柴油机换向及调速..

(3)机械调速器特点: 1）这种调速器不能保持柴油机在调速前后的稳定转速不变，即 δ2必大于零。当外负荷减少后，调节后的稳定转速要比原稳 定转速稍高；而当外负荷增加时，调节后的稳定转速要比原 稳定转速稍低。 产生这种转速差的根本原因在于感应元件与油量调节机构之间 采用了刚性连接；当外负荷减少时供油量必须相应减少才能 保持转速稳定，因此调油杆必须右移减油，这就必然会同时 增大了调速弹簧的压缩量而使弹簧压力变大，因而与弹簧力 平衡的套筒推力以及飞重离心力也必须相应增加。上述平衡 条件只有在柴油机的转速稍高于原转速时才能达到。当外负 荷增加时；上述平衡条件只有在柴油机的转速稍低于原转速 时才能达到。 2)机械调速器的工作能力较小，其灵敏度和精度均较差，但其 结构简单，维护方便。多用于中、小型柴油机。 （4）柴油机的速度设定 调节螺钉7可改变调速弹簧器5的预紧 力，从而可改变柴油机的设定转速。
爬坡凸 轮
– 第三节 调速和调速器 – 一、柴油机调速
1、 柴油机调速： 柴油机的不同转速是通过改变循环喷油量来 获得的。改变柴油机油量调节机构的位置，使其转速调节到 规定的转速范围内称柴油机调速。 2 、调速器：根据柴油机负载的变化自动调节供油量，维持其 规定的转速范围。这种装置称调速器。 一、柴油机调速的必要性 – 船舶柴油机主要用作船舶主机带动螺旋桨和作为船舶副机 带动发电机。船舶推进主机与发电用柴油机的运转条件和要 求不同，因而对调速的要求也不同。 （1）船舶主机的调速：柴油机的输出功率Ne=Cn（工作特性）， pe cn3 船舶主机(直接驱动螺旋桨) 为柴油机推进特性( )即船 pe ）运行。 cn3 舶主机是依照螺旋桨的工作特性（
凸轮变换的情况如图所示。用实线表示正转时 凸轮的位置，虚线表示反转时凸轮的位置。可以看 出，进气凸轮和排气凸轮在换向时大致互相调换了 位置，喷油凸轮在反、正转时的位置紧挨着，并对 称于上止点；即整个凸轮组对称于上止点。也就是 说，柴油机换向时，凸轮组以纵座标为轴翻转180 度，就是换向后凸轮的位置。
– 为了防止主机运转中断轴、螺旋桨失落或出水等造成柴油机 超速飞车，根据我国有关规范规定，船舶主机必须安装可靠 的调速器(限速器)，使主机转速不超过115%标定转速。船舶 柴油机转速将随外界负荷的变化而变化。这种变化将对柴油 机的可靠性、寿命和经济性带来不良影响。现代船舶柴油机 为了避免这种变化对柴油机的不良影响，均装有全制式调速 器。它可以在柴油机的全部转速范围内，保证在任意设定的 转速下稳定运转。 （2）船舶发电柴油机的调速 – 船舶发电用柴油机要求在外界负荷（用电量）变化时能保持 恒定的转速，以保证发电机的电压和频率恒定。若外界负荷 减少而喷油量不变，则柴油机的功率就会大于外负荷而使转 速升高，转速升高后又进一步扩大了功率的不平衡，使转速 继续升高以致发生飞车，反之，若外界负荷增加而喷油量不 变，柴油机转速就会降低并最终导致停车。所以，发电柴油 机必须装设定速调速器，保证负荷变化时柴油机的转速基本 不变。
2、 伺服器： 液压放大元件就 是通常称为液压伺服器的部件， 有放大兼执行作用，它主要有控 制和执行两部分组成。 3、 最简单液压调速。 图中滑阀是控制元件，它与感应 元件相连，伺服活塞是执行元件， 与油量调节机构相连。 4、工作原理： 当柴油机转速 升高时，调速器转速感受元件的 滑套向上移动，使节点B带着杠 杆及滑阀向上移动，打开了进 油通道，压力油便进入伺服油缸的下方，推动动力活塞同时，油 缸上腔与出油道相通，进行排油，动力活塞上移，使油泵齿条 朝减油方向移动，使柴油机转速下降，最后滑套与滑阀亦随转 速回复至原平衡位置，切断油缸的进油通道，动力活塞则停止 在新的位置上。
2 、不同的机型采用不同的换向机构。 （1）二冲程弯流扫气柴油机只有空气分配器凸轮和燃油凸轮需 要换向； （2）二冲程直流扫气柴油机有空气分配器凸轮、燃油凸轮、排 气凸轮的换向； （3）四冲程柴油机则包括空气分配器凸轮、喷油泵凸轮及进、 排气凸轮。所以不同的机型采用不同的换向机构。 3 对换向柴油机本身驱动的有关系统附件均应采取相应措施保 证达到换向后的要求。（水泵、油泵、扫气泵等）。 4 对换向机构的基本要求： （1）应能准确、迅速地改为各种换向设备的正时关系，保证正、 倒车正时相同。 （2）换向装置与起动、供油装置间应有必要的连锁机构以保证 柴油机运转安全。 （3）需要设置锁紧装置以防止柴油机在运转过程中各凸轮“正 时”机构相对于曲轴上、下止点位置发生变化。 （4）换向过程所需时间应符合“船规”要求。
