船舶动力系统：第2章 船舶柴油机3

1、船舶动力系统,第二章 船舶柴油机（3）,柴油机操纵：将人的信息输送给柴油机，用以调整、改变其状态的控制系统 不同用途的柴油机，对其操纵内容不同，操纵系统的组成不同,柴油机操纵系统,船舶主柴油机的操纵： 船舶的操纵工况 进出港和靠离岸：多次改变航速、航向 正常航行：定速前进 大风浪中航行：限制主机负荷，防止主机超负荷、超转速 紧急避碰：刹车 主机应具有起动、停车、调速、限速、限制负荷、正车运转、（倒车运转）的能力,完成对应功能的装置 起动装置 调速装置 换向装置,船舶主机操纵系统的要求 执行动作迅速、准确，满足船舶规范要求； 设有必要的联锁装置，以避免操作失误或事故 【e】盘车机连锁、起动连锁、

2、换向连锁、运转方向连锁、车钟连锁等； 起动连锁装置：盘车机未脱开不能起动，换向未到位不能起动 换向连锁装置：转向与要求不符时不能起动，不允许在较高转速下换向，运转过程中不能自行换向,设有必要的监视仪表、安全保护、报警装置 【e】主机超速保护、主滑油系统低压保护、凸轮滑油低压保护、推力轴承高温保护 滑油系统低压保护：当滑油压力下降至许用下限值时，自动将油量调节杆推至零油位，使柴油机自行熄火停车 零部件灵活、可靠，不易损坏； 操作、调整方便，维护简单； 便于实现遥控和自动控制。,发电机柴油机的操纵 发电机工况要求的操纵：起动、停止、恒速 需要的操纵装置： 起动装置 定速调速装置 必要的联锁装置、监

3、控和报警,分类（按照所处位置分） 机旁手动（轮机人员操纵） 机舱集中控制室控制（轮机人员操纵） 驾驶室控制（驾驶人员操纵） 遥控系统用逻辑回路和自动化装置代替原有的各种手动操作程序 在三个部位的操纵台上均设操纵手柄、操纵部位转换开关、应急操作按钮及显示仪表等，以便对主机进行操纵和运行状态参数的监测,遥控,遥控系统的功能 主功能：根据车钟指令通过各种逻辑回路和自动装置等完成主机起动、换向、调速和停车等的程序操作 辅助功能：重复起动、慢转起动、负荷程序、应急停车、自动避开临界转速、故障自动减速或停车、紧急倒车等 柴油机的备车系统状态检查等由轮机人员在机舱内完成，然后再转换到遥控系统控制,控制及监视

4、主机、齿轮箱运行工况 远距离控制主机的起动、停车、换向、调速 远距离控制齿轮箱的接排、脱排,KLYK-DQ系列电气型船用主机遥控装置,例,在机舱集控室内集中控制及监视主、辅机运行工况、重要设备的运行工况及报警控制 主要功能：1、报警控制单元2、状态显示单元3、主机遥控单元4、主车钟单元、应急车钟单元5、电话单元6、火灾报警控制单元；7、轮机员呼叫单元；8、重要设备遥控起停控制单元,KLJS系列船用机舱集控台,分类（按使用的能源和工质分） 电动式：以电作为能源，通过电动遥控装置、电动驱动机构进行操纵。 易于实现远距离控制、较高程度自动化，是实现主机遥控的最佳途径；管理水平要求高，操纵管理人员应具

5、有一定电子技术知识 气动式：以压缩空气为能源，通过气动遥控装置、气动驱动机构进行操纵控制。 信号传递较远（100米内可满足控制要求），动作可靠（不受温度、振动、电气等干扰的影响），维护方便；信号传递比电动式慢，气源的除油、除尘、除水的净化处理要求较高，否则易使气动元件失灵,液力式：结构牢固、工作可靠、传递力较大；传动灵敏度易受影响（惯性，所用油的粘度受温度影响），传动灵敏性和准确性受距离影响大，一般限于机舱范围内，不用于远距离信号传递 混合式：电气混合、电液混合等，从驾驶台到机舱采用电传动，机舱内采用液动或气动。目前船上应用较广泛,微型计算机控制系统：通过软件取代常规操纵系统中的控制回路，体积

6、小、功能强、扩展性强，可实现最佳状态和最经济性控制，是当代向综合性自动化方向发展的主要目标和方向 远距离遥控多用电传动，近距离多用液动或气动。 目前我国远洋船多用全气动式、电气混合式两种,起动装置,起动：柴油机由静止状态，通过外部能源带动曲轴转动，创造柴油机获得第一个工作循环所需的条件，即柴油机在外力作用下进气、压缩、喷油、直到燃油燃烧膨胀做功后，获得的燃气能推动活塞自行运转起来。这一过程就是起动 柴油机初次发火的条件 压缩终点温度燃料自燃点 喷入汽缸的燃料雾化良好 只有柴油机运转一定转速才能达到（最低起动转速）,起动转速：起动时使得压缩终点达到燃油自燃温度以上的最低转速 各类型柴油机的起动转

