Sada tuhat hobust

Wärtsilä-Sulzer RTA96C (ing k Wartsila) turboülelaadimisega diiselmootor on üks kahest kõige võimsamast ehk kõige suuremast sisepõlemismootorist maailmas. Mõlema (teiste tootjaks on MAN B&W) suurim silindrivõimsus on 5720 Kw või 7780 hj!

Maailmas on laias laastus vaid kolm suurte madalpöördeliste laevamootorite tootjat. Umbes 60%-ga juhib Saksa-Taani kontsern MAN BW, keskusega üle lahe paiknev Wärtsilä kontsern on teisel kohal (aastal 2000 oli tema osa 28%) ja umbes 20% jääb Jaapani Mitsubishile. Rida tuntuid mootorivalmistajaid, nagu Diesel United, Kawasaki, Hunday, Cegielski, Fincantieri jpt teevad laevamootoreid litsentside alusel ja ise algupäraseid mootoreid välja ei tööta. Esimesed RTA96C hiidmootorid ehitas Wärtsilä korporatsiooni litsentsi alusel Jaapani suurdiislite valmistamisele spetsialiseerunud mootorehitusfirma AioiWorks of japan Diesel united, Ltd.

Suuri samatüübilisi diiselmootoreid, sh ka RTA96C, valmistatakse ainult konkreetsete tellimuste järgi ühesuguste põhidetailide baasil, kuid olenevalt soovitud võimsusest erineva silindrite arvuga. Käesoleval ajal on antud tüübi tootenimistus mootorid alates 6RTA96C-st kuni 14RTA96c-ni(esimene number tähistab silindrite arvu, teine silindri läbimõõtu sentimeetrites). Loomulikult tuleb osa detailidest, nt väntvõll, alusraam jms valmistada lähtuvalt silindrite arvust.

Kaubalaevadel eelistatakse üldjuhul ühe peamasina ja sellega võlli kaudu otse sõukruviga ühendatud jõuseadme varianti lihtsuse, töökindluse, ökonoomsuse jaminimaalsete remondi-ning hoolduskulude tõttu-ilma kuluvate-purunevate ja maksumust suurendavate reduktorite või elektriliste ülekanneteta. Ainuke jõumasina tüüp, mis kõiki neid nõudmisi tänapäeval rahuldab, on aeglaste pööretega diiselmootor.

Madalpöördelisi diiselmootoreid, sh ka RTA96V-d eelistatakse ka selle tõttu, et see tarvitab raketikütust, mille hind on umbes 2 korda väiksem kiirekäigulistest mootorites kasutatava kerge diiselkütuse hinnast. Raskekütus on oma põhiosas naftatöötlemise jääksaadus. Sellest ka madal hind-kõik väärtuslikum on sealt juba välja võetud. Samal ajal koosneb see töötlemisjääk 95-98% ulatuses kõrgesoojusväärtusega süsivesinikühenditest, mida saab edukalt kasutada aeglaste ja keskmiste pööretega diiselmootorites.

Laevade suurenemisega ja konteinerlaevade kiiruste kasvamisega kuni 25 sõlmeni (1 sõlm=1,852 km/h) peavad sammu pidama ka peamasinate võimsused, kuid siin ka piir kas juba käes või igal juhul ollakse sellele väga lähedal. Põhjuski üsna lihtne: sõukruvi läheks veelgi suurema võimsuse korral nii tohutuks, et see nõuaks juba laeva süvise suurendamist nii, et see saaks takistuseks paljudesse sadamatesse sissesõidul ja madalveelistesfaarvaatrites.Seega-kui vajatakse suuremaid võimsusi, on mõistlikum kasutada mitut mootorit ja mitut sõukruvi.

Suured numbrid

RTA96C hiidmootori ühe silindri läbimõõt jääb nipilt-napilt allameetri (96 cm), kolvi käik on seevastu päris täpselt kaks ja pool meetrit. Võimsuselt võrdsel MAN B&WE K98MC-l on silindri diameter 98 cm.

Wärtsilä14silindrilisi mootoreid pole siiani ehitatud veel mitte ühtegi, küll aga kuni 12 silindrilisi. Need on ka praegu suurimad laevadel paiknevad mootorid. Lugu on lihtsalt selles, et seni pole antud ehitustellimusi nii suurtele konteinerlaevadele, mille mahutavus oleks 10 000- 12 000 TEU, kus neid diisleid võib kasutada. (TEU-Twenty feet Equivalent Unit on ISO-standardi ühik, mis tähistab merekonteinerit suurusega 610x224x259 cm ja mahutab 15-20 t kaupa).