– 2．换向装置
– 双凸轮换向装置根据其轴向移动凸轮轴所用能量与方法而有 不同的结构形式。一般有机械式、液压式和气压式。 – 图所示为气力－液压式换向装置。这也是MAN型柴油机所采 用的换向装置。
–图示为倒车位置。进行由倒车
到正车的换向操作时，利用换向 杆使换向阀开启，压缩空气进入 正车油瓶，倒车油瓶中的气体经 换向阀泄入大气，在压缩空气的 作用下，滑油被压入油缸活塞的 右侧，推动活塞带动凸轮轴向左 移动，与此同时油缸活塞左侧的 油被活塞压入倒车油瓶。当活塞 移至左侧极限位置时，各正车凸 轮正好处于相应的从动件下面， 换向过程结束。
图a）为喷油泵凸轮，当柴油机正转时，凸轮轴顺时针转 动，如果凸轮的升起点a为供油始点，图示位置曲柄正处 于上止点，则供油提前角为11°。图b)为排气凸轮，当 曲轴按正车方向转到上止点后104°即下止点前76°时， 排气阀开始排气。当柴油机换向后使用倒车凸轮从图示 位置逆时针转动。 由图可知此时仍可保证 供油提前角为11°，排 气提前角为76°。图中 未示出空气分配器凸轮， 其正、倒车凸轮的布置 原则与喷油泵凸轮相同。 多缸柴油机正、倒车发 火为顺序相反。如果二 冲程六缸柴油机正车发 火顺序为1-6-2-4-3-5，则 倒车发火顺序1-5-3-4-2-6。
2、二冲 机换向只有一种： 正车时：压宿—膨胀 反车时：膨胀—压缩 四、双凸轮换向： 1、换向原理 （1）双凸轮换向特点：对 需要换向的设备均设置 供正、倒车使用的两套 凸轮。正车时正车凸轮
处于工作位置，倒车时轴向移动凸轮轴使倒车凸轮处于工作位置。 这样便可使柴油机各缸的有关正时和发火次序符合正、倒车 运转的需要。 （2）双凸轮换向原理：以二冲程直流扫气柴油机为例说明。如图 所示，图中实线为正车凸轮，虚线为倒车凸轮，正、倒车凸 轮对称于曲轴上、下止点位置的纵轴线ob。
– （4）全制式调速器 在从最低稳定转速到最高转速 的全部运转范围内，均能自动调节喷油量以保持任一 设定转速。此种调速器广泛用于船舶主机及柴油机发 电机组。 – 2．按执行机构分类 – （1）机械式（直接作用式）调速器 它是直接利 用飞重产生的离心力去移动油量调节机构以调节柴油 机的转速。 – （2）液压式（间接作用式）调速器 它是通过液 压伺服器将飞重产生的离心力加以放大，使用放大后 的动力去移动油量调节机构。 – （3）电子调速器 转速信号监测和油机换向方式 1 四冲机两种换向方案 （1）顺车进气冲程变倒车排气冲程 正车时：进气→压缩 →膨胀→排气 反车时: 排气←膨胀←压缩←进气 图所示。用实线表示正转 时进气凸轮的位置，虚线 表示反转时进气凸轮的位 置。可以看出，进气凸轮 以纵座标为轴翻转180度， 就是换向后进气凸轮的位 置．
– 二、调速器的类型 – 1、按调速范围分类 – （1）极限调速器（限速器） 只用于限制柴油机 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。此种调速器仅用于船舶主机，目前已 很少单独使用。 – （2）定速（单制）调速器 在负荷变化时能使柴 油机转速保持在规定范围内。此种调速器应用于发电 柴油机。通常，为满足多台柴油机并联运行的要求， 本调速器一般有±10％标定转速的可调范围。 – （3）双制式调速器 能维持柴油机的最低运转转 速并可限制其最高转速。其中间转速由人工手动调节。 此种调速器用于对低速性能要求较高或带有离合器的 中小型船用主机。
3 全制式调速 器能控制柴油
机在任意转速 下稳定运转。
原理
通过调整调速器 手柄,使调速器 的弹簧有不同 弹力于飞锤离 心力相平横;当 柴油机转速变 化时,飞锤离心 力变化拉动油 尺变化,改变供 油量,控制柴油 机转速。
