汽渦輪機漫談 江銘輝 五夢網
一、希羅的蒸汽鍋輪
希羅，古希臘人，數學家、測量學家、機械發明家。出生埃及的亞歷山大城，有十餘本書流傳下來。從那十餘本書中，他的蒸汽轉球（aeolipile）顯示他是一位學問淵博的技師。
圖1：希羅所發明的蒸汽鍋輪。
如圖1，鍋子裡的水被燒開之後，所產生的蒸氣會通過鍋子上面的兩支管子進入球內。球內的蒸汽會從方向相反的兩支彎曲管子的噴嘴噴出而使球旋轉。這實在是一個了不起的發明，它與今日的汽渦輪機原理相同。可惜的是，希羅的偉大創意，在當時只被視為一種玩具，而沒有人再進一步的研究發展，因為當時的奴隸勞動力非常便宜，因此也沒有人想到要去實際的利用這機械。
二、蒸汽自動車
但是這個偉大的發明，是不會被埋沒的，它終將又為人類所發掘。就在蒸汽火車尚未被發明以前，就有人設計一種如圖2的「牛頓式蒸汽反動推力自動車」，它是利用牛頓的反作用力原理使放在車台上的氣鍋向著後面方向噴出蒸汽，推動車子往前方行駛。
圖2：牛頓反作用原理設計的所謂「蒸汽自動車」。
這種「蒸汽自動車」所利用的只是希羅「蒸汽轉球」精髓的一部分，也就是說它只利用蒸汽的反作用原理推動物體。希羅的「蒸汽轉球」最大的精華是蒸汽由噴嘴噴出所產生的迴轉力，這一點卻沒有被使用到。
三、反動式、衝動式
但是我們也不用灰心，到了西元1629年義大利科學家迪‧布蘭卡（Giovanni De Branca），利用高速蒸汽之衝力轉動翼輪，即如圖3所示，在鍋爐上方裝噴嘴，由噴嘴流出之高速蒸汽的力量轉動翼輪。為了區別起見，人們將希羅利用蒸汽噴流的反作用力，轉動空心球叫做反動式，而布蘭卡利用蒸汽噴流之力，叫做衝動式。
圖3：義大利科學家迪‧布蘭卡利用高速蒸汽噴到翼輪發明衝動式汽渦輪機。
四、第一部實汽輪機
至1882年瑞典工程師迪‧拉瓦（De Laval）利用迪‧布蘭卡原理，使用兩個噴嘴流出之蒸汽轉動翼輪，創造第一部實用汽輪機（圖4）。
圖4：瑞典工程師迪‧拉瓦，利用兩個噴嘴衝擊翼輪，創造第一部實汽輪機。
五、今日推動發電機的汽輪機
圖5：帕森與現代的汽渦輪機
隔2年，1884年英國的帕森（C.A. Parsons）（圖5），發明10馬力的反動式汽輪機，迴轉的速度每分鐘高達17000轉。由汽輪機發展的歷史可知，由蒸汽作用的差別，汽輪機可分為衝動式（Impulse）及反動式（Reaction）及衝動、反動混合式三種，衝動式就是蒸汽噴嘴固定不動，由噴嘴噴出蒸汽轉動汽機翼輪。反動式就是蒸汽噴嘴固定於翼輪，利用噴嘴噴出氣體之反作用力轉動翼輪（圖6）。汽輪機自從希羅發明以來，歷經數千年改進，今日已是核能及火力發電廠推動發電機產生電力的主要設備。如果說電力是工業之母，那麼汽輪機可說推動工業的原動力（圖7）。
圖6：反動式和衝動式兩者都會造成汽渦輪機轉動，但反動式汽渦輪機的旋轉是靠蒸汽的反作用力，衝動式則是靠蒸汽的動力。
圖7：此圖是由燃料（燃煤、燃油、核能）產生熱能燃燒鍋爐的水，使水變成蒸汽 推動汽渦輪機，帶動發電機產生電力，再由輸配電線傳送出去到用戶。