|
(5)减速涡轮 1896年，帕森斯为了给8～10节的货运汽船用上高膨胀的涡轮以降低煤耗，开始试验在涡轮和螺旋桨间引入减速齿轮。1897年，帕森斯船用蒸汽涡轮有限公司为Mr. F. Buddle Atkinson建造的小艇安装齿轮减速涡轮，相信这是第1次使用涡轮通过斜正齿轮装置驱动螺旋桨。涡轮功率为10hp，减速到两个大齿轮，每个大齿轮带动1根螺旋桨轴。螺旋桨转速是1400rpm，减速比是1/14。涡轮是帕森斯式有同轴的倒车涡轮。使用单斜齿轮减速装置。小艇长22ft，航速9节，证明非常令人满意的。 小艇的涡轮布局，如下图(Plate CXXIII)。图中可见减速齿轮有全封闭式壳，为强制润滑。右侧的大齿轮通过蜗杆-蜗轮带动1个连杆，这个连杆通过摇臂驱动滑油泵、空气泵、给水泵。 小艇照片和涡轮结构，如下图(Plate CXXIV)。涡轮动叶直接安装在转轴，转轴直径2in。小齿轮节圆直径0.84375in，齿数12，齿距0.217in。大齿轮节圆直径11.65625in，齿数169，齿距0.217in。小艇可载3人，乘客在艇艏，司炉在艇舯，司舵在艇艉。 1909年，为了对比往复机和齿轮减速涡轮，帕森斯船用蒸汽涡轮有限公司购买了汽船苇帕芗。苇帕芗长275ft，排水量4350ton，有1台桑德兰的Messrs. G. Clark,Limited安装的3胀表面凝结式引擎，汽缸直径分别是22.25in、35in、59in，冲程42in。锅炉2台为自然通风，直径13ft，长10ft 6in，总受热面积3430ft^2，炉栅面积98ft^2，工作压力150psi。螺旋桨为铸铁，有4个桨叶，直径14ft，桨距16.35ft，伸展面积70ft^2。 为了获取数据比较原来主机和齿轮减速涡轮的经济性，往复引擎首先被打开，全部进行修理和再调试，因为有必要让主机进入有效条件和一级工作序列。在此之后，船被送去航行，获取完整的数据视为往复引擎的性能。为了可靠测量水消耗，安装了2个水箱，每个容量400加仑，有合适的换向塞阀和接头，以致空气泵能通过水箱交替排出。 在航行完成后，往复引擎被移除，换成齿轮减速涡轮。惟一的变动是推进引擎的型式；锅炉、螺旋桨、轴系和推力块保留，跟往复引擎一样。齿轮减速涡轮布局，如下图(Plate CXXV)组成为2个串联的涡轮，即：船右舷是1个高压涡轮，左舷是1个低压涡轮，低压涡轮排汽壳内容纳1个倒车涡轮。高压涡轮最大直径3ft，全长13ft；低压涡轮直径3ft 10in，长12ft 6in。涡轮在设计上类似陆上使用，只为了平衡蒸汽推力，螺旋桨推力被在大齿轮后的原来安装的马靴式推力块抵住。1个新凝结器，同真空扩增器，沿着涡轮装置。凝结器冷却面积是1165 ft^2。空气泵、循环水泵、给水泵和舱底水泵，是长途汽船用的普通设计，通过大齿轮轴前端耦合的曲柄和连杆驱动。 每个涡轮后端，有1个驱动小齿轮，连接到小齿轮轴和涡轮间的弹性联轴器；两个小齿轮同1个大齿轮啮合，大齿轮耦合到螺旋桨轴。减速齿轮如下图(Plate CXXVI)。涡轮轴承和小齿轮轴承采用强制润滑。小齿轮和大齿轮的轮齿的润滑是用延伸到大齿轮表面全宽的喷洒管。大齿轮为铸铁，有两个缩箍锻钢轮缘。大齿轮直径是8ft 3.5in节圆，有398个双斜齿，齿距0.7854in。大齿轮面总宽是24in。齿对轴斜度是20°。小齿轮轴是铬镍钢，节直径圆5in，有20齿，齿距0.7854in。减速比为1/19.9。 减速涡轮经济性比往复引擎高15％，后来更换螺旋桨，这增加到22％，省煤非常显著。 但在战舰应用上，帕森斯有点保守，与试验的全齿轮减速涡轮(All Geared Turbine)不同，只是将涡轮组中的部分涡轮齿轮减速到螺旋桨。一种是半齿轮减速涡轮(Semi Geared Turbine)，巡航涡轮和主高压涡轮齿轮减速到主低压涡轮轴上，主低压涡轮直接连接到螺旋桨轴，布局如下图(Fig. 50)，用于15000hp的驱逐舰。一种是部分齿轮减速涡轮(PartialGeared Turbine)，高压巡航涡轮和中压巡航涡轮齿轮减速到低压涡轮轴上，主高压涡轮和主低压涡轮直接连接到螺旋桨轴，布局如下图(Fig. 51)，用于60000hp的巡洋舰。 帕森斯还考虑过电气传动和液力传动。电气传动是将涡轮在最佳经济性传速处运转，带动交流发电机发电，电流驱动变速电动机带动螺旋桨。电气传动的缺点是变速电动机设计复杂并相当笨重，还有通风溅入的海水会伤害绝缘。电气传动被美国一战末设计的主力舰广泛使用。液力传动是可调速液力耦合器，被德国但泽的费庭格博士进行小规模试验。最终船用涡轮进入全齿轮减速时代，帕森斯涡轮由于反动式带来的轴向推力，逐渐被冲动式涡轮夺取了大部分市场。 完 |
|
|
