无所不在的汽轮机

如果说纽科门出身低微，年轻时又穷又目不识丁，那么蒸汽动力史上的另一个关键人物则完全不一样。查尔斯·帕森斯（Charles Parsons）是家财万贯的罗斯伯爵（Earl of Rosse，一个爱尔兰贵族）三世的第六个儿子。他出生在爱尔兰奥法利郡的比尔城堡（Birr Castle），并在那里长大成人，在前往剑桥大学攻读数学专业之前，他接受的是私人家教，而非公立学校的教育。

但这并不是典型的贵族式家庭。伯爵本人是一个天文学家和工程师，他鼓励自己的儿子们把时间用在作坊里而非图书馆里。查尔斯和他的兄弟们造了一个蒸汽机，这可以为伯爵磨削天文望远镜的反光镜提供动力。离开大学后，帕森斯没有在法律、政治或金融领域谋得一个安逸的职位，而是在泰恩河畔的一家工程公司当起了学徒。他是一个才华横溢的工程师，1884年，他设计了蒸汽轮机并获得了专利，这个经过很少修改的汽轮机将被证明是一种不可或缺的机器，它会给世界提供电力，给军舰和海上的轮船以及后来空中的喷气式飞机提供动力。直到今天，之所以电灯可以照亮每个角落，军舰可以在汪洋大海上游弋以及飞机可以在天空中翱翔，依靠的基本上还是帕森斯设计的汽轮机。

汽轮机是绕轴旋转的一种设备。利用蒸汽（或水）让某些东西旋转起来有两种方式——冲力或反作用力。把源自固定喷嘴上的蒸汽对准轮子上的叶片就可以让轮子转动起来，并且让喷嘴中的蒸汽以一个角度喷射在轮子外部也会让轮子转动起来。在公元1世纪，亚历山大港的希罗（Hero of Alexandria）建造了一个旋转球体，他所用的动力来自两个固定角度的喷嘴喷出的蒸汽。帕森斯在早期得出结论说，冲击式汽轮机效率较低，并且会给金属制品造成压力。他还意识到一系列汽轮机（每个都由一些蒸汽驱动旋转）将更高效地采集更多的能量。为了从汽轮机产生电力，他重新设计了发电机，不到几年的时间，他就用越来越大的帕森斯汽轮机建造了第一个输电网络。

帕森斯成立了自己的公司，但不得不放弃他原创设计的知识产权，在回归平行的轴流式汽轮机之前，他花了5年的时间尝试建造径流式汽轮机。他尝试让海军对这种设备产生兴趣，以便把它作为给轮船提供动力的一种方式，但没有成功。所以在1897年，他决定给皇家海军来一个突如其来的“惊喜”。

帕森斯非常热衷于乘坐轮船和游艇，他制造了一艘名为“透平尼亚号”（Turbinia）的快艇，用蒸汽涡轮机驱动螺旋桨旋转来提供动力。初次航行的结果很让人失望，主要是因为螺旋桨存在问题，这导致在水中出现了“空穴”，旋转的叶片后方存在着浪费能量的小型真空区。帕森斯和克里斯托弗·利兰德（Christopher Leyland）又回到了实验室中，为找到可以解决空穴这个问题的涡轮机，他们尝试了很多款设计。他们反复尝试着，有时候甚至是彻夜不眠，当女仆们在第二天早晨来家里工作的时候，他们还在水箱里忙碌着。这是让人沮丧的工作，但是到1897年，帕森斯用3个轴流式汽轮机取代了单独的径流式汽轮机，单传动轴被替换成3个轴，每个轴都安装了3个螺旋桨。他通过试航知道了，这艘有9个螺旋桨的小船的航速可以达到34节，比当时的任何一艘船都快很多。他甚至还在1897年4月对此发表了一次公开演说，《泰晤士报》（Times）轻蔑地报道说，就船舶而言，涡轮机技术“仅仅存在于实验阶段，或许近乎处于胚胎阶段”。他们错得有多离谱！

