第九章起動、換向和操縱系統(tǒng)

第一節(jié)

起動裝置一、概述1柴油機本身無自行起動能力2起動轉(zhuǎn)速1）定義:柴油機起動所要求的最低轉(zhuǎn)速2）衡量柴油機起動性能的主要參數(shù)，影響因素:柴油機類型、環(huán)境條件、柴油機的技術(shù)狀態(tài)、燃油品質(zhì)3）范圍：高速機80～150rpm；中速機60～70rpm;低速機25～30rpm3）起動方式（1）外力矩加在曲軸上，如手搖起動、電機起動、氣馬達(dá)起動，用于小型機、救生艇機，不需空氣分配器與氣缸啟動閥（2）外力加在活塞上，如壓縮空氣起動，用于船舶主柴油機、發(fā)電柴油機4）柴油機起動裝置要求：（1）保證迅速可靠起動；（2）起動耗能少；（3）易于實現(xiàn)機艙自動化和遙控；（4）對船舶主柴油機,還要求當(dāng)曲軸處于任何位置和機艙溫度不低于5～8℃不需暖機就能迅速和可靠地起動二、壓縮空氣起動裝置的組成和工作原理1壓縮空氣起動：將具有一定壓力（2.5－3.0MPa）的壓縮空氣按柴油機的發(fā)火順序在膨脹行程之初引入氣缸，代替燃?xì)馔苿踊钊?，使柴油機達(dá)到起動轉(zhuǎn)速，完成自行發(fā)火來自空氣壓縮機的空氣來自空氣壓縮機的空氣1451671823圖9-1壓縮空氣起動裝置原理圖1氣缸起動閥;2空氣分配器;3主起動閥;4操縱手柄;5出口閥;6空氣瓶;7起動控制閥;8截止閥2壓縮空氣起動裝置1）作用：起動、制動（剎車）2）組成:空氣壓縮機、起動空氣瓶、起動控制閥、主起動閥、空氣分配器、氣缸起動閥3）我國規(guī)范要求：起動空氣瓶的容量必須保證在不補氣的情況下能冷車倒順車交替起動各6次（不可換向主柴油機6次）。供主機起動的空氣瓶至少有兩個，起動空氣壓力應(yīng)保持2.5～3.0MPa4）工作原理

起動控制閥控制主起動閥；起動凸輪控制空氣分配器；空氣分配器控制氣缸起動閥5）起動條件（1）壓縮空氣必須具有一定的壓力和一定的儲量（2）壓縮空氣要有一定的供氣定時，即供氣要適時并有一定的供氣延續(xù)時間

活塞處于膨脹行程之初某一時刻向氣缸供氣并持續(xù)一段時間后結(jié)束

起動定時主要與柴油機的類型有關(guān)Ａ船用大型低速二沖程機氣缸起動閥通常在上止點前5°CA向氣缸供氣，上止點后100。CA結(jié)束，進氣延續(xù)角一般不超過120°CAＢ中高速四沖程機氣缸起動閥通常在上止點前5－10°CA開啟，進氣延續(xù)角一般不超過140°CA（3）必須保證最少氣缸數(shù)二沖程柴油機不少于4缸（i=360°/100°）；四沖程柴油機不少于6缸（i=720°/140°）三、壓縮空氣起動裝置的主要設(shè)備1氣缸起動閥1）要求（1）起動要求：速開速關(guān)，落座速度要慢，缸內(nèi)發(fā)火時閥不應(yīng)開啟，以防燃?xì)獾箾_危險（2）制動要求：當(dāng)缸內(nèi)壓力稍高于起動空氣壓力時閥仍能保持開啟注：制動過程分能耗（減壓）制動和強制制動兩階段。減壓制動是在壓縮行程之末向氣缸供壓縮空氣，氣缸內(nèi)被壓縮的空氣從氣缸起動閥排出；強制制動是在壓縮行程將壓縮空氣供入氣缸強行剎車并使曲軸反向轉(zhuǎn)動結(jié)論：起動和制動兩方面對氣缸起動閥的要求是矛盾的。這種不同的要求是通過起動閥不同的構(gòu)造實現(xiàn)的，單氣路控制式不能兼顧起動和制動兩方面要求；雙氣路控制式能夠滿足起動和制動要求2）類型（1）單向閥式用于中小型柴油機（2）氣壓控制式用于大型柴油機，據(jù)啟閥氣路的不同分為單氣路控制式和雙氣路控制式兩種