7、速 大型低速柴油机 1030 r/min 中速柴油机 6070 r/min 高速机80-150 r/min,影响起动转速的因素：柴油机的类型 环境温度，如缸内温度、柴油机温度、冷却水温、外界气温 柴油机的状态，如气缸密封状况、柴油雾化质量 燃油的品质,柴油机常用的起动方式： 手起动：20kW以下的小型柴油机 电起动：高速小型柴油机，受蓄电池容量的限制，只适用于300kW以下的柴油机 压缩空气起动：大、中型柴油机。 船舶主机和发电机原动机几乎全采用压缩空气起动,电起动： 组成：直流电机+蓄电池 电机齿轮飞轮曲轴转动 特点：操作轻便，起动迅速，有重复起动的能力； but低温时蓄电池放电能力下降，使

8、起动困难,电起动.swf,压缩空气起动：将（1.5MPa3.5MPa）压缩空气按气缸发火顺序，依次在膨胀行程之初引入气缸，推动活塞， 使曲柄转动。达到起动转速后，喷入汽缸的燃料自行发火，柴油机正常运行，完成起动过程 【特点】：起动力矩大，迅速可靠，能连续多次起动，对外界温度不敏感，可在-30下起动。 but结构复杂，气密性要求高，阀件易出现故障，起动时压缩空气中的凝水会加剧气缸磨损,压缩空气系统的作用： 起动、制动（刹车） 压缩空气系统的组成: 空气压缩机、起动空气瓶、起动控制阀、主起动阀、空气分配器、气缸起动阀,直接控制式压缩空气起动系统,间接控制式起动系统图 1启动阀；2启动阀空气管； 3

9、空气分配器；4出气阀； 5充气阀；6空气瓶； 7空气压缩机；8截止阀； 9空气管；10控制阀； 11导管；12主启动阀； 13空气主管,起动：打开空气瓶6的出气阀4截止阀8，压下起动手柄压缩空气开主启动阀12，进空气分配器3，开汽缸起动阀1空气经主管13进入气缸推动活塞，使曲轴转动 起动停止：曲轴达到一定的转速，放开起动手柄，控制阀10关，停止向气缸供应压缩空气，机器开始正常运行,气缸启动阀和分配器构造原理图 （a）气缸启动阀；（b）分配器 1平衡阀 ；2进气腔；3启动阀体 4活塞；5分配器阀体；6滑阀 7分配器凸轮,空气分配器b上有n条启动阀空气管，每条空气管与一个气缸启动阀a相连 空气分配

10、器中有n只滑阀6，由一个被曲轴传动的凸轮7控制 凸轮7常装在顶动高压油泵的凸轮轴上，成凹形,气缸启动阀和分配器构造原理图 （a）气缸启动阀；（b）分配器 1平衡阀 ；2进气腔；3启动阀体 4活塞；5分配器阀体；6滑阀 7分配器凸轮,起动工作过程 凸轮7下凹部分对着滚轮时,该气缸活塞在上止点附近，将开始下移 滑阀6下降压缩空气入气缸启动阀a 平衡阀1压下空气进入气缸 凸轮转动滑阀6顶起活塞4上的压缩空气由通大气的孔出压力降弹簧作用平衡阀1闭停止向气缸中送气 （该气缸活塞位置接近下止点约15行程处）,主起动阀 ：压缩空气起动系统的总开关 气缸起动阀：装在气缸盖上，由空气分配器控制其开关 起动，要求

11、开关迅速，落座速度缓慢。缸内发火后，即使有控制空气作用在其上方空间，它也应保持关闭状态，防止燃气倒流入起动空气管 制动，在制动时，当缸内压力稍高于起动空气压力，气缸起动阀仍然保持开启以完成减压制动和强制制动 空气分配器：按柴油机的发火顺序定时的将压缩空气分配到相应的气缸起动阀,F-M 空气分配器,F-M engine air starting system,起动条件 （1）压缩空气必须具有一定的压力和一定的储量 我国规范要求：起动空气瓶的容量必须保证在不补气的情况下能冷车倒顺车交替起动各6次（不可换向主柴油机12次） 供主机起动的空气瓶至少有两个，起动空气压力应保持2.53.0MPa,（2）压

