主機

船艦依靠機械動力航行自蒸汽機開始,它的發展應用是漸近的,最先是做為風帆的輔助動力,隨著蒸汽機的效率提高,逐漸取代風帆, 到後來帆裝完全從艦上撤除。船艦機械動力化對海軍發展是非常重要的,因為它是艦船自身可掌握的動力源,因此無論追擊、撤退、 搶佔有利位置的機動性與準確率都比風帆時代依賴不可靠的風力來的高。

船用主機最早是使用「往復式蒸汽機」,當高壓蒸汽從鍋爐進入汽缸中就推動活塞,活塞帶動下方的曲軸轉動飛輪就產生動力,當活塞再度 上升時就把舊的蒸汽排出迎接新的高壓蒸汽進入汽缸如此循環動作,因此稱做往復式蒸汽機。

往復式蒸汽機分「立式」與「臥式」,立式是直立汽缸活塞上下運動,它的缺點是高度太高,不利於艦船空間設計, 臥式是橫臥汽缸活塞水平運動,較容易在艙間低矮的船上裝置,大部份蒸汽火車也都是臥式。

高壓蒸汽推動一次活塞後其實還有局部壓力,為充份利用所有的蒸汽壓力,因此有多段膨脹的主機產生,譬如依序利用高、中、低壓 分三段膨脹,就構成「三段膨脹式蒸汽主機」。

清末在馬尾船政局與上海江南製造局建塢造船後,中國已經能自行製造往復式蒸汽機。不過傳統往復式蒸汽機的缺點是重量大、功率低,很難 符合當時戰艦追求高速的需求,於是「蒸汽透賓主機」(Steam Turbine Engine)開始嶄露頭角,蒸汽透賓主機在中國亦稱「汽旋機」或「蒸汽渦輪機」。



世界第一艘蒸汽透賓主機的船隻"Turbinia"於1897年測試時所攝。

「蒸汽透賓主機」是以高壓蒸汽吹動渦輪中的扇葉片帶動主軸旋轉,它的重量輕,卻能產生極高的速度,所以很快的全球主要海軍國家的戰鬥用艦艇譬如: 戰列艦、巡洋艦與驅逐艦全部改用透賓機,直到二戰後燃氣渦輪機的出現。

中國海軍第一艘裝備蒸氣透賓主機的是「肇和」與「應瑞」二巡洋艦。當時中國的造船廠已經具備製造與修理往復式蒸汽機的能量, 但對於透賓主機卻還沒有辦法修理。當年「海圻」、「肇和」與「海琛」三大艦在東北與廣東之間叛逃來去多次,最後一次從廣東叛離 陳濟棠時卻留下「肇和」艦未隨行,因為她當時正把主機拆開等待香港來的零件與技師,無法移動。


中國海軍第一艘蒸汽透賓主機的軍艦:「肇和」號巡洋艦。


此後很長一段時間中國都沒有獲得蒸氣透賓主機軍艦,甚至新建的「寧海」、「平海」二巡洋艦都還是使用傳統的往復式主機, 直到戰後接收日本賠償驅逐艦才獲得數艘。真正大量裝備蒸氣透賓主機軍艦要等到接收美國二戰驅逐艦即 「陽」字號艦時,但此時燃氣渦輪機已經興起正在快速取代原來由蒸氣透賓機獨霸的戰鬥艦艇主機市場。

台灣國府海軍最後一批裝備蒸氣透賓主機的是美製的"Knox"級巡防艦,她們裝有一部西屋渦輪透賓主機,軸馬力35,000匹,單軸推進最高 航速27節,巡航22節。"Knox"級裝的是所謂的高壓透賓機,本身存在許多問題。


「陽字號」的輪機艙控制儀表儀表與轉掣閥都是二戰式樣。


「陽字號」驅逐艦的汽輪機。高壓蒸汽送入吹動扇葉產生動力。與鍋爐艙相同,軍艦的主機也是要分開交錯獨立安置,以避免被敵艦一砲擊中要害,完全喪失動力。


「陽字號」的輪機艙。主機負責推動艦隻前進,但艦上其他所需動力包括發電的來源要靠輔機,輔機的種類包括柴油機以及汽輪機。


「陽字號」的汽輪輔機。,汽輪機不需額外燃料,它是利用鍋爐多餘的蒸汽來推動,所以較為可靠。

所有使用鍋爐的蒸汽主機都有暖機時間過長的問題,以至於在港待命時都不能熄火停爐,頗為浪費燃料,柴油機與燃氣渦輪機就沒有這個問題。 柴油機是由德國人狄塞爾在十九世紀末發明,它有經濟省油耐用、防火安全性高以及起動快的好處,唯一的缺點是無法達到極高速,所以 柴油機主要用在要求經濟性的商船,與不必追求高速的艦艇譬如巡邏艦、運輸艦、後勤艦、掃佈雷艦、登陸艦艇等。此外柴油機在傳統動力潛艇 中佔有絕對優勢的地位。

中國海軍第一艘裝備柴油主機的艦艇是「甘露」號測量艦,她原來是一艘遊艇而非正規軍艦。中國海軍真正大量裝備柴油主機軍艦要等到戰後美國軍援 的護航驅逐艦、掃雷艦、驅潛艦、各式登陸艦艇等,她們全部都是柴油主機。國府海軍目前向法國訂造的「拉法葉」級(即「康定」級)巡防艦使用的仍然是柴油主機 (4 diesel SEMT Pielstick 12PA6V280 STC2, 21000 hp(15 400 kW))。

早年高速艇譬如魚雷快艇還常使用汽油引擎,但由於汽油的揮發性太強,一被擊中就爆炸,甚至因為機件故障自燃,非常危險,所以 當柴油機出現後,高速艇亦逐步改用柴油引擎代替,不過美國是汽油引擎的忠實用戶,一直到二戰後都還在使用,援贈國府海軍的魚雷艇都是汽油主機。 其中向日本訂造的「復讎」、「雪恥」兩艘魚雷艇使用的是國府空軍除役的P-51野馬式戰鬥機的汽油引擎,這是非常特殊的例子。


赴美接收「八艦」中的「永泰」艦士兵接受美國士官的柴油機輪機訓練。(LIFE)


燃氣渦輪機與航空用噴射引擎十分類似,所使用的燃油也是噴射引擎常用的煤油。 燃氣渦輪機完全承續透賓渦輪機高速度與重量輕體積小的長處,但比透賓渦輪機能更快的發動暖機,所以受到現代艦艇的喜愛。 台灣國府海軍最早裝備燃氣渦輪機的是「龍江」、「綏江」兩艘飛彈巡邏艦,她們是美國Tacoma Boat Building Co.設計的 "PSMM-Mk5",一艘在原廠一艘在台灣建造。 她的主機為CODOG複合式引擎,擁有三具Avco Lycoming的燃氣渦輪機,總出力高達13,800匹馬力,三車雙舵極速高達36節,但航程只有700 海浬, 另外還裝有三具出力2,880匹馬力,GM的12V149 TI型柴油引擎用於巡航,時速亦達20節。


台灣國府海軍最早裝備燃氣渦輪機的「龍江」、「綏江」兩艘飛彈巡邏艦,現已除役。


「龍江」級非常不成功,問題就出在燃氣渦輪機與柴油機的整合上,兩艇都曾發生著火事件,因此在2011年除役。台灣國府海軍真正大量裝備燃氣渦輪機的是「成功」級巡防艦, 她裝有兩具L2500燃氣主機,能產生馬力40,000匹,單軸推進最高航速29節。LM2500是美軍非常成熟的設備,所以服役後未聞發生問題。


【回目錄】