轮船

Swanage桨式蒸锅PS Waverley是世界上最后一艘海上桨式蒸锅
航空母舰航空母舰John F. Kennedy (CV-67)的航空右舷四分

一种通常称为轮船的轮船是一种蒸汽动力的船只,通常是海洋和海洋沃金,它是由一个或多个蒸汽机推动的,通常会移动(转弯)螺旋桨划桨轮。在1800年代初期,最初的轮船用于实际使用。但是,以前有例外。轮船通常使用用于划桨蒸汽机的“ PS”的前缀名称,或用于螺钉蒸笼的“ SS”(使用螺旋桨或螺钉)。随着桨式蒸笼变得不那么普遍,许多人认为“ SS”代表“轮船”。由内燃机提供动力的船只使用前缀,例如“ MV”用于汽车容器,因此对于大多数现代船只使用“ SS”是不正确的。

随着轮船不太依赖风模式,新的贸易路线开始开放。轮船被描述为“第一波贸易全球化(1870-1913)的主要驱动力”,并为“人类历史上没有前所未有的国际贸易增加”的贡献者。

历史

轮船之前是在18世纪上半叶构思的较小的船只,称为汽船,从1783年开始使用第一台工作的汽船和桨式蒸锅Pyroscaphe 。在较大的,最终是远洋船上。该技术变得可靠,并被螺丝而不是桨轮推动,因此改变了船舶的设计,以更快,更经济的推进。

作为主要动力来源的桨轮成为这些早期船只的标准配置。这是在理想条件下推进的有效手段,但否则有严重的缺点。桨轮以一定深度运行时表现最佳,但是当船的深度从增加的重量变化时,它进一步淹没了桨轮,导致性能大幅下降。

在河流和运河汽船发展的几十年之内,第一轮船开始越过大西洋。第一个海上汽船是理查德·赖特(Richard Wright)的第一个汽船实验,这是一个前法国lugger 。她于1813年7月从利兹蒸至雅茅斯

一个要出海的铁轮船是116亚伦·曼6月22日巴黎。她于1822年以8节(9 mph,14 km/h)的平均速度将乘客和货运带到巴黎。

侧轮桨蒸锅SS大西部,第一个专用的跨大西洋轮船,于1838年的处女航行

美国SS萨凡纳(SS Savannah)于1819年6月20日首次越过大西洋到达英国利物浦,尽管大部分航行实际上是在航行下进行的。第一艘在蒸汽动力下进行跨大西洋旅行的第一艘船可能是英国制造的荷兰拥有的库拉索奥,这是一艘木制的438吨船只,由多佛建造,由两台50个HP发动机提供动力,从Hellevoetsluis越过,在26号附近的Hellevoetsluis越过,在26附近,在26号附近。 1827年4月,5月24日前往苏里南的Paramaribo ,在出路时花了11天的时间在蒸汽下,回报率更多。另一个索赔人是加拿大船舶皇家威廉(SS SS Royal William) ,1833年。

定期安排的跨大西洋穿越的第一个专用轮船是英国的侧轮桨式蒸锅SS大西部Isambard王国Brunel建造的,该西方于1838年于1838年建造,该船揭开了跨大西洋班轮的时代。

SS Archimedes于1839年由弗朗西斯·佩蒂特·史密斯(Francis Pettit Smith)于1839年在英国建造,是世界上第一个用于开放水上海上海上驱动的螺旋桨驱动的轮船。她对船舶开发的影响很大,鼓励皇家海军采用螺丝推进,除了对商业船只的影响。在美国引入的第一个螺丝驱动螺旋桨轮船是在1844年由托马斯·克莱德(Thomas Clyde)建造的一艘船上,随后还有更多的船只和路线。

螺丝轮毂

弗朗西斯·佩蒂特·史密斯(Francis Pettit Smith) 1836年,专利用于其螺旋桨设计,最初安装在阿基米德(Archimedes)

使远洋蒸锅可行的关键创新是从桨轮到螺丝螺旋桨作为推进机制的变化。这些轮船很快变得更加流行,因为无论其操作的深度如何,螺旋桨的效率都是一致的。尺寸和质量较小,被完全淹没,它也容易受到伤害。

