Крупнейший в мире дизельный двигатель Wartsila-Sulzer RTA96-C
Самый мощный, самый большой по размерам и самый дорогой дизельный двигатель Wartsila-Sulzer RTA96-C создан для больших кораблей, в частности для контейнеровоза Emma Maersk.
Emma Maersk является крупнейшим действующим кораблем в мире, его стоимость оценивается в 170 000 000$
Wartsila-Sulzer RTA96-C - это самый большой двигатель внутреннего сгорания, из когда-либо построенных человеком. Он представляет собой 14-цилиндровый 2-тактный дизельный двигатель с турбонаддувом, который был специально разработан для контейнеровоза Emma Maersk, владельцем которого является датская компания Maersk.
В сентябре 2006 года изготовление и испытание двигателя было успешно завершено, и он был установлен на контейнеровозе Emma Maersk. К 2009 году было изготовлено всего 9 кораблей подобной серии с аналогичными двигателями.
Коленчатый вал двигателя - в сравнении с размером человека
Технические характеристики двигателя Wartsila-Sulzer RTA96-C:
Масса двигателя: 2300 тонн (коленчатый вал весит 300 тонн.)
Длина: 27.1 метра
Высота: 13.4 метра
Максимальная мощность: 108 920 л.с. при 102 оборотов в минуту
Расход топлива при максимальной экономии: 13 000 литров в час
Топливная эффективность: более 50% топливной энергии преобразуется в механическую
Для сравнения, большинство автомобилей имеют топливную эффективность 25-30%.
Некоторые сравнения, что бы понять мощность двигателя
Самый мощный в мире двигатель может обеспечить электроэнергией небольшой город.
При 102 оборотов в минуту, он производит 80 миллионов ватт электроэнергии. Если средняя бытовая электролампа потребляет 60 Вт энергии, 80 миллионов ватт мощности вполне достаточно для 1,3 млн. ламп. Если в среднестатистическом доме одновременно горит 6 осветительных ламп, двигатель будет производить достаточное количество электроэнергии, чтобы осветить 220 000 домов. Этого достаточно для обеспечения электроэнергией города с 500 000 населения.
Стоимость работы двигателя
Двигатель Wartsila-Sulzer RTA96 потребляет 13000 литров топлива в час. Если баррель нефти равен 158,76 литра, самый большой двигатель в мире потребляется 81,1 баррелей нефти в час. Если цена на нефть составляет $ 84/баррель на мировых рынках нефти, то стоимость 1 часа работы двигателя по топливу будет составлять $ 6800 в час.
О кораблях Emma Maersk
Emma Maersk и 7 кораблей копий - в настоящее время являются крупнейшими контейнеровозами на планете. Emma Maersk берет на борт 15000 стандартных 20-футовых (20 "х 8" х 8 ") контейнеров. По массе контейнеры с содержимым грузом, это примерно 210 000 000 килограммов.
Emma Maersk имеет крейсерскую скорость 25,5 узлов, это примерно 45,90 км / час. Экипаж корабля всего 13 человек, но на корабле оборудованы каюты для еще 17 человек.
Загрязнение окружающей среды
Большой недостаток таких крупных судов, как Emma Maersk является большое количество остаточного масла, которое они потребляют. Тяжелые виды топлива, на котором работает двигатель, содержат высокий процент серы и при сжигании образуют двуокись серы, которая загрязняют окружающую среду.
Вполне естественно, что в автомобильной индустрии используются совершенно разные силовые агрегаты, которые отличаются друг от друга количеством цилиндров, объёмом, наличием наддува и мощностью.
Сегодня мы предлагаем вашему вниманию импровизированный рейтинг самых мощных двигателей по количеству цилиндров в мире: от маленького двухцилиндрового мотора модели FIAT 500 до могучего агрегата W16, который используется на гиперкаре Bugatti Chiron .
Для справедливого сравнения мы не включаем в этот список гибридные силовые установки, потому что их электрический импульс слишком сильно искажает результаты. Например, 1,6-литровый двигатель V6 гиперкара Mercedes-Benz Project One с четырьмя электродвигателями способен генерировать порядка 1100 л.с., что дало бы ему лидирующие позиции.
Отметим, что все силовые агрегаты, вошедшие в рейтинг топ самых мощных двигателей по количеству цилиндров, в настоящее время используются на серийных автомобилях. То есть, наш хит-парад максимально актуален. Итак. Если вы когда-нибудь задумывались, какой самый мощный автомобильный двигатель для данного количества цилиндров, то наш рейтинг даёт ответ.
