フランシス・ペティット・スミスの 1836 年の特許の
スクリュウのデザイン、元々 アルキメデス に装着
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Steamship - Wikipedia
以下扱う蒸気船は蒸気エンジンで駆動する外洋船です。 内陸あるいは沿岸で、蒸気エンジンを動力とした船は 蒸気ボードと呼ばれ、別に扱われます。
蒸気船は時々スチーマー (steamer) とも呼ばれ、 洋上を進み航海に適した船舶で、1 台以上の蒸気エンジンを駆動し、 これが典型的にはスクリューや外輪を駆動 (回転) するものである。 最初の蒸気船は 19 世紀初頭に実用的に使用された。しかし、これは早すぎた例外である。 蒸気船の名前には外輪船 (Paddle Steamer) の場合には PS の接頭辞が指定され、 スクリュー船 (Screw Ship) の場合には SS が指定される。 外輪船が一般的なものでなくなると、SS は蒸気船 (Steam Ship) であると想定されるようになった。 内燃エンジンで駆動される船舶はモーター船 (Motor Vessel) の意味から MV の接頭辞が使用される。 従って現代の大半のモーター船の場合に SS を使用するのは正確ではない。
蒸気船に先行して、隔離された輸送のためにデザインされたより小さな船舶 -- 蒸気ボート -- が存在している。 蒸気技術がこの段階で一旦習得されると、蒸気エンジンは、より大きな船、 そしてまもなく洋上船に搭載される。 信頼に足り、外輪ではなくスクリューで駆動されるようになると、 より速く、より経済的に駆動するように、技術が船のデザインそのものを変更した。
外輪は主な動力源として、初期の船舶には標準的なものとなった。 これは理想的な条件では有効な推進方法であるが、深刻な欠点があった。 外輪はある一定の状態で操業すればうまく動作したが、船の深さは重さを追加するにつれ、 より深く沈み外輪の性能を随分と減少させた。
川と運河の蒸気ボートの何十年間かの発展の間に、 最初のボートが大西洋を横切り始めた。最初の洋上蒸気ボートは リチャード・ライトの エクスペリメント -- 元々はフランスのラガー船 -- で、リーズからヤーマスまで 1813 年の 7 月に航行した。
海へ出た最初の鉄の蒸気船は 116 トンの アーロン・マンビィ で、 アーロン・マンビィにより 1821 年にホースリー製鉄所で建造され、1822 年にイギリス海峡を渡り、 6 月 22 にパリに着いた時に洋上に出た最初の船になった。 この船は 1822 年に乗客と貨物をパリまで運び、平均時速は 8 ノット (9 mph, 14 km/h) であった。
米国の船 SS サバンナ が大西洋を最初に横断した。 蒸気動力を随分使用して大西洋横断をした船は恐らく英国で製造され、 オランダ人が所有したキュラソー (Curaçao) で、 これはドーバーで製造された 438 トンの木造船で、二基の 50 馬力のエンジンで駆動し、 1827 年の 4 月 26 日にロッテルダムの近くのヘルヴートスライス (Hellevoetsluis) から スリナム (Surinam) のパラマリボ (Paramaribo) に 5 月の 24 日に到達した。 行きには 11 日間蒸気を焚き、帰途ではもっと焚いた。 (蒸気動力を随分使用して大西洋横断をしたと) 別に考えることができるのは、 カナダの船である SS ロイヤル・ウィリアム の 1833 年の航行である。
SS アルキメデス は、英国の技術者であるフランシス・ペティット・スミス (Francis Pettit Smith) により 1839 年に英国で建設され、スクリュー推進機で駆動された世界で最初の蒸気船である。 これは船舶の開発に随分と影響を与え、商用船における影響はもとよりのこと、 王立海軍にもスクリュー駆動の採用を奨励した。
