到1888年末,帕森斯感觉有必要建立自己的公司来充分开发涡轮机。1889年,在朋友帮助出资的情况下,他成立了希顿工厂(Heaton Works)。同年6月,由48名员工,一个小型机械加工和安装车间、一个锻工车间、一间小的计时办公室和管理办公室组成了查尔斯·帕森斯有限公司(C.A.Parsons)。所有车间占地还不到2英亩[1]。
不幸的是,帕森斯与克拉克·查普曼公司签署的合伙契约意味着一个合作伙伴拿出的所有专利均成为公司的产权。帕森斯公司显然也需要他的专利,并做好了收购专利的准备。但是,对这些专利的估值确实困难重重。经过讨论,双方同意进行仲裁。这经历了一个相当长的法律过程。在仲裁期间,专利权一直由克拉克·查普曼公司保留。因此,帕森斯不能够生产轴流式涡轮机,而这正是他的首项专利的基础。他被限于只能生产径流式涡轮机。到1891年,他的工厂生产了一台100千瓦径流式涡轮机。这是第一台冷凝式涡轮机。试验后发现该涡轮机非常节省蒸汽,完全可以和当时最佳的往复式发动机相媲美。供地面使用的最大径流式涡轮机是在1893年为朴次茅斯市政照明电站(Portsmouth Municipal Electric Light Station)提供的150千瓦涡轮式发电机。
在帕特里夏·法拉(Patricia Fara)所著的有关电启迪丛书《天使娱乐》(An Entertainment for Angels)中,对早在1810年就显示了其技能的诗人帕西·比亚·雪莱(Percy Bysshe Shelley)所做的试验进行了评论。他的一位朋友描述了他亲眼所见的情景:雪莱从他桌子上杂乱堆放的东西中拉出一个电动设备给自己充电,“于是,猛烈的爆裂电火花向外飞溅,而且他凌乱的长发从根部竖立起来,令人毛骨悚然”。
然而,直到19世纪90年代电力才得以普及。正如米歇尔·埃文斯(Michael Evans)在他的《罗尔斯·罗伊斯的曼彻斯特起源》(The Manchester Origins of Rolls Royce)一书的开篇中指出的:
1889—1892年才是电力发电站的真正开始期。在此之前,人们只有在伦敦才能看到这方面的发展,因为那时只有社会上的一些富人才会把钱花到研发电灯这类新奇事物上。在19世纪80年代早期,每千瓦时的电成本大约为当时的9或10个旧币制便士(d)(按照现在的汇率,相当于4~4.5英镑)。到20世纪90年代电价降到了大约2个旧币制便士(按照现在的汇率,相当于90便士)。即便这样,随着钨灯丝拉制工艺的出现,电灯直到1911年在英国才比天然气便宜了许多。由于白炽灯的出现,汽灯罩仍然具有竞争力。自从1892年以来,发电站开始在各个省普及。曼彻斯特和德比早在1893年就建立了自己的发电站。到1895年,工业发展非常好,大约在20世纪初,对于发电站的投资开始繁荣,并且电站的规模开始扩大。因此,到19世纪90年代,电力可以大量而广泛地被应用,罗伊斯的产品也得到快速增长。
1894年,帕森斯最终为其专利给出了一个克拉克·查普曼公司所能接受的报价,于是帕森斯又可以回到自己的轴流原理,因为他一直认为轴流式设计是研发涡轮设备的最佳方案。
从此他的研发进展非常迅速。建造的第一台轴流式设备是为位于伦敦的曼彻斯特广场电站提供350千瓦涡轮发电机。在世纪之交,开始建造1000千瓦的设备。到1912年,设备的功率可以达到25000千瓦。到1923年,建造了第一台50000千瓦的设备。与此同时,发电机的电压也开始提升。在较早的时候,通常产出2000伏的电压,并且在需要时使用变压器来调节输出电压。在1905年,帕森斯建造了一台产出11000伏电压的涡轮发电机,这一电压在以后的多年里成为电压的标准。在20世纪20年代,帕森斯又一次将注意力转向电压方面,并在1928年建造了一台可直接输出36000伏电压的25000千瓦发电机。
