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1.蒸汽涡轮的历史 蒸汽往复机，也就是蒸汽活塞机，热效率难以提高。这是因为汽缸存在温度变化让部分蒸汽会在汽缸内凝结无法做功损失掉，汽缸膨胀比越大这种损失越大，难以使用更高的蒸汽压力或更高的真空度。虽然为此采用分段膨胀，但每段膨胀用的汽缸尺寸不同，膨胀段数的增加让往复机变得复杂，这限制了蒸汽压力或真空度的进一步提高。 随着蒸汽压力或真空度的提高，蒸汽涡轮开始挤占蒸汽往复机的空间。蒸汽涡轮的历史悠久，最早可追溯于公元前89年，在埃及托勒密王朝的首都亚历山大(Alexandria)，由希腊人希伦(Hero)制作的汽转球(aeolipile)，如下图。 汽转球的工作原理是把空心球固定在支架上，使其可绕轴旋转，在球的两侧，垂直旋转轴方向上安装两个反向弯管喷嘴，将空心球内部或球下方容器中的水加热，水受热后蒸汽从两个喷嘴喷出，水蒸气以反动作用带动空心球加速旋转，直到蒸汽喷射的力与空气阻力和机械摩擦力抵消，空心球开始稳速旋转。 土耳其奥斯曼帝国的塔奇阿尔丁(Taqi al-Din)在1551年发明一种装置用于旋转烤肉架，从喷嘴喷出的高速蒸汽冲击叶轮带动土耳其烤肉旋转，这属于冲动方式，如下图。 意大利的乔万尼·布兰卡(Giovanni Branca)在1629年也发明了类似的机器用于冲捣臼，如下图。 为清朝服务的耶稣会传教士比利时人菲迪南特·阜泌斯脱(Ferdinand Verbiest，汉名“南怀仁”)，为康熙制造了蒸汽车，如下图。 约在1837年，埃弗里(Avery)在美国纽约州(New York)的雪城(Syracuse)，威尔森(Wilson)在苏格兰的格里诺克(Greenock)(瓦特的出生地)，根据汽转球(aeolipile)原理，制造了若干反动蒸汽轮(reaction steam wheel)，驱动圆锯和轧棉机。Fig. 3显示埃弗里机器的转子：蒸汽从空心轴引入，从转子两端喷出，产生反动作用让转子旋转。转子横长5ft，速度880ft/s(3361rpm)。这些轮(wheel)的效率低，所以这种原理明显不能制造经济的引擎。 而瓦特改进蒸汽往复机结构，配上凝结器，提高了效率，蒸汽动力才取代人力、畜力，人类进入蒸汽时代。1888年，德拉瓦尔博士(Dr de Laval)在瑞典的斯德哥尔摩(Stockholm)处理单排涡轮效率低的问题，他使用喇叭状喷嘴，喷出蒸汽冲击短叶叶轮(paddle wheel)。由于巨大的离心力，冲动轮由最强的钢材制成，以满足安全的最高速度(约当时的步枪弹速度的一半)旋转，但这个速度只是良好经济性时的2/3。为了降低表面摩擦损失，德拉瓦尔涡轮直径小而转速高，必需用减速齿轮带动工作机。德拉瓦尔涡轮如下图。 2.帕森斯涡轮的诞生 1880～1884年，帕森斯(Parsons)用不同的方法解决了效率问题。他认为涡轮机作为原动机使用，必需以合理的转速直接带动工作机。为此，他把压力降分成细小的膨胀到许多个串联的反动涡轮上(蒸汽依次流过这些涡轮，在其静叶片和动叶片中膨胀)，这样每个涡轮处的蒸汽速度不高，从而让不高的旋转速度能获得高效率。这种多段膨胀的涡轮叫做复合反动涡轮。 1894年生产的透平尼亚(Turbinia)装有1个单轴径向涡轮，这种涡轮结构复杂，如Fig. 101。 1896年装在透平尼亚上的3轴涡轮组奠定了以后舰用帕森斯涡轮的基本结构。这种结构是，反动叶片安装在空心柱形鼓(drum)上。Fig. 109到112分别是透平尼亚的高压、中压、低压正车涡轮和倒车涡轮。 1898年动工，1899年下水，1900年完工的排水量344吨的英国驱逐舰蝰蛇(Viper)是世界上第一艘蒸汽涡轮军舰。该舰装2个涡轮组，每个涡轮组有2根推进轴，外侧轴由高压正车涡轮驱动，内侧轴由低压正车涡轮和倒车涡轮驱动。2个涡轮组总功率10000马力，驱动4根推进轴8个小直径螺旋桨，航速37节。蝰蛇的1个涡轮组如下图所示。 Fig. 277b是蝰蛇的高压涡轮垂直剖视图。 Fig. 124和125是蝰蛇的涡轮布局图。
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