12、缩空气要有一定的供气定时，即供气要适时并有一定的供气延续时间 活塞处于膨胀行程之初某一时刻向气缸供气并持续一段时间后结束 起动正时主要与柴油机的类型有关 船用大型低速二冲程机,气缸起动阀通常在上止点前5向气缸供气，上止点后100。结束，进气延续角一般不超过120 中高速四冲程机,气缸起动阀通常在上止点前510开启，进气延续角一般不超过140,四冲程柴油机正时圆周,进气阀开,进气阀关,排气阀开,排气阀关,喷油开始,起动开始,起动结束,（3）必须保证最少气缸数：曲轴在任何位置都能起动，至少有一个曲柄处于能接受起动空气作用的位置 二冲程柴油机不少于4缸（i=360/120=4） 四冲程柴油机不少于6

13、缸（i=720/140=6） 若气缸数少于规定的气缸数，则起动前必须盘车，使柴油机某缸正好处于膨胀冲程开始的某一时刻才能起动,换向装置,船舶推进力方向改变的方法： 1）直接传动推进的船舶：主机+轴系+螺旋桨，主机本身改变旋转方向，直接带动螺旋桨换向。工况稳定的远洋运输类船 2）减速传动推进的船舶：主机+减速齿轮箱、离合器+轴系+螺旋桨。主机旋转方向不变，靠正车齿轮、倒车齿轮切换使螺旋桨换向 3）可调距桨推进的船舶：主机+轴系+可调距桨。主机旋转方向不变，采用调螺距实现换向（螺旋桨转向不变，螺距角改变，使推力方向改变）运行工况较多。机动性要求较高的船舶,4）“Z”型推进的船舶：悬挂式螺旋桨装置；

14、主机曲轴转向不变，船舶需要换向时，尾管+螺旋桨水平回转，螺旋桨可在绕垂直轴360范围内任意定位，将螺旋桨回转180即为船舶倒航位置。“Z”型换向装置操纵灵活，回转性能好，还能省去舵设备，便于实现驾机合一，轴系和螺旋桨不必进坞拆装修理，可缩短修期，但其结构较为复杂。多用在换向较频繁的港口作业船、拖轮,“Z”型换向装置,换向装置的基本要求,应能准确、迅速地改变各种换向设备的定时 有必要的连锁机构 需要设置锁紧装置 换向时间必需满足船规的要求(15 s),柴油机换向过程： 停车反向起动逐步加速正常反转 正向、反向运行时的比较 活塞方向反 空气分配器正时凸轮位置、换气正时凸轮位置喷油泵凸轮位置,例，四

15、冲程柴油机的换向,表中：表示活塞上行；表示活塞下行；表示正车；表示倒车,空气分配器： 正向起动，压缩空气于原膨胀冲程初进入； 反向起动，压缩空气于原来的排气or压缩冲程（二冲程仅有压缩冲程）进入 进气、排气阀启闭位置改变 喷油位置改变 润滑油泵、冷却水泵、柴油输送泵、扫气泵、机械式增压器等：没有定时方面的要求，能在设备或传动装置结构上得到解决,柴油机的直接换向应，改变空气分配器凸轮、喷油泵凸轮、进/排气阀凸轮与曲轴相对位置 换向机构：为改变柴油机的运转方向而设置的改变各种凸轮相对于曲轴位置的机构,不同的机型采用不同的换向机构 二冲程弯流扫气柴油机，空气分配器凸轮、燃油凸轮需要换向 二冲程直流扫

16、气柴油机，空气分配器凸轮、燃油凸轮、排气凸轮需换向 四冲程柴油机，空气分配器凸轮、喷油泵凸轮、进、排气凸轮,改变凸轮与曲轴相对位置的方法 双凸轮 单凸轮,双凸轮换向,设有正、倒车两套凸轮 正车由正车凸轮控制，倒车由倒车凸轮控制。换向时需轴向移动凸轮轴,双凸轮换向装置一般有机械式、液压式、气压式 图，用“气压+油压”左右移动凸轮轴，是各正/倒车凸轮位于各滚轮下方 换向手柄压下 压缩空气进倒车油 油入活塞右油缸 活塞左移,当前正车位置,压缩空气,单凸轮换向,正、倒车共用一个凸轮，凸轮的轮廓线型指成中心对称，换向时无需轴向移动凸轮轴，只需将凸轮轴相对曲轴转过一个换向差动角 正、反转时具有同样的运动规