苏格兰的詹姆斯·瓦特(James Watt)因将第一个螺丝螺旋桨施加到他的伯明翰工厂(伯明翰工厂)(早期的蒸汽机)上,从而开始使用流体动力螺钉进行推进。

螺丝推进的发展取决于以下技术创新。

蒸汽发动机必须以在机械底部传递的功率进行设计,以直接驱动螺旋桨轴。桨式蒸锅的发动机驱动位于水线上方的轴,其圆柱位于轴下方。 SS大不列颠使用链条驱动器将电源从桨手的发动机传递到螺旋桨轴 - 这是促进螺旋桨推进的晚期设计的结果。

灯塔船上的船尾管和螺旋桨轴的图像

需要有效的船尾管和相关的轴承。船尾管包含螺旋桨轴通过船体结构。它应该提供螺旋桨轴不受限制的动力。船体和船尾管的结合必须避免任何会弯曲轴或导致不均匀磨损的弯曲。内侧末端有一个填充盒,可防止水进入管子。一些早期的船尾管由黄铜制成,并在整个长度上作为水润滑。在其他情况下,在船尾管的后末端安装了长的软金属。 SS Great Eastern在她的第一次跨大西洋航行中失败了这种安排,而且磨损非常不均匀。该问题通过木质植物水润滑轴承解决,该轴承在1858年获得专利。这成为标准实践,并正在使用。

由于螺丝推进的动力沿轴沿轴传递,因此需要推力轴承才能将载荷转移到船体中而不会过多摩擦。 SS大不列颠在轴的前端有一个2英尺的直径炮米板,该板孔在发动机床上的钢板上钻孔。在这两个表面之间注入200 psi的水以润滑并分离它们。这种布置不足以实现更高的发动机功率,而石油润滑的“领”推力轴承已成为1850年代初期的标准。在20世纪初,通过浮动垫轴承将其自动建立的石油楔子取代,该齿轮可以承受500 psi或更多的压力。

名称前缀

当她撞到俄亥俄州托莱多的樱桃街桥时,蒸笼尤马

由蒸汽动力的船只命名为指定其螺旋桨构型的前缀,即单,双螺旋。单螺旋轮船SS ,双螺钉轮船TSS ,三螺旋轮毂TRSS 。蒸汽轮机驱动的船只具有前缀TS 。在英国,皇家邮政轮船的前缀RMS否决了螺钉配置前缀。

首次远洋轮船

在北美和欧洲之间穿越大西洋的第一个轮船是美国SS Savannah ,尽管她实际上是轮船和帆船之间的混合体,而旅途的前半部分利用了蒸汽机。萨凡纳( Savannah)于1819年5月22日离开美国佐治亚州萨凡纳(Savannah)港口,于1819年6月20日抵达英国利物浦;她的蒸汽机已经在18天的一部分时间内使用(估计从8到80小时不等)。英国建造的荷兰拥有的库拉索萨(Curaçao)是一艘跨大西洋旅行的第一艘船头衔的索赔人,这是一艘木制的438吨船,由多佛建造,并由两个50 hp发动机提供动力,该船只从Hellevoetsluis,从Hellevoetsluis中跨越, 1827年4月26日在鹿特丹附近,于5月24日前往苏里南的帕拉马里博,在蒸汽中花了11天的时间,在返回中有更多的时间。另一个索赔人是加拿大船舶皇家威廉(SS SS Royal William) ,1833年。

英国的侧轮桨式蒸锅SS Great Western是第一个定期定期跨大西洋杂交的专用轮船,从1838年开始。1836年,Isambard Kingdom Brunel和一群布里斯托尔投资者组成了一群伟大的西部轮船公司,建立了一行。布里斯托尔 - 纽约路线的轮船。几个小组正在讨论定期安排的跨大西洋服务的想法,并且同时建立了竞争对手的英国和美国蒸汽导航公司Great Western的设计引发了批评家的争议,批评家认为她太大了。布鲁内尔(Brunel)理解的原则是,船体的承载能力随着其尺寸的立方的增加而增加,而水抗性仅随着其尺寸的平方而增加。这意味着大型船更加燃油效率,这对于整个大西洋的长途航行非常重要。