單氣路控制式Ａ特點：屬平衡式起動閥，啟閥活塞為單級平面式，面積大Ｂ優(yōu)點：開關(guān)迅速，起動空氣消耗少，結(jié)構(gòu)簡單缺點：閥盤與閥面撞擊嚴(yán)重，易磨損，易發(fā)生燃?xì)獾箾_，不能兼顧起動和制動兩方面要求Ｃ用于MAN、B&W、MAN

B&W型柴油機

雙氣路控制式Ａ特點：屬平衡式起動閥，啟閥活塞為分級活塞式B優(yōu)點：兼顧柴油機的起動和制動要求(啟動時氣缸內(nèi)壓力超過啟動空氣壓力能自動關(guān)閉）

缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜C僅用于SULZER柴油機2空氣分配器1）作用：按發(fā)火順序及起動定時控制氣缸起動閥開關(guān)2）類型按結(jié)構(gòu)分為回轉(zhuǎn)（分配盤)式和柱塞式（1）回轉(zhuǎn)式多用于中高速機，六缸機有一個控制氣口和六個出氣口，拆裝后重新裝配時應(yīng)使與分配盤上的橢圓孔所連通的氣缸正處于膨脹行程（2）柱塞式多用于大中型機

按排列結(jié)構(gòu)分為單體式和組合式。組合圓列式各缸統(tǒng)一由一個啟動凸輪控制，滑閥需要按發(fā)火順序排列

按控制氣路分為A單氣路式與單氣路氣缸起動閥相配，滑閥套上有4個氣孔B雙氣路式與雙氣路氣缸起動閥相配，不啟動時在彈簧作用下滑閥和滾輪脫離3主起動閥1）位于起動控制閥與空氣分配器之間，作用：壓縮空氣起動系統(tǒng)的總開關(guān)2）要求（1）滿足起動所需要的壓縮空氣量（2）使供氣迅速可靠并減少壓縮空氣的節(jié)流損失（3）起動完畢后能迅速切斷進入起動總管的壓縮空氣，并使總管中殘余空氣經(jīng)主起動閥放入大氣3）類型（1）均衡式靠氣壓開閥（2）非均衡式靠泄放氣壓開閥，大型低速機多用

帶慢轉(zhuǎn)閥的柴油機慢轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速通常5－10轉(zhuǎn)

分鐘

如柴油機停車超過30分鐘，應(yīng)利用慢轉(zhuǎn)閥使主機至少慢轉(zhuǎn)一圈四、壓縮空氣起動系統(tǒng)的管理、常見故障與排除1壓縮空氣起動系統(tǒng)的維護保養(yǎng)

(1)經(jīng)常檢查系統(tǒng)中的有關(guān)部件

(2)壓縮空氣瓶應(yīng)定期放殘

(3)檢修閥件時應(yīng)關(guān)閉氣源，以免發(fā)生事故

(4)應(yīng)特別注意對氣缸起動閥的維護保養(yǎng)

(5)有關(guān)部件拆裝、檢修后應(yīng)校對或調(diào)整相關(guān)間隙

2壓縮空氣起動裝置常見故障及排除

1)柴油機不能起動（雖供氣但曲軸未動），原因及排除：（1）盤車機未脫開，盤車機連鎖閥尚在關(guān)閉位置，起動控制閥無控制空氣，此時脫開盤車機即可（2）壓縮空氣瓶出口閥或主停氣閥未開足，檢查有關(guān)空氣閥并開足（3）壓縮空氣瓶壓力不足，應(yīng)予以補氣（4）起動空氣管系臟污，清潔管系內(nèi)壁排放殘水

