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蒸汽机动力装置 发布于:

蒸汽机动力装置,是指主机以蒸汽为工质的“船舶动力装置”。采用间接加热的方式,即燃料燃烧在发动机外的锅炉中进行,锅炉中的水受热产生蒸汽推动发动机工作,故亦称为外燃式发动机。根据发动机的运动方式不同,又可以分为往复式蒸汽机和回转式汽轮机两种,但通常蒸汽机动力装置就是指往复式蒸汽机,其能、功转换是借助汽缸中的活塞来实现的:当蒸汽轮流进人汽缸上、下空间时,使活塞作直线往复运动,再借助连杆-曲柄机构,将活塞的直线往复运动变为机轴的回转运动,产生回转力矩而不断作工。由于蒸汽机的效率低、结构笨重等缺陷,已经被其他船用动力装置所取代。

最早提出蒸汽机动力装置设想的是法国的德尼·巴班,他在1690年,就想用蒸汽机作动力推动船舶的想法,但当时还没有可供实用的蒸汽机,故设想无法实现。1769年,法国发明家乔弗莱把蒸汽机装上了船。但所装的蒸汽机既简陋又笨重,而且带动的又是一组普通木桨,航速很慢,未能显示出机动船的优越性。

1783年乔弗莱又建成了世界上最早的蒸汽轮船“波罗斯卡菲”号,但是航行30分钟后,船上蒸汽锅炉发生爆炸。1790年美国的约翰·菲奇用蒸汽机带动桨划水,其效率极低,菲奇的发明没有受到人们的重视。

1802年,英国人威廉·西明顿采用瓦特改进的蒸汽机制造成世界上第一艘蒸汽动力明轮船“夏洛蒂·邓达斯”号,在苏格兰的福斯——克莱德运河下水,试航成功。这是一艘30英尺长的木壳船,船中央装上西明顿设计的蒸汽机,推动一个尾部明轮。轮船的出现对拖船业主们是一个打击,他们以汽轮船产生较大的波浪为由,拼命反对。第一艘汽轮船被扼杀在摇篮里。

美国的约翰·史蒂芬森于1804年建成具有世界上最早有螺旋桨的轮船。由于推动螺旋桨的蒸汽机转速太低,所以他当时认为推进器还是轮桨较好。1807年,他建造了带轮桨的“菲尼克斯号” 轮船。“菲尼克斯号”从纽约沿海岸驶向费城进行试航,途中遇到风暴。但经过13天的航行还是平安地到达费城,这是世界上轮船首次在海上航行。

上述这些用蒸汽机做动力的船舶都没有得到应用。

1807年7月,被人们称为“轮船之父” 的美国机械工程师罗伯特·富尔顿是美国机械工程师,他设计出“克莱蒙特号” 汽轮船,排水量为100吨、长45.72米、宽9.14米的汽轮船。船的动力是由72马力的瓦特蒸汽机带动车轮拨水。8月17日,载有40名乘客的“克莱蒙特号” 从纽约出发,沿着哈德逊河逆水而上,31小时后,驶进240公里以外的奥尔巴尼港,平均时速7.74公里,从此揭开了轮船时代的帷幕。此后它在哈德逊河上定期航行,成为世界上第一艘蒸汽轮船,奠定了轮船不容摇撼的地位。

按蒸汽在活塞一侧或两侧工作,蒸汽机可分为单作用和双作用式两种;

按汽缸布置方式,可分为立式和卧式;

按蒸汽是在一个汽缸中膨胀或依次连续在多个汽缸中膨胀,可分为单胀式和多胀式;

按蒸汽在汽缸中的流向,可分为回流式和单流式;

按排汽方式和排汽压力可分为凝汽式、大气式和背压式。

蒸汽机主要由汽缸、底座、活塞、曲柄连杆机构、滑阀配汽机构、调速机构和飞轮等部分组成。

汽缸和底座是静止部分。从锅炉来的新蒸汽,经主汽阀和节流阀进入滑阀室,受滑阀控制交替地进入汽缸的左侧或右侧,推动活塞运动。 “克莱蒙脱”号明轮船上用蒸汽机作为推进动力获得成功。当时采用的是一台20马力的单缸摇臂式往复蒸汽机,获得每小时5英里的航速。

蒸汽机动力装置的优点是结构简单,造价低廉,管理使用方便,制造工艺要求不高;

缺点是热效率低,本身重量大,特别是大功率蒸汽机的活塞、连杆等运动部件运转惯性很大,很难平衡,且低压缸尺寸过大,不能获得有效的真空度。

20世纪初,航行于大西洋上的巨型豪华客船,都以往复式蒸汽机为动力,单机功率达20000马力。蒸汽机动力装置的发展达到了顶峰。第二次世界大战期间,美国为应付战时紧急需要而建造的“自由轮”,是最后一批使用蒸汽机动力装置的远洋运输船舶。中国还有少数沿海和内河船舶使用往复式多膨胀蒸汽机动力装置。


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