動力機械及其未來發(fā)展趨勢

郭賀洋　李瓊

摘 要：本文的研究中，從動力機械的概念和地位著手，對動力機械的分類進行了闡述，重點介紹了其風力機械、水力機械和熱力機械三大分類，針對熱動力機械重點介紹了較為常見的蒸汽機，汽輪機，內(nèi)燃機三種熱力發(fā)動機及太陽能發(fā)動機，之后對動力機械未來發(fā)展趨勢進行了展望，以期能夠?qū)恿C械當前的發(fā)展情況進行總結(jié)，對其未來發(fā)展方向和發(fā)展趨勢進行總結(jié)。

關(guān)鍵字：動力機械；風力機械；水力機械；熱力機械；發(fā)展趨勢

動力機械是我們?nèi)粘Ｉ钪信c人民生活息息相關(guān)的機械設(shè)備，對動力機械的研究和分析具有非常重大的理論意義和非常現(xiàn)實的實踐價值。

1動力機械概念及其地位

動力機械是將自然界中的其他能量通過機械作用轉(zhuǎn)換為機械能而產(chǎn)生動力作功的機械裝置。在人類的發(fā)展歷史中，動力機械不斷的改變著人類的生活。從十七世紀后期到十八世紀初之間，隨著人們對資源開采的不斷加大，越來越大的需求量使得人力資源難以滿足現(xiàn)狀，大氣式蒸汽機隨之產(chǎn)生，這便是最早的動力機械。而后，隨著具備分開凝汽器功能的蒸汽機發(fā)明，燃料消耗率顯著降低。當回轉(zhuǎn)動力蒸汽機發(fā)明后，其應用范圍大幅度擴大。蒸汽機的發(fā)明促進了工業(yè)和鐵路的發(fā)展，也使得機械動力化邁出了一大步，幾乎壟斷了十九世紀的動力源。而后，隨著二十世紀電力的發(fā)明和發(fā)電機的發(fā)展，電動機逐漸取代了蒸汽機，成為驅(qū)動各類機械的基本動力。內(nèi)燃機的產(chǎn)生最早是用來驅(qū)動無法實現(xiàn)電力供應的陸用機械上，后來又先后在汽車、輪船等移動機械上得到應用，并于二十世紀中期在鐵路上得到應用。內(nèi)燃機等動力機械的發(fā)明和推廣促進了之后的航天器、飛機等設(shè)備設(shè)施的成功誕生。

2動力機械的分類

從能量轉(zhuǎn)換來源來看，動力機械可以分為熱力發(fā)動機、水力機械和風力機械三類。其中的熱力發(fā)動機是適用范圍最廣的動力機械。

2.1熱力發(fā)動機

人們生活中最常見的動力機械就是熱力發(fā)動機。它的適用范圍非常廣泛，包括內(nèi)燃機、燃氣輪機、蒸汽機、熱氣機、汽輪機、噴氣發(fā)動機等，而其中的內(nèi)燃機又包括煤氣機、柴油機、汽油機等。在日常生活中及工農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)、資源開采業(yè)、軍事工業(yè)等行業(yè)中，最為廣泛應用的便是內(nèi)燃機。工農(nóng)業(yè)中的土方機械、灌溉機械，交通運輸業(yè)中的汽車輪船、牽引機車，資源開采業(yè)中的搬運機械、開采機械，軍事工業(yè)中的坦克設(shè)備、裝載設(shè)備等，均是以內(nèi)燃機為主要動力的。蒸汽機是將蒸汽中的熱能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。在實際使用時，由于其工作效率較低，使用范圍已經(jīng)較為狹窄，已被大多是地區(qū)淘汰。汽輪機是大型船舶和大型發(fā)電機組的主要動力裝置，其體積較大，一般都用在較大型設(shè)備上，具有效率高、穩(wěn)定性好的特點。熱氣機是以空氣、氫和氦等作為工質(zhì)、按回熱閉式熱力循環(huán)，進行周期性的壓縮和膨脹而作功的熱力發(fā)動機，也被稱作外燃機，在燃燒時可以使用的燃料種類很多，還具有排污少、振動小、噪聲低的特點，但是設(shè)置成本高，技術(shù)難度和體積較大。

2.2水力機械

已經(jīng)開發(fā)的水利機械包括水輪機、水磨、水車等。二十世紀以來，考慮到水電站取用不竭、無污染、費用低等優(yōu)點，我國對水輪機發(fā)電的利用也越來越多。但是興建水利設(shè)施如水壩、水庫等對環(huán)境和地質(zhì)的影響目前尚未有明確的定論，加之水力結(jié)構(gòu)的建設(shè)時間長、初期投資大，因此當前對水力資源的開發(fā)和應用還比較有限，據(jù)悉我國蘊藏的水能大約在680兆瓦，居世界首位，在未來還有很大的開發(fā)利用空間。

2.3風力機械

已經(jīng)開發(fā)的風力機械有風帆、風車（風力機）、風磨等。二十世紀出現(xiàn)了直接應用風力的發(fā)電裝置，但受到自然風區(qū)分布的限制，因為一般認為風速大于4米/秒才有利用價值。據(jù)估計，地球上蘊有風能約達10萬億千瓦，已經(jīng)利用的不及百分之一，對風能的開發(fā)開發(fā)還有很大的前景。

3動力機械未來發(fā)展趨勢

從筆者多年的研究和應用經(jīng)驗來看，動力機械的發(fā)展趨勢主要有兩個方向，一是發(fā)展高精度、高效率的機械工藝，二是注重新能源形式的開發(fā)。隨著傳統(tǒng)動力機械在噪聲、廢棄物排放等方面對民眾的影響日益嚴重，越來越多的人正在傾向于在發(fā)展新能源方向努力。

動力機械制造工藝提升方面，可以從大力拓展計算機技術(shù)的應用、努力提升機械的自動化水平、充分提升工藝先進性三個方面努力。國內(nèi)外動力機械發(fā)展的趨勢中，最主要的是生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)、高效的精密化、輕量化鑄造毛坯，采用高韌性、高強度的設(shè)計材料，減少斷面尺寸和產(chǎn)品壁厚，通過復砂造型和殼形鑄造生產(chǎn)出高質(zhì)量毛坯，減少對毛坯的余量加工。提升砂處理、清潔處理、自動控制、故障診斷、精確配料、打磨切割等一系列的技術(shù)水平。

使用新能源方面，可以將太陽能的使用作為動力機械未來發(fā)展的重點。太陽能以其成本低廉、使用便捷、獲取容易、可再生性好、無污染等優(yōu)點被許多國家高度重視。目前太陽能動力機械已經(jīng)在交通運輸領(lǐng)域得到了成功的運用，很多汽車已經(jīng)開發(fā)出了太陽能動力技術(shù)，為汽車供應充足能量的同時實現(xiàn)零廢棄物排放，對生態(tài)環(huán)境的保護和汽車工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮出重要的作用。

4總結(jié)

動力機械包含的種類非常豐富，其適用范圍也相當廣泛，因此它在國民生產(chǎn)生活中的地位相當重要。動力機械及其配件制造是汽車、摩托車、船舶制造、工業(yè)機械以及農(nóng)機等行業(yè)的配套產(chǎn)品，其產(chǎn)品性能必須滿足下游行業(yè)的需要，同時這些行業(yè)的運行狀況及景氣程度將直接影響動力機械及配件產(chǎn)品的市場需求。相信在業(yè)內(nèi)的不斷研究和探索下，動力機械在未來高效、綠色的發(fā)展道路上會走的更遠。

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