第二章第四节柴油机的操纵系统

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轮机概论
三、柴油机的调速装置
1、柴油机调速装置（简称调速器)：
根据柴油机负荷变化，能自动改 变循环喷油量，使柴油机输出的功率 与负荷相适应，从而将转速调节到(或 稳定在)规定的转速范围内的装置
柴油机发出功率=外界负荷（螺旋桨或发电机）吸收功率 即：Pe＝P消时， 转速n稳定运转； 若增加燃油量或降低负荷，使Pe＞P消，则转速n↑；
(2)按操纵能源分类：①电动式②气动式③液力式④混合式⑤微型计算机
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轮机概论
四、柴油机的操纵系统
MAN B&W MC－C 型柴油机电－气联合操纵系统
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3．操纵系统的功能
实现起动、换向、调速和停车等操作 要具备重复起动、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、紧急倒车等辅助功能。
起动方式：人工、电动、起动
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2．压缩空气起动装置
1）基本组成: 2）工作原理:
按照柴油机的发火顺序 在膨胀冲程时引入气缸
3）操纵方法：
备车:开阀 起动:达到起动转速； 供油: 供气：拉回操纵手柄； 供油手柄：调节油量
起动控制阀 主起动阀 起动空气瓶 2.5～3.0MPa
空气分配器
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气缸起动阀
3．对压缩空气起动系统的要求
3、机械式调速器的原理和特点
组成 •由传动机构、感应元件（飞重3、滑动套 筒4及调速弹簧5）、油量调节机构8和操 纵机构等组成。
•安装在飞重架2上的飞重3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。 调节过程：外界负荷减小时，柴油机发出 的功率大于外负荷，使转速升高。
装设全制式调速器。
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三、柴油机的调速装置
2. 调速器的类型
2.1 按调速范围分 1）极限调速器 2）定速调速器 3）双制式调速器 4）全制式调速器 广泛用于船舶主机 及柴油发电机组
机械式：直接利用飞重产生的离
心力与调速弹簧之间的不平衡力去 移动油量调节机构，来调节柴油机 的转速。
2.2 按执行机构分
对可反转柴油机的换向要求
• 可改变进、排气定时； • 可改变喷油定时； • 可改变起动定时
-------改变与曲轴相对角度的凸轮
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凸轮与换向
进气、排气、喷油正时 由凸轮控制起动空气分配、喷油泵喷油、气阀开启和关闭的。
喷油凸轮
进气凸轮
排气凸轮
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第二章 船舶柴油机动力装置
2、换向应具备以下条件 直接换向柴油机，均采用压缩空气起动。
机械式
液压式
气压式
倒 车 油 缸
喷油器凸轮
顺 车 油 缸
分配器凸轮
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2)单凸轮换向 原理：只一个凸轮，正倒车兼用。换向时凸轮轴不轴向移动， 而是使凸轮相对于曲轴转过一个角度。 此动作称换向差动，转动角度为差动角。
条件：换向的凸轮应是轮廓对称的凸轮； 空气分配器、喷油泵、进排气阀正、倒车时各自使用同 一凸轮具有对称的轮廓； 1）超前差动：转动或差动的方向与换向后的新转向相同； 2）滞后差动：转动或差动的方向与换向后的新转向相反。 单凸轮换向的凸轮线型 1）一般线型 适用于各种柴油机凸轮。 2）鸡心形线型 仅适用于直流扫气式喷油凸轮。
若减少燃油量或增加负荷，使Pe＜P消，则转速n↓。
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三、柴油机的调速装置
1、船舶主机和发电柴油机的运转条件和要求不同
船舶主机与螺旋桨相连，调速时的工作特性为柴油机的推进特性， 即Ne= Cn3 船舶主机的柴油机有自动改变转速以适应外界负荷变化的能力。 Ⅱ：桨稳定运行的桨的特性（Pj=Cn3）
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船舶机械设备和生活设施介绍
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第二章 船舶柴油机动力装置
第四节 柴油机操纵系统
操纵系统是指：起动、 换向、 调速统一控制系统
一、起动系统：使柴油机达到自行发火运转的系统。 起动转速：起动所要求的最低转速。
与诸多因素（油种、温度、机型）有关， 表明起动性能优劣。
高速机：80~150r/min;
中速机：60~70r/min; 低速机：25~30r/min;
液压：通过液压伺服器将飞重的
离心力与调速弹簧之间的不平衡力 加以放大，然后使用放大后的液压 动力去移动油量调节机构，来调节 柴油机的转速。
1）机械式（直接作用式）调速器
2）液压（简接作用式）调速器 3）电子调速器
