巴拿马型集装箱船和大型油轮的新经济性引擎
Kaspar Aeberli
高级总监，市场营销和项目开发
瓦锡兰瑞士丰泰有限公司,
概要
本文列出由瓦锡兰公司制造新的类型820毫米缸径四冲程低速船用发动机，广泛应用在巴拿马型集装箱船和大型油轮，如巨型油轮和大型运输船以及超大型矿砂船。这些新类型的第一批引擎已被订购，预计将在 2008 年开始交付。 发动机已经按照与二冲程不同的平台概念，以满足各自的船舶应用，但与许多组件尽可能相同的设计，以给予制造，仓储物流规模效益而设计的。
一个2646 mm的活塞行程，“-C”版本将满足巴拿马型集装箱船，拥有21720和54240千瓦之间的功率，而3375毫米行程的“-T”版本将非常适合大型油轮（超级油轮，ULCCs ）和非常大的矿砂船，具有21720千瓦到40680千瓦的功率。 本文的重点是RT-FL ex82C和RT-FL ex82T发动机将采用最新的电控共轨系统。他们也建在了RTA的版本机械控制凸轮轴系统。
介绍
新的瓦锡兰系列820毫米口径船舶低速发动机产生于需要提供更多的现代发动机在这个尺寸范围内以满足船东和造船最近的事态发展利益在运行经济，制造业，电子控制式共轨系统等等，以及提高单位功率输出。
在设想的应用中，主要要求是非常经济的运行，高可靠性，检修间隔时间长（目标三年），低燃油消耗和机油消耗，低排放，低的，稳定的运行速度，紧凑性和优化的产业化之间。
已经明确需求以取代RTA84C，虽然它曾为巴拿马型集装箱船的推进引擎，但是如今不能满足该等动力需求特别大的船舶，现在搭载高达5000集装箱。因而研究已经导致了4520千瓦/缸作为新的RT-FL ex82C和RTA82C发动机的最大连续功率的选择，与4050千瓦/缸由RTA84C开发的输出相比较。
类似的情况也增加了电力需求预测，还预计在下一代被称为巨型油轮和ULCCs分别拥有量超过200,000 TDW 350,000 TDW的能力。 这需要更大的装机功率可以因此通过新的RT-FL ex82T和RTA82T引擎开发4520千瓦/缸的最大连续功率提供，相比由RTA84T-D给予4200千瓦/缸。
类似的考虑适用于30万TDW的范围超大型矿砂载体而这些引擎也同样适用的推进。
根据平台的概念，这可能会对两个明显不同的细分市场的要求同820毫米缸径发动机和4520千瓦/缸一缸动力开辟了新机型的开发（图1）。这是熟练的在汽车行业里完全不同品牌汽车的设计与使用通用平台，尽可能多的部件建造，甚至发动机和车身，共享降低成本。这一思想是被用于新的瓦锡兰RT FL ex82c，rta82c，RT FL ex82t和rta82t引擎。参数标准化，尽可能使许多成分可以相同的发动机类型，允许在设计和制造合理化的利益、降低制造成本和合理的备件库存。
这些发动机都是820毫米缸径但两种不同的活塞行程适合船舶的应用设想。这个“C”的版本的目的是理想的原动力集装箱船巴拿马型大小容量达5000 TEU和服务速度通常约24海里。他们将有一个2646毫米的行程，将有六至十二的气缸盖21720千瓦至54240千瓦的功率范围在87至102转（见图2和表3页）。
第二副，“T”版本的油轮和矿砂船，将有行程为3375毫米适合200000 TDW这样的大型船只甚至超过350000 TDW推进轴速度。将用六到九个汽缸盖一个功率范围为21720千瓦至40680千瓦的68至80转（图2和表，3页）的个发动机。
RT-FL ex82C和RT-FL ex82T版本将有最新的电控共轨系统，同时对应的RTA版本将有传统的机械凸轮轴系统。否则，RT-FL EX和RTA版本具有相同的主要特征和设计特点。
第一个订单已收到这些新的发动机类型，并预计在第一个发动机在2008年年中完成，与现代重工有限公司利用其现有的设施和人手，发动机生产设计和测试配套合作。
图1：上面的Wauml;rtsilauml;RT FL ex82c截面是四新机型的代表[06#076]
扩展布局网络的视场
最初的研究为新的820毫米口径的发动机，它变得清晰，家庭，虽然所需的功率可以很容易地发现，单一的运行速度无法确定对这些引擎的两个主要市场的最佳。该解决方案被发现拓宽布局领域在给定最大持续额定功率输出提供一个速度范围。
该发动机布局领域，通常定义的功率/转速额定值R1、R2、R3、R4，从而扩展到更高的速度定义的R1和R2 附加分为R1和R2分别为5%大，但轴转速相同的力量（图3）。任何力量和速度在整个发动机布局领域可以作为合同的最大连续功率（CMCR）