RTA96C ühe silindri töömaht on “ainult” 1820 liitrit, võimsust saab ühest silindrist 7780 hj jagu. See, et masin figureerib tootenimistus on samuti 98MC-mootori 14silindriline variant olemas ja vajadusel lisaks ka 15-18 silindriga variandid, kuid siis on tegemist silindrite V-kujulise paigutusega.

Kui RTA96C ehitatakse 14silindrilisena, siis oleks tema töömaht 25 480 liitrit! Kogu 14silindriline motor kaaluks 2300 tonni, kusjuures ainuüksi väntvõll 300tonni - umbes samapalju kaaluks ühtekokku 200 keskmist sõiduautot.

Selle varjandi motor oleks 27.1 m pikk ja 13,4 m kõrge. Aga kõige tähtsam ka sellegi mootori juures, nagu igal mootoril, on tema võimsus. See annaks töökiirusel 102 väntvõlli pööret minutis võimsuseks 108 920 hobujõudu ning väändemomendi väljaütlemiseks tuleb vaat et vahepeal hingamispaus teha: 7603 749 Nm! Karta on, et nii mõnigi rullnokk veedab peale nende numbrite lugemist unetu öö. Üldiselt töötavad kõik need hiidmootorid väärika aeglusega, näiteks 5-8silindriliste RTA50C- mootorite väntvõlli pöörete vahemikuks on antud 99-124. Oleks ka imelik ehk kaine mõistuse vastane oodata selliselt gigandilt minutis tuhandesse pööretesse ulatuvat töökiirust. Nimipööretest muljetavaldavamgi on minimaalne pöörete arv, millega need mootorid töötavad tühikäigil. See on majesteetlikult väärikas – 20-30 pööret minutis ehk 1 pööre 2-3 sekundi kohta, uue põlvkonna flex-mootoritel firma andmetel aga isegi alla 20 p/min! Täpsustuseks võib öelda, et diiselmootoreid klassifitseeritakse ka pöörete arvu alusel. Madalamapöördeliste laeks jääb 300p/min, keskmisel 300-900 ja kõrgpöördelistel üle 900p/min. Kõne alone RTA96C asetub seega madalamapöördeliste klassi. Kahetaktilise hiidmootori eripäraks on veel see, et ta on muus osas sarnaste omadustega neljataktilise 1,8 korda võimsam – väikestel mootoritel sellist vahet pole. Omaette lugu on selle masina kütusevajadusega, set janune on see loom tõesti – aga kust see jõud siis muidu tuleks? British Standard Fuel Consumption`i andmetel kulutaks 14silindriline masin nimivõimsusel kütust ligi 14 tonni tunnis, ökonoomsel reziimil on vastav number 13. Kütuse kulust minutis või sekundis poleks eriti mõtet rääkida, kuid puht arvutuslikult tuleks sekundi kohta kütusekuluks 3.6-3.8 kg ehk peaaegu pool ämbrit. Need on siiski absoluutarvud, mis on küll suured, kuid eraldi votes ei iseloomusta kõige tähtsamat, s.o ökonoomsust.

Selgemat keelt räägivad numbrid, mis iseloomustavad nn erikütusekulu ehk kütusetarbimist tunnis ühe võimsusühiku (hobujõu või kilovati; 1 kW= 1.36 hj) kohta: maksimumvõimsusel 126, ökonoomsusreziimil 118 grammi hobujõu või 163.171 grammi kilovati võimsuse kohta tunnis. Mootorite õkonoomsust iseloomustab ka kasutegur, mis on otseses seoses kütuse eri kuluga. Suurte moodsate laevadiislite kasutegur ulatub 50%-ni, olles selle poolest absoluutsed liidrid soojusmasinate seas. Võrdluseks: parimate auruturbiinjõuseadmete kasutegurid on 30-35%, gaasiturbiinidel 35-40%. Kasuteguri number, näitab mitu protsenti kulutatud kütuses sisalduvast soojusenergiast muundatakse kasulikuks tööks. Tavaliste sisepõlemismootorite kasutegur on 20-40%. Kahetaktilisel hiidmootoril on rõhk silindris survetakti lõpus 100-120 baari ja õhutemperatuur 700-800 kraadi, mistõttu raskekütus süttib kiiresti ja põleb täielikult. Pärast kütuse süttimist tõuseb rõhk silindrismõne millisekundi jooksul maksimaalseni ehk 140-150 baarini, millest lähtuvad ka mootori detailide tugevusarvutused.

