Крупнейшие в мире моторы тянут морских гигантов

Огромные контейнеровозы — это крупный и бурно развивающийся сектор судостроительного рынка. Таким судам требуется всё более и более совершенная начинка, в том числе двигатели. И именно для таких гигантов финны строят самые большие в мире единичные ДВС мощностью около 100 тысяч лошадиных сил.

Известная финская компания Wartsila — один из мировых лидеров в области судовых силовых установок и энергетических систем. В 1990-х годах она разработала линейку судовых двигателей RTA96-C.

 

 

Это рядные двухтактные дизели с турбонаддувом.

Линейку — потому, что клиент может заказать такой двигатель в исполнении от 6 до 14 цилиндров. Конструктивно эти агрегаты абсолютно идентичны.

А теперь держитесь. Диаметр каждого цилиндра 960 миллиметров, ход поршня — 2,5 метра!

Таким образом, рабочий объём цилиндра составляет 1820 литров. О других параметрах — чуть позже. Пока скажем, что порядка сотни таких движков в 8, 9, 10, 11 и 12-цилиндровом исполнении было поставлено заказчикам.

Контейнеровозы, вместимостью по 6-8 тысяч тонн, движимые единственным таким дизелем, спокойно развивают 25 узлов (более 46 километров в час).

Первый двигатель этой серии (в варианте 11 цилиндров) появился на свет в 1997 году, его изготовил партнёр Wartsila — японская компания Diesel United.

Дизельный контейнеровоз способен развивать большую скорость (фото с сайта wartsila.com).

А в 2002 году финны объявили о доступности 14-цилиндровой версии (PDF-документ) своего удивительного агрегата.

Вот теперь о её рекордах подробнее.

Максимальная мощность 14-цилиндрового RTA96-C достигает 108 тысяч 920 лошадиных сил.

Максимальный крутящий момент — более 763 тоннометров.

Рабочий объём супермотора составляет 25 тысяч 480 литров.

Нетрудно заметить, что литровая мощность необычайно низка — примерно 4,3 "лошади" на литр.

Скажете, вот уж странность, ведь в современных автомобильных турбированных дизелях инженеры научились "снимать" с литра более 100 лошадиных сил.

Однако низкая степень форсировки выбрана не спроста. Супермоторы работают с достоинством, неспешно (по меркам обычных ДВС) набирая в свои гигантские "лёгкие" воздух.

Это не атомный реактор, а судовой дизельный двигатель. Человек даёт представление о масштабе конструкции. В данном случае, это 12-цилиндровая версия RTA96-C, но доступен и 14-цилиндровый вариант (фото с сайта bath.ac.uk).

Частота вращения вала при максимальной мощности у этого морского супердвижка составляет всего 102 оборота в минуту (против 3-5 тысяч оборотов у легковых дизелей).

Это обеспечивает хороший газообмен (представьте, какие объёмы воздуха нужно прокачивать), сравнительно низкие скорости поршня, а всё вместе — хороший КПД.

Поперечный разрез супермотора. Хорошо виден выпускной клапан в центре и система турбонаддува справа (фото с сайта wartsila.com).

В режиме наименьшего удельного расхода топлива (не полная мощность) он превышает 50% (видимо, это рекорд для серийных ДВС). Да и при полной нагрузке эффективность движка не намного ниже.

Удельный же расход топлива на всех режимах колеблется в районе 118-126 граммов на лошадиную силу в час; что в 1,5-2,5 раза ниже, чем у автомобильных дизелей.

Сопоставляя цифры, учтите, что эти судовые дизели работают на тяжёлом морском дизтопливе с куда более низким содержанием энергии, чем у автомобильных аналогов.

Добавим, что 14-цилиндровый Wartsila-Sulzer 14RTA96-C (таково полное наименование гиганта) весит 2300 тонн в сухом виде (без масла и прочих технических жидкостей). В том числе 300 тонн приходится на коленчатый вал. Длина двигателя — 26,7 метра, а высота — 13,2 метра.

Разрез камеры сгорания и поршня, охлаждаемого маслом (фото с сайта wartsila.com).

Из инженерных особенностей нужно отметить, что в каждом цилиндре устроен единственный, расположенный в центре камеры сгорания, гигантский клапан. Есть ещё три маленьких клапана (аналоги форсунок в обычных моторах) для непосредственного впрыска дизтоплива в цилиндр.

Этот огромный клапан — выпускной. От него выхлопные газы идут в общий коллектор и далее к четырём турбокомпрессорам.

Те, в свою очередь, гонят свежий воздух через охладители и к окнам, вырезанным в нижней части цилиндра. Последние открываются, когда поршень опускается в нижнюю мёртвую точку.

Сборка 10-цилиндрового RTA96-C (фото с сайта bath.ac.uk).

Как и во многих морских дизелях, усилие от поршня к коленчатому валу передаётся здесь крейцкопфным механизмом. Благодаря ему на поршень не действуют боковые нагрузки, а это повышает долговечность мотора.

А ещё фирма гордится низким весом агрегата.

Не удивляйтесь. Подумайте о колоссальных нагрузках на детали машины, жёстких требованиях по вибрации (точнее, отсутствии оной), а также о необходимой долговечности такого движка (представьте замену подобного мотора у гиганта-контейнеровоза).

Вес коленвала десятицилиндрового двигателя — около трёхсот тонн (фото с сайта bath.ac.uk).

А ещё в этом ДВС использованы, в основном, чугун и сталь. По очевидным соображениям заоблачной цены нескольких сотен тонн алюминия или титана.

Так что подвиг инженеров Wartsila действительно заслуживает уважения.

В материалах компании, между тем, есть упоминание о некоей внутренней дискуссии относительно разработки 18-цилиндрового варианта своего хита.

Статья о науки и техники получена: Membrana.ru