船用柴油機的低轉速，能使柴油機獲得更好的燃燒效率；同時低轉速能採用直驅模式，獲得更好的傳動效率；以及低轉速匹配大直徑的螺旋槳，獲得更好的推進效率，也就是說，低轉速的柴油機能使船舶獲得極好的經濟性。不過萬事都有兩面性，低轉速既然能帶來更好的經濟性，也必然會帶來一些缺點。今天我區別以往，不講低轉速的優勢，而是來講講低轉速帶給柴油機最大的一個問題——體積過大。（注：對於柴油機，體積大，質量也一定大）
低速柴油機
按照傳統，我依然要挑選一款低速柴油機作為我文章的主角。按照我以前的習慣，我喜歡用瓦錫蘭的14RT-flex96C船用柴油機作為我文章的主角，不過最近老有網友反應說：14RT-flex96C是一款嚴重落後的產品，作為技術文章的主角並不妥當。關於說14RT-flex96C是一款落後的產品的言論，我並不苟同，不過既然網友提出來了，我還是要重視。今天我選取了“MAN Diedel & Turbo”的7G80ME-C。這是一款超長衝程的綠色節能柴油機，是非常符合未來低速機發展思路的先進機型；並且這款柴油機的來頭也不小，它是世界上最長衝程的柴油機，活塞行程達到了驚人的3720mm。超長衝程所帶來的優越性，也使的7G80ME-C能裝配在我國建造的世界最大40萬噸礦砂船這樣的明星船上。選用它作為我文章的主角，也是再合適不過的了。
40萬噸礦砂船
為何低轉速會造成柴油機體積巨大？
咱們回到正題。大家別看船用低速機的功率很大，動輒幾萬甚至上十萬馬力，但要是看功率和質量或體積的比值，也就是單位質量或體積的功率，是遠不如中高速機的。這也暴露出了低速機的功率密度較低，也就是相同功率下體積和質量過大的問題。在功率一定的情況下柴油機的體積和質量過大並不是什麼好事，這會增加船舶的自重，佔據船舶的大量空間。
船舶構造示意圖
為何低轉速會造成柴油機體積巨大呢？我覺的主要有以下幾個方面：
缸徑對於柴油機長度尺寸的影響
低速柴油機為保證功率和扭矩，一般氣缸直徑都比較大，就比如今天的主角7G80ME-C，它的缸徑就達到了800mm。低速的柴油機都是直列缸式的，也就是氣缸排成一列。我們試想，假設是800mm直徑的圓柱體，四個緊挨著排成一列，其長度就超過了三米。而實際上800mm只是氣缸的內徑，氣缸本身是有一定的壁厚的，並且氣缸的排列也不是緊挨著的，而是有一定的間距的，這樣7缸的7G80ME-C實際總長度達到了13.6m。
7G80ME-C
超長衝程對於柴油機高度和寬度尺寸的影響
低轉速的柴油機不光缸徑大，其衝程也比較長，比如說7G80ME-C，他的活塞行程就達到了3720mm。活塞行程達到了3720mm的話，也就是說，氣缸的長度要大於3720mm；曲軸的迴轉直徑等於3720mm。而實際中，因為行程缸徑比過大，連桿會撞到氣缸而無法運轉，所以就必須要增加十字頭。活塞行程是3720mm話，那麼十字頭的行程也將是3720mm。這樣我們如果只是簡單的把活塞長度和十字頭的行程，以及曲軸的迴轉直徑加起來，其高度就要超過十米。而實際中，它們之間還要有一定的間距，比如十字頭和氣缸之間還有填料密封等。所以實際上7G80ME-C加上一些其他部件，整個柴油機高度高達16.0m，也就是整體高度超過了四層樓。
除了高度，7G80ME-C的曲軸箱（由機座和機架構成）為了保證曲軸的迴轉空間，其內腔直徑要大於3720mm。實際上7G80ME-C加上一些輔助設備，其寬度達到了9.7m 。
7G80ME-C的尺寸
柴油機整體強度對於體積和質量的影響
採用低速機的船舶，基本上不設置減速齒輪箱，也不單獨設置推力軸承，螺旋槳產生的巨大推力和拉力都是通過主機來傳遞給船舶。除了螺旋槳的推力和拉力外，主機還要承受螺旋槳的反扭力。而裝備低速柴油機的船舶，大多是遠洋船舶，船舶在運行中，時常會受到風浪的影響，風浪會造成柴油機負荷的急劇變化；除此之外，風浪還會造成船舶的搖晃，會施加給主機很大的傾覆力矩，所以為了保證船舶主機不被破壞，就必須要有足夠的整體強度。在這裡舉個簡單的列子，大缸徑長衝程的柴油機作用在曲軸上的力比較大，也就是說曲軸上的扭矩比較大，為了能輸出足夠大的扭矩，也為了能應對外部負荷的劇烈變化，曲軸的強度就需要強化。實際上7G80ME-C單單一根曲軸總長超過了12.5米，全重高達237噸。這樣看來，要保證柴油機的整體強度，除了完全用高強度材料代替外，其它情況下，勢必會增加柴油機的體積和質量。
7G80ME-C的曲軸
保證柴油機的整體強度說的通俗一點就是紮實，而說起這個紮實讓我想到了一些事。咱們小時候的28自行車，車架都是錳鋼套接，整車非常紮實，但是重量也非常大。我們在練習自行車的時候，無論是摔進溝裡，還是撞上牆壁，都不會對它造成損傷；而父母們用它裝載幾百斤貨物也不在話下。最近看新聞，我國的28自行車成功走出國門，走進非洲，成為了當地交通運輸的主要工具了。再反觀現在的自行車，雖然輕巧不少，但是強度是真的堪憂。有一次，我借了同事1000元的自行車出去辦事，騎的比較快，結果在路過一個井蓋（井蓋有點凹陷），一顛簸，單車的胎爆了也就算了，居然鋼圈也變形了。鋼圈的變形，造成單車劇烈搖晃，眼見就要失控了，幸好我車技了的，一招驚世駭俗的點剎，才保全了自己。這樣看來把低速柴油機設計的紮實一點，保證工作的可靠性和穩定性，哪怕笨重一點也是值得的。
非洲的28自行車，載上幾百斤香蕉完全無壓力
預告：既然低速柴油機的體積和質量過大不好，那麼人們也一定會想辦法，在保證其工作可靠和穩定的情況下，來減小它的體積和質量。下期我就來聊聊：《一種減小低速柴油機體積和質量的方法》，相信如果不是圈內人，根本無法想象出是什麼樣的方法，有興趣的小夥伴們可以留意我的更新哦！
作者：小船人的夢想 2019年1月17號
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