第四节　蒸汽机推进装置的进步

一、蒸汽机和锅炉的进步

1853年，苏格兰工程师约翰•埃尔德（John Elder）申请了新型船用蒸汽机的专利。该机可在一个循环过程中使蒸汽做两次功。蒸汽机有两个汽缸。蒸汽在高压缸做功后，再到容积更大的低压缸，消耗热能产生动能，然后到冷凝器冷却凝结成热水，再回到锅炉。这就是双膨胀复式蒸汽机（compound steam engine）。这种双膨胀复式蒸汽机比过去的单膨胀机可节省燃料30%，而且机器可产生更大的功率。要使这种机器发挥作用必须要有高压蒸汽，而19世纪中期的船用锅炉仅能生产1.75千克/平方厘米压力的蒸汽。1860年前后，新设计的锅炉可产生压力为3.5～4.2千克/平方厘米的蒸汽，双膨胀复式蒸汽机也就进入实用阶段了。1868年，丘纳德（Cunard）汽船公司新造的帕尔蒂亚（Partia）号和巴达维亚（Batavia）号大西洋班轮就装上了双膨胀复式蒸汽机。许多轮船也把低效率的旧机器拆卸，换装了这种新机器。

锅炉的进一步改进是苏格兰回管式锅炉（Scotch boiler）（见图1-11）。随后强力鼓风锅炉产生的蒸汽压力增大到8.4～11.3千克/平方厘米。这样，就可使蒸汽在机器中再做一次功，在高压缸和低压缸之间再加一个中压缸。这就是三膨胀式蒸汽机（triple expansion steam engine），它比双膨胀复式蒸汽机更经济，更省燃料，产生的功率也更大（见图1-12）。高效率机器与西门子-马丁平炉炼钢法这两件发明大致于19世纪70年代同时出现，为以后建造大型钢质船舶奠定了基础。

图1-11　苏格兰回管式锅炉

二、螺旋桨的推广应用

图1-12　三膨胀式蒸汽机

虽然很早就有人提出过利用螺旋桨推进船舶的设想，19世纪以来人们也不断进行试验，但直到1839年英国才建造出阿基米德（Archimedes）号，这是一艘真正用螺旋桨推进的船。阿基米德号长38.1米，宽6.9米，主机功率为60千瓦。由于阿基米德号的成功，使得当时在造的原定用桨轮推进的著名客邮船大不列颠（Great Britain）号，改为用螺旋桨作为推进器（见图1-13）。

图1-13　螺旋桨

螺旋桨的采用，需要在船的尾柱上开一个孔洞使驱动螺旋桨的船尾轴穿出。但该处很难保证水密性，使海水不致侵入船内。在螺旋桨转动时所产生的振动，也很容易使这里的船体结构件产生裂缝，导致海水侵入，使船处于险境。1854年，造船师约翰•佩恩（John Penn）发现了西印度群岛上生长的铁力木（lignum vitae）。这种木材质地坚硬，有自润滑性，作为尾轴套衬十分理想。此后，这种铁力木套衬一直沿用到现代。