船用柴油机的低转速，能使柴油机获得更好的燃烧效率；同时低转速能采用直驱模式，获得更好的传动效率；以及低转速匹配大直径的螺旋桨，获得更好的推进效率，也就是说，低转速的柴油机能使船舶获得极好的经济性。不过万事都有两面性，低转速既然能带来更好的经济性，也必然会带来一些缺点。今天我区别以往，不讲低转速的优势，而是来讲讲低转速带给柴油机最大的一个问题——体积过大。（注：对于柴油机，体积大，质量也一定大）
低速柴油机
按照传统，我依然要挑选一款低速柴油机作为我文章的主角。按照我以前的习惯，我喜欢用瓦锡兰的14RT-flex96C船用柴油机作为我文章的主角，不过最近老有网友反应说：14RT-flex96C是一款严重落后的产品，作为技术文章的主角并不妥当。关于说14RT-flex96C是一款落后的产品的言论，我并不苟同，不过既然网友提出来了，我还是要重视。今天我选取了“MAN Diedel & Turbo”的7G80ME-C。这是一款超长冲程的绿色节能柴油机，是非常符合未来低速机发展思路的先进机型；并且这款柴油机的来头也不小，它是世界上最长冲程的柴油机，活塞行程达到了惊人的3720mm。超长冲程所带来的优越性，也使的7G80ME-C能装配在我国建造的世界最大40万吨矿砂船这样的明星船上。选用它作为我文章的主角，也是再合适不过的了。
40万吨矿砂船
为何低转速会造成柴油机体积巨大？
咱们回到正题。大家别看船用低速机的功率很大，动辄几万甚至上十万马力，但要是看功率和质量或体积的比值，也就是单位质量或体积的功率，是远不如中高速机的。这也暴露出了低速机的功率密度较低，也就是相同功率下体积和质量过大的问题。在功率一定的情况下柴油机的体积和质量过大并不是什么好事，这会增加船舶的自重，占据船舶的大量空间。
船舶构造示意图
为何低转速会造成柴油机体积巨大呢？我觉的主要有以下几个方面：
缸径对于柴油机长度尺寸的影响
低速柴油机为保证功率和扭矩，一般气缸直径都比较大，就比如今天的主角7G80ME-C，它的缸径就达到了800mm。低速的柴油机都是直列缸式的，也就是气缸排成一列。我们试想，假设是800mm直径的圆柱体，四个紧挨着排成一列，其长度就超过了三米。而实际上800mm只是气缸的内径，气缸本身是有一定的壁厚的，并且气缸的排列也不是紧挨着的，而是有一定的间距的，这样7缸的7G80ME-C实际总长度达到了13.6m。
7G80ME-C
超长冲程对于柴油机高度和宽度尺寸的影响
低转速的柴油机不光缸径大，其冲程也比较长，比如说7G80ME-C，他的活塞行程就达到了3720mm。活塞行程达到了3720mm的话，也就是说，气缸的长度要大于3720mm；曲轴的回转直径等于3720mm。而实际中，因为行程缸径比过大，连杆会撞到气缸而无法运转，所以就必须要增加十字头。活塞行程是3720mm话，那么十字头的行程也将是3720mm。这样我们如果只是简单的把活塞长度和十字头的行程，以及曲轴的回转直径加起来，其高度就要超过十米。而实际中，它们之间还要有一定的间距，比如十字头和气缸之间还有填料密封等。所以实际上7G80ME-C加上一些其他部件，整个柴油机高度高达16.0m，也就是整体高度超过了四层楼。
除了高度，7G80ME-C的曲轴箱（由机座和机架构成）为了保证曲轴的回转空间，其内腔直径要大于3720mm。实际上7G80ME-C加上一些辅助设备，其宽度达到了9.7m 。
7G80ME-C的尺寸
柴油机整体强度对于体积和质量的影响
采用低速机的船舶，基本上不设置减速齿轮箱，也不单独设置推力轴承，螺旋桨产生的巨大推力和拉力都是通过主机来传递给船舶。除了螺旋桨的推力和拉力外，主机还要承受螺旋桨的反扭力。而装备低速柴油机的船舶，大多是远洋船舶，船舶在运行中，时常会受到风浪的影响，风浪会造成柴油机负荷的急剧变化；除此之外，风浪还会造成船舶的摇晃，会施加给主机很大的倾覆力矩，所以为了保证船舶主机不被破坏，就必须要有足够的整体强度。在这里举个简单的列子，大缸径长冲程的柴油机作用在曲轴上的力比较大，也就是说曲轴上的扭矩比较大，为了能输出足够大的扭矩，也为了能应对外部负荷的剧烈变化，曲轴的强度就需要强化。实际上7G80ME-C单单一根曲轴总长超过了12.5米，全重高达237吨。这样看来，要保证柴油机的整体强度，除了完全用高强度材料代替外，其它情况下，势必会增加柴油机的体积和质量。
7G80ME-C的曲轴
保证柴油机的整体强度说的通俗一点就是扎实，而说起这个扎实让我想到了一些事。咱们小时候的28自行车，车架都是锰钢套接，整车非常扎实，但是重量也非常大。我们在练习自行车的时候，无论是摔进沟里，还是撞上墙壁，都不会对它造成损伤；而父母们用它装载几百斤货物也不在话下。最近看新闻，我国的28自行车成功走出国门，走进非洲，成为了当地交通运输的主要工具了。再反观现在的自行车，虽然轻巧不少，但是强度是真的堪忧。有一次，我借了同事1000元的自行车出去办事，骑的比较快，结果在路过一个井盖（井盖有点凹陷），一颠簸，单车的胎爆了也就算了，居然钢圈也变形了。钢圈的变形，造成单车剧烈摇晃，眼见就要失控了，幸好我车技了的，一招惊世骇俗的点刹，才保全了自己。这样看来把低速柴油机设计的扎实一点，保证工作的可靠性和稳定性，哪怕笨重一点也是值得的。
非洲的28自行车，载上几百斤香蕉完全无压力
预告：既然低速柴油机的体积和质量过大不好，那么人们也一定会想办法，在保证其工作可靠和稳定的情况下，来减小它的体积和质量。下期我就来聊聊：《一种减小低速柴油机体积和质量的方法》，相信如果不是圈内人，根本无法想象出是什么样的方法，有兴趣的小伙伴们可以留意我的更新哦！
作者：小船人的梦想 2019年1月17号
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