同年的6月26日，为庆祝维多利亚女王的加冕60周年，大舰队集结于斯皮特黑德（Spithead）接受威尔士亲王检阅，帕森斯也在策划一场大胆的特技展示。140多艘舰船集结成四列纵队，位列两旁，总长绵延25英里 。在这些纵队中间的是蒸汽动力的皇家船队，分别是载着威尔士亲王的维多利亚和阿尔伯特号（Victoria and Albert），载着其他皇室贵宾的P&O公司客轮迦太基号（Carthage），载着英国海军大臣的女巫号（Enchantress），载着上议院议员的多瑙河号（Danube），载着下议院议员的丘纳德客轮坎帕尼亚号（Campania），以及载着各国大使的埃尔多拉多号（Eldorado）。还有一列受邀的外国战舰，包括载着普鲁士亨利亲王（Prince Henry of Prussia）的威廉国王号（König Wilhelm）。

帕森斯无视规则且避开了执行警戒任务的快速蒸汽船，驾驶着“透平尼亚号”在战舰的队列中全速前进，然后于王公大臣面前在波涛间穿行，皇家海军的舰艇也只能徒劳地追赶着，其中一艘还差点与海面上的一只快船撞在一起。这引起了轰动，出人意料的是，帕森斯的举动并没有让皇室龙颜大怒，反而帮了皇室的大忙，现场的德国人见证了这一场面，普鲁士的亨利亲王给帕森斯发去了贺信，海军领会了贺信中的暗示，并且在1905年决定未来所有的战舰都要用涡轮机提供动力。皇家海军无畏号是第一艘安装了汽轮机的战舰。1907年，有人拍到由帕森斯汽轮机提供动力的大型客轮毛里塔尼亚号（Mauretania）跟她“娇小”的前辈“透平尼亚号”并排停泊在一起。

在某种程度上来说，斯皮特黑德事件有一定的误导性。汽轮机和电力的历史完全是渐进的，不是以任何突然的阶跃变化为标志的。帕森斯只是沿着这条路前进的很多人中的一个，这些人逐步地设计和改进了可以产生电力和动力的机器。这是一种演化，而非一系列革命。在前进的过程中，每一个关键的发明都是建立于前一个发明之上的，并且让下一个发明成为可能。1800年亚历山德罗·伏特（Alessandro Volta）制造出了第一个电池；1808年汉弗里·戴维（Humphry Davy）制造了第一个弧光灯；1820年汉斯·克里斯蒂安·奥斯特（Hans Christian Oersted）在电和磁之间建立起了关联；1820年迈克尔·法拉第（Michael Faraday）和约瑟夫·亨利（Joseph Henry）制造出了第一台电动机，并于1831年制造出了第一台发电机。波利特·皮克西（Hippolyte Pixii）在1832年制造出了第一台直流发电机，塞缪尔·瓦利（Samuel Varley）、维尔纳·冯·西门子（Werner von Siemens）和查尔斯·惠斯通（Charles Wheatstone）都在1867年想到了全功率发电机；齐纳布·格拉姆（Zénobe Gramme）于1870年把这种想法变成了直流发电机。

帕森斯汽轮机将燃煤产生的能量变成电能的效率大约是2%。今天，一个现代的燃气轮机联合循环发电机组的效率大约是60%。一个有关二者之间进展的图表表明，这是一个持续改善而非阶跃变化的过程。到1910年，工程师们通过废热来预热水和空气，已经把效率提高到了15%。到1940年，通过利用超细粉煤，蒸汽再热和更高的温度，其效率已经接近于30%了。在20世纪60年代，随着联合循环发电机有效地将一种形式的涡轮喷气发动机和蒸汽涡轮机一齐引入之后，潜在的效率几乎翻了一倍。挑选出在前进的道路上带来重大改变的聪明人既是困难的，也是有误导性的。这是许多大脑的协同努力。在关键技术被“发明”出来不久之后，创新就持续下去了。 f78ezVo2EfUkgGKb1xQOQzkrN1a25pike+vq7oZWdodVAXOFMQw9cqDkHLr5fCxU