最初の蒸気船で定期的に大西洋横断することを目的にして建造された船は英国の 舷側外輪船の SS グレート・ウェスタン で偉大な技術者である イザムバード・キングダム・ブルネルによって 1838 年に建造された。 これにより、大西洋横断の定期蒸気船の時代が始まった。
洋上蒸気船が実行可能となったキーとなる発明は推進機構が 外輪からスクリュー駆動への変化することであった。 スクリュー船は急激に人気が出ることになった。 というのは効率が、動作する深さにかかわらず終始一貫していたからである。 大きさと重さが小さく、完全に水没しているため、被害を受けにくかった。
スコットランドのジェームズ・ワットはスクリュー推進機を エンジンに取り付けた最初の人と広く思われており、 彼のバーミンガムの工場で初期の蒸気エンジンに取り付け、 推進に流体力学的スクリューが使用されることが開始した。
スクリュー推進の発展は以下の技術的な発明に依存していた。
蒸気エンジンは機械の底で動力を伝達するようにデザインする必要があり、 しかもスクリューの推進軸を直接駆動する必要がある。 外輪船のエンジンは駆動軸を回転するが、これは水面の上にあり、シリンダーは推進軸の下にある。 SS グレート・ブリテン は外輪用のエンジンからスクリューの推進軸に動力を伝達するために、 チェーン駆動を使用した -- スクリュー推進にするためのデザイン変化の結果である。
効果的な船尾チューブと関連した軸受けが必要とされた。 船尾チューブが推進軸を含み、ここで推進軸は船体 (船殻) を通り抜ける。 推進軸により動力の伝達に制限があってはならない。 船体と船尾チューブの組み合わせは曲がることがあってはならないのである。 もしも曲がるようなことがあれば推進軸を曲げるか、不均一な摩耗となるからである。 内側の端にはパッキン箱 (stuffing box) があり、チューブに沿って水が船体内に入るのを防止している。 幾つかの船尾チューブは真鍮製で、その全長で水が潤滑剤となるベアリング軸受けとして動作した。 他の方法では、軟金属製の長いすべり軸受けが船尾チューブの後端に設置されていた。 グレート・イースタン ではこの配置が使用され、この船の最初の大西洋横断で失敗となり、 非常に大量の不均一な摩耗となった。この問題は リグナムバイタ製の、水を潤滑剤とする軸受けにより解決され、 1858 年の特許となった。これは標準的な方法となり、現在でも使用されている。
スクリュー推進の動力は推進軸に沿って伝達されるため、 過度な摩擦なしで負荷を伝達するためには スラスト軸受けが必要である。 SS グレート・ブリテン は推進軸の前方に直径 2 フィートの砲金の厚板があり、 推進軸はエンジンの土台に取り付けた鋼の厚板に穴を開けていた。 200 psi の圧力の水が、2 つの表面の間に挿入され、潤滑剤として作用し、両者を分離していた。 この配置はより高い馬力のエンジンには十分ではなく、1850 年代初頭から、 "オイル潤滑「首輪」スラスト軸受け" (oil lubricated "collar" thrust bearings) が標準的なものとなった。 更に 20 世紀の始めに、"フローティング・パッド軸受け" (floating pad bearing) によって取って代わられた。 この軸受けでは自動的に油のクサビが積み重なり、500 psi 以上の軸受けの圧力に耐えることができた。
北米とヨーロッパの間の大西洋横断をしたとされる最初の蒸気船は米国の船 サバンナ である。 もっともこの船は実際は蒸気船と帆船の「あいの子」(ハイブリッド) で、 旅程の最初の半分で蒸気エンジンを使用した。 SS サバンナ はジョージア州サバンナ港を 1819 年 5 月 22 日に出航し、 英国のリバプールに 1819 年 6 月 20 日に到着した。 蒸気エンジンは 18 日間の一部分で使用された。(評価により 8 時間から 80 時間の違いがある。) 大西洋横断の旅程で随分と蒸気力を使った最初の船とされるものに、 英国で建造され、オランダ人が所有していた キュラソーがある。 この船はドーバーで建造された 438 トンの木造船で、二基の 50 馬力のエンジンで動力が供給され、 1827 年 4 月 26 日にロッテルダムの近くのヘルヴートスライスから出航し、 5 月 24 日にスリナムのパラマリボに到着した。 行きに 11 日間蒸気エンジンを使用し、帰途にはもっと使用した。 (蒸気動力を随分使用して大西洋横断をしたと) 別に考えることができるのは、 カナダの船である SS ロイヤル・ウィリアム の 1833 年の航行である。