在舰船方面,帕森斯于1893年开始将涡轮机引入舰艇推动装置。就在同一年,如我们在上面所见,他为朴次茅斯市政照明电站提供了一台轴流式涡轮机。在1894年1月,他成立了舰用蒸汽轮机有限公司(Marine Steam Turbine Company Limited)并开始建造一种名为特比尼亚(Turbinia)的小型舰船。如上所述,虽然在1894年末帕森斯重新获得了轴流设计专利,但他决定在特比尼亚号上使用径流式设计,并将设备最大功率提升到150千瓦,尽管他所建造的轴流式设备的最大功率仅为75千瓦。
1894年底,特比尼亚号完成了首航,但由于当时鲜为人知的气穴现象,首航令人非常失望。他也试过以较低的速度运转涡轮,以及尝试使用各种不同直径和配置的螺旋桨,但是所获得的最好成绩为当涡轮机转速为1780转/分时,仅为19.75节。显而易见,不是涡轮机没有达到额定输出,就是螺旋桨的效率太低。为了解决这个问题,帕森斯设计了一个特殊的仪器来测量涡轮机对螺旋桨轴施加的扭矩,这个仪器就是现代扭矩尺的雏形。通过使用该仪器,他确信问题出在螺旋桨,而不是涡轮机。问题在于水流的速度比快速移动的螺旋桨桨叶的速度要慢得多,最终导致推进力的损失。为了研究这个问题,他建造了一个玻璃槽子,中间放一个标准的螺旋桨,使用断断续续的灯光照亮,对灯光的闪烁按照螺旋桨的转动进行调节,这样,看上去螺旋桨的桨叶是静止的或好像运动得非常缓慢。通过这种方式就对气穴现象进行了详尽的研究,其结果导致帕森斯修改了螺旋桨设计。
与此同时,公司建造了陆用350千瓦功率的轴流式涡轮机,并且决定使用带有3个独立环的单轴轴流式涡轮机替代特比尼亚号上的单轴径流式涡轮机。每个环都和一个螺旋桨轴耦合,轴上装有3个叶轮,一共有9个螺旋桨叶轮。在经过进一步的试验后,1897年4月重新进行了试验,并且最终使特比尼亚号达到了惊人的34.5节速度。
查尔斯·帕森斯不仅是一名伟大的发明家,同时还是一位充满勇气的企业家和成功的商人。他组织了一场公开演示会展示他的新发动机的优点,这给他带来了很大的麻烦。他计划让特比尼亚号沿泰恩河(Tyne)向南行驶,最终到达伊丽莎白女王(Queen Victoria)在50周年大庆时检阅海军舰队的斯彼特海德海峡(Spithead),那里聚集了大量的英国皇家海军或其他国家海军的舰船。应邀出席的有英国海军部大臣、海军高级将领,其他国家的大使,以及上、下议院的议员们。总而言之,所有“显贵”,包括威尔士王子均到场。
舰队的检阅在1897年6月26日进行。英国舰队排成4列共140艘舰船绵延25英里。在舰队之间的皇室船队由港务局游艇“和平女神”号(the Irene)领队。在她的后面是皇家游艇维多利亚号(the Victoria)、P&;O渡轮迦太基号(the Carthage)和另外一艘皇家舰船阿尔伯达号(the Alberta)。后面是海军部大臣乘坐的“魔女”号(the Enchantress)和国会上议院议员乘坐的“多瑙河”号(the Danube)、来访殖民地国家元首乘坐的“野火”号(the Wildfire)、下议院议员乘坐的坎帕尼亚号(the Campania)和最后面的由各国大使乘坐的“黄金国”号(theEldorado)。
帕森斯静静地在特比尼亚号的轮机舱中等待。然后,当皇家船队刚刚过去,特比尼亚号就突然出现在战舰与驱逐舰队和一队来访的外国船队之间。它以令人震惊的34.5节的速度在众人面前驶过,给在场的所有人都留下了深刻的印象。一艘海军舰队的巡逻艇开始追它,但是徒劳无功,反而更加突显了特比尼亚号的速度。
《泰晤士报》(The Times)是这样评论的:
在这些舰只(未经授权)中有当今世界上速度最快的著名特比尼亚号。在皇家船队刚刚经过后不久,它通过在舰队队列之间以惊人的速度行驶,刻意地为自己做了一次颇有说服力的广告。
凭借良好的公众效应,帕森斯成立了帕森斯舰用蒸汽轮机有限公司(Parsons Marine Steam Turbine Company Limited),注册资本50万英镑(相当于今天的5500万英镑)。他还在沃尔森德(Wallsend)建造了特比尼亚工厂,从事舰用蒸汽轮机的制造。
