【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來(lái)自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實(shí)還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來(lái)由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。

第八章熱機(jī)

【山話||? 本系列專欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳。另外這套老教材中的力的單位常用公斤，如今是不允許的，力是不能使用公斤為單位的?！?/span>

§8-7蒸汽輪機(jī)

【01】前面所講的都是活塞式動(dòng)力機(jī)，能不能不用活塞而直接用蒸汽來(lái)推動(dòng)輪機(jī)呢？很早以來(lái)人們就在這方面進(jìn)行了研究，并發(fā)明了蒸汽輪機(jī)。

【02】蒸汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的基本原理和常見的風(fēng)車相似。我們知道，風(fēng)車是由軸輪和輪外沿的葉片所組成的，當(dāng)風(fēng)吹動(dòng)葉片時(shí)，風(fēng)車就旋轉(zhuǎn)起來(lái)。風(fēng)力越大，風(fēng)車就旋轉(zhuǎn)得越快，因此它是一種利用流動(dòng)空氣的動(dòng)能來(lái)做功的裝置。蒸汽輪機(jī)是由一個(gè)中央很厚的鋼盤和鋼盤外沿弧形葉片所組成的，如圖8·40所示。當(dāng)蒸汽噴射到葉片上時(shí)，輪機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，而且蒸汽速度越大，輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)得越快。

【03】那么怎樣才能得到速度很高和動(dòng)能很大的蒸汽呢？

【04】我們知道，當(dāng)氣體從高壓空間流向低壓空間時(shí)，壓強(qiáng)差越大，流動(dòng)的速度也越大，因此在蒸汽輪機(jī)里就利用噴嘴來(lái)得到高速的蒸汽，如圖8·41所示。圖8·42是一個(gè)擴(kuò)張式噴嘴。從水管式鍋爐的過熱管送來(lái)的過熱蒸汽經(jīng)過噴嘴流向壓強(qiáng)較低的空間。蒸汽從噴嘴噴出時(shí)，體積開始急劇地膨脹，同時(shí)壓強(qiáng)降低，速度增大。這樣的蒸汽具有很大的動(dòng)能，也就是說蒸汽的內(nèi)能在噴嘴中轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝膭?dòng)能。當(dāng)蒸汽噴射到葉片上時(shí)，它的動(dòng)能又轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。

【05】圖8·43是一個(gè)單級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)的剖面圖。1 是機(jī)軸，2 是葉輪，3 是葉片，4 是噴嘴，5 是汽室，6 是排汽管。從圖8·44中可以看出蒸汽流動(dòng)的情況。輪上葉片的形狀是彎曲的。當(dāng)蒸汽順著葉片流過時(shí)，它們之間就有相互作用。葉片對(duì)汽流的作用是改變它的流動(dòng)方向，汽流對(duì)葉片的作用是使葉輪和機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

【06】實(shí)際上，為了提高蒸汽使用的效率，常常采用壓力多級(jí)沖動(dòng)式的汽輪機(jī)，它的結(jié)構(gòu)如圖8·45所示。圖中 1 是汽室，2 是第一級(jí)噴嘴，3 是第一級(jí)葉輪，4 是隔板，5 是第二級(jí)噴嘴，6 是第二級(jí)葉輪，7 是第三級(jí)噴嘴，8 是第三級(jí)葉輪，9 是排汽管。

【07】第一、二、三級(jí)的葉輪又稱為動(dòng)葉片，它們是并排裝在機(jī)軸上的，用來(lái)帶動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。第一、二、三級(jí)噴嘴又稱為導(dǎo)向葉片，它們是固定在汽缸機(jī)罩上的。從圖中可以看到各級(jí)噴嘴的作用，一方面是改變蒸汽的方向；另一方面是使蒸汽膨脹，降低壓強(qiáng)，提高速度，從而推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

【08】蒸汽輪機(jī)跟蒸汽機(jī)相比具有許多優(yōu)點(diǎn)：蒸汽輪機(jī)比同樣功率的蒸汽機(jī)的重量輕，體積較小，不需要用曲柄和飛輪等機(jī)械來(lái)將移動(dòng)改為轉(zhuǎn)動(dòng)，因此轉(zhuǎn)動(dòng)均勻，沒有振動(dòng)；轉(zhuǎn)動(dòng)速度大，每分鐘可以達(dá)到 3000 轉(zhuǎn)；巨型蒸汽輪機(jī)的輸出功率可以達(dá)到幾十萬(wàn)千瓦；效率可以高達(dá) 25% 到 30%；機(jī)件中的滑動(dòng)部分少，這樣既節(jié)省了潤(rùn)滑油，又使蒸汽不致于被油沾污，因此在凝結(jié)后就可以作為多種用途。

【09】但是蒸汽輪機(jī)也有一些缺點(diǎn)，比如它只能沿著一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，不能開倒車，并且它的速度變化范圍不能作較大的改變，所以不能象蒸汽機(jī)那樣方便地被使用在機(jī)車上。同時(shí)汽輪的制造又需要較高的工藝水平，制造葉輪的材料要能夠耐高溫高壓，一般是采用鉻、鉬、釩或鎢的合金鋼，機(jī)軸的鍛造要求也很高。此外，蒸汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)需要有高壓蒸汽來(lái)噴射葉輪，因此它就必然要和高壓鍋爐連在一起，雖然它本身的體積很小，但整個(gè)蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)還是很龐大和復(fù)雜的。所以蒸汽輪機(jī)一般只在巨型發(fā)電廠里用來(lái)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，或作為巨型艦艇上的發(fā)動(dòng)機(jī)使用。