轮机工程

轮机工程是指蒸汽机、汽轮机、柴油机和燃气轮机，自 19 世纪初以来，几千年来，它们越来越多地以风帆取代船舶所使用的风力推进系统。 船舶发动机的选择标准是：

• 效率：xxx台蒸汽机的效率不到 1%，几乎无法与帆船竞争。
• 功率密度（千瓦/千克）：燃气轮机重量轻且价格低廉，但由于效率较低，所以比柴油发动机消耗更多。
• 燃料成本：蒸汽轮机使用任何可以加热水的东西，包括工业废料
• 可用性：Flettner 转子就像帆一样，只有在有风时才能工作，在没有风时就会失效。
• 范围：核动力破冰船在季节期间不需要中断航行来加油。

1819 年，萨凡纳号从纽约横渡大西洋到达利物浦，部分靠帆，部分靠发动机。 萨凡纳号的这次航行证明了推进发动机对远洋船舶的有用性——船舶的机器时代开始了，尽管 1900 年后仍在建造大型深水帆船。 桨轮最初用于驱动机器驱动的船只，但这并没有在波涛汹涌的北大西洋证明自己。 从 1860 年开始，螺旋桨盛行。 轮机工程在其存在的短时间内引起了造船和航运的根本变化。 船舶的建造、速度和经济性都受到它的影响。 虽然今天没有机械的商业或海军船只几乎是不可想象的，但在东南亚的个别地区，你仍然可以找到没有轮机工程的个别商业使用的帆船，并且正在继续研究将帆作为船舶的辅助驱动装置，正如 Harburg 目前的发展公司 SkySails 或 Enercon 展会。

将近 200 年之后，使用原动机推动船舶的最初想法才产生了可行的解决方案，并被用于推动远洋船只萨凡纳号。 接下来的 180 年主要用于改进机器的操作安全性、经济性和操作性。 在最初的 100 年直到 1910 年左右，许多不同类型和形式的活塞式蒸汽机几乎完全统治了该领域。 xxx台带有摆动汽缸的机器被制造出来，后来是带有单一蒸汽膨胀的十字头机器，然后是多重蒸汽膨胀机（三重或四重膨胀机）。

在德国人建造的xxx艘汽船 Die Weser 上，该工厂的输出功率为 14 马力，单位煤耗约为 8.5 千克/马力，对应的热效率约为 1%，功率重量比约为1000 公斤/马力。 在 1900 年至 1910 年期间——即xxx台船用蒸汽机制造后大约 100 年——活塞式蒸汽机作为远洋船舶的推进发动机达到了顶峰。

大型快艇的发动机输出功率约为 2 × 20,000 马力。 这些机器的煤耗仅为 0.75 千克/WPSh，对应的热效率为 13%。每台手表将 50 台加煤机和微调机拉入锅炉房。 每个司炉每班燃烧近 30 英担煤。 修整工把煤运进来，并负责清除炉渣。 这可能是活塞式蒸汽机的巅峰时期，但直到 1950 年代，蒸汽机海船的推进系统仍在建造中。

锅炉开发最初进展非常缓慢。 最初常见的箱式锅炉仅允许高达 2 巴的蒸汽压力。 更高的蒸汽压力只能用于椭圆形和后来的圆柱形锅炉的开发。 说到圆筒锅炉，简单而坚固的苏格兰锅炉非常受欢迎，几十年来一直被称为“船用锅炉”。 锅炉最初只用煤加热，1897 年在俄罗斯海军舰艇上首次使用燃油。 燃料的使用不仅基于经济和技术方面。 国家自给自足也发挥了作用，尽管煤炭通常更便宜，但司炉通常不够。

具有显着更高蒸汽压力和温度的敏感水管锅炉虽然在各种场合被安装在船上，尤其是海军舰艇上，但最初并不能自给自足。 这类锅炉的突破主要来自燃油燃烧和汽轮机的安装。 一个特别的Benson 锅炉在船舶锅炉建造方面的要求和有趣的发展是最先在 HAPAG 的 Uckermark 上使用的，其驱动功率为 6000 马力。 锅炉内的压力超过 225 巴，涡轮机前的压力为 70 巴，温度为 460 °C，这就是所谓的超高压锅炉，其效率比同类船用锅炉高 17%。

在商船运输中，尤其是在使用快速轮船和海军舰艇的跨大西洋航行中，需要更高的船速。 对于船舶，功率需求随速度的 3 次方增加。 带有活塞式蒸汽机的高速蒸汽机的驱动力在世纪之交达到了技术极限，因为只有安装多个蒸汽活塞式发动机才能实现更高的性能。 单个输出功率为 15,000-17,000 马力，安装了两台或四台蒸汽机，锅炉、机器和煤炭需要大量空间和重量。 这些巨型机器的震动很难控制； 1900 年赢得蓝丝带奖的快船德国号被国际旅行界称为“鸡尾酒调酒器”。 对在小空间内实现更高性能和减轻重量的需求导致了蒸汽轮机的开发和使用。 汽轮机是涡轮机； 在涡轮机中，蒸汽流过叶轮并以类似于水轮机的方式驱动它 - 与活塞发动机相反，在活塞发动机中，活塞表面上的蒸汽压力产生一种力，该力通过振荡转换为旋转机械能，通过连杆和曲柄销引起活塞运动和发动机振动。 1883 年，de Laval 建造了xxx台运行中的汽轮机。 仅仅一年后，Parson 展示了一种设计不同的汽轮机。

涡轮机需要高圆周速度，即高速，以便可以实现良好的效率水平。 然而，对于螺旋桨驱动，寻求低速以实现高水平的效率。 在世纪之交，还没有高效的减速器，因此这里需要做出妥协。 xxx个涡轮机系统没有齿轮设计。 建于 1912 年（火神工厂，汉堡）的汉堡-美国航线的特快蒸汽轮 Imperator 配备了四个涡轮机，每个涡轮机都直接连接到螺旋桨轴。 在 175 rpm 的速度下，总功率为 60,000 WPS。 需要 46 台设计用于 17 巴锅炉压力的水管锅炉来产生蒸汽。 由于涡轮机仅适用于一个旋转方向，因此需要另一个涡轮机，即反向涡轮机来进行反向行驶。 由于后退推进系统仅在港口短时间运行，因此后退涡轮机是简单、低效的涡轮机（主要是两级柯蒂斯轮），只能产生大约 40% 的前进功率。

因为一开始没有变速箱，所以还造了涡轮电驱动，可以电动倒车倒车。 另一种可能性是安装 Föttinger 变压器。 只有强大的船用齿轮和高压锅炉的发展才导致涡轮驱动的突破。 这些系统的设计具有极高的性能，它们的功率重量比低于蒸汽机或相应数量的柴油机，并且需要的空间更小。 在第二次世界大战之前，它们是大型、快速的货船和客船的理想推进系统，从 1950 年开始还用于大型油轮和超级油轮，从 1967 年开始用于大型、快速的集装箱船。

涡轮系统虽然不能达到柴油机的高效率，但非常可靠，维护间隔长，维修成本低。 较高的燃料消耗并不重要，因为锅炉的燃料是非常便宜的重质燃料油。 随着 1973 年的石油危机，重质船用油的价格在短时间内大幅上涨，系统变得不经济。 为了节省燃料成本而降低功率行驶在涡轮系统中意义不大，因为涡轮系统的效率会随着功率降低而急剧下降。 柴油发动机提供了一种替代方案；与此同时，它的性能得到了显着提高，并且通过附加技术设备，它还能够燃烧廉价的重质燃料油。