电子：转速信号监测或/和执行机
构采用电气方式的调速器。
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三、柴油机的调速装置
(1)至少2个空气瓶；满足主机连续起动12次（换向），不能换向的6次。 (2)空气压缩机至少应有两台。1 h以内将空气瓶充足。
4．使用压缩空气起动主机时应注意的问题
(1)一定时间范围内空气瓶的容量和空气压缩机的充气能力还是有限的。 (2)柴油机不同状态对最低起动压力的要求不同。 一般：2.5～3.0MPa (3)机动航行时，压缩空气不另作它用。
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一般线型
原理如图：2αs差动角；β喷油提前角；2φ凸轮作用角。
•喷油凸轮换向时，在曲轴不动的情况下，使凸轮轴沿正车方向转一 差动角2αs。或凸轮轴不动，曲轴沿倒车方向转一个差动角。（滞 后差动）； •排气凸轮换向时，凸轮沿倒车方向差动（超前差动） •二冲程直流阀式机，无法将喷油凸轮和排气凸轮放在一根轴上， 故结构复杂。
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1）四冲程柴油机换向原理
反转：先停车，变更凸轮起动空气分配正时、喷油正时以及进排气正时。
改变各凸轮相对曲轴位置的机构称为换向机构。
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四冲程柴油机换向原理
正转
↑排气 ↓进气
上止点
排气 进气 凸轮 凸轮
反转
↓进气 排气 进气 ↑排气
Hale Waihona Puke Baidu凸轮
下止点
下止点
喷油 凸轮
↓膨胀 ↑压缩
空气 分配器
喷油 凸轮
↑压缩 ↓膨胀
阻力
Ⅰ油量为90％标定供油量的速度特性
陡
转速下降
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三、柴油机的调速装置
可不装调速器。 但： 例如： 1）主机飞车：螺旋桨失落、出水打空或断轴等必须装限速器；
不超过标定转速115%。
2）要求在设定转速稳定工作。
驱动轴带发电机或使用调距桨等， 外界负荷变化所引起的转速变化而对柴油机工作产生不良影响(如可靠性、 寿命及经济性等)；
具备必要的连锁和安全保护功能。 (1)连锁功能 ①车钟连锁：如果未回车钟，则无法拉动起动手柄。 ②盘车机连锁：如果盘车机未脱开，主机不能起动。 ③换向连锁：伺服机构未完成换向，不能拉动起动手柄。 ④运转方向连锁 ：换向过程中，当柴油机的换向与车钟手柄所指示方 向不一致时，切断燃油供给。 (2)安全保护 当下列情况时，保护装置使主机自动停车，同时发出故障报警信号： ①曲轴超速。 ②主机滑油压力过低。 ③增压器滑油压力过低。 ④推力轴承温度过高。 ⑤曲柄箱油雾浓度过高。
1）先停车，后反转。 将原膨胀冲程进入的起动空气，→原转向活塞上行的冲程（压缩或排 气冲程）进入起动空气。 故起动空气定时需改变（改变空气分配器凸轮与曲轴的相对位置）。 2）反向也应按正常定时运转，（有定时要求的设备均需改变与曲轴的安装 位置，除起动定时外，喷油正时、换气正时均需改变）。 3）换向前后，柴油机驱动的附属设备，如滑油泵、冷却水泵、燃油输送泵， 应在结构或管路布置上保证转向改变后输送的流体方向不变。
此时飞重3的离心力就会大于调速弹簧5的 预紧力而使滑动套筒4上移，增加悯调速弹簧的 压缩量，同时通过角拉动油、量调节杆8以减少 供油量。
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四、柴油机的操纵系统
将起动、换向、调速装置连成一个整体控制主机的系统。
1、要求 (1)能迅速而准确地执行起动、换向、变速和超速保护等动作，并满 足船舶规范对操纵系统的相应要求。 (2)有必要的连锁装置，以免误操作和事故。 (3)有必要的监视仪表和安全与报警装置。 (4)操纵系统中的零部件必须灵活可靠，不易损坏。 (5)操作、调节方便，维护简单。 (6)便于实现遥控和自动控制。 2．类型 (1)按操纵部位分类： ①机旁手动操纵 ②机舱集控室控制 ③驾驶室控制
上止点
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2）二冲程柴油机换向原理 有喷油、起动空气凸轮或排气凸轮，无进气凸轮。
•原理同上，但注意此时曲轴与凸轮轴的传动比相 同。
•无论二、四冲程机的多缸机换向后，发火顺序均 倒过来改变。 •例如：正转的顺序为153624，
倒转后变为：142635
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3．换向装置
1)双凸轮换向 有定时动作要求的设备同一个动作均有2个凸轮，换向时， 需移动凸轮轴。 根据移动凸轮轴所用能量与方法而有不同的结构形式：
(4)避免盲目、随意频繁起、停主机外。保持主机良好状态和机动性能。
主机在起动过程中 所产生的冲击负荷 和机械磨损是 最为严重的。
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案例：
因操纵系统而 引起的船舶事故
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二、柴油机的换向装置
1．换向原理和方法
船舶航行中实现前进或后退的方式：
A、在柴油机与螺旋桨之间设置倒顺车离合器 B、改变柴油机曲轴的回转方向——换向 C、采用可变螺距的螺旋桨