2 цилиндра - FIAT 0.9 TwinAir
Это удивительное дело, но маленький турбодвигатель 0.9 TwinAir, используемый на компактной модели FIAT 500, способен генерировать 103 лошадиные силы. Отметим. Хотя эта цифра является победителем в автомобильном мире, в мотоциклетном мире есть более производительные моторы. Например, силовой агрегат V2 объёмом 1285 кубических сантиметров модели Ducati 1299 Panigale R FE выдаёт … 207 лошадиных сил.
На момент написания этого материала 1.0-литровый мотор EcoBoost от американской компании Ford мощностью 136 л.с. является самым мощным трехцилиндровым двигателем, который вы можете купить. Однако этот результат будет превзойден в самое ближайшее время: осень скоро в Европе будет доступна модель Fiesta ST с 1,5-литровым трехцилиндровым двигателем, отдача которого составляет 197 л.с.
4 цилиндра - Mercedes-AMG 2.0 Четырехцилиндровый 2,0-литровый двигатель с наддувом компании Mercedes-AMG способен выдавать 375 лошадиных сил. Как известно, этот агрегат используется на таких моделях, как CLA-Class, A-Class и GLA-Class. Этот показатель впечатляет, но он не самый лучший из всех когда-либо существовавших. В 2014 году японская компания Mitsubishi предлагала модель Evolution X FQ-440 MR, которая была оснащена 4-цилиндровым 440-сильным мотором. Тираж машины был ограничен всего 50 экземплярами.
12 цилиндров - Ferrari 6.5 V12 Самый мощный 12-цилиндровый двигатель объёмом 6,5 литра устанавливается на недавно представленное купе Ferrari 812 Superfast , где он генерирует 789 (800) лошадиных сил. Благодаря могучему агрегату и оптимально настроенному шасси автомобиль способен ускоряться с 0 до 100 км/ч всего за 2,9 секунды.
16 цилиндров - Bugatti 8.0 W16 В мировой автомобилестроительной индустрии не так много машин, которые оснащаются 16-цилиндровыми двигателями. Поэтому очевидно, что самым мощным 16-цилиндровым двигателем в мире является мотор компании Bugatti с четырьмя турбинами, который способен генерировать 1500 лошадиных сил. Однако стоит напомнить, что есть такая машина, как Devel Sixteen, которая оснащается мотором V16, мощность которого может варьироваться от 3000 до 5000 лошадиных сил. Однако в серию этот автомобиль пока не пошёл, но двигатель фактически существует.
История создателей самого мощного в мире двигателя внутреннего сгорания. Как увеличить в разы КПД мотора, в чем отличие нового агрегата от известных роторных двигателей и в чем преимущество советского образования перед американским - в материале отдела науки.
Технологии неуклонно развиваются. О том, как защитить свою электропроводку, можно читать на сайте интернет-магазина «Электрика Шоп».
Выходец из СССР, живущий в США, вместе с сыном изобрел, запатентовал и испытал самый мощный и эффективный в мире двигатель внутреннего сгорания. Новый мотор будет в разы превосходить существующие по КПД и уступать по массе.
В 1975 году вскоре после окончания Киевского политехнического института молодой физик Николай Школьник уехал в США, где получил научную степень и стал физиком-теоретиком - его интересовали приложения, связанные с общей и специальной теорией относительности. Поработав в области ядерной физики, молодой ученый открыл в США две компании: одну - занимающуюся программным обеспечением, вторую – разрабатывающую шагающие роботы. Позже он на десять лет занялся консультированием проблемных компаний, занимающихся техническими инновациями.
Однако как инженера Школьника постоянно волновал один вопрос - почему современные автомобильные моторы такие неэкономичные?
И действительно, несмотря на то что поршневой двигатель внутреннего сгорания человечество совершенствует уже полтора века,
КПД бензиновых моторов сегодня не превышает 25%, дизельных - порядка 40%.
Между тем сын Школьника Александр поступил в MIT и получил степень доктора в области компьютерных наук, стал специалистом в области оптимизации систем. Думая над увеличением КПД двигателя, Николай Школьник разработал собственный термодинамический цикл работы двигателя HEHC (High-efficiency hybrid cycle), который стал ключевым этапом в реализации его мечты.
«Последний раз такое происходило в 1892 году, когда Рудольф Дизель предложил новый цикл и создал свой двигатель», - пояснил в интервью Школьник-младший.
Изобретатели остановились на роторном двигателе, принцип которого был предложен в середине XX века немецким изобретателем Феликсом Ванкелем. Идея роторного двигателя проста. В отличие от обычных поршневых моторов, в которых много вращающихся и движущихся частей, снижающих КПД, роторный двигатель Ванкеля имеет овальную камеру и вращающийся внутри нее треугольный ротор, который своим движением образует в камере различные участки, где происходит впуск, сжатие, сгорание и выпуск топлива.