Great Western是一条舖有铁的,木制的侧轮桨蒸笼,并带有四个桅杆,悬挂了辅助帆。帆不仅是为了提供辅助推进,而且在粗糙的海洋中也用于将船保持在均匀的龙骨上,并确保两个桨轮都留在水中,并将船只直线驱动。船体是由传统方法用橡木建造的。她是一年最大的轮船,直到英国和美国的英国女王服役。 Great Western建于布里斯托尔的Patterson&Mercer造船厂,于1837年7月19日发射,然后航行到伦敦,在那里她配备了来自Maudslay,Sons&Field公司的两个侧面杠杆蒸汽机,生产750个指示马力。它们之间。该船在服务方面被证明是令人满意的,并开始了跨大西洋路线,它是所有以下大西洋桨式赛车手的模型。

Cunard LineRMS不列颠尼亚(RMS Britannia)于1840年通过轮船从利物浦航行到波士顿,开始了她的第一批常规乘客和货物服务。

1845年,也由布鲁内尔(Brunel)建造的革命SS大不列颠成为第一艘越过大西洋的铁壳螺丝驱动船。 SS大不列颠是第一艘结合这两项创新的船。在其第一批班轮( SS Great Western) 1838年最初取得成功之后,这家大西部轮船公司组建了与以前如此成功合作的工程团队。然而,这次的声誉处于高峰状态,他主张对船舶设计的总体控制,这是对公司带来深远影响的状况。在英格兰布里斯托尔的一个特别改编的干船坞中进行了建筑。

1844年4月,坎伯兰盆地英国威廉·塔尔伯特(William Talbot)的这张历史悠久的照片被认为是有史以来第一批船只。

布鲁内尔(Brunel)有机会检查约翰·莱尔德(John Laird )的213英尺(65 m) (英语)频道包装船彩虹(当时是最大的铁船体船),并于1838年在使用,并很快被转换为铁壳技术。他取消了他的计划,以建造一艘木船,并说服公司董事建造了一艘铁皮船。铁的优势包括比木材便宜得多,不受腐烂木worm的约束,其结构强度要大得多。木壳船长的长度的实际限制约为300英尺,此后摇摆- 船体的弯曲随着波浪的传递而弯曲 - 实用了。铁船体的受到刺激的影响要小得多,因此铁壳船的潜在尺寸要大得多。

1840年,布鲁内尔(Brunel)也有机会检查SS Archimedes ,这是第一个螺丝螺旋式轮船,仅在FP Smith的Proseller Steamship Company之前仅几个月才完成。布鲁内尔(Brunel)一直在研究改善大不列颠粉刷的表现的方法,并对新技术产生了直接的兴趣,史密斯(Smith)感知自己的公司享有声望的新客户,同意将阿基米德斯( Archimedes)借给布鲁内尔(Brunel)进行扩展测试。在几个月的时间里,史密斯(Smith)和布鲁内尔(Brunel)在阿基米德( Archimedes)上测试了许多不同的螺旋桨,以找到最有效的设计,这是史密斯(Smith)提交的四叶模型。 1843年发射时,英国是迄今为止最大的船只漂流。

布鲁内尔(Brunel)的最后一个重大项目SS大东部(SS Great Eastern )建于1854 - 57年,目的是通过好望角将英国与印度联系起来,而无需任何煤炭。这艘船可以说比她的前任更具革命性。她是最早使用带有水密隔室的双船体建造的船只之一,也是第一个拥有四个Funnels的班轮。她是整个19世纪剩余时间的最大班轮,总吨位近20,000吨,并且具有数千人的乘客能力。这艘船已经领先于她的时代,经历了动荡的历史,从未被她使用。钢铁制造的第一个跨大西洋蒸笼是SS Buenos Ayrean ,由Allan Line Royal Mail Steamers建造,并于1879年进入服务。

