Ngành khí nén trong thế kỉ 19

Công nghiệp sử dụng khí nén đường ống để truyền tải đã được phát triển vào giữa thế kỷ 19. Không giống như hơi nước, khí nén có thể được dẫn trong khoảng cách xa mà không bị giảm áp suất do ngưng tụ.

Một ứng dụng chính ban đầu của khí nén là trong việc khoan Đường hầm Mont Cenis ở Ý và Pháp vào năm 1861, nơi một nhà máy khí nén 600 kPa (87 psi) cung cấp năng lượng cho các máy khoan khí nén, tăng năng suất lên rất nhiều so với các phương pháp khoan thủ công trước đây.

Các cuộc thử nghiệm bằng khí nén đã được áp dụng tại các mỏ ở Hoa Kỳ vào những năm 1870. George Westinghouse đã phát minh ra hệ thống phanh hơi cho xe lửa bắt đầu từ năm 1869.

Những hệ thống phanh này đã cải thiện đáng kể sự an toàn của các hoạt động đường sắt.

Vào thế kỷ 19, Paris đã có một hệ thống đường ống được lắp đặt để phân phối khí nén cho thành phố tới các máy móc và vận hành máy phát điện để thắp sáng.

Các máy nén khí đầu tiên được chạy bằng hơi nước, nhưng ở một số vị trí thuận lợi máy nén khí có thể trực tiếp lấy khí nén từ lực của nước như thuỷ điện ngày nay.

Tiền sử sử dụng khí nén

Lịch sử của việc sử dụng máy nén khí có thể bắt nguồn từ hàng nghìn năm trước khi các nền văn minh sơ khai phát hiện ra sức mạnh của phổi con người. Với khả năng thở ra ôxy, phổi đã giúp cho việc đốt cháy và giữ ấm trở nên dễ dàng hơn.

Vào khoảng năm 3000 trước Công nguyên, ngành khoa học được gọi là luyện kim đã được thực hiện, liên quan đến việc nghiên cứu sản xuất kim loại. Trong số các thợ kim loại, rõ ràng là cần phải có các dạng không khí nóng hơn để biến các khoáng chất lỏng như đồng và vàng thành kim loại cứng.

Trước những nhu cầu do sản xuất kim loại mang lại, những hạn chế của phổi con người đã trở nên rõ ràng. Ở thời điểm khỏe mạnh nhất, phổi của con người chỉ có khả năng tạo ra một phần nhỏ áp suất không khí cần thiết để làm mát kim loại. Hơn nữa, phổi được chứng minh là một nguồn không thích hợp cho việc chữa cháy do hàm lượng carbon dioxide trong không khí mà con người thở ra. Rõ ràng, một thứ gì đó mạnh mẽ và công phu hơn là cần thiết để sản xuất không khí. 

Không có thời kỳ nào trong lịch sử loài người chứng kiến ​​sự phát triển công nghệ nhiều như thế kỷ 20. Chỉ trong nửa đầu thế kỷ đó, người ta đã chứng kiến ​​sự ra đời của ô tô, máy bay và vô số sản phẩm được bày bán trong các cửa hàng lấy từ dây chuyền lắp ráp của nhà máy. Việc sản xuất tất cả những thứ này phần lớn được thúc đẩy bởi khí nén, điều này giúp cho công nhân tại các nhà máy có thể lắp ráp các mặt hàng nặng, phức tạp với tốc độ mà một thế kỷ trước đây là điều không thể.

Máy nén khí sơ khởi

Bellows: Nguyên mẫu cho máy nén khí
Thiết bị không khí nhân tạo sớm nhất là ống thổi, được các nhà luyện kim ở Ai Cập sử dụng để sản xuất kim loại quý được thấy trong các ngôi mộ cổ. Tiếp theo là ống thổi vận hành bằng tay - thiết bị khí nén cơ học đầu tiên trên thế giới. Bao gồm một túi linh hoạt, thiết bị giúp việc sản xuất khí nén dễ dàng hơn rất nhiều. Thiết bị giống như đàn accordion hút không khí qua một bên trong khi kéo dài, sau đó đẩy không khí ra qua đầu kia khi các tay cầm được ép chặt vào nhau.

ống thổi

Vào khoảng năm 1500 trước Công nguyên, sự ra đời của ống thổi hoạt động bằng chân - an toàn hơn khi vận hành và không có yếu tố gây căng thẳng cho cánh tay và bàn tay - đã cho phép tạo ra một cách thực tế hơn để tạo ra không khí cho gia công kim loại. Ống thổi vẫn là tiêu chuẩn trong sản xuất khí nén trong hai thiên niên kỷ tiếp theo. Mặc dù ống thổi có chút giống với máy nén khí hiện đại, chúng có khả năng duy trì đám cháy với đủ nhiệt để nung quặng sắt. Ngày nay, ống thổi vẫn được sử dụng trong một số ứng dụng nhất định, bao gồm cả thiết bị thở được sử dụng trong bệnh viện.

Máy nén khí công nghiệp đầu tiên thế giới

1660 đến 1830: Bơm chân không, thiết bị thổi và thiết bị nổ
Sự phát triển của lò cao dẫn đến nhu cầu về một dạng khí nén mạnh hơn. Năm 1650, nhà vật lý người Đức Otto Von Guericke đã thiết kế một máy bơm chân không có thể hút khí qua các khoang nhỏ và để các khoang không có không khí.

Hơn một thế kỷ sau, John Smeaton đã hình thành một ý tưởng thậm chí còn có ảnh hưởng lớn hơn. Ông là kỹ sư chuyên nghiệp đầu tiên trên thế giới và vào năm 1762, ông đã thiết kế một loại thiết bị thổi mới được điều khiển bằng bánh xe nước. Điều này được tiếp nối vào năm 1776 bởi nhà phát minh người Anh John Wilkinson, người đã tạo ra một bộ phận nổ công suất cao, đóng vai trò như tiền thân của máy nén khí ngày nay.

Máy nén khí đầu tiên chạy bằng hơi nước và chính những thiết bị này đã được sử dụng trong một số nhiệm vụ lớn dưới nước đầu tiên, trong đó không khí được bơm đến người thợ lặn để anh ta có thể ở dưới bề mặt để hoàn thành nhiệm vụ. Vào bình minh của thế kỷ 19, các kỹ sư đã sử dụng máy nén khí cho mục đích truyền năng lượng. Những năm 1820 chứng kiến việc xây dựng một nhà máy nước xứ Wales sử dụng khí nén. Rõ ràng là khí nén tốt hơn hơi nước như một nguồn năng lượng cho máy móc hạng nặng.