Suured mootorid – suured laevad

Laevamootorite valmistamine ja hooldus on suures osas kandunud litsentside alusel Aasia riikidesse. Meie loo peategelast, RTA96C-d tutvustati maailmale 1994. aastal, laeval leidis maailma võimsaim sisepõlemismootor 12silindrilisena koha oktoobris 1997 ja see konkreetne motor on praeguseks teinud üle 36 000 töötunni. Loo kirjutamise ajaks oli teenistusse astunud 139 seda tüüpi mootorit koguvõimsusega 7954 MW, lähikuudel peaks valmima veel 23 mootorit. Levinumad mootorid on 10, 11 ja 12 silindriga, kokku on neid valmistatud 91. Oma koha on need kõik leidnud konteinerlaevadel, mille suurus jääb vahemikku 3700-8000 TEU. Sellised laevad veaks korraga ära 55 500-160 000 tonni kaupa. Juhitavaks levaehitusmaaks kujunenud Koreas lähitulevikus valmivast 23 laevast on näiteks viis konteinerlaeva suurusega 8030 TEU ja need saavad peale 12silindrilise mootori 68640 kW võimsusega, samas valmivad veel Daewoo firma osalusel kuus 8silindriliste 45 760 kW mootoritega 5600TEU konteinerlaeva. Samasse suurusjärku langevad ka 12 laeva, mille valmistamisel osaleb Hyndai.

Mees mootoril annab ettekujutuse maailma suurima sisepõlemismootori suurusest.

Suguselts sama, liik erinev.

Ehituslikult erineb hiidmootor oma traktoritel või veoautodel koha leidnud sugulastest oluliselt. Kui karteriruumi suurus, mis mõõtmetelt läheneb “noorele” laevale on määratud väntvõlli mõõtmetega, kus ainuüksi vändakaela läbimõõt on umbes 1 m, siis jõuallika hirmsuure kõrguse tingib aeglastes laevamootorites kasutatav ristpeakonstruktsioon kolvi edasi-tagasi liikumise ülekandmiseks väntvõllile. Ristpeamootoris ei ole kepsu ülemine pea otse ühendatud kolviga, vaid karteri ülaosa üles-ala liikuva ristpeaga. Paraleelsete liugpindadega ristpea liikumist suunavad silindri telje sihis täpselt väljarihitud ja mootori tugiraami külge kinnitatud juhiliistud. Kolb on ristpeaga jäigalt ühendatud pika kolvisääre abil.

Kõigis kolbimootorites tekib keps külgsuunas mõjuvaid jõude, mis automootorites kolbidel mõjudespõhjustavad ajapikku silindrite kulumist ovaalseks. Ristpea mootorites kantakse needsamad külgjõud ristpea kaudu üle jõuallika tugiraamile, vabastades kolvi ja silindri nende mõjust. Seetõttu on silindrite kulumine ristpeamootorites võrreldav ristpea mootoritega palju väiksem. Vaatamata sellele et ristpeamootorid on umbes kaks korda kõrgemad ja ligi samapalju raskemad samade silindri mõõtmetega ristpeata mootoritega võrreldes, on silindrihülsside ja kolvigrupi väike liikumine kaalukas argument ristpeamootorite valiku kasuks kaubalaevadel. Ka kolbide ülekuumenemise ja kolvirõngaste kinnipõlemise vältimiseks vajalikku intensiivset jahutamist õliga on lihtsam tagada ristpeamootorites teleskoop- või sarniirliigendiga torude abil karterist ristpea ja seest õõnsa kolvisääre kaudu. Kui lisame siia veel mootori madalamate pöörete arvu, mis võimaldab jõu ülekannet kõrge ökonoomsuse tänu gaasiturbiin-ülelaadimisele, hästi organiseeritud gaasivahetusele ning põlemisprotsessile, võimaluse kasutada kõige madalamamargilisi raskekütuseid, minimaalse õlikulu ja aeglaste pöörete tõttu ja detailide üldiselt aeglase kulumise, hakkab mosaiik kokku saama. Need eelised tagavad hiidmootoritele kadedusväärse töökindluse ja aastakümnetesse ulatuva tööressursi. See on esmapilgul ehk varjatud põhjus, miks 60-70% maailmakaubalaevastikust liigub tänu aeglaste pööretega 2taktilisele ristpeamootoritele. Need mootorid peavad teenima laeva nii kaua kui laev on määratud töötama, või vastupidi – laev on kasutuskõlblik nii kaua, kuni mootor ei vaja kapitaalset remonti. Aga remontida seda mootorit pole ju otstarbekas, selleks tuleks kogu laev mootori ümber lahti harutada ja siis uuesti üles ehitada. Lihtsam ja otstarbekam on siis juba uus laev teha.

