蒸汽轮机基础：修订间差异

蒸汽轮机，又名蒸汽透平机（steam turbine）的音译，是指以蒸汽作为工作介质、以旋转叶轮为主要工作部件的动力机械。不同于往复式蒸汽机中蒸汽的做功方式，即通过膨胀推动活塞往复运动，蒸汽轮机中的蒸汽在膨胀后将会推动一系列的叶轮旋转，并由输出轴带动需要驱动的机械（一般是螺旋桨或发电机，有时也会用于驱动强压通风鼓风机）。显然，蒸汽在蒸汽轮机中的做功过程应当是连续的，因此其输出功率要比间断做功的往复式蒸汽机高得多。在1897年首艘采用蒸汽轮机的船舶“透平尼亚”号出现之后，蒸汽轮机很快便迎来了大发展：在二战前夕，几乎所有海军强国的主战舰艇都广泛装备了蒸汽轮机。所以，对蒸汽轮机的认识和理解，是海军舰艇研究中一个无论如何都绕不开的坎。

但蒸汽轮机组的出现导致了一个新的问题：对于单一蒸汽轮机来说，它们的轴始终只有一根。然而变成蒸汽轮机组之后，机组中的每台蒸汽轮机都需要一根输出轴，因此传动便成了一个问题。根据传动方式的不同，蒸汽轮机组又可以分为直接传动式（direct drive）和齿轮减速式（geared turbine）两种。其中直接传动式就是上图中给出的构型，三个汽缸各自给出一根输出轴，且输出轴直接带动螺旋桨。对于这样的蒸汽轮机组，一套机组会有两根及以上的轴，这就是为什么狮级战列巡洋舰仅用两套蒸汽轮机组就能做到四根传动轴：这两套蒸汽轮机的高压轮机各自驱动一根外侧传动轴，而低压轮机则各自驱动一根内侧传动轴。而二战中的大部分舰艇使用的都是齿轮减速蒸汽轮机；这种蒸汽轮机组的输出轴并不直接驱动螺旋桨，而是先经过一个齿轮联轴器，通过齿轮分别传动同一根大轴，把来自数个汽缸的输出动力并联到同一根轴上。与此同时，由于经过了齿轮的减速，输出到螺旋桨上的转速往往会较蒸汽轮机一开始输出的转速低很多，这对于驱动螺旋桨的蒸汽轮机来说意义非凡——以得梅因级的蒸汽轮机组为例，其高压轮机直接输出的转速高达6015转每分钟，低压轮机也有4829转每分钟的转速。如此夸张的转速如果输出到螺旋桨上，就势必会造成所谓的空化现象——由于螺旋桨叶旋转时把其前方的海水推开了，而四周的海水又来不及向其后方填补，螺旋桨桨叶的背面就会出现一个短暂的低压区；在这个低压区内，海水因急剧的压力下降而剧烈汽化，形成大量水蒸汽的气泡。在通常情况下，这些气泡会很快消散；但当螺旋桨的转速高到一定程度时，前面的水蒸汽还来不及消散，后一片桨叶就已经撞进了其中。如此一来，螺旋桨桨叶实际上就是在大量的水蒸汽气泡中旋转，很少或根本不能接触到海水——不用说，这样的现象肯定会使得螺旋桨推进效率骤降。而通过齿轮联轴器的减速，传递到螺旋桨上的转速已经低至每分钟数百转，这样就可以有效地避免这一不利现象。