第九章 柴油機(jī)的起動(dòng)、換向和操縱系統(tǒng)

第九章啟動(dòng)、換向和操縱系統(tǒng)第一節(jié)柴油機(jī)的啟動(dòng)

船舶經(jīng)常在各種復(fù)雜的條件下航行，在進(jìn)出港口和靠離碼頭時(shí)船舶需要多次改變航速及航向；在海洋中正常航行時(shí)要求船舶定速前進(jìn)；在大風(fēng)浪中航行時(shí)應(yīng)限制主機(jī)的負(fù)荷及轉(zhuǎn)速以防主機(jī)超負(fù)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(jī)動(dòng)操作的要求，船舶主機(jī)應(yīng)當(dāng)具有起動(dòng)、停車、調(diào)速、限速、限制負(fù)荷、正車運(yùn)轉(zhuǎn)和倒車運(yùn)轉(zhuǎn)的能力。作為船舶主機(jī)的柴油機(jī)必須設(shè)計(jì)起動(dòng)、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(jī)的啟動(dòng)

一、概述柴油機(jī)本身沒有自行起動(dòng)能力。欲使靜止的柴油機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)必須借助于外力，以便使柴油機(jī)獲得第一個(gè)工作循環(huán)的條件，即在外力作用下進(jìn)行進(jìn)氣、壓縮、噴油，直至燃油燃燒膨脹作功而自行運(yùn)轉(zhuǎn)。這一過(guò)程稱柴油機(jī)起動(dòng)。在起動(dòng)過(guò)程中還必須使柴油機(jī)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速，才能保證在壓縮終點(diǎn)缸內(nèi)達(dá)到燃油自燃發(fā)火的溫度。柴油機(jī)起動(dòng)所要求的最低轉(zhuǎn)速稱起動(dòng)轉(zhuǎn)速。起動(dòng)轉(zhuǎn)速的高低與柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)類型（開式燃燒室、缸徑大起動(dòng)轉(zhuǎn)速低）、環(huán)境溫度（缸內(nèi)溫度、柴油機(jī)溫度、冷卻水溫、外界氣溫）、柴油機(jī)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(jī)起動(dòng)性能的重要標(biāo)志。起動(dòng)轉(zhuǎn)速的一般范圍是：高速柴油機(jī)80～150r/min；中速柴油機(jī)60～70r/min；低速柴油機(jī)10～30r/min。根據(jù)所采用的外來(lái)能源形式，柴油機(jī)的起動(dòng)方式可分為：（1）借助于加在曲軸上的外力矩使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。如人力手搖起動(dòng)、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)及氣力或液壓馬達(dá)起動(dòng)等；（救生艇發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)應(yīng)急空壓機(jī)的柴油機(jī)等）不需空氣分配器與氣缸啟動(dòng)閥

（2）借助于加在活塞上的外力推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)使曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)。如壓縮空氣起動(dòng)。通常，船用柴油機(jī)（主、副機(jī)）大多采用壓縮空氣起動(dòng)。柴油機(jī)的啟動(dòng)性能除和柴油機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作條件有關(guān)外，與啟動(dòng)裝置也有關(guān)。柴油機(jī)起動(dòng)裝置要求：1）保證迅速可靠起動(dòng)；2）起動(dòng)耗能少；3）易于實(shí)現(xiàn)機(jī)艙自動(dòng)化和遙控；4）對(duì)船舶主柴油機(jī),還要求當(dāng)曲軸處于任何位置和機(jī)艙溫度不低于5～8℃不需暖機(jī)就能迅速和可靠地起動(dòng)二.壓縮空氣起動(dòng)裝置的組成和工作原理