（5）主起動閥卡死，“自動”改為“手動”或?qū)Ｓ霉ぞ邔㈤y撬起或拆檢（6）起動控制閥咬死或磨損過度，應(yīng)予以清洗或換新（7）起動空氣分配器柱塞咬死或磨損漏氣，或起動定時錯誤(拆裝后)，應(yīng)查明原因予以排除。在緊急情況下可緊急換向，并反向起動即停，然后再換向起動(個別柱塞咬死)（8）氣缸起動閥動作不靈活或嚴(yán)重漏氣，可用專用工具壓動閥桿或閥芯換新2)起動時曲軸雖然轉(zhuǎn)動，但未達(dá)起動轉(zhuǎn)速，原因及排除：（1）起動空氣壓力太低，應(yīng)予以補氣（2）柴油機暖缸不足，應(yīng)予以充分暖缸（3）個別氣缸起動閥或空氣分配器咬死或動作呆滯，應(yīng)拆檢清洗（4）起動操縱過快，應(yīng)重新起動3)某段起動空氣管發(fā)熱。原因是該氣缸起動閥漏泄，應(yīng)拆檢研磨該氣缸起動閥第二節(jié)換向裝置一、換向原理和方法1換向方法1）變距槳換向2）倒順車離合器換向用于高速機3）柴油機換向多用2柴油機換向原理先停車，換向到位(凸輪相對軸的位置轉(zhuǎn)換到位）后將柴油機反向起動起來，最后使柴油機按反向運轉(zhuǎn)起來。要滿足反向起動和反向運轉(zhuǎn)的要求，必須改變起動定時、噴油定時、配氣定時，使之與正轉(zhuǎn)時有相同的規(guī)律，即相同的定時和工作規(guī)律。這就要求改變凸輪相對于曲軸位置。四沖程機包括空氣分配器、噴油泵和進、排氣閥的控制凸輪，二沖程直流掃氣機包括空氣分配器、燃油凸輪和排氣凸輪，而二沖程彎流掃氣機則只有空氣分配器、燃油凸輪3換向裝置要求1）保證正倒車正時相同2）設(shè)置必要的連鎖機構(gòu)3）設(shè)置各凸輪的位置鎖緊裝置4）換向時間不超15S（由正車最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)開始換向啟動操作到開出倒車的時間）二、雙凸輪換向原理及換向過程1特點：1）配置兩套凸輪；2）凸輪軸軸向移動；3）換向機構(gòu)復(fù)雜（提升機構(gòu)提升滾輪，設(shè)軸向鎖緊裝置）2換向原理：多缸機換向后倒轉(zhuǎn)的起動順序和發(fā)火順序與正轉(zhuǎn)的起動順序和發(fā)火順序相反3換向方法1）機械液壓式2）氣力－液壓式目前船用主機采用三、單凸輪換向原理及裝置1單凸輪換向特點：1）配置一套輪廓對稱的凸輪，正、倒車兼用；2）換向時將凸輪軸相對曲軸轉(zhuǎn)過一個角度2單凸輪換向差動方向1）超前差動：差動方向與換向后的新轉(zhuǎn)向相同2）滯后差動：差動方向與換向后的新轉(zhuǎn)向相反3單凸輪類型1）一般線型用于各種柴油機的凸輪2）雞心形線型僅用于直流掃氣二沖程機燃油凸輪4換向原理1）一般線型的單凸輪換向原理（1）燃油凸輪換向差動角為凸輪中心線與上止點之間夾角的2倍，即2αs=2（

-β），且為滯后差動（2）排氣凸輪差動方向為超前差動，差動角2αs=2（β-

），與燃油凸輪差動角不同，即差動方向和差動角不同于燃油凸輪，故采用一般線型單凸輪換向?qū)θ加屯馆喓团艢忾y凸輪無法同軸差動，只能進行雙軸單凸輪差動換向或排氣凸輪不換向（3）兩組凸輪（燃油、排氣閥）單軸差動換向條件：差動方向相同；差動角相同；差動前后同名凸輪的正、倒車定時相同或基本相同注：用雞心凸輪代替一般線型燃油凸輪可滿足上述要求2）雞心凸輪的換向原理（超前差動）（1）雞心凸輪差動角為30。，且為超前差動（2）一般線型排氣凸輪差動角為30。，亦為超前差動，但因排氣凸輪定時不當(dāng)?shù)管嚬r較差（定時滯后6。）5單凸輪換向裝置類型1）液壓差動換向裝置在停車時先完成單凸輪滯后差動（凸輪軸相對曲軸轉(zhuǎn)動），然后反向起動。用于SULZER