Selles detailireas on kolbide alumised pooled koos kolviäärtega. Nn harjased on õlituskanalid, mis peavad õli viima kolvi ülemises pooles olevatesse avadesse kolvi jahutamiseks.

Flex- mootorid.

Viimaseks sõnaks suurte laevademootorite ehitamisel on saanud nn flex – mootorid. Wärtsiläs välja töötatud SulZer RT-flex on esimene aeglaste pööretega mootor, kus kütuse silindrisse pihustamiseks ja väljalaskeklapi töölerakendamiseks kasutatakse elektrooniliselt juhitavat nn ühtse surveliini süsteemi. See annab enneolematu paindlikkuse mootori reguleerimiseks töötamisel erinevatel reziimidel, pakkudes selliseid eeliseid nagu suitsuvaba töö kõigil mootori koormustel, väiksemad kütuse- ja hoolduskulud ning madal stabiilsete pöörete arv, mis parandab laeva manööverdamise võimet. Flex-mootorites tagatakse paari lihtsa ehitusega mittereguleeritav kütuse kõrgusurvepumba abil ühtses surveliinis konstantne surve, mis vajaliku pihustamise kvaliteedi saavutamiseks võib ulatuda 1000 baarini. Lihtsustatult kujutab ühtne surveliin piki mootorit silindrikaante kõrval jooksvat paksuseinalist terastoru, kust kütus suunatakse harutorude kaudu ja läbi elektrooniliselt juhitavate klappide pihustitesse, mida on sõltuvalt silindri läbimõõdust silindri kohta 2 või 3. Analoogne tööpõhimõte on ka väljalaskeklappide töösserakendamiseks. Elektrooniline juhtplokk, pigem küll tehis aju, tagab kütuse silindrisse pihustamise täpse ajastamise, koguse ja väljalaskeklapi töö vastavalt mootori pööretele, koormusele jt parameetritele. Kõik kütuse etteanded ja gaasijaotusega seonduv on sujuvalt muudetav mootori seiskamata, mis on suur eelis nukkvõlliga mootorite ees. Need mootorid rahuldavad vajadust kompaktsete, suure töökindluse, kõrge kasuteguri, optimaalsete tootmiskulude ja keskkonnakaitse nõuetele vastavate jõuallikate järele. Praegu on kasutuses või tellitud 13 Sulzer RT-flex mootorit koguvõimsusega 209 590 kW. Lähtudes kohe-kohe kehtima hakkavatest uutest nõuetest heitgaasidele, saab nende mootorite päralt olema tulevik. Laevamehaanikuid teeb vähemalt esialgu üsna murelikuks, et mingi paari või paarikümmne dollarilise elektroonikavidina ülesütlemine võib 80 000kW võimsusega mootorimüraka töö lootusetult halvata ja nii võivad laevaga juhtuda tõsised lood kuni laevahukuni - ei kui mingi asi saab untsu minna, siis ta ka läheb. Aga nii on ju kõigi uute ja harjumatute asjadega siis ilmas.

Tublid põhjanaabrid.

Wärtsillä kontserni algus ulatub aastasse 18834, mil ta loodi saeveskina. Aja jooksul võeti juurde teisi tegevusalasid, nende hulgas kahe suure sõja vahel masina- ja laevaehitus. Meiegi jäälõhkuja Tarmo on ehitatud Wärtsiläs. Kaheksakümnendatel aastatel oli põhilisi tegevusvaldkondi kuus: laevaehitus, diiselmootorid, mehaanikatooted, tehniline portselan, lukud ja tarbekaubad. Kompanii jõudis maailma suurematele börsidele. Liitumisi ja loobumisi teiste firmade ja tegevusvaldkondadega on olnud ajas palju, aga praegu võib firma end õnnitleda sel puhul, et 1997. aastal liideti firmaga Sveitsi maailmakuulus mootoriehitaja Sulzer. Sealt sündis 1982. aastal esimene RTA-mootor. Ühinemise tulemusena sündis Wärtsilä NSD Corporation, mille küllaltki suur tuluosa tuleb litsentside müügist. Peale laevamootorite teeb firma maailma jõujaamu ja korporatsioonile kuulub ka eriterast valmistav Imatra Steel. Osaletakse ka tuumaenergeetika uurimustöödes. Kirjutaja tänab Eest Mereakadeemia õppejõunu hr Heino Punabit lahke konsultatsiooni eest!

Allikas: www.tehnikamaailm.ee

printerisõbralik versioon esita küsimus