17、律 多用于二冲程柴油机,一般线型喷油泵凸轮和排气阀凸轮换向时，角度不同 无法实现同轴差动,实现了喷油泵凸轮与排气阀凸轮同轴换向差动,单凸轮换向装置，有液压差动换向装置、气动机械差动换向装置,原理：倒车时，柴油机停车，操纵倒车手柄位压力油进孔2,出孔3推动转板顺时针转动，碰到另一边扇形凸起止凸轮轴带动凸轮的凸起位置改变，适应倒车工作的需要,液压差动换向装置 1转板；2、3油孔；4伺服器壳体； 5凸轮轴；6凸轮；7滚轮,柴油机的调速,调速装置：维持柴油机转速稳定的装置，简称为调速器 能改变柴油机燃油供应量，使转速在规定转速范围内 当负荷变化时，能自动地调节每循环供油量，使转速稳定在一定范围的装置,

18、船舶上的柴油机：主机、发电机原动机 驱动负荷的工作特性、运转条件不同 当负荷变化时，柴油机自身适应能力也不同 对调速器的要求也不同,发电机原动机： 发电机要求输出电压和频率稳定原动机转速恒定 If无调速器 负载+喷油量不变（Pe负载）转速不平衡加剧飞车 负载+喷油量不变（Pe负载）转速不平衡加剧停车 发电柴油机自身没有调速稳定性，是不稳定系统 必须装定速调速器,不稳定系统,主机：其工作特性为推进特性，外界负荷变化大，要求航行安全 If无调速器 外界负荷+喷油量不变转速螺旋桨耗功可在某较高转速下,功率平衡，柴油机稳定运转 外界负荷+喷油量不变柴油机可在某较低转速下，功率平衡，稳定运转 推进主机在

19、自动调节转速后，系统稳定,稳定系统,从系统稳定方面来说，如果不要求柴油主机恒速运转，柴油主机可不调速。 but为保证推进主机在特殊航行条件下（螺旋桨出水、断轴、掉桨等）的安全，必须限速。 我国有关规定，必须装设可靠的调速器（限速器），使主机转速不超过115% 标定转速 现代船舶主柴油机，为避免外界负荷变化时转速变化，及由此对柴油机工作的不良影响（如可靠性、经济性等），通常装全制式调速器,调速器类型（按调速范围分类） 极限调速器：限制柴油机的最高转速不超过某规定值，在转速低于此规定值时不起调节作用。 仅用于船舶主机。目前已很少单独使用，作为主调速器外的保险装置 定速调速器：亦称单制调速器 用于发

20、电柴油机,双制式调速器：限制最低转速和限制最高转速，中间转速由人工手动调节 用于对低速性要求较高或带有离合器的中小型船舶主机 汽车 全制式调速器：柴油机的全部运转范围内均能自动调节供油量，以保持任一设定转速不变。 广泛用于船舶主机及发电柴油机 拖拉机、工程机械、重型汽车、机车等,调速器的类型（按执行机构分） 机械式（直接作用式）： 利用飞重产生的离心力直接移动油量调节机构，调节柴油机转速 中小功率柴油机 液压（间接作用式）： 通过液压伺服器将飞重产生的离心力加以放大，放大后的动力移动油量调节机构 感应元件小、通用性强，稳定性高，复杂 电子调速器：转速信号转换成电信号，放大后控制执行机构 调节精

21、度高，主要用于发电柴油机调速,调速器工作原理,瓦特的离心调速器,飞重离心力=弹簧预紧力，喷油量不变，转速=设定 外界负荷 转速 飞重向外，套筒上行 油杆右移 减油 转速降低，调节后的转速比原转速稍高,机械式调速器,外界负荷 转速 飞重向内，套筒下行 油杆左移 加油 转速升高，调节后的转速比原转速稍低 设定转速取决于调速弹簧的预紧力，可调整,机械调速器特点 工作能力较小，灵敏度和精度均较差 结构简单，维护方便 多用于中、小型柴油机,单制式调速器，见前例,极限调速器l-调速器轴；2-飞球；3-滑套； 4-调速杠杆；5-调速弹簧； 6-调节齿杆,只能控制发动机的最高转速 飞球滑套锥面传动调速控制最高转速,双制式调速器 l-支承盘；2-滑动盘；3-飞球；4-调速杠杆；5-拉杆； 6-操纵杆；7-低速弹簧； 8-高速弹簧；9-弹簧滑套； 10-球面顶块；11-调节齿仟,不超速，在怠速时稳速，中间不起调速作用 有两根(或三根)长度和刚度均不同的弹簧，安装时都有一定的预紧力。低速弹簧7长而软，高速弹簧8短而硬,全制式调速器 l-齿杆限位螺钉；2-操纵杆；3-支承盘 4-飞球；5-滑动盘；6-调速弹簧； 7-调速杠杆；8-调节齿杆,定速调速装置,1摇臂杆；2拉杆； 3油量调节杆；4喷油泵； 5角杆；6转动杆 7摇杆；8手动调节轮； 9弹簧盘；10弹簧； 1