图2：功率/转速布局网络的视场为叠加在视场科幻为瓦锡兰低速发动机项目新820毫米缸径发动机。[06#110]
与5%轴速度的增加在R1 点在相同的功率在R1点，发动机运行在5 %的较低的平均有效压力（BMEP）。与R1点比较，这减少了BMEP在不变的最大燃烧压力（Pmax）给这个R1 点减少具体的燃料消耗的效益。
从船舶安装的角度看，运行速度的提高在R1 点提供了一个自由选择较小的螺旋桨直径的可能性，但在船上会同时航行在同一燃料消耗量（吨/天）与R1使用较大的螺旋桨直径。
这个扩展布局领域也允许适当的螺旋桨直径应与减少引如3000左右宽的尺寸范围内集装箱船5000 TEU船舶案例。
总的来说，扩展的领域提供了有效地拓宽了FL的灵活性来选择最高效的螺旋桨转速最低燃料消耗量，和最经济的推进装置，即螺旋桨、轴系、等。
RT-FL前共轨及其好处
电子控制瓦锡兰RT-FL前共轨发动机被证明是非常受船东欢迎的，这是有望成为新的820 毫米-缸径发动机的情况。 RT-FL版本前添加好处船东和运营商，包括在所有发动机转速无烟操作，降低运行平稳的速度，更低的油耗，并降低了维护一致的引擎设置。 RTA版本的机械控制的燃油喷射泵和排气阀驱动器将可为那些船东喜欢的传统观念。
在RT-FL前电子控制共轨系统，燃料油和伺服油是在规定的压力下输送到沿所述气缸的一侧（图4）设置在一个轨道单元轨管道。加热的燃料油被输送，准备用于注射的，在压力高达1000巴。伺服油
是通过一个自动自清洗滤波器从发动机润滑系统绘制并在压力高达200巴递送。
燃料喷射和排气门的操作是由各个控制单元于每个气缸控制。 控制单元直接安装在单件导轨管道和通过瓦锡兰电动液压轨阀采用伺服油控制。
图3: 更大的布局灵活性在提供RT-FL ex82C，RTA82C，RT-FL ex82T和RTA82T引擎。对于瓦锡兰低速发动机连接的点R1，R2，R3和R4定义通常的功率高速布局场延伸到点R1 和R2 。收缩最大连续功率和速度可通过R1 ，R2 ，R3和R4定义区域自由地选择。
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燃料油和伺服油供给到安装在非常紧凑的布置在所述发动机（图5）结束后的共轨系统的泵。 燃料供应泵是由瓦锡兰设计，而伺服油泵是专有的往复活塞式。 该泵通过从曲轴齿轮驱动。泵的数量取决于发动机汽缸和发动机功率输出的数量。 燃料供应泵由于驱动齿轮比曲轴每转。燃油燃料输送量和轨道压通过燃料供给泵的抽吸控制调节。
图4：图的轨单位盖拆下显示燃油轨（橙色）和伺服油轨（蓝色）都克服了各自的控制单元喷射阀和排气阀各缸。[06#079]
RT-flex电子控制
在RT-FL前系统的所有功能进行控制，监视和通过其触发对各功能的电动液压轨阀集成瓦锡兰WECS-9520电子控制系统执行。这是一个模块化系统对每个气缸单独的微处理器控制模块，其通过一个CAN总线所有连接在一起。设备，诸如制动器或伺服油泵直接连接，并从这些模块进行控制。 FTE曲轴位置由曲柄角传感器检测，并通过冗余设置SSI巴士直接到各控制模块。还编列在控制系统用于监控，维护，调整和故障排除访问的。
控制模块被容纳在安装在轨道部件的侧机柜。
所有控制功能都以这样的方式控制模块之间分布，如果一个模块发生故障时，发动机保持在WECS-9520因而具有好处单个模块的类型，最简单的布线的音响TS，几标准化设计，在系统内部良好的沟通，融合与船舶报警系统，冗余和简单的故障诊断的控制箱。
WECS - 9520Oslash;FF商无法比拟的灵活性，根据丹尼斯-9520接口特定网络阳离子RT-FL EX的发动机控制系统和船舶集成的远程控制与安全系统之间的互联互通。
可靠性和安全性已在RT-FL EX系统具有最优先的事项。软件也在系统中冗余广泛重叠，在供给泵，主输送管，曲柄角传感器，电子控制单元等。
图5：放射液体燃料供应泵（左），伺服油泵右（右）和他们的齿轮驱动从曲轴没有外壳的安排。[07#261]
燃料消耗的灵活性
与传统的凸轮轴式发动机相比，在部分负荷时，RT-flex发动机具有更低的燃油消耗量。此外，替代燃油消耗曲线可作为标准，通过差量调校，在什么是许多船只的主要经营范围为更低的制动具体燃油消耗。