由于特比尼亚号给海军部留下了深刻的印象,海军部对于是否可以在海军舰船上使用蒸汽轮机非常感兴趣。于是在1898年,经过多次商议,海军部向帕森斯公司订购了一台速度30节的涡轮机为动力的驱逐舰“蝮蛇”号(Viper)。但是,海军部要求帕森斯支付10万英镑的保证金(相当于今天的1100万英镑),担保蒸汽涡轮的性能达到要求。与此同时,另外一台正在建造的驱逐舰也安装了涡轮设备,后来该舰也被海军部购买,并将其命名为“眼镜蛇”号(Cobra)。两艘驱逐舰都满足了设计要求,但却都葬身于大海,失事原因与涡轮机的性能没有任何关系。“蝮蛇”号在1901年8月3日的大雾中搁浅,而“眼镜蛇”号1901年9月18日在北海的风暴中折为两段。
随后建造了客轮“爱德华国王”号(King Edward),专门为在克莱德河(River Clyde)上航运而定制的带有涡轮推进器的一艘客轮。不久后,为了同样的业务又建造了另外一艘轮船;随后便是由涡轮机驱动的穿越英吉利海峡的客轮,接着是一艘从利物浦(Liverpool)到加拿大的客货两用船。在1907年,大西洋航线邮船毛里塔尼亚号(Mauretania)和路西塔尼亚号(Lusitania)相继下水。毛里塔尼亚号的载重量为38000吨,涡轮机的功率为70000马力,行驶速度为26.04节,该船一直到1935年才退役。路西塔尼亚号在1917年第一次世界大战时被德国潜水艇击沉,船上的1198人遇难,其中大部分是美国人——这也是美国加入第一次世界大战的导火索。
与此同时,皇家海军订购了更多的驱逐舰,瓦伦克斯号(Velox)、伊甸园号(Eden)和一艘巡洋舰“紫水晶”号(Amethyst)。海军对她们的表现非常满意。于是,在1905年海军部指定的海军设计委员会的一次会议上,提出在未来所有类型的战舰上只使用涡轮设备。因此,第一艘带有帕森斯公司涡轮设备的战舰“无畏舰”号(Dreadnaught)在1906年开始服役。
皇家海军利用了帕森斯公司特比尼亚号的巨大技术突破,普鲁士王子亨利(Prince Henry of Prussia)被邀请参加斯彼特海德海峡的海军大检阅,也目睹了特比尼亚号的风采。其结果是德国海军不久也在战舰上应用了蒸汽轮机。
帕森斯继续进行试验来改进他的涡轮机性能。在1912年,他发明了一种被称做“蠕动切割”的技术。通过这种结构,机械的工作台可以比主轮转动得稍快一些,结果是主轮的任何误差都沿着被切割的轮子成螺旋形地分配,而不是集中在轮子周长的某一个部分。这样主轮的任何不可避免的缺陷可以被消除。这创造了一个全新的机械传动精度标准,从而实现了在低噪声和持久状态下传输任何需要的动力。
1925年,帕森斯的兴趣扩展到光学设备,他购买了境况不佳的光学玻璃工厂格拉博与森斯(Grubb&;Sons),重新命名为霍华德·格拉博爵士帕森斯有限公司(Sir Howard Grubb Parsons&;Co.),并且将工厂从赫特福德郡(Hertfordshire)的圣·奥尔本(St Albans)搬到了希顿(Heaton)。工厂继续制造望远镜镜片和其他特殊用途的玻璃仪器。
伟人大聚会
查尔斯·帕森斯于1931年去世,通过购买他在查尔斯·帕森斯有限公司的股份,总部设在赫本(Hebburn)的雷诺尔公司(Reyrolle)成为北方工程工业公司的第三分部,开始与希顿周边的企业发生金融牵连,最终导致他们在1968年进行了合并,组成雷诺尔·帕森斯公司。
1883年,年仅19岁的阿方·雷诺尔(Alphone Reyrolle)从法国来到英格兰。在科学仪器制造商莱吉公司(Lege&;Company)工作了一段时间后,在伦敦尤斯顿路旁独自成立了自己的一个车间,为诸如费兰蒂公司(Ferranti)和英国汤姆森·休斯顿公司(British Thomson Houston)这样的较大型电气制造商提供零件。1901年,雷诺尔将自己的工厂组建成有限责任公司,并迁往东北部,在泰恩河旁的赫本建造了厂房,正式开始制造化学品和染料。