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蒸汽機動力裝置

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蒸汽機動力裝置,是指主機以蒸汽為工質的“船舶動力裝置”。採用間接加熱的方式,即燃料燃燒在發動機外的鍋爐中進行,鍋爐中的水受熱產生蒸汽推動發動機工作,故亦稱為外燃式發動機。根據發動機的運動方式不同,又可以分為往復式蒸汽機和迴轉式汽輪機兩種,但通常蒸汽機動力裝置就是指往復式蒸汽機,其能、功轉換是藉助汽缸中的活塞來實現的:當蒸汽輪流進人汽缸上、下空間時,使活塞作直線往復運動,再借助連桿-曲柄機構,將活塞的直線往復運動變為機軸的迴轉運動,產生迴轉力矩而不斷作工。由於蒸汽機的效率低、結構笨重等缺陷,已經被其他船用動力裝置所取代。 [1] 
中文名
蒸汽機動力裝置
外文名
steam engine power plant
最早提出者
法國的德尼·巴班
提出時間
1690年
汽缸佈置方式
立式和卧式
組    成
汽缸、底座、活塞、曲柄連桿等

蒸汽機動力裝置歷史

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。 [2] 
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分鐘後,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制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,拼命反對。第一艘汽輪船被扼殺在搖籃裏。
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,沿着哈德遜河逆水而上,31小時後,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。

蒸汽機動力裝置種類

蒸汽機動力裝置工作位置

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;

蒸汽機動力裝置佈置方式

按汽缸佈置方式,可分為立式和卧式;

蒸汽機動力裝置膨脹次數

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;

蒸汽機動力裝置流向

按蒸汽在汽缸中的流向,可分為迴流式和單流式;

蒸汽機動力裝置排氣方式

按排汽方式和排汽壓力可分為凝汽式、大氣式和背壓式。

蒸汽機動力裝置構造

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。 “克萊蒙脱”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復蒸汽機,獲得每小時5英里的航速。

蒸汽機動力裝置優缺點

蒸汽機動力裝置優點

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;

蒸汽機動力裝置缺點

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。

蒸汽機動力裝置應用情況

20世紀初,航行於大西洋上的巨型豪華客船,都以往復式蒸汽機為動力,單機功率達20000馬力。蒸汽機動力裝置的發展達到了頂峯。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。中國還有少數沿海和內河船舶使用往復式多膨脹蒸汽機動力裝置。
參考資料
  • 1.    馬廣文.交通大辭典:上海交通大學出版社,2005.01
  • 2.    胡一鳴. 工業革命催生海上新霸主[N]. 解放軍報,2015-10-17(005).