RD、RND、RND－M型機。RTA型機燃油凸輪為一般線型滯后差動（燃油凸輪相對凸輪軸轉(zhuǎn)動），排氣閥凸輪為一般線型不需換向，空氣分配器凸輪為雙凸輪（控制空氣控制軸向移動換向）2）氣動機械差動換向裝置為超前差動。MAN

B&W

SMC/MCE通過改變每缸噴油泵傳動機構(gòu)中的滾輪在凸輪上的角度位置完成換向動作，亦屬超前差動。燃油凸輪為雞心型（不需換向）,排氣凸輪為一般線形不需換向，空氣分配器凸輪也為雙凸輪軸向移動換向四、換向裝置常見故障及排除常見故障是柴油機不能換向，原因有：1換向裝置自身故障1）有關(guān)閥件咬死2）液壓換向伺服器故障3）拉動噴油泵滾輪連桿的拉桿螺栓松脫使個別缸噴油泵無法換向4）空氣分配器不能換向5）雙凸輪控制裝置中的“氣力－液力式”換向裝置有關(guān)控制部件漏氣、漏油2操作不當(dāng)1）操作過快2）緊急剎車時強制制動過急。必須選擇時機，轉(zhuǎn)速降至60－70%nb時剎車并間斷性拉動起動手柄第三節(jié)柴油機的操縱系統(tǒng)

一、操縱系統(tǒng)及基本要求1操縱系統(tǒng)：將起動、換向、調(diào)速等各裝置連接成一個整體并可以集中控制柴油機的機構(gòu)2基本要求1）迅速而準(zhǔn)確地執(zhí)行起動、換向、變速和超速保護等動作，并滿足規(guī)范相應(yīng)要求2）有必要的聯(lián)鎖裝置：盤車機聯(lián)鎖、起動聯(lián)鎖、換向連鎖、運轉(zhuǎn)方向連鎖、車鐘連鎖3）有必要的監(jiān)視儀表和安全保護與報警裝置（超速保護、油水低壓保護）4）操縱機構(gòu)中的零部件必須靈活、可靠，不易損壞5）操作、調(diào)節(jié)方便，維護簡單二、類型1按操縱部位和操縱方式分1）機旁手動操縱操縱系統(tǒng)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)中仍然必須保留，以保證對主機的可靠控制2）機艙集控室控制3）駕駛室控制注：要求三處應(yīng)設(shè)應(yīng)急停車按鈕或手柄2按遙控系統(tǒng)所使用的能源和工質(zhì)分1）電動式利于遠(yuǎn)距離控制，易于實現(xiàn)較高程度的自動化，是實現(xiàn)主機遙控的最佳途徑，但管理水平要求高2）氣動式信號傳遞比較遠(yuǎn)，動作可靠，維護方便，但信號傳遞比電動式慢，氣源凈化處理要求較高3）液力式傳遞力較大，但傳動的靈敏性和準(zhǔn)確性受距離的影響大，一般限于機艙范圍內(nèi)，不用于遠(yuǎn)距離信號傳遞4）混合式有多種，電－氣混合、電－液混合等，從駕駛臺到機艙采用電傳動，機艙內(nèi)采用液動或氣動。目前船上應(yīng)用較廣泛5）微型計算機控制系統(tǒng)可實現(xiàn)最佳狀態(tài)和最經(jīng)濟性控制，是當(dāng)代向綜合性自動化方向發(fā)展的主要目標(biāo)和方向小結(jié)：遠(yuǎn)距離遙控多用電傳動，近距離多用液動或氣動。目前我國遠(yuǎn)洋船多用全氣動式、電－氣混合式兩種三、典型操縱系統(tǒng)1MAN

B&W

LMC型機操縱系統(tǒng)1）特點：屬電－氣混合式操縱系統(tǒng)2）控制方式：（1）集控室控制；（2）駕駛臺控制；（3）機旁應(yīng)急控制3）主要組成：（1）集控室操縱臺與主控制閥箱；（2）駕駛室控制臺及控制閥箱；（3）機旁應(yīng)急操縱臺4）控制裝置特點