第九章 柴油機的起動、換向和操縱系統(tǒng)

第九章啟動、換向和操縱系統(tǒng)第一節(jié)柴油機的啟動

船舶經(jīng)常在各種復雜的條件下航行，在進出港口和靠離碼頭時船舶需要多次改變航速及航向；在海洋中正常航行時要求船舶定速前進；在大風浪中航行時應限制主機的負荷及轉(zhuǎn)速以防主機超負荷或超速；在緊急情況下船舶為了避碰而要求緊急剎車。為了滿足船舶機動操作的要求，船舶主機應當具有起動、停車、調(diào)速、限速、限制負荷、正車運轉(zhuǎn)和倒車運轉(zhuǎn)的能力。作為船舶主機的柴油機必須設計起動、換向和調(diào)速裝置以及控制上述各種裝置的操縱系統(tǒng)。第一節(jié)柴油機的啟動

一、概述柴油機本身沒有自行起動能力。欲使靜止的柴油機轉(zhuǎn)動起來必須借助于外力，以便使柴油機獲得第一個工作循環(huán)的條件，即在外力作用下進行進氣、壓縮、噴油，直至燃油燃燒膨脹作功而自行運轉(zhuǎn)。這一過程稱柴油機起動。在起動過程中還必須使柴油機達到一定轉(zhuǎn)速，才能保證在壓縮終點缸內(nèi)達到燃油自燃發(fā)火的溫度。柴油機起動所要求的最低轉(zhuǎn)速稱起動轉(zhuǎn)速。起動轉(zhuǎn)速的高低與柴油機的結(jié)構(gòu)類型（開式燃燒室、缸徑大起動轉(zhuǎn)速低）、環(huán)境溫度（缸內(nèi)溫度、柴油機溫度、冷卻水溫、外界氣溫）、柴油機技術(shù)狀態(tài)（霧化質(zhì)量、氣缸密封狀況）、燃油品質(zhì)等有關(guān)。它也是鑒別柴油機起動性能的重要標志。起動轉(zhuǎn)速的一般范圍是：高速柴油機80～150r/min；中速柴油機60～70r/min；低速柴油機10～30r/min。根據(jù)所采用的外來能源形式，柴油機的起動方式可分為：（1）借助于加在曲軸上的外力矩使曲軸轉(zhuǎn)動起來。如人力手搖起動、電動機起動及氣力或液壓馬達起動等；（救生艇發(fā)動機、驅(qū)動應急空壓機的柴油機等）不需空氣分配器與氣缸啟動閥

（2）借助于加在活塞上的外力推動活塞運動使曲軸運轉(zhuǎn)起來。如壓縮空氣起動。通常，船用柴油機（主、副機）大多采用壓縮空氣起動。柴油機的啟動性能除和柴油機結(jié)構(gòu)特點和工作條件有關(guān)外，與啟動裝置也有關(guān)。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、起動裝置簡介1-氣缸起動閥；2-空氣分配器；3-主起動閥；4-起動控制閥；5-截止止回閥；6-出氣閥；7-空氣瓶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，代替燃氣推動活塞，使柴油機達到起動轉(zhuǎn)速，完成自行發(fā)火。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，起動空氣壓力應保持2.5～3.0MPa3）我國規(guī)范要求：（1）至少要有2臺充氣設備,其中一臺應由主柴油機以外的動力驅(qū)動.充氣設備的排量應在1h內(nèi)將空氣瓶的壓力升到連續(xù)啟動要求壓力.(2)安全閥開啟壓力不大于工作壓力的1.1倍.(3)啟動空氣管路上應有截止止回閥.(4)起動空氣瓶至少有2個,(5)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）。(6)起動空氣壓力應保持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3、氣缸起動閥和空氣分配器的結(jié)構(gòu)原理2、保證起動的條件(1)壓縮空氣必須具有一定的壓力和一定的儲量按我國有關(guān)規(guī)定供主機起動用空氣瓶（至少有兩個）的壓力應保持在2.5～3MPa，中、低速柴油機的起動空氣壓力一般為1.5~3.0MPa，新型柴油機起動空氣壓力一般為1.0MPa左右。其儲量應保證在不補充空氣的情況下，對可換向主機能從冷機正倒車交替起動不少于12次；對不可換向主機能從冷機連續(xù)起動6次。(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①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②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實際上，啟動空氣進入氣缸的時刻要延后些，這時因為氣缸啟動閥不是瞬時開大的，存在節(jié)流作用。9.1.3二沖程柴油機某缸氣缸起動閥卡死不能開啟而使曲軸停在某一位置不能起動時，查看飛輪刻度可以確定發(fā)生故障的起動閥，下列說法正確的是：A.飛輪指示在下止點前0~120°的缸為故障缸B.飛輪指示在上止點的缸為故障缸C.飛輪指示在上止點前0~120°的缸為故障缸D.飛輪指示在上止點后0~120°的缸為故障缸(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°）若缸數(shù)少于上述限值，則起動前應盤車至起動位置。發(fā)電副機采用加在曲軸自由端的氣力馬達起動就不必保證有最少氣缸數(shù)。

3.氣缸啟動閥和空氣分配器的機構(gòu)原理a.單氣路控制式氣缸起動閥b.柱塞式空氣分配器三.壓縮空氣起動裝置的主要設備

1.氣缸起動閥1）要求（1）起動要求：速開速關(guān)并減少節(jié)流損失減少起動空氣消耗量，為了減輕閥盤與閥座間的撞擊落座速度要慢，缸內(nèi)發(fā)火時閥不應開啟，以防燃氣倒沖危險（2）制動要求：當缸內(nèi)壓力稍高于起動空氣壓力時閥仍能保持開啟起動安全、制動性能好兩方面對氣缸起動閥的要求是矛盾的。在起動安全方面，要求氣缸起動閥在缸內(nèi)發(fā)火后，即使有控制空氣作用在其上方空間，它也應保持關(guān)閉狀態(tài)，防止燃氣倒流入起動空氣管；在制動性能好方面，要求在制動過程中，即使缸內(nèi)壓力稍高于起動空氣壓力時，氣缸起動閥仍然保持開啟以完成減壓制動和強制制動。

2）類型（1）單向閥式用于中小型柴油機單向閥式為一個簡單的單向閥，其起動空氣就是控制空氣，由空氣分配器直接控制。（2）氣壓控制式用于大型柴油機空氣分配器尺寸小，空氣節(jié)流損失少，起動迅速據(jù)啟閥氣路的不同分為：單氣路控制式；雙氣路控制式兩種①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：閥盤落座時速度快,閥盤與閥面撞擊嚴重，易磨損，易發(fā)生燃氣倒沖，不能兼顧起動和制動兩方面要求；c.用于MAN、B&W、MANB&W型柴油機②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）；速開、速關(guān)；但落座速度緩慢。撞擊小。缺點：結(jié)構(gòu)復雜；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①按排列結(jié)構(gòu)分為單體式和組合式。a.分配器按各缸分開布置，分別由相應的起動凸輪控制；b.組合式空氣分配器按其柱塞的排列分為：圓周排列式和并列排列式。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；直列式由一套起動凸輪控制。②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；不啟動時在彈簧作用下滑閥和滾輪脫離，避免在柴油機運轉(zhuǎn)中滑閥磨損。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