|
|
世界上第一艘蒸汽轮机船“特彼尼亚”号 |
|
|
蒸汽轮机发明人帕森斯 |
□撰文/供图 言章 英国摄影师阿尔弗雷德·约翰·韦斯特在1897年拍下了“特彼尼亚”号全速航行的照片。1894年8月2日下水的“特彼尼亚”号是世界上第一艘蒸汽轮机船，也是当时世界上航速最快的船，目前在英国纽卡斯尔发现博物馆展出，而其蒸汽轮机在伦敦科学博物馆展出。 蒸汽轮机是对蒸汽机的重大改进 法国发明家丹尼斯·帕潘早在1705年就发明了蒸汽机船，但由于当时的蒸汽机尚不成熟，蒸汽机船发展缓慢。 英国发明家詹姆斯·瓦特对前人发明的蒸汽机进行了改进，并在1776年量产了第一批工业蒸汽机，从此，人类社会进入“蒸汽时代”。 虽然蒸汽机作为第一次工业革命的引擎推动了人类文明的巨大进步，但蒸汽机靠活塞在气缸里的往复运动提供动力，这会产生强烈的震动和很大的噪音，并且热能转化效率很低。于是，那些认识到蒸汽机不足的人，继续探索如何改进蒸汽机。 1884年，英国工程师查尔斯·阿尔杰农·帕森斯发明了蒸汽轮机，并用蒸汽轮机耦合发电机发电，他同时也对用蒸汽轮机为船舶提供动力产生了兴趣。 “蒸汽轮机”虽然只比“蒸汽机”多了个“轮”字，但这是“蒸汽时代”一次颠覆性的革命。蒸汽轮机主要包括锅炉、汽轮机和冷凝器三个部分。燃料在锅炉里燃烧，把水烧开变成水蒸气，高温、高压水蒸汽通过管道进入汽轮机，推压汽轮机里的转子转动，做功后的蒸汽回到冷凝器冷却成水，再回到锅炉被加热进行下一个循环。 由于蒸汽轮机是转子围绕圆心轴高速平稳运转，它不像蒸汽机靠活塞在气缸里的往复运动。因此，与蒸汽机相比，蒸汽轮机具有结构简单、装机空间紧凑、震动轻、噪音小、制造和维护成本低、热能转化效率高、寿命长等优点，很快，它取代了船舶上的往复式蒸汽机。 “特彼尼亚”号是世界上第一艘蒸汽轮机船 1893年6月，帕森斯与5个合伙人在英国纽卡斯尔创建了“帕森斯蒸汽轮机船舶制造公司”（该公司后来被德国西门子公司兼并），很快造出世界上第一艘由蒸汽轮机驱动的快艇，并把它命名为“特彼尼亚”号。 “特彼尼亚”号长32米，宽2.7米，吃水0.91米，排水量44.5吨，共装有3台蒸汽轮机，每台蒸汽涡轮机有3个传动轴，每个传动轴带动3个螺旋桨，共有9个螺旋桨，总功率2100马力。 由于蒸汽轮机结构紧凑，占用机房空间小，“特彼尼亚”号的船体看上去很轻盈，航速到达了每小时64公里，成为当时世界上跑得最快的船艇，而当时英国皇家海军航速最快的舰艇是每小时50公里。 蒸汽轮机船很快取代了蒸汽机船 世界首艘蒸汽轮机船“特彼尼亚”号取得了成功，其蒸汽轮机也成为下一代蒸汽动力船舶的行业标准。 1897年6月26日，英国皇家海军在斯比特黑德港举行盛大阅兵式，“特彼尼亚”号擅自闯入排列整齐的舰队中，皇家海军的驱逐舰试图拦截，但个头太大，掉头转弯不灵活，航速也太慢，只好眼睁睁地看着这个“不速之客”飞驰而去。 皇家海军把“特彼尼亚”号私闯舰队的情况调查清楚后，便与帕森斯签订了一份合同，要求他为新建造的驱逐舰“蝰蛇”号和“眼镜蛇”号提供蒸汽轮机，并约定，如果这两艘军舰装上帕森斯蒸汽轮机后航速达不到每小时56公里，帕森斯须向皇家海军支付10万英镑的罚款。这两艘军舰下水后，航速均达到了每小时68公里。 蒸汽轮机在军舰上的成功，吸引了客轮制造商对蒸汽轮机的兴趣。1901年5月16日，用蒸汽轮机驱动的“爱德华国王”号邮轮下水，载客1966人，航速为每小时38公里。1904年下水的万吨邮轮“维多利亚”号及其姊妹船“弗吉尼亚”号也用蒸汽轮机驱动，前者载客1690人，航速为每小时36公里；后者载客1712人，航速为每小时39公里。 1906年2月10日，英国皇家海军的“无畏”号战列舰下水，这是世界上第一艘蒸汽轮机战列舰，排水量为两万吨，航速为每小时39公里，是当时世界上航速最快的战列舰，它被认为是现代战列舰的先驱。 蒸汽轮机至今仍用在航母、潜艇等船只上 20世纪上半叶燃气轮机被发明出来，一些船只的蒸汽轮机被燃气轮机所替代，而一些小型船只则用内燃机做动力。英国在2002年、意大利在2006年、法国在2013年分别结束了水面军舰的蒸汽轮机时代。 但是，鉴于蒸汽轮机的诸多优点，蒸汽轮机船并未彻底退出历史舞台。目前，除了英国的“伊丽莎白女王”号航空母舰使用燃气轮机外，几乎所有航空母舰都使用蒸汽轮机。另外，潜水艇以及运输液化天然气的船舶一般也使用蒸汽轮机。 用蒸汽轮机做动力除上文所谈及的优点外，还有燃料广泛优点，只要是能燃烧的物质，都可以用作蒸汽轮机的燃料，但最常用的燃料还是煤炭和重油。 重油就是石油提炼汽油、柴油后的油渣，和建筑上用的沥青很相似。重油价格便宜，热值大，非常适合用于船用蒸汽轮机燃料。 另外，重油的闪点为180摄氏度至330摄氏度，而汽油的闪点为零下50摄氏度至零下20摄氏度。“闪点”指的是物质与外界空气形成混合气后，遇到火焰发生闪火并立刻燃烧的最低温度。重油闪点高，在运输、储存和使用中更安全。 世界上所有的核动力航空母舰都用蒸汽轮机驱动，核反应堆相当于锅炉，把水加热成水蒸气，推压蒸汽轮机转子旋转，再把机械能传递到螺旋桨上推动航母前进。 我们可以说，“蒸汽时代”并未终结，目前，在航海、发电等领域仍使用蒸汽轮机。