• 4、机械式调速器结 构原理 (1)组成:图 示1-转 轴；2-飞重座架； 3-飞重；4-套筒； 5-调速弹簧；6-本 体；7-转速调节 螺钉；8-油量调 节杆 飞重3安装在飞重 架2上通过转轴1 由柴油机驱动高 速回转。由飞重3 和弹簧5组成的转 速感应元件按力 平衡原理工作。
五 机械式调速器 1．单制式调速器 亦称单速 式调速器，它只能控制柴 油机的最高转速，防止飞 车事故的发生．此种调速 器目前应用极少，不再介 绍。 2．双制式调速器 亦称双速 式调速器。它不仅能控制 柴油机不超过最高转速,又 能保证柴油机在最低转速 时稳定运转。在最高和最 低转速之间调速器不起作 用。多用于车用柴油机， 船用柴油机应用较少。 图所示为双制式调速器的工 作原理图。
(2)调速原理:当柴油机发出的功率与外界负荷刚好平衡 时，其转速稳定，飞重产生的离心力与弹簧5的弹力 平衡，油量调节杆8也停留在某一供油量位置，如图 中实线所示。 若外界负荷突然减少，柴油机发出的功率就大于外界 负荷而使转速升高，这时飞重的离心力将大于弹簧的 弹力而使套筒4上移，增加弹簧5的压缩量，同时通 过角杆拉动油量调节杆8以减少供油量。当调节过程 结束时柴油机的功率与外界负荷在彼此都减小了的情 况下恢复平衡，调速器的飞重稳定在图示虚线位置， 它的离心力和调速弹簧的作用力也在彼此都增长的情 况下达到新的平衡状态。 当外界负荷突然增加时，调速器的动作与上述相反， 飞重离心力与弹簧作用力在彼此都减小的情况下达到 平衡状态。
第一种换向柴油机的 各 凸 轮 位 置
(2)顺车进气改倒车压缩
正车时：进气→压缩→ 膨胀→排气 反车时: 压缩← 膨胀←排气←进气
第二种换向凸轮的变换如图示 进、排气凸轮；喷油凸轮、启 动凸轮在正、反转的变换过程中对称于横座标；即在凸轮换向图 上，对称于横座标而上下互换了位置。 喷油凸轮只有升起的一段与射油有关，下降的一段不起射油作 用．因此，按第二种变换的柴油机，喷油凸轮只需要一个，而且 是呈对称型式，反转升起的一段作为正转下降的一段正转升起的 一段作为反转下降的一段。从而简化了换向机构，无需设置喷油 的换向机构。
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第二节 换向装置
一、船舶换向原理和方法 – 根据航行要求，船舶要从前进变为后退 （或相反），一般有两种方法。 1、改变螺旋桨的旋转方向（称直接换向） 直接换向又分： (1) 少数采用传动装置换向(倒顺车离合器、齿轮 箱、液力偶合器、电力传动等) (2)一般都是直接改变柴油机的转向。因此，要 求船舶主柴油机应具有换向性能，即能按需 要改变柴油机曲轴的旋转方向。 2、保持螺旋桨转向不变而改变螺旋桨叶的螺距 角，使推力方向改变（称变距桨换向）。目 前少数船舶采用可调螺距的螺旋桨换向。
第四节 液压调速器 – 上述机械离心式调速器构造简单，维护方便，广泛 应用于小功率柴油机上。它是直接由感应元件经过杠 杆机构来移动油量调节机构的。对于大中功率柴油机， 由于调速器和油量调节机构的摩擦阻力较大，移动油 量调节机构所需要的力也较大，因此要求调速器应有 更大的工作能力。如果仍用机械离心式调速器，就必 须增加飞球的重量，并在结构上加强有关的零件，因 而增加了调速器的尺寸和重量，使调速器显得十分笨 重。为了使调速器的结构尺寸不至于太大,又能保证 具有良好的调速性能,出现了液压调速器。 1 、液压调速器:在机械调速器的感应元件和油量调节 机构之间加入一个液压放大元件(液压伺服器)，使感 应元件的输出信号通过液压伺服器放大之后再传到油 量调节机构上去，因此液压调速器也叫做间接作用式 调速器。
二、柴油机的换向原理 柴油机顺车运转时严格遵守进、排气和喷油正时及起 动正时。要使柴油机换向，首先应停车，然后将柴油 机反向起动起来，最后使柴油机按反转方向运转起来。 因此要满足反向起动和反向运转的要求，必须改变起 动正时、喷油正时和配气正时，使之与正转时有相同 的规律。正时均由有关凸轮控制，所以柴油机的换向 问题就是如何改变空气分配器凸轮、喷油泵凸轮和进、 排气凸轮与曲轴相对位置的问题。 1 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。