东海岸美国西海岸的首个常规轮船服务始于1849年2月28日,加利福尼亚党卫军加利福尼亚到达旧金山湾加利福尼亚州于1848年10月6日离开纽约港,在南美尖端圆角霍恩(Cape Horn) ,经过四个月和21天的旅程,到达了加利福尼亚州旧金山。在太平洋上运营的第一个轮船是桨式蒸锅海狸,于1836年推出,为哈德逊海湾公司的贸易站提供服务,华盛顿州普吉特海湾阿拉斯加之间。

长途商业轮船

蒸汽的测试路线最多的是英国或美国东海岸远东。两者的距离大致相同,在14,000到15,000海里(26,000至28,000公里; 16,000至17,000英里),沿着大西洋,非洲南端和印度洋沿着大西洋行驶。在1866年之前,没有轮船可以携带足够的煤炭来进行这次航行,并有足够的空间携带商业货物。

半岛和东方蒸汽导航公司(P&O)采用了部分解决此问题的解决方案,使用亚历山大苏伊士之间的陆上区域,并在地中海沿线连接了轮船路线,然后通过红海进行了连接。尽管这对乘客和一些高价值的货物都有效,但帆仍然是中国和西欧或美国东海岸美国几乎所有贸易的唯一解决方案。这些货物中最值得注意的是,通常在快船中携带。

另一个部分解决方案是蒸汽辅助船 - 带有蒸汽机的船只,但也被操纵为帆船。仅当条件不适合航行时,才会使用蒸汽机。其中一些类型(例如, ERL King )是由螺旋桨建造的,这些螺旋桨可能会清除水,以减少单独使用帆的力量时的阻力。这些船只在通往中国的路线上很难取得成功,因为当航行时需要站立的索具当蒸入头风时,最著名的是在带着新茶货物返回西南季风时。尽管辅助轮船持续在远东贸易中竞争几年(正是Erl King通过苏伊士运河运送了第一批茶货物),但他们很快就转向了其他路线。

需要的是燃油效率的巨大提高。尽管允许土地上的蒸汽机锅炉以高压力运行,但贸易委员会(根据《 1854年商船法》的授权)不允许船只超过每平方英寸20或25磅(140或170 kpa) 。复合发动机是提高效率的已知来源 - 但由于可用的压力低,在海上通常不使用。 Carnatic (1863)是一艘P&O船,具有复合发动机,并且比当时其他船舶的效率更好。她的锅炉以每平方英寸26磅(180 kPa)的速度运行,但依靠大量的过热

阿尔弗雷德·霍尔特(Alfred Holt)在铁路工程学的学徒制度后进入了海洋工程和船舶管理,并在Cleator中试验了每平方英寸60磅(410 kPa)的锅炉压力。霍尔特(Holt)能够说服贸易委员会允许这些锅炉压力,并与他的兄弟菲利普(Phillip)合作于1865年推出了阿伽门农( Agamemnon )。霍尔特(Holt容易驱动的船体。

SS Agamemnon (1865)

霍尔特(Holt)锅炉压力,复合发动机和船体设计的效率使一艘船每天在20吨长的煤炭上以10节的速度蒸汽。与其他当代蒸锅相比,这种燃料消耗是每天23至14吨的节省。不仅需要更少的煤炭来行驶,而且要为锅炉加油所需的消防员更少,因此船员成本及其住宿空间降低。阿伽门农能够在毛里求斯在毛里求斯的外向和返回之旅中从伦敦航行到中国,这段通行时间大大低于竞争的帆船。霍尔特(Holt)在1866年第一次前往中国返回时,已经命令两艘姊妹船去阿伽门农(Agamemnon) ,在新成立的蓝色漏斗线上经营这些船只。他的竞争对手迅速为自己的新船复制了他的想法。

从中国到伦敦的路线,苏伊士运河在1869年的开放节省了约3,250海里(6,020公里; 3,740英里)。运河不是帆船的实用选择,因为使用拖船很困难且昂贵 - 因此,这种远距离节省了。轮船立即利用这条新水道,并在1870年茶季开始时发现自己在中国需求量很高。轮船能够获得比帆船高得多的货运率,而货物的保险费却少。使用苏伊士运河的轮船如此成功,以至于在1871年,仅在克莱德造船厂就建造了45艘船,仅用于远东贸易。

