發動機經常被描述為現代交通工具的心臟,人們用它驅動汽車、火車,輪船等交通工具,以更快的速度把人和貨送往目的地。對於燃油發動機而言,限制其動力的決定性因素之一就是它的大小,因為較大的發動機通常能夠比較小的發動機同時燃燒更多的燃料,並產生更多的動力。
為滿足不同的需求,工程師們經常會把發動機做得越來越大,以至於目前最大的活塞發動機——瓦錫蘭14缸RT-flex96C,已經達到13.5米高,26.59米長,重達2300噸重的巨無霸。
瓦錫蘭RT-flex96C,圖源:Popular Mechanics
瓦錫蘭14缸RT-flex96C有多強大?
瓦錫蘭RT-flex96C是芬蘭瓦錫蘭公司研發的一系列發動機,其中14缸版本(後文用14RT-flex96C表示)是目前人類投入使用的最大往復式發動機(也就是活塞發動機)。
如果把14RT-flex96C放在我們面前,我們很難把它和發動機聯想在一起,它更像是一個金屬打造的工業建築物。
最高的地方差不多有5層樓高,工程師維護發動機的時候也像是在維護一個建築物一樣,需要用到各種升降梯。
圖為8缸版本曲軸,14缸的類似,其重量達到300噸
14RT-flex96C的氣缸孔直徑就將近1米,沖程超過2.5米,14個氣缸中的每一個排量都達到1,820升,可以產生7,780馬力,當滿負荷運行的時候可以達到107,390馬力。
很多人可能對107,390馬力沒有概念,我們可以對比一下普通傢用車——一般傢用汽車輸出功率在100-150馬力之間,而排量在1.5升左右。
當14RT-flex96C滿負荷運行的時候,它可以產生80,080千瓦的能量,如果一個普通的傢用燈泡是60瓦,那麼14RT-flex96C制造的能量足夠130萬個燈泡同時使用。
圖:兩名工人在查看曲軸
按照一個傢庭擁有6個這樣的燈泡計算,那麼14RT-flex96C發動機可以滿足22萬戶人傢的電力需求,這相當於一個小縣城的住戶數量,也就是說一臺14RT-flex96C發動機就可以照亮一個小縣城。
瓦錫蘭RT-flex96C系列發動機都是燒重油的,14RT-flex96C也不例外。重油指的是提取汽油、柴油後的剩餘的重質油,這種油的特點就是價格便宜——可能隻有普通汽油的1/4。
圖:專用活塞
然而,即便如此,14RT-flex96C運行成本一點也不低。從它的參數上就不難發現,這是一臺“吞油巨獸”。
14RT-flex96C每小時需要消耗13,000 升重油,差不多相當於需要6800美元,一天下來差不多要消耗掉16萬美元。
你可能還會好奇,這樣一個龐然大物,這樣一個耗油機器,人們制造出這樣是幹嘛用的呢?
使用14RT-flex96C的超大貨輪
要匹配這種超大的發動機,自然需要超大的交通工具,目前使用14RT-flex96C發動機的是一艘集裝箱貨輪——艾瑪·馬士基號。
艾瑪·馬士基號是丹麥馬士基航運公司耗資1.7億美元打造的貨輪,其長度達到397米,橫梁的寬度達到56米,作為對比,非常出名的泰坦尼克號長度隻有269米;
其重量超過17萬噸,14RT-flex96C發動機的重量相當於這個貨輪的1.35%左右,把“心臟”放入軀體中後,其實一點也不顯得它很大。
圖:艾瑪·馬士基號是2006年生產的
事實上,艾瑪·馬士基號和它的7艘姐妹貨輪(同是馬士基航運公司打造的)是目前世界上最長的貨輪。
它一次可以裝下15,000 個標準集裝箱,標準集裝箱尺寸是20英尺(6米多點)長,其標準尺寸是20' x 8' x 8'。
一個標準集裝箱差不多可以容納14噸貨物,這意味著艾瑪·馬士基號一次航運就可以裝載21萬噸貨物。
圖:標準集裝箱
之所以要給這艘貨輪配備世界上最大的活塞發動機,原因當然是希望它載送更多東西的同時還擁有不錯的速度。
艾瑪·馬士基號的巡航速度可以達到25.5節,節是海運的速率單位,1節差不多相當於每秒0.5米,也就是說,艾瑪·馬士基號的速度可以達到 45.90 公裡/小時。
作為對比,大多數集裝箱貨船的最大設計速度一般隻有24節。由於低於最大速度運行時,船舶發動機可以節省燃料消耗,所以大部分集裝箱貨船的航行速度是在18到20節之間,簡單地說,要想省油就會犧牲時間。
然而,14RT-flex96C發動機最大的一個優勢就是,它的燃料能量轉化率非常高,在最大經濟模式下的熱效率超過 50%,換言之,它可以將 50% 的燃料能量轉化為運動。
作為對比,普通私傢車發動機的熱效率隻有25%到30%之間,而普通的集裝箱貨船也很少能夠超過40%。
這意味著,艾瑪·馬士基號可以用更快的速度運行,也不至於太過於浪費燃油,同時由於它超大的載重能力,這可以讓其速度提升的同時還大大降低運輸成本。
換句話說,配備14RT-flex96C的艾瑪·馬士基號可以讓海運公司賺更多的錢,同時還擁有更強的競爭力。
比較有趣的地方是,這樣的貨輪幾乎沒有多餘的空間,它一次隻搭載13名船員,最多容納3人,其它的空間全部用來裝貨。
所以,雖然船很大,發動機也很大,但它帶也來更大的利益。
海運的成本非常低
海運是成本最低的運輸方式,你很難想象,把相同重量的貨物從美國港口海運到中國港口的成本,與中國港口用貨車運輸到內陸地區的成本是相當的,甚至更低。但是海運走1萬多公裡,而陸運隻走1千多公裡。
由於內燃機的一些固有特性限制,想要提升效率其實已經非常困難,在14RT-flex96C出現之前,人們根本不相信還能繼續控制成本。
但是事實證明,更大的創新永遠都會帶來更大的效率。馬士基海運公司因為擁有配備最大發動機的貨輪,他們最多可以將每公斤貨物控制在1美元以內。
最後
像14RT-flex96C這種燃燒重油的發動機,最大的缺點就是污染,因為重質燃料擁有高百分百比的硫,燃燒時會釋放出污染環境的二氧化硫。
想想這個發動機每小時需要消耗13,000 升重油,我們就不能忽視它們制造污染的能力。