1、起動(dòng)裝置簡(jiǎn)介1-氣缸起動(dòng)閥；2-空氣分配器；3-主起動(dòng)閥；4-起動(dòng)控制閥；5-截止止回閥；6-出氣閥；7-空氣瓶壓縮空氣起動(dòng)將具有一定壓力（2.5－3.0MPa）的壓縮空氣按柴油機(jī)的發(fā)火順序在膨脹行程之初引入氣缸，代替燃?xì)馔苿?dòng)活塞，使柴油機(jī)達(dá)到起動(dòng)轉(zhuǎn)速，完成自行發(fā)火。壓縮空氣起動(dòng)裝置1）作用：起動(dòng)、制動(dòng)（剎車）2）組成:空氣壓縮機(jī)、起動(dòng)空氣瓶、起動(dòng)控制閥、主起動(dòng)閥、空氣分配器、氣缸起動(dòng)閥3）我國(guó)規(guī)范要求：起動(dòng)空氣瓶的容量必須保證在不補(bǔ)氣的情況下能冷車倒順車交替起動(dòng)各6次（不可換向主柴油機(jī)6次）。供主機(jī)起動(dòng)的空氣瓶至少有兩個(gè)，起動(dòng)空氣壓力應(yīng)保持2.5～3.0MPa3）我國(guó)規(guī)范要求：（1）至少要有2臺(tái)充氣設(shè)備,其中一臺(tái)應(yīng)由主柴油機(jī)以外的動(dòng)力驅(qū)動(dòng).充氣設(shè)備的排量應(yīng)在1h內(nèi)將空氣瓶的壓力升到連續(xù)啟動(dòng)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(dòng)空氣管路上應(yīng)有截止止回閥.(4)起動(dòng)空氣瓶至少有2個(gè),(5)空氣瓶的容量必須保證在不補(bǔ)氣的情況下能冷車倒順車交替起動(dòng)各6次（不可換向主柴油機(jī)6次）。(6)起動(dòng)空氣壓力應(yīng)保持2.5～3.0MPa4）工作原理起動(dòng)控制閥控制主起動(dòng)閥；起動(dòng)凸輪控制空氣分配器；空氣分配器控制氣缸起動(dòng)閥3、氣缸起動(dòng)閥和空氣分配器的結(jié)構(gòu)原理2、保證起動(dòng)的條件(1)壓縮空氣必須具有一定的壓力和一定的儲(chǔ)量按我國(guó)有關(guān)規(guī)定供主機(jī)起動(dòng)用空氣瓶（至少有兩個(gè)）的壓力應(yīng)保持在2.5～3MPa，中、低速柴油機(jī)的起動(dòng)空氣壓力一般為1.5~3.0MPa，新型柴油機(jī)起動(dòng)空氣壓力一般為1.0MPa左右。其儲(chǔ)量應(yīng)保證在不補(bǔ)充空氣的情況下，對(duì)可換向主機(jī)能從冷機(jī)正倒車交替起動(dòng)不少于12次；對(duì)不可換向主機(jī)能從冷機(jī)連續(xù)起動(dòng)6次。(2)壓縮空氣要有一定的供氣定時(shí)，即供氣要適時(shí)并有一定的供氣延續(xù)時(shí)間①活塞處于膨脹行程之初某一時(shí)刻向氣缸供氣并持續(xù)一段時(shí)間后結(jié)束②起動(dòng)定時(shí)主要與柴油機(jī)的類型有關(guān)a.船用大型低速二沖程機(jī)氣缸起動(dòng)閥通常在上止點(diǎn)前5°CA向氣缸供氣，上止點(diǎn)后100°CA結(jié)束，進(jìn)氣延續(xù)角一般不超過(guò)120°CAb.中高速四沖程機(jī)氣缸起動(dòng)閥通常在上止點(diǎn)前5－10°CA開啟，進(jìn)氣延續(xù)角一般不超過(guò)140°CA實(shí)際上，啟動(dòng)空氣進(jìn)入氣缸的時(shí)刻要延后些，這時(shí)因?yàn)闅飧讍?dòng)閥不是瞬時(shí)開大的，存在節(jié)流作用。9.1.3二沖程柴油機(jī)某缸氣缸起動(dòng)閥卡死不能開啟而使曲軸停在某一位置不能起動(dòng)時(shí)，查看飛輪刻度可以確定發(fā)生故障的起動(dòng)閥，下列說(shuō)法正確的是：A.飛輪指示在下止點(diǎn)前0~120°的缸為故障缸B.飛輪指示在上止點(diǎn)的缸為故障缸C.飛輪指示在上止點(diǎn)前0~120°的缸為故障缸D.飛輪指示在上止點(diǎn)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(jī)不少于4缸（i=360°/100°）四沖程柴油機(jī)不少于6缸（i=720°/140°）若缸數(shù)少于上述限值，則起動(dòng)前應(yīng)盤車至起動(dòng)位置。發(fā)電副機(jī)采用加在曲軸自由端的氣力馬達(dá)起動(dòng)就不必保證有最少氣缸數(shù)。