三重扩展引擎

在整个1870年代,具有经济平衡共存的化合物轮船和帆船:在某些行业中,轮船的运营成本仍然太高,因此在许多情况下,帆是唯一的商业选择。复合发动机在两个单独的圆柱体中膨胀了两次蒸汽,但仍有效率低下。该解决方案是三重扩展引擎,其中蒸汽在高压,中间压力和低压缸中连续扩展。

这种理论是由约翰·埃尔德(John Elder)于1850年代建立的,但很明显,按照当今的标准,三重扩展引擎需要蒸汽的压力很高。现有的锅炉技术无法实现。锻铁无法为更高的压力提供力量。在1870年代,钢量更大,但质量是可变的。锅炉的总体设计在1860年代初改善了苏格兰式锅炉,但当时这些锅炉仍处于当时最新的压力下。

第一艘装有三重扩展引擎的船是丙蓬蒂斯(1874年推出)。她装有锅炉,每平方英寸150磅(1,000 kPa)运行,但这些锅炉有技术问题,必须用每平方英寸90磅(620 kPa)运行的锅炉代替。这种实质性的性能。

阿伯丁,第一次成功的三重扩展引擎商业使用

还有一些实验,直到SS Aberdeen (1881)在从英国到澳大利亚的路线上服役。她的三重扩展引擎是由开发了丙烷机械的工程师AC Kirk博士设计的。区别在于使用两个双端苏格兰式钢锅炉,每平方英寸125磅(860 kPa)的运行。这些锅炉具有专利的瓦楞炉,可以克服传热的竞争问题和足够的强度来应对锅炉压力。阿伯丁取得了明显的成功,在试验中取得了显著的成功,以1,800指示马力,每指示马力的燃料消耗为1.28磅(0.58千克)。与十年前建造的典型蒸锅相比,燃料消耗的降低约为60%。在服役中,以13节(24 km/h; 15 mph)行驶时,每天不到40吨煤。她前往墨尔本的少女航行耗时42天,一站停了下来,载有4,000吨货物。

在接下来的几年中,其他类似的船只迅速投入使用。到1885年,通常的锅炉压力为每平方英寸150磅(1,000 kPa),几乎所有要建造的远洋轮船都用三重扩展发动机订购。几年之内,新设施的运行时间为每平方英寸200磅(1,400 kPa)。在1880年代结束时运行的流浪汉可以以9节(17 km/h; 10 mph)航行,燃油消耗为0.5盎司(14 g)每吨英里的煤炭行驶。这种效率水平意味着,在绝大多数商业情况下,轮船现在可以作为海上运输的主要方法。 1890年,轮船占世界吨位的57%,第一次世界大战的份额提高到93%。

远洋班轮时代

RMS Oceanic远洋班轮设计中的重要转折点

到1870年,螺旋螺旋桨复合发动机三膨胀引擎等发明在经济上可行的大规模上进行了跨偏移运输。 1870年, White Star LineRMS Oceanic通过拥有一流的小木屋中期,为海洋旅行树立了新的标准,并增加了大型舷窗,电力和自来水的设施。从1880年开始,远洋班轮的规模增加了,以满足人类向美国和澳大利亚的移民需求。

RMS Umbria和她的姊妹船RMS Etruria是该时期的最后两个Cunard衬里,该时期安装了辅助帆。这两艘船都是由苏格兰格拉斯哥的约翰·埃尔德公司(John Elder&Co。)于1884年建造的。按照当时的标准,它们是创纪录的破碎者,是当时最大的班轮,将利物浦送往纽约路线。

RMS泰坦尼克号是她在1912年沉没时世界上最大的轮船。随后,轮船的重大下沉是RMS Lusitania ,作为第一次世界大战的行为。

RMS泰坦尼克号是1912年世界上最大的轮船(4月15日沉没)。

RMS伊丽莎白(RMS Queen Elizabeth)于1938年推出,是有史以来最大的客运船。女王伊丽莎白2 (QE2)于1969年推出,是在1986年改装成柴油的最后一艘乘坐班轮航行的乘客轮船。 ,后来的大西洋之星据报导,2013年卖给了土耳其造船者。

