Изобретение дизельного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) – это настоящая техническая революция, позволившая в первую очередь пересадить человечество с гужевого транспорта на автомобили. Со временем спектр его использования значительно расширился. Сегодня ДВС в качестве силового агрегата, помимо автомобилестроения, используют в тракторостроении, на дизельных электростанциях (ТЭС и ТЭЦ), при производстве железнодорожных локомотивов и грузовиков. Но главными потребителями являются судостроительные предприятия, производящие моторы для супермощных танкеров и контейнеровозов. Именно в этой отрасли можно встретить самые большие двигатели внутреннего сгорания в мире. Познакомимся с ним поближе.
Производители и клиенты
Ещё в конце XIX века в небольшой финской деревне Вяртсиля, расположенной на берегу Ладожского озера (ныне это территория России), был построен автомобильный завод. Сегодня это предприятие (оно финское, но имеет несколько филиалов в России) специализируется на производстве гигантских дизельных силовых установок для сверхкрупных единиц морского грузового транспорта. Компания Wartsila разработала и успешно внедрила в производство целую линейку двигателей Wärtsilä-Sulzer RTA96C/RT-flex96C, поражающих и своими габаритами, и мощностью.
Первым судном, оснащенным агрегатом RTA96C в 2006 году стал датский контейнеровоз «Эмма Мэск». На тот момент он был первым в мире по грузоподъемности, но сегодня входит лишь в пятерку. При этом он может одновременно взять на борт груз массой более 123 000 тонн, что соответствует 11000 контейнеров.
Характеристики
Итак, сначала о размерах. Агрегат весит около 2,3 тыс. тонны, имеет 27 метров в длину и 13 – в ширину. При этом вращаемый им коленвал, весит целых 300 тонн. Диаметр каждого цилиндра – 960 мм, ход поршня – 2,5 м, объём – 1820 литров, а их количество варьируется от 8 до 14. Суммарный объем всех 14 цилиндров достигает 25,5 тыс. литров. Максимальная мощность такого двигателя, равняется 108921 «лошадей». При этом на максимальных оборотах агрегат делает не так уж много вращений – всего 102 (для сравнения автомобильные движки крутятся со скоростью 5000-6000 оборотов в минуту), но при этом крутящий момент составляет приличные 7,5 млн Нм. На максимальной скорости двигатель потребляет около 13 тонн топлива в час, а судно может развить скорость до 25 узлов.
Отдельный разговор – это КПД установки. Он составляет 50%. На сегодняшний день ни один серийный двигатель не обладает подобной эффективностью. В качестве топлива используется мазут повышенной вязкости. Это в совокупности с низкооборотной работой позволяет максимально оптимизировать газообмен с окружающей средой, снизить скорость движения поршня и, таким образом, получить 50%-ный КПД. Следует отметить, что при такой работе происходит максимальная выработка топлива, что повышает и экономическую эффективность агрегата.
Чтобы несведущий читатель мог ярче представить все мощностные возможности ДВС типа RTA96C, приведём бытовой пример. Вращаясь с максимальной скоростью в 102 оборота в минуту, дизель вырабатывает 80 млн Ватт энергии. Обычная бытовая лампочка в среднем потребляет 60 Ватт, следовательно, всей мощности ДВС RTA96C хватить для одновременного поддержания работы 1,3 млн. ламп и освещения около 220 тыс. домовладений (конечно, речь идет только об освящении, без учета использования всего разнообразия бытовой техники). А это порядка полумиллиона человек, т. е. население не самого маленького города.
Ещё одно интересное техническое решение направлено на максимальное продление срока службы агрегата. Каждый цилиндр снабжен несколькими клапанами: одним большим центральным, через которые осуществляется выпуск отработавшего газа, и трёх маленьких, расположенных по краям, через которые подается дизтопливо. Отработанный газ со всех цилиндров попадает сначала в выпускной накопитель, а затем в турбокомпрессоры (их 4), в которых производится нагнетание и охлаждение газа и его доставка к специальным отверстиям выпуска. Последние открываются при достижении поршнем нижней мертвой точки. Кроме этого, мотор снабжен крейцкопфным механизмом, передающий усилие от поршня на коленчатый вал.
Детали для ДВС изготавливаются из высокопрочных материалов – чугуна и стали.
Планы на будущее
Инженерно-конструкторская группа концерна «Вяртсиля» на достигнутом не остановилась и твёрдо решила удержать звание предприятия, производящего самые большие двигатели внутреннего сгорания в мире. На стадии разработки находится агрегат, состоящий из 18 цилиндров.