差量调校利用发动机设定的共轨系统提供优化燃油喷射压力和时间，和气门正时在所有负载下中具体的燃料消耗和低负荷运行范围在90个百分点以下发动机功率。在高负荷范围内减少氮氧化物排放，从而提高了氮氧化物的氮氧化物的排放量。
符合环保要求
RT-flex系统提供了重要的好处在符合环境条件下。RT-flex发动机最明显的好处是，当然，他们在全航速无烟操作。与共轨系统的优越的燃烧主要是因为燃油喷射压力保持在最佳水平，不论发动机转速。此外，在非常低的速度，个别燃油喷射器有选择性地关闭和排气阀的时间适用于有助于保持低于可见限的烟雾排放。
此外，在优化燃油喷射和排气阀的过程，有利于对MARPOL公约附则VI 73 / 78的电流调节发动机NOx的遵守的RT-flex系统的灵活性，以及能够使发动机使用增量调整提高部分负荷燃油节约。
非常缓慢的运行
在非常低的速度下，RT-flex发动机能够非常稳定地运行，比凸轮轴式发动机慢。他们可以在10到12%的正常速度下运行不产生烟。这是可以通过精确控制的注射，优化的注射压力，优化的气门正时，关闭个别喷射器在低转速。
设计总结
新的820毫米口径的引擎发动机的结构是基于成熟的概念，与“贡多拉”型底座上面有一个非常严格，整体式双壁柱和铸铁整体式缸体，所有固定的垂直拉杆预紧。整个结构非常坚固，低应力，高刚性。两板和柱的焊接质量也设计为最小的加工。
较高的结构刚度是非常重要的今天的二冲程发动机用长杆。因此，设计是基于广泛的应力和变形计算进行了使用一个完整的三维有限元计算机模型为不同的柱设计，以验证最佳的帧配置。
双壁柱有更大的刚性十字滑块作用下厚导轨。
干式气缸套是一个单件铸铁缸体硬度很高。气缸套在气缸体，并充分稳健进行气缸盖无需支撑环。一个轻套适用于每个衬垫的上部，以形成一个围绕着各自的内衬的水套。在气缸套内的活塞在侧边的访问通常是从前端，但也可能从接收器侧的发动机，以允许维修的活塞杆密封垫，也为检查活塞环。
推力轴承集成在底座非常紧凑，僵硬的外罩。由于RT-flex发动机的供应单元驱动齿轮的使用，推力轴承可以是非常短，非常僵硬。
运行装置
其主要，底端与十字头轴承都是白色的金属钢壳。每个主轴承盖下举行四液压张紧的弹性压紧螺栓。该主轴承有薄壳厚白金属层，而连接杆端轴承壳体有白色薄金属层。
这个十字头轴承的设计与其他所有的RTA和RT -FL引擎具有相同的原则。它还具有一个全宽度与十字头销的直径均匀，下半轴承。这个十字头轴承有一个较低的薄壁内衬白色金属为高承载能力，轴承盖自己的内衬白色金属。双导靴是一种带有白色金属内衬表面的单钢铸件。
活塞杆密封件是一种行之有效的设计，具有很强的刮刮作用，在下部和系统的油刮能力较低的部分。密封件具有大的漏极区域和通道。系统油损失最小化由于实质上是一个完整的内部循环的刮回曲轴箱油。硬化的活塞杆确保长期稳的密封作用。
RT-flex 共轨供电系统
在RT-flex82C 和RT-flex82T 发动机，燃油供给泵和伺服油泵安装在后的上柱侧。他们通过齿轮由曲轴在两组独立驱动。该曲轴齿轮安装在推力。分离的齿轮将驱动扭矩，从而减少了中间齿轮和转动惯量的大小。有三到六的燃料供给泵垂直同轴安装在与曲轴齿轮的一个中间齿轮曲轴转速多驱动。燃油供给泵和伺服油泵的数量取决于发动机的汽缸数。
膛冷却燃烧室
在气缸盖、排气阀座、气缸套和活塞顶上使用了良好的冷却原理，以控制它们的温度，以及热应变和机械应力（图6）。气缸套的表面温度进行了优化，良好的活塞运行行为这个整体锻钢，孔冷却气缸盖是由八个液压张紧的弹性钉固定。它配备了一个单一的，在镍基合金的合金，被安置在一个水冷式排气阀、螺栓对灰铸铁阀笼。该排气阀是液压驱动的，有一个空气弹簧。气缸盖还带有电子控制的空气起动阀。
三燃油喷射阀在各气缸盖上均为对称布置。每个燃油喷射阀是由共同的轨系统提供和控制的。防腐蚀覆层被施加到气缸盖的下游的喷射喷嘴，以保护气缸盖的热腐蚀或侵蚀攻击
活塞包括一个用很短的裙部锻造的钢冠。活塞各有三个活塞环，所有这些都是预压异形，并有一个铬陶瓷涂层（图7）。活塞裙部配双青铜摩擦带。活塞和活塞裙部被固定在活塞杆从下面用液压螺栓拧紧。活塞继续有着良好的证明组合式喷射式冷却活塞冠，提供最佳的冷却性能。它提供了非常温和的温度下的活塞头与均匀温度分布在整个冠
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