英国の舷側外輪船の SS グレート・ウェスタン は定期的に大西洋横断をすることを 目的に作られた最初の船であり、1838 年に開始することになっていた。 1836 年にイザムバード・キングダム・ブルネルとブリストルの投資家のグループは 「グレート・ウェスタン蒸気船会社」 を設立して、 ブリストルとニューヨーク間の蒸気船航路を作ろうとした。 大西洋横断の定期船の考えは幾つかのグループで議論されており、 ライバルとなる 「ブリティッシュ・アメリカン蒸気航行会社」 が同時期に設立された。 グレート・ウェスタン のデザインは批評家に論争を引き起こし、 船が大きすぎると議論された。ブルネルが理解していた原理は 船が運べる容量は大きさの 3 乗で増え、水の抵抗は大きさの 2 乗で増えることであった。 これの意味することは大きな船の方が燃料の効率が良く、 大西洋横断の長い航海ではとても重要なことであった。
グレート・ウェスタンは鉄の帯で補強した木造製の舷側外輪船で、 4 本のマストで補助の帆を揚げていた。 帆は補助の動力を供給するだけではなく、 荒れた海で船を水平なキールの上に保持するために使用し、両方の外輪が常に水中にあって、 直線的に船を駆動することを確実にするためであった。 船体は伝統的な方法でオークから建設された。 この船はブリティッシュ・アメリカンの ブリティッシュ・クイーン が就任するまでの 1 年間、 最も大きな蒸気船であった。 グレート・ウェスタン はブリストルの 「パターソン&マーサー」 (Patterson & Mercer) の造船所で建造され、 1837 年の 7 月 19 日に進水し、ロンドンに航行し、ここで、「モーズリー、サンズ & フィールド」会社 の製造した二基の舷側サイド・レバー蒸気エンジンを装着し、 二基あわせて 750 指示馬力であった。
キュナード・ラインの RMS ブリタニア は 1840 年に蒸気船として、 最初の定期的な乗客・貨物輸送を開始した。
1847 年に、革新的な SS グレート・ブリテン もブルネルにより建造され、 大西洋を横断した最初の、鉄製でスクリュー駆動の船となった。 SS グレート・ブリテン はこの 2 つの新考案を併せ持った最初の船である。 最初の定期船 SS グレート・ウェスタン の最初の成功の後で、 グレート・ウェスタン蒸気船会社は以前成功裏に協力した同じ技術者のチームを集めた。 しかしながら、今度はブルネルは名声の頂点にあり、 船のデザインの全体的なコントロールをすることになった。-- これは会社にとってずっと将来に影響する情勢となった。 建造はイングランドのブリストルの特別に改変したドライ・ドックで実施された。
ブルネルは 1838 年にジョン・レアード (John Laird) の 213 フィート (65 m) の (イギリス) 海峡パケット船 レインボー -- 当時就任中の鉄の船体を持つ最も大きな船 -- を調べる機会を与えられ、 まもなく鉄の船体技術に改宗することになった。 彼は木製の船を建造する計画をほごにし、会社のディレクター達を説得して、 鉄の船体の船を建造することにした。 鉄の利点には、木よりもずっと安いことと、 むれ腐れしないことや、キクイムシ (woodworm) の被害もなく、 ずっと大きな構造強度を持っていることであった。 船体が木造の船の現実的な長さの限度はおよそ 300 フィートで、 これよりも長いとホッギング (hogging) -- 波が船体の下を通る時に船体が屈曲すること -- が大きくなりすぎるのである。 鉄の船体はホッギングにはほとんどさらされることがなく、 鉄の船体の船の可能なサイズずっと大きいのである。
