升阀。莱德劳-邓恩-戈登公司一直是一家高产的空气压缩机制造商，生产了许多先进的机型，包括大型串联式压缩机，其中心飞轮两侧各有一个活塞，例如图5所示的约1904年辛辛那提11型压缩机。该压缩机为两级蒸汽驱动双缸空气压缩机，行程24英寸（610毫米），功率345马力（257千瓦），转速125转/分，气缸直径分别为32英寸（813毫米）和20英寸（508毫米），配备辛辛那提阀门机构和一体式中间冷却器。第一次世界大战前，莱德劳-邓恩-戈登公司拥有所有制造商中最广泛的空气压缩机产品线。

莱德洛-邓恩戈登辛辛那提11型蒸汽驱动空气压缩机，约1904年。

随着压缩空气在各行各业的应用日益广泛，位于伊利诺伊州昆西市的蒸汽机调速器制造商加德纳调速器公司（Gardner Governor Company）在19世纪末也开始生产空气压缩机。图6展示了一台早期加德纳蒸汽机驱动的空气压缩机，其顶部装有著名的加德纳调速器。20世纪初，加德纳的产品线和产量迅速增长，并在20世纪20年代与丹佛岩石钻机公司（Denver Rock Drill Company）合并，成立了加德纳丹佛公司（Gardner Denver）。

加德纳蒸汽驱动空气压缩机。

下一期将继续探讨支撑工业革命的卧式空气压缩机的快速发展。