世界上最大的內燃機
在世界造船界,巨型集裝箱運輸船已經成為一個急速發展的大市場,加上各種海軍專用巨型艦船的建造需求,這些船只使用的一切現代化部件的需求增加,其中就包括各種大功率發動機。正是為了巨型集裝箱運輸船的裝配使用,驅動巨型海船乘風破浪,遠渡重洋,在世界船舶動力裝置和能源系統領域最著名的芬蘭Wartsila公司,研制出了世界上尺寸最大、功率高達10萬馬力的內燃柴油發動機:RTA-96C。
芬蘭公司于上世紀90年代研制出的RTA-96C系列艦船發動機,是二沖程的柴油渦輪增壓發動機,由6-10個汽缸構成一個發動機組列,每個汽缸必須絕對恒等,每個汽缸直徑960毫米,活塞行程達2.5米,工作容積達到了創紀錄的1820升。分別由8、9、10、11、12、14個汽缸列成一個發動機組,制造出相應數目汽缸型巨型發動機,向客戶提供,一臺這樣的柴油發動機就能保障一艘6-8千噸位的集裝箱運輸船以25節(46公里/小時)的速度航行。
1997年,巨型艦船柴油發動機系列的第一臺,11缸型柴油機,是由Wartsila公司的合作伙伴,日本柴油機聯合公司制造的。2002年,芬蘭公司宣布,14缸型RTA-96C巨型柴油發動機研制成功,這一發動機創造了多項世界紀錄。14缸型14RTA-96C發動機長26.7米,高13.2米,凈重2300噸(不包括潤滑油),發動機曲軸重300噸,最大功率可達108920馬力,最大扭轉力矩為763牛頓/米,工作容積達到了空前的25480升。
比較上述數據可以發現,這種超級發動機的加力水平是較低的,平均功率比約為4.3馬力/升?;蛟S,你會覺得奇怪,要知道,在現代化汽車渦輪增壓柴油發動機中,工程師們已經把每升功率做到100多馬力了。
不過,選擇較低的加力水平是有深意的,這種超級發動機可以不慌不忙地利用自己巨大的”肺”吸收空氣,從而保障較好的運轉環境。在達到最大功率時,發動機轉速僅為102轉/分鐘(輕型柴油機轉速為3-5千轉/分鐘),這樣可以保障較好的氣體交換,相對較低的活塞速度,最終,達到較高的有效系數。在最小燃料消耗比率的工作制度下,有效系數超過了50%,這對普通系列內燃機來說,已經是最高紀錄了,而這種巨型發動機即使在最大負荷下,發動機效率也不會降低多少。在所有工作制度下,每小時燃料消耗比率在118-126克/馬力之間波動,比汽車柴油機低0.5-1.5倍。
從工程設計特點上講,每個汽缸燃燒室中心部位設置了一個巨型排氣活門,新鮮空氣經過冷卻器進入汽缸下部的進氣口,從活門排出的氣體則經排氣總管流向4個渦輪壓縮機。燃燒室內另外3個小型活門,類似普通發動機的噴嘴,負責直接為汽缸噴發柴油燃料。與許多艦船柴油發動機一樣,活塞對曲軸的作用力通過滑塊機制發揮作用,因為它的存在,側面載荷就不會對活塞產生作用,從而提高了發動機壽命。建造材料主要選用鑄鐵和鋼,價格太高的鋁或鈦被棄用。
芬蘭Wartsila公司內部正在討論18缸型超級發動機的研制可行性計劃問題,或許不久后,人們就將目睹另一種巨型發動機再創新的紀錄了。
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