1840 年の春にブルネルは SS アルキメデス を調べる機会が与えられた。 この船は最初のスクリュー駆動の船で、ほんの数ヶ月前に、 F.P. スミス (F.P.Smith) のプロペラ蒸気船会社 (Propeller Steamship Company) により、完成したばかりであった。 ブルネルは グレート・ブリテン の外輪の性能を改良する方法を考えており、 新しい技術にすぐにも興味を持った。 スミスは自分の会社に名声のある新しい顧客が来ることに気が付いて、 試験を延長してブルネルに アルキメデス を貸すことに同意した。 数ヶ月の間、スミスとブルネルは最も効率的なデザイン -- 4 枚葉のモデル -- を見つけるために アルキメデス で幾つかの異なるスクリューの試験をした。 1843 年に進水した時に、グレート・ブリテン は海上ではるかに最大の船になった。
ブルネルの最後の重要な計画である SS グレート・イースタン は 1854 年 - 1857 年に 建造され、石炭の補給なしに英国とインドを喜望峰経由で接続することを意図していた。 この船はそれ以前の船よりは間違いなくもっと革命的であった。 この船は水密区画を持った二重船体 (double hull) で建造された最初の船の一つであり、 4 つの煙突を持った最初の定期船である。 この船は 19 世紀を通じて最大の定期船で、総トン数がほとんど 20,000 トンで、 乗客定員は数千人であった。 この船は時代に先駆けており、荒れ狂う歴史を通り抜け、決して意図されたことには使用されなかった。 最初の鋼で建造された大西洋横断の蒸気船は SS Buenos Ayrean で、 アラン・ライン王立郵便蒸気船 (Allan Line Royal Mail Steamers) により建造され、 1879 年に就任した。
米国の東海岸から西海岸への最初の定期蒸気船輸送は 1849 の 2 月 28 日に始まり、 この時 SS カリフォルニア がサンフランシスコ湾に到着した。 カリフォルニア は 1848 年 10 月 6 日にニューヨーク港を出港し、南米の端にあるホーン岬を周り、 カリフォルニア州サンフランシスコに 4 ヶ月と 21 日の旅程の後に到着した。 太平洋で最初に操業した蒸気船は外輪蒸気船 ビーバー であり、 1836 年に進水し、「ハドソン湾会社」のワシントンのプゲット海峡とアラスカの間にある (複数の) 交易所 (trading post) の任務に就いた。 【訳注：ビーバー はカナダの船です。】
蒸気船にとって最も難しいルートは、英国あるいは米国の東海岸から極東に至るルートであった。 距離はどちらもほぼ同じで、14,000 海里から 15,000 海里 (26,000 km から 28,000 km) で、大西洋を下り、アフリカの南端を回り、 インド洋を横断する。1866 年より以前では、どの蒸気船もこの航海をするために十分な石炭を積み、 同時に商用貨物を運ぶための十分なスペースが残ることがなかった。
この問題に対しての部分的な解決が、ペニンシュラ・オリエンタル蒸気航行会社により採用された。 この方法はアレクサンドリアとスエズの間の陸路を使用するもので、蒸気船ルートを接続して、地中海から紅海に抜けるものであった。 このルートは乗客と幾つかの高価格貨物ではうまく行くが、 帆船が中国と西ヨーロッパ、あるいは中国と米国の東海岸のほとんどすべての貿易の唯一つの解決であった。 これらの貨物で最も注目に値するものは茶で、典型的にはクリッパー船で運ばれた。