Плюсы двигателя - мощность, компактность, отсутствие вибраций. Однако, несмотря на более высокий КПД и высокие динамические характеристики, роторные двигатели за полвека не нашли широкого применения в технике. Одним из немногих примеров серийной установки
Слабыми местами таких моторов являлись ненадежность, связанная с низкой износостойкостью уплотнителей, благодаря которым ротор плотно примыкает к стенкам камеры, и низкая экологичность.
Уже работая в фирме LiquidPiston, основателями которой они стали, Школьники создали свою, абсолютно новую реинкарнацию идеи роторных моторов.
Принципиальным в ней было то, что в двигателе Школьников не камера,а ротор напоминает по форме орех, который вращается в треугольной камере.
Это позволило решить ряд непреодолимых проблем двигателя Ванкеля. Например, пресловутые уплотнители теперь можно делать из железа и крепить их неподвижно к стенкам камеры. При этом масло подводится прямо к ним, в то время как раньше оно добавлялось в сам воздух и, сгорая, создавало грязный выхлоп, а смазывало плохо.
Кроме того, при работе двигателя Школьников происходит так называемое изохорное горение топлива, то есть горение при постоянном объеме, что увеличивает КПД мотора.
Изобретатели создали один за другим пять моделей принципиально нового мотора, последняя из которых в июне была впервые протестирована - ее поставили на спортивный карт. Испытания оправдали все ожидания.
Миниатюрный двигатель размером со смартфон, массой менее 2 кг имеет мощность всего 3 л.с. Двигатель высокооборотистый, работает на частоте 10 тыс. об./мин., но может достигать и 14 тыс. КПД мотора составляет 20%. Это много, учитывая, что обычный поршневой мотор такого же объема в 23 «кубика» имел бы КПД лишь 12%, а поршневой мотор такой же массы дал бы всего 1 л.с.
Но главное, КПД таких моторов резко растет при увеличении их объемов.
Так, следующий двигатель Школьников будет дизельным мотором мощностью 40 л.с., при этом его КПД составит уже 45%, а это выше, чем эффективность лучших дизелей современных грузовиков.
Весить он будет всего 13 кг, притом что его поршневые аналоги такой же мощности сегодня весят под 200 кг.
Этот мотор уже планируется ставить на генератор, который будет вращать колеса дизель-электрического автомобиля. «Если же мы построим еще больший двигатель, мы можем достичь КПД в 60%», - поясняет Школьник.
В перспективе компактные, оборотистые и мощные моторы Школьников планируется использовать там, где эти свойства особенно важны - при конструировании легких дронов, ручных бензопил, газонокосилок и электрогенераторов.
Пока мотор гоняли 15 часов, однако по нормативам, чтобы пойти в производство, он должен отработать непрерывно 50 часов. При этом для автомобильной промышленности требуется надежность мотора на 100 тыс. миль пробега, что пока остается мечтой, признают конструкторы.
«Это самый экономичный, мощный двигатель не только среди роторных, но и всех двигателей внутреннего сгорания.
Это показывают наши измерения, а то, что мы получим на более крупных моторах, мы уже смоделировали на компьютерах», - радуется Школьник-младший.
То, что озвученные цифры - не фантазии изобретателей, подтверждает серьезность намерений инвесторов. Сегодня в стартап уже вложено $18 млн венчурных инвестиций, $1 млн которых дало американское агентство передовых разработок DARPA.
Интерес военных тут понятен. Дело в том, что военными США в авиации применяется в основном топливо JP-8. И военные хотят, чтобы вообще вся армейская техника работала на этом виде топлива, на котором, кстати, могут работать и дизельные моторы.
Но современные дизельные двигатели громоздки, поэтому DARPA так активно присматривается к разработке Школьников.
Александр считает, что создать столь революционный двигатель помогло отчасти образование, которое получил его отец еще в СССР. «Он думает по-другому, не так, как обычный инженер в США. Его фантазия ограничена только физикой. Если физика говорит - что-то возможно, то он верит, что это так, и лишь думает, как это можно сделать», - добавил Александр.
Сам Николай Школьник по-своему рассказывает об истории своего успеха и преимуществах советского образования.
«В США я переживал, что, имея специальность «машиностроение», я не буду иметь достаточного бэкграунда по физике и, особенно, математике.
Эти опасения оказались напрасными благодаря превосходной подготовке, которую я получил в советской школе.
Эта солидная образовательная подготовка до сих пор помогает мне здесь в нашей работе с новым роторным двигателем. С моей точки зрения, есть два больших отличия между американскими инженерами и получившими образование в России. Во-первых, американские инженеры невероятно эффективны в том, что они делают. Обычно требуется два-три русских инженера, чтобы заменить одного американского. Однако русские имеют более широкий взгляд на вещи (связанный с образованием, по крайней мере в мое время) и способность достигать целей с минимумом ресурсов, что называется, на коленке», - поделился размышлениями Николай Школьник.