19世纪和20世纪初的大多数豪华游艇都是蒸汽驱动的(请参阅豪华游艇;还有Cox&King Yachts )。托马斯·阿什顿·史密斯(Thomas Assheton Smith)是英国贵族,他与苏格兰海洋工程师罗伯特·纳皮尔(Robert Napier)一起转发了蒸汽游艇的设计。

轮船的衰落

第二次世界大战时,轮船仍然占世界吨位的73%,并且在1950年代初保留了类似的百分比。此后不久,轮船的下降开始了。许多人在战争中丧生,海洋柴油发动机终于成为了蒸汽动力的经济且可行的替代方案。柴油发动机的热效率要比往复式蒸汽机要好得多,并且更容易控制。柴油发动机还需要比蒸汽机所需的监督和维护要少得多,并且作为内燃机,它不需要锅炉或供水,因此建造更有效,更便宜。

Liberty船是最后一个配备往复发动机的主要轮船班。最后的胜利船已经配备了海洋柴油机,第二次世界大战后不久,柴油发动机都取代了轮船和风能。大多数轮船都被用尽了最大的经济寿命,自1960年代以来,没有建造过往复式发动机的商业洋流蒸锅。

1970年至今

RMS Mauretania建于1906年,是RMS Lusitania的姐姐,是最早采用蒸汽轮机的远洋班轮之一。

如今,大多数轮船都由汽轮机提供动力。在英国工程师查尔斯·帕森斯(Charles Parsons )在1897年对蒸汽轮机驱动的游艇( Turbinia )进行了示威游行之后,使用蒸汽涡轮机迅速扩散。 Cunard RMS Mauretania建于1906年,是最早使用蒸汽涡轮机的远洋班轮之一(在底龙骨头之前不久,设计后不久进行了较晚的变化),随后很快就进行了所有随后的衬里。

在两次世界大战中,蒸汽涡轮机燃烧掩体燃料,除了过时的船只从世纪之交以来,蒸汽燃料燃烧了掩体燃料,而且很少使用柴油机在更大的军舰中使用柴油机。由于需要高功率和速度的需求,蒸汽涡轮机燃烧燃料一直在军舰建设中,直到冷战结束(例如,俄罗斯艾克拉夫载体载体库兹尼托夫人),尽管从1970年代开始,它们主要被燃气轮机取代。大型海军容器和潜艇继续使用蒸汽轮机运行,使用核反应堆将水煮沸。 NS Savannah是第一艘核动力货船,建于1950年代后期,是潜在使用核能的示范项目。

第二次世界大战中建造了数千艘自由船(由蒸汽活塞发动机提供动力)和胜利船(由蒸汽涡轮发动机提供动力)。其中一些幸存下来是浮动的博物馆,并偶尔航行: SS Jeremiah O'BrienSS John W. BrownSS American VictorySS Lane VictorySS Red Oak胜利

蒸汽轮机船可以是直接推进的(涡轮机,配备了还原齿轮,直接旋转螺旋桨),也可以是涡轮增压器(涡轮机旋转发电机,这又为操作螺旋桨的电动机提供了电动机)。

虽然蒸汽涡轮驱动的商船,例如Algol -Class Cargo Ships (1972-1973),ALP Pacesetter级集装箱船(1973-1974)和非常大的粗制载体,直到1970年代,蒸汽用于海上推进蒸汽推进由于开发了更有效的柴油发动机,商业市场在商业市场上的下降幅度很大。一个值得注意的例外是液化天然气载体,这些载体使用货物箱中的冰泡起水作为燃料。但是,即使在此开发双燃料发动机也将蒸汽涡轮机推向了一个小众市场,2013年新建的市场份额约为10%。最近,混合动力发电厂已经有一些开发引擎。截至2017年8月,最新的蒸汽轮机船是由现代重工业(HHI)从2016年开始,由五个单元组成,由现代重工业(HHI)建造的Seri -Camellia -Class LNG运营商。

核电船基本上是蒸汽轮机容器。锅炉被加热,而不是通过燃烧热,而是由核反应堆产生的热量加热。如今,大多数原子动力的船只都是航空母舰潜艇

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