3.氣缸啟動(dòng)閥和空氣分配器的機(jī)構(gòu)原理a.單氣路控制式氣缸起動(dòng)閥b.柱塞式空氣分配器三.壓縮空氣起動(dòng)裝置的主要設(shè)備

1.氣缸起動(dòng)閥1）要求（1）起動(dòng)要求：速開速關(guān)并減少節(jié)流損失減少起動(dòng)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(shí)閥不應(yīng)開啟，以防燃?xì)獾箾_危險(xiǎn)（2）制動(dòng)要求：當(dāng)缸內(nèi)壓力稍高于起動(dòng)空氣壓力時(shí)閥仍能保持開啟起動(dòng)安全、制動(dòng)性能好兩方面對(duì)氣缸起動(dòng)閥的要求是矛盾的。在起動(dòng)安全方面，要求氣缸起動(dòng)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(yīng)保持關(guān)閉狀態(tài)，防止燃?xì)獾沽魅肫饎?dòng)空氣管；在制動(dòng)性能好方面，要求在制動(dòng)過(guò)程中，即使缸內(nèi)壓力稍高于起動(dòng)空氣壓力時(shí)，氣缸起動(dòng)閥仍然保持開啟以完成減壓制動(dòng)和強(qiáng)制制動(dòng)。

2）類型（1）單向閥式用于中小型柴油機(jī)單向閥式為一個(gè)簡(jiǎn)單的單向閥，其起動(dòng)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(jī)空氣分配器尺寸小，空氣節(jié)流損失少，起動(dòng)迅速據(jù)啟閥氣路的不同分為：?jiǎn)螝饴房刂剖?；雙氣路控制式兩種①單氣路控制式

a.特點(diǎn)：屬平衡式起動(dòng)閥，啟閥活塞為單級(jí)平面式，面積大；b.優(yōu)點(diǎn)：開關(guān)迅速，起動(dòng)空氣消耗少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：閥盤落座時(shí)速度快,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(dòng)和制動(dòng)兩方面要求；c.用于MAN、B&W、MANB&W型柴油機(jī)②雙氣路控制式

a.特點(diǎn)：屬平衡式起動(dòng)閥，啟閥活塞為分級(jí)活塞式；b.優(yōu)點(diǎn)：兼顧柴油機(jī)的起動(dòng)和制動(dòng)要求（啟動(dòng)時(shí)氣缸內(nèi)壓力超過(guò)啟動(dòng)空氣壓力能自動(dòng)關(guān)閉）；速開、速關(guān)；但落座速度緩慢。撞擊小。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜；c.僅用于SULZER柴油機(jī)。2.空氣分配器1）作用：按發(fā)火順序及起動(dòng)定時(shí)控制氣缸起動(dòng)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(jī)，六缸機(jī)有一個(gè)控制氣口和六個(gè)出氣口，拆裝后重新裝配時(shí)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(jī)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(yīng)的起動(dòng)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(gè)啟動(dòng)凸輪控制，滑閥需要按發(fā)火順序排列；直列式由一套起動(dòng)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(dòng)閥相配，滑閥套上有4個(gè)氣孔；不啟動(dòng)時(shí)在彈簧作用下滑閥和滾輪脫離，避免在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中滑閥磨損。b.雙氣路式：與雙氣路氣缸起動(dòng)閥相配，不啟動(dòng)時(shí)在彈簧作用下滑閥和滾輪脫離3.主起動(dòng)閥1）位于起動(dòng)控制閥與空氣分配器之間，作用：壓縮空氣起動(dòng)系統(tǒng)的總開關(guān)2）要求（1）滿足起動(dòng)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(dòng)完