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蒸汽機動力裝置

標籤:動力機械

蒸汽機動力裝置是早期船舶的主動力裝置,是機動船舶上最先應用的動力裝置。

1歷史

最早提出蒸汽機動力裝置設想的是法國的德尼•巴班,他在1690年,就想用蒸汽機作動力推動船舶的想法,但當時還沒有可供實用的蒸汽機,故設想無法實現。1769年,法國發明家喬弗萊把蒸汽機裝上了船。但所裝的蒸汽機既簡陋又笨重,而且帶動的又是一組普通木槳,航速很慢,未能顯示出機動船的優越性。
1783年喬弗萊又建成了世界上最早的蒸汽輪船「波羅斯卡菲」號,但是航行30分鐘后,船上蒸汽鍋爐發生爆炸。1790年美國的約翰•菲奇用蒸汽機帶動槳划水,其效率極低,菲奇的發明沒有受到人們的重視。
1802年,英國人威廉•西明頓採用瓦特改進的蒸汽機製造成世界上第一艘蒸汽動力明輪船「夏洛蒂•鄧達斯」號,在蘇格蘭的福斯——克萊德運河下水,試航成功。這是一艘30英尺長的木殼船,船中央裝上西明頓設計的蒸汽機,推動一個尾部明輪。輪船的出現對拖船業主們是一個打擊,他們以汽輪船產生較大的波浪為由,拚命反對。第一艘汽輪船被扼殺在搖籃里。
美國的約翰•史蒂芬森於1804年建成具有世界上最早有螺旋槳的輪船。由於推動螺旋槳的蒸汽機轉速太低,所以他當時認為推進器還是輪槳較好。1807年,他建造了帶輪槳的「菲尼克斯號」 輪船。「菲尼克斯號」從紐約沿海岸駛向費城進行試航,途中遇到風暴。但經過13天的航行還是平安地到達費城,這是世界上輪船首次在海上航行。
上述這些用蒸汽機做動力的船舶都沒有得到應用。
1807年7月,被人們稱為「輪船之父」 的美國機械工程師羅伯特•富爾頓是美國機械工程師,他設計出「克萊蒙特號」 汽輪船,排水量為100噸、長45.72米、寬9.14米的汽輪船。船的動力是由72馬力的瓦特蒸汽機帶動車輪撥水。8月17日,載有40名乘客的「克萊蒙特號」 從紐約出發,沿著哈德遜河逆水而上,31小時后,駛進240公里以外的奧爾巴尼港,平均時速7.74公里,從此揭開了輪船時代的帷幕。此後它在哈德遜河上定期航行,成為世界上第一艘蒸汽輪船,奠定了輪船不容搖撼的地位。

2種類

按蒸汽在活塞一側或兩側工作,蒸汽機可分為單作用和雙作用式兩種;
按汽缸布置方式,可分為立式和卧式;
按蒸汽是在一個汽缸中膨脹或依次連續在多個汽缸中膨脹,可分為單脹式和多脹式;按蒸汽在汽缸中的流向,可分為迴流式和單流式;
按排汽方式和排汽壓力可分為凝汽式、大氣式和背壓式。

3構造

蒸汽機主要由汽缸、底座、活塞、曲柄連桿機構、滑閥配汽機構、調速機構和飛輪等部分組成。
汽缸和底座是靜止部分。從鍋爐來的新蒸汽,經主汽閥和節流閥進入滑閥室,受滑閥控制交替地進入汽缸的左側或右側,推動活塞運動。 「克萊蒙脫」號明輪船上用蒸汽機作為推進動力獲得成功。當時採用的是一台20馬力的單缸搖臂式往複蒸汽機,獲得每小時5英里的航速。
蒸汽機動力裝置的優缺點
蒸汽機動力裝置誕生后,經過不斷改進,到19世紀末,蒸汽機發展成為多級膨脹的立式裝置,用以驅動螺旋槳,成為當時典型的船舶動力裝置。同時高效、高壓的水管鍋爐也逐漸取代了早期圓筒式蘇格蘭煙管鍋爐。

4優缺點

蒸汽機動力裝置的優點是結構簡單,造價低廉,管理使用方便,製造工藝要求不高;缺點是熱效率低,本身重量大,特別是大功率蒸汽機的活塞、連桿等運動部件運轉慣性很大,很難平衡,且低壓缸尺寸過大,不能獲得有效的真空度

5應用情況

20世紀初,航行於大西洋上的巨型豪華客船,都以往複式蒸汽機為動力,單機功率達20000馬力。蒸汽機動力裝置的發展達到了頂峰。第二次世界大戰期間,美國為應付戰時緊急需要而建造的「自由輪」,是最後一批使用蒸汽機動力裝置的遠洋運輸船舶。中國現在還有少數沿海和內河船舶使用往複式多膨脹蒸汽機動力裝置。
(施鶴群)

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