Инженеры придумали новый двигатель ещё в 2003 году. К 2012 году был построен первый прототип, о котором написали в журнале "Популярная механика". В 2015 году компания не только заключила контракт с DARPA, но и приступила к разработкам мини-версии двигателя.
Судоходные компании во всём мире всё чаще заказывают на верфях Супертанкеры и Контейнеровозы. Это бурно развивающийся сектор судостроительного рынка. Этим судам требуется всё более и более совершенная начинка, в том числе судовые двигатели. И именно для таких судов на дизеле строительных заводах в Финляндии строят самые большие в мире единичные судовые ДВС мощностью около 100 тыс кВт.
Компания Wartsila - один из мировых лидеров в области судовых дизелей большой единичной мощности. С 1990-х годов
она разработала линейку судовых двигателей Wartsila - Sulzer - RTA96-C. Это двухтактные судовые дизели. Линейку -
это потому, что судовладелец может заказать такой судовой двигатель в исполнении от 6 до 14 цилиндров.
Конструктивно эти судовые дизеля очень похожи.
Диаметр цилиндра этого судового двигателя 960 мм, ход поршня - 2,5 метра! Рабочий объём цилиндра дизеля составляет
1820 литров. О других характеристиках - чуть позже. Пока скажем, что порядка сотни таких судовых дизелей в 8, 9,
10, 11 и 12-цилиндровом исполнении было установлено на суда - контейнеровозы.
Судно вместимостью по 8 - 10 тысяч тонн, движимые единственным таким судовым дизель генератором, спокойно развивают
25 узлов (более 46 километров в час).
Первый судовой двигатель серии Wartsila - Sulzer - RTA96-C (11-ти цилиндровый дизель) появился в 1997 году. Его
изготовила - японская компания Diesel United. А в 2002 году финские конструктора объявили о доступности
14-цилиндрового судового дизеля Wartsila - Sulzer.
Вот теперь о её рекордах подробнее. Wartsila (Вяртсиля) - Sulzer (Зульцер) - RTA96-C достигает 108 тысяч 920
лошадиных сил. Рабочий объём этого судового дизель генератора составляет 25 тысяч 480 литров. Литровая мощность
дизеля 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 относительно-низкая мощность при столь – гигантских размерах выбрана не
спроста. Большие судовые двигатели Wartsila – Sulzer (Зульцер) работают с достоинством, неспешно (по меркам обычных
ДВС) набирая в свои гигантские "лёгкие" воздух.
Частота вращения вала при максимальной мощности у этого судового дизеля составляет всего 102 оборота в минуту
(против 3-5 тысяч оборотов у легковых дизелей). Это обеспечивает хороший газообмен в дизеле (представьте, какие
объёмы воздуха нужно прокачивать), сравнительно низкие скорости поршня в двигателе, а всё вместе - хороший КПД.
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.
14-цилиндровый Wartsila - Sulzer (Зульцер) 14RTA96-C (таково полное наименование судового дизеля) весит 2300 тонн в
сухом виде (без масла и прочих технических жидкостей). Вес коленчатого вала составила 300 тонн. Длина судовых
дизелей достигает - 26,7 метра, а высота - 13,2 метра.
Из инженерных особенностей нужно отметить, что в каждом цилиндре судового дизеля 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 судового двигателя.
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 дизеля опускается в нижнюю мёртвую точку.
Как и во многих судовых дизелях, усилие от поршня к коленчатому валу передаётся здесь крейцкопфным механизмом. Это
повышает долговечность судового дизеля. А ещё фирма гордится низким весом своих судовых дизелей.
Подумайте о нагрузках на детали дизеля, жёстких требованиях по вибрации, а также о необходимой долговечности такого
движка (представьте замену подобного судового дизеля у гиганта-контейнеровоза).
Основным материалом для постройки этого судового дизеля стали традиционные чугуны и стали.
Так что труд и талант создателей судовых дизелей Wartsila (Вяртсиля) заслуживает глубочайшего уважения.
Между тем, коллектив конструкторов Wartsila (Вяртсиля) работает над созданием и более мощных судовых ДВС. Уже есть
упоминание относительно разработки 18-цилиндрового варианта своего сверхмощного судового дизеля.
Итак. Факты о 14 цилиндровой версии:
Вес: 2300 тонн (коленчатый вал всего 300 тонн)
Длина: 27 м
Высота: 13,4 м
Максимальная мощность: 108 920 л.с. при 102 об/мин
Максимальный вращающий момент: 7 907 720 Нм при 102 об/мин
Расход топлива: более 6 283 л тяжелого горючего в час