別の部分的な解決方法は蒸気補助船 (Steam Auxiliary Ship) -- 蒸気エンジンを搭載しているが帆船として擬装している船 -- であった。蒸気エンジンは条件が帆走に都合が悪い時 -- 弱風の時か逆風の時 -- にのみ使用された。 この型式の船の何隻 (例えば アールキング (Erl King)) では、 風だけで帆走するときには、引きずりを減少させるために、スクリューを水から引き揚げることが 出来るように建造されていた。 これらの船は中国へのルートで成功するために苦闘した。 というのは、帆走することが邪魔となり、逆風に蒸気動力で突入するときにも、 マストなどの静的な艤装が (空気抵抗となって) 残っていたからである。 これはとりわけ、新茶を積んだ帰途の南東のモンスーンに対して最も顕著であった。 蒸気補助線が極東貿易で競争することに固執し続けた (そしてスエズ運河を通り抜けて最初の茶の積み荷を運んだのは アールキング であった) が、彼らは間もなく別のルートに移動した。
必要であったことは燃料効率の多大な向上にあった。 陸上の蒸気エンジンのボイラーは高圧で走ることが許されていたが (1854 年の商戦輸送法の権威の下に) トレード委員会 (Board of Trade) により、船舶 (の蒸気圧) は一平方インチ当たり 20 ポンドあるいは 25 ポンド (140 kPa あるいは 170 kPa) の圧力を超えることが許されなかった。 複合エンジンは改良された効率を生み出すことが知られていたが、 海では利用可能な低圧の理由から一般には使用されていなかった。 P&O の船である カーナティック (Carnatic、1863 年) は複合エンジンを搭載し、 当時の他の船よりも良い効率を達成していた。 この船のボイラーは一平方インチ当たり、26 ポンド (180 kPa) で走ったが、 随分と多くの過熱蒸気に依存した。
アルフレッド・ホルトは鉄道技術の見習いをしてから、 海洋技術と船舶管理に進出し、クリーター (Creator) で一平方インチ当たり 60 ポンド (410 kPa) のボイラー圧で実験をした。 ホルトはトレード委員会を説得して、この蒸気圧の許可を受け、 兄弟のフィリップと共同で 1865 年に アガメムノン を進水させた。 ホルトはとりわけコンパクトな複合エンジンをデザインし、船体のデザインに随分注意を払い、 軽量で強く、容易に駆動できる船体を製造した。
ボイラー圧、複合エンジン、船体のデザインのホルトによる組み合わせの効率から、 船は一日当たり石炭 20 英トンを消費して 10 ノットで航行できた。 この燃料消費は他の同時代の蒸気船と比較すると、 一日当たり 23 英トンから 14 英トンが節約された。 与えられた距離を航行するために石炭の量が少なくなっただけではなく、 ボイラーに燃料をくべる火夫の数が少なくてすむようになり、 乗組員のコストと収容設備が減少した。 アガメムノンはロンドンから中国までの航行で、行きと帰りに モーリシャスで石炭を補給するだけでよく、 通過時間も競合する帆船より随分と少なくなった。 1866 年に アガメムノン が中国への航行から戻ってくる前に、 ホルトは アガメムノン の姉妹船を二隻注文した。 ホルトは新規に創設した「ブルー・ファンネル航路」でこれらの船を操業した。 競争相手は彼のアイデアを自分たちの新しい船に急速にコピーした。
1869 年のスエズ運河の開通で、ロンドン・中国間のルートが距離にして 3300 海里 (6100 km) の 節約となった。 この運河は帆船にとり現実的な選択肢ではなかった。 船を曳航することが困難で、高価であったからである。 従って、距離の節約は帆船には利用可能でなかった。 蒸気船はこの新しい水路を直ちに利用し、 1870 年の茶のシーズンが開始した時に中国で多くの需要があった。 蒸気船は帆船よりも多くを積み込むことができ、 積み荷の保険料も安かった。 スエズ運河を利用する蒸気船が非常に成功したため、 1871 年にはクライド川の造船所 (複数) だけでも極東貿易のために 45 隻か建造された。
1870 年までに、 幾つかの発明 -- 例えばスクリュー推進機、複合エンジン、三段膨張エンジン -- により、大洋横断輸送が大規模で経済的に可能となった。 1870 年に、ホワイト・スター・ラインの RMS オセアニック (Oceanic) は一等船室を船の中央に設定し、大きな丸窓、電気、上水を追加して、 外洋航行船の新しい標準にした。 外洋航行船の大きさは 1880 年から増大し、米国やオーストラリアへの移民の需要に応えた。
