蒸汽轮机基础：修订间差异

作为一种历史悠久的动力装置，蒸汽轮机直到今天还被各国海军广泛地应用着。举例来说，所有正在服役的核动力舰艇以及一些常规动力舰艇，如我国的001和001A型航母、俄国的库兹涅佐夫号载机巡洋舰，采用的都是蒸汽轮机。而在二战时期，蒸汽轮机更是成为了主流海军强国主战舰艇几乎唯一的动力来源。然而，在大多数介绍海军舰艇的资料中，对其使用的蒸汽轮机却往往鲜有提及。本文将从几个比较粗浅的方面，尝试对蒸汽轮机这种动力装置进行简单的解释，以消除一些因资料缺乏而导致的疑惑乃至误解。

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。

几乎所有蒸汽轮机都包含有以下三个结构：

[[文件:俄克拉荷马城蒸汽轮机.jpg|缩略图|这是俄克拉荷马城号巡洋舰的高压轮机，动叶栅和静叶栅的位置如图所示]]

一般来说，当锅炉输出的蒸汽所含能量比较高时，即使经过了多级的膨胀，蒸汽在一个汽缸中也很难膨胀完全。反过来说，如果要使蒸汽在单一汽缸内膨胀完全，那么这个汽缸中就必须串联大量的级，带来的直接后果就是汽缸的长度会变得难以控制。而在寸土寸金的战舰上，一个十余米乃至数十米长的汽缸显然是不可接受的。所以，船用蒸汽轮机往往会采用另一种解决方案，即将一个非常长的单一汽缸打散成两部分或三部分，之间用蒸汽管连接，由此形成一个蒸汽轮机组。因为蒸汽轮机组中的数个汽缸未必非要前后串列布置，而是可以左右并列布置，一套蒸汽轮机组的长度便可以较单一的汽缸有较为显著的下降。

[[文件:齿轮减速机组.jpg|缩略图|这是克利夫兰级巡洋舰的齿轮减速蒸汽轮机组。可以看到，从高压缸和低压缸各自引出一根输出轴，两根输出轴再通过齿轮并到中间的主轴上]]

要注意一点。用在齿轮减速式蒸汽轮机组中的联轴器并不同于车辆用的变速齿轮箱，它并不具备换挡功能。这是因为船用蒸汽轮机的动力负载通常都比较大，在这种情况下设置可变档位的齿轮箱，齿轮箱的可靠性一般都不会很高——这也就是为什么大多数内燃机车都不是直接由柴油机带动车轮旋转，而是由柴油机带动发电机先发出电流，再由电流驱动电动机，最后由电动机驱动车轮，通过对电流的调节来控制车轮的工况——因为可变档位的齿轮箱一般都适应不了由柴油机到车轮的巨大动力传递。同时，为了适应从蒸汽轮机处传来的巨大扭力，联轴器中使用的并不是简单的齿轮，而是斜齿轮，这种齿轮的咬合和分离都是逐渐完成的，动力传递更为柔和流畅。

[[文件:盘车装置.jpg|缩略图|这是一台联轴器靠近高压涡轮输出齿轮的部分，那台电动机就是盘车装置]]

根据不同的标准，蒸汽轮机通常可以分为以下几类：

一般来说，单流式蒸汽轮机充当蒸汽轮机组中的高压轮机比较多，而低压轮机往往由双流式轮机担任。

反击式蒸汽轮机是出现较早的一种蒸汽轮机。在第一艘使用蒸汽轮机驱动的船舶“透平尼亚”号上，装备的就是一套由高、中、低压三个汽缸组成的反击式蒸汽轮机。