船舶动力装置的研发历史

1807年，美国工程师R.富尔顿首次在“克莱蒙脱”号明轮船上用蒸汽机作为推进动力获得成功。当时采用的是一台20马力的单缸摇臂式往复蒸汽机,获得每小时5英里的航速。经过不断改进，到19世纪末，蒸汽机发展成为多级膨胀的立式装置，用以驱动螺旋桨，成为当时典型的船舶动力装置。同时高效、高压的水管锅炉也逐渐取代了早期圆筒式苏格兰烟管锅炉。20世纪初，航行于大西洋上的巨型豪华客船，都以往复式蒸汽机为动力,单机功率达20000马力。蒸汽机动力装置的发展达到了顶峰。

蒸汽机动力装置的优点是结构简单，造价低廉，管理使用方便，制造工艺要求不高；缺点是热效率低，本身重量大，特别是大功率蒸汽机的活塞、连杆等运动部件运转惯性很大，很难平衡，且低压缸尺寸过大，不能获得有效的真空度。因此，自从汽轮机动力装置和柴油机动力装置在船上试用成功以后，蒸汽机动力装置即逐渐被淘汰。第二次世界大战期间，美国为应付战时紧急需要而建造的“自由轮”，是最后一批使用蒸汽机动力装置的远洋运输船舶。中国还有少数沿海和内河船舶使用往复式多膨胀蒸汽机动力装置。 1896年，英国人C.帕森成功地将他发明的汽轮机作为推进动力机应用于一艘快艇上，试航速度达每小时34.5海里。此后汽轮机广泛用于大功率船上。早期用汽轮机直接驱动螺旋桨，不经过减速。为了使螺旋桨能在理想的转速下工作，后来在汽轮机动力装置上加装了减速齿轮，使汽轮机和螺旋桨都能以各自的最佳速度运转。到1916年，几乎所有的船用汽轮机都采用了减速装置，减速比由初期的1:20提高到1:80以上。采用减速装置以后，汽轮机可以更高的速度运转，效率大为提高，机体尺寸相应缩小，整个装置更加紧凑，重量也大大减轻,螺旋桨工作效率也大大提高,使汽轮机成为理想的大功率船用动力装置。至今某些大型客船、超级油船和高速集装箱船等仍采用汽轮机动力装置。

汽轮机的优点是单机功率大，使用可靠，运转平稳，无振动和噪声，检修工作量小，锅炉可燃用劣质油。但汽轮机油耗比柴油机高，即使采用再热循环的汽轮机装置，每马力小时的油耗仍达180～190克，比低速柴油机高40%左右。柴油机由于单机功率、燃烧劣质油的能力和可靠性的提高，逐渐取代了汽轮机。 20世纪初，柴油机开始用于运输船舶。第一艘远洋柴油机船是1912年丹麦建造的“锡兰迪亚”号，主机为两台四冲程八缸柴油机，共1250马力，每分钟140转,直接驱动两个螺旋桨。1914年柴油机船占全世界船舶总吨位0.5%，到1940年上升为20%以上。

柴油机动力装置的最大优点是热效率高，燃料消耗明显地低于蒸汽机动力装置。长期以来，柴油机动力装置有一系列改进，主要有：①20年代出现以机械喷油取代用压缩空气喷油的方法；②同一时期试制成废气涡轮增压器，提高了柴油机的功率和性能；③30年代开始燃烧重质柴油，降低了燃料费用。早期柴油机的功率不大。第一次世界大战时期用于商船的最大柴油机功率仅4000马力，第二次世界大战前,单机功率达到20000马力。现代低速柴油机单机功率已达50000马力以上。

现代船用柴油机大部分为低速机,转速约每分钟100转，可直接驱动螺旋桨。80年代初，出现了长冲程和超长冲程的低速机,每分钟转速降到70转以下,使螺旋桨发挥最佳效率。但低速机外形尺寸和重量大。第二次世界大战后出现的大功率的中速机如今被逐渐应用于船上。它将气缸排列成V字形,采用减速齿轮，既大大减轻了机身重量，又有利于提高螺旋桨效率。中速机由于机身短小，可以减少机舱的面积和高度，因此特别适用于尾机舱船和机舱位于甲板下的滚装船和载驳船等。

经过不断的改进，柴油机动力装置日臻完善，它的燃料消耗量最低，能使用廉价的渣油，可靠性较高，检修期间隔长达30000小时以上，热效率接近50%,因此成为目前应用最广的船舶动力装置。 燃气轮机动力装置在50年代开始用于船舶。主要用于军用舰艇。燃气轮机同柴油机和汽轮机比较，单机功率大、体积小、重量轻、加速性能好，能随时起动并很快发出最大功率。燃气轮机在高温、高压下工作，对燃油质量要求很高，热效率也比柴油机低得多，因此在民用运输船舶上应用不多。仅在某些气垫船上用于驱动空气螺旋桨。