RMS ウンブリア (Umbria) と姉妹船の RMS エトルリア (Etruria) は予備の帆を備えた キュナード・ラインの最後の船であった。 どちらの船も、1884 年にスコットランド、グラスゴーの ジョン・エルダー会社 (John Elder & Co.) により建造された。 二隻の船は当時の標準では記録破りであり、 当時就任中の最も大きな外洋航行船で、リバプールとニューヨークの間で営業していた。
RMS タイタニック (Titanic) は 1912 年に沈没した時に、 世界で最も大きな蒸気船であった。 この後の大きな蒸気船の沈没は RMS ルシタニア (Lusitana) のもので、 第一次世界大戦のなせる業であった。
RMS クイーン・エリザベスは 1938 年に進水し、かって建造された蒸気客船では最も大きなものであった。 RMS クイーン・エリザベス 2 世 は 1969 年に進水し、外洋定期船として大西洋を横断した蒸気客船となったが、 1986 年にディーゼルに改造された。 蒸気エンジンを搭載した最後の主な客船は 1984 年に進水した フェアスカイ (Fairsky) で、後に アトランティック・スター と名前を変え、 報道されていることによると、2013 年にトルコの船舶解体業者に売却された。
19 世紀の終わりと 20 世紀の始めには最も贅沢なクルーズ船は蒸気駆動であった。 トーマス・アッシュトン・スミス (Thomas Assheton Smith) はイングランドの貴族で、 スコットランドの海洋技術者ロバート・ネーピア (Robert Napier) と合同で蒸気クルーズ船のデザインを進めた。
英国の技術者であるチャールズ・パーソンズ (Charles Parsons) による 1897 年の蒸気タービン駆動のクルーズ船 タービニア (Turbinia) の実証の後に、 推進装置に蒸気タービンを使用することが急速に広まった。 キュナード・ラインの RMS マウレタニア (Mauretania) は蒸気タービンに変更された 最初の外洋定期船の一つで、すべての他の外洋定期船がこれに続いた。
主要な海軍の最も主要な船はどちらの世界大戦でもバンカー重油を燃焼する蒸気タービンで推進した。 大きな海軍の船舶や潜水艦は蒸気タービンで操業され続け、水を沸騰させるのに原子炉を使用している。 NS サバンナ は最初の原子力駆動の乗客・貨物船で、1950 年代後半に建造され、 原子力使用の可能性を実証する計画により建造された。
何千隻ものリバティー船 (蒸気ピストン・エンジンを使用) とビクトリー線 (蒸気タービン・エンジンを使用) が第二次世界大戦中に建設された。 これらの何隻かが浮かぶ博物館として生き延び、時折航行している： SS エレミア・オブライエン (Jeremiah O'Brien)、 SS ジョン W. ブラウン (John W. Brown)、 SS アメリカン・ビクトリー (American Victory)、 SS レーン・ビクトリー (Lane Victory)、 SS レッド・オーク・ビクトリー (Red Oak Victory)。
海産食品加工船 オーシャン・フェニックス は蒸気駆動である。 もとは プレジデント・ケネディー の名のもとに、 APL によって所有されていたが、この 680 フィートの船舶は現在はベーリング海でタラを加工している。
シー・ランド・サービスは 1972 年 - 1982 年に建設された 8 隻の蒸気駆動のアルゴル級貨物船を購入した。 彼らは、これを 1981 年 - 1982 年に米国海軍に売却した。 これらはいまだに世界で最も速い貨物船と思われている。
APL は 1973 年 - 1974 年にペースセッター級コンテナー船を購入した。 情報が提供されていて、 これらの船の一隻 プレジデント・ジェファーソン は主推進装置として 28,500 馬力の蒸気タービンを使用している。