主题：【原创】小猫的原创：旧日本海军主力舰主机发展史 -- 妖猫drake
小猫又要挖个坑了，呵呵。最近加班较多，估计要慢慢更新，今天尽量把日俄战争的写完。
1.前传 前无畏时代的主力舰之心
自人类建立海军开始，装备着强有力武备和坚固防护的主力舰便是浩瀚大洋上绝对的王者。但即便手握利剑身披重甲，若是只能缓慢蠕动或者干脆动弹不得，那最多也就是只牙尖爪利的海龟而已。所以，通过澎湃动力驱使主力舰纵横四海的主机实在是责任重大。
从十九世纪后期日本建立近代海军开始直到1945年旧海军土崩瓦解，日本海军在主机关部（锅炉，主机）设计和技术方面始终弥漫着一股英伦气息，但在其中又受到了对其他国家如法国德国和美国海军主机方面的影响，最终形成一股独特的和风主机流派。
1.1 直立“行走”之前
当海军与航海技术一起走进蒸汽时代时，民船与军舰可谓兄弟同“心”，简陋的陆用火筒锅炉推动与蒸汽机车相同的早期单缸摇臂式往复蒸汽机为明轮提供动力，1807年最初的汽船“克莱蒙梭”的航速只有5英里/小时，不到六节，与风帆战舰相比毫无优势。直到1828年，双动摇臂式蒸汽机开始被逐步用作舰船主机，但因为明轮推动效率较低，因此战舰的航速并未得到显著提升。好在1840年英国海军开始试验螺旋桨推进，当时被称为“暗轮”推进方式。头一个采用这种推进方式的巨舰“勇士”号在澎湃的蒸汽之心和螺旋桨的默契配合下获得了14.5节的可观航速。至此，螺旋桨和蒸汽机这对小搭档开始逐步将老爷爷风帆和长兄明轮一起挤出大洋。
在1844年兰开夏设计出复炉管锅炉前，蒸汽锅炉就是个空心的装水大圆筒，最初是立式，后来被改为卧式锅壳，锅壳下方就是燃烧室。但是由于这种加热方式受热面积有限，就算把锅炉做的很大，蒸汽却总是不够，而且压力有限，只有约0.8兆帕。随着金属加工技术的提高，设计师们开始琢磨着通过在锅壳内部增加火筒的方式提高受热面积。所谓火筒，不是其中烧火，而是在火筒接通燃烧室，炙热的烟气从火筒中流向烟囱，一路上对锅壳内的水加热，这种锅炉被称为火筒锅炉。
人们在掌握比较成熟的钢管生产加工技术之后又琢磨着把火筒换成散热面积更大的火管，仍然是火（烟气）在管内流过。在锅壳的存水线以下同时装入火筒和火管，从燃烧室流出的炙热烟气经火筒后再流过火管，每通过一次锅壳存水被称为一个回程，火筒和火管的转换处被称为背，根据背是否没入水中有干背和湿背之分，这种多回程火筒火管式锅炉又被称为苏格兰船用锅炉，因为其体积相对较小，也更容易做成符合船舱隔断的长方体，所以至今仍在船舶动力装置中北使用。其形状和尺寸可与轮船机舱配合较好，锅炉本身也较轻，所以一直在船舶上使用。
无论是火筒或者火管式锅炉，我们都将之归为“锅壳式”锅炉，这种锅炉的传热面积更大，蒸汽产出和压力均得以提高，到1860年，船用锅炉的压力已达到1.4甚至1.8兆帕的水平。不过此时的船用锅炉也比当年富尔顿使用的要庞大很多，与之相配的机械传统装置也已经大不相同。
1850年至1860年的舰用主机一般被布置在船底，因为此时的蒸汽机直接驱动螺旋桨，不得不和螺旋桨轴保持在同一平面。而且此时的舰船锅炉有一比较糟糕的特性，就是每隔数小时就必须打开锅壳清洗其中海水析出的盐分，而随之而来的蒸汽压力降低和锅壳腐蚀问题造成舰船的蒸汽主机“心病”频发。1860年之后，通过将部分蒸汽在金属表面冷凝方式收集纯净水送回锅炉以逐步降低锅炉内部盐分浓度的冷凝器投入使用，同时锅壳的材质被更多的换成较难被热盐腐蚀的钢，一系列措施使得由于直接使用海水导致的问题得到解决，锅炉内压力被提高到2.1~2.5兆帕左右，当然这其中也有第一代安全阀的作用。
1865年，最初的高低压两缸二胀式蒸汽机被设计出来，从锅炉出来的高压蒸汽首先在较小的高压气缸做功。当高压气缸活塞回退时、蒸气被驱入第二个汽缸推动它的活塞。这中多级做功的方式使得蒸汽内能使用效率提高了大约25%。通过控制高低压缸活塞面积，配合同时期发明的偏心曲轴，复式多段膨胀可以为螺旋桨提供连续而平稳的驱动力。
到1870年，蒸汽锅炉的外形得到进一步优化，卧式圆形锅壳问世，由于此种锅壳可以通过轧制加工，材料力学性能进一步提高，炉内压力几乎被提升一倍，达到4.2兆帕左右。
十年之后，舰船用蒸汽锅炉压力已达6.3兆帕，经过十多年的发展，复式膨胀已经发展到三缸三胀，而针对气缸横卧导致的内部磨损，立式气缸被发明出来。一系列的技术进步最终使得皇家海军敢于在1879年服役的“无畏”级战列舰上面取消桅帆。
而1882年，燃烧室强制通风技术又将锅炉的蒸汽产出量提高近一倍。说起强制通风或者叫压力送风技术，其实就是通过鼓风机增加锅炉燃烧室内的空气流动，提高炉压和氧量，使得燃烧更为迅速和充分。不过最初英国人搞出的强制送风技术并非是在锅炉上作手脚，而是在整个锅炉室进行密闭，通过鼓风机进行强制送风，结果锅炉工被折磨的东倒西歪，由于当时加煤还是人工进行，所以实际航速并未得到太大提高。后来改为封闭燃烧室，通过鼓风机进行强制送风，这种方式锅炉工仍然会因为燃烧加速，燃料消耗大幅度提高而苦不堪言，但是实际航速却能够提高近一节。
当然在锅炉内压增大的情况下，锅壳的强度要跟上，好在此时高磷生铁炼钢法或者叫托马斯法被发明出来，锅壳内压承受力超过8.4兆帕。此时的三胀三缸主机的热效率又得到15%的提升，在1888年入役的“本鲍”号上搭载了三缸直立式三胀蒸汽机，其锅炉内压已达到9.5兆帕。
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🙂【原创】小猫的原创：旧日本海军主力舰主机发展史
🙂【原创】小猫的原创：旧日本海军主力舰主机发展史（七） 17 妖猫drake 字2844 2010-07-05 19:51:30
🙂能配上图吗?对船用机非常有兴趣啊 HAL 字0 2010-07-03 18:39:43
🙂图手里是有的，不过等等再说吧，在弄个稿子 妖猫drake 字36 2010-07-03 18:55:10
🙂veli good.花等! HAL 字0 2010-07-06 11:08:16
🙂【原创】小猫的原创：旧日本海军主力舰主机发展史（6.3） 8 妖猫drake 字2432 2010-07-03 02:08:43
🙂【原创】小猫原创：旧日本海军主力舰主机发展史（6.2） 9 妖猫drake 字3086 2010-07-01 19:15:13
🙂【原创】小猫的原创：旧日本海军主力舰主机发展史（6.1） 12 妖猫drake 字2646 2010-07-01 04:45:18