第三节 柴油机的操纵系统

第三节柴油机的操纵系统一、对操纵系统的要求为了满足船舶各种复杂航行工况的需要，船舶主机必须设置起动、换向、调速装置以及控制上述各种装置的操纵系统。

操纵系统是将上述各装置连接成一个统一整体并可集中控制柴油机的机构。

随着遥控与自动化技术在操纵机构上的应用，电子计算机技术和微处理机已用于主机遥控、巡回检测、工况监测和故障报警等方面，更增加了操纵系统的复杂程度。

对各种类型船用柴油机的操纵系统，有下列基本要求：(1)迅速而准确地执行起动、换向、变速、停车和超速保护等动作，并应满足船舶规范上的相应要求；(2)设有必要的联锁装置以避免操作失误或事故，如盘车机连锁、起动连锁、换向连锁、运转方向连锁、车钟连锁等；(3)设有必要的监视仪表和安全保护与报警装置，如超速保护、油水低压保护等；(4)操纵机构中的零部件必须灵活、可靠，不易损坏；(5)操作、调整方便，维护简单；(6)便于实现遥控和自动控制。

二、操纵系统的类型按操纵方式操纵系统可分为：(1)机旁手动操纵。

操纵台设在机旁，使用相应的控制机构操纵柴油机满足各种工况下的需要。

(2)机舱集控室控制。

在机舱的适当部位设置专用的控制室，以实现对柴油机的控制与监视。

(3)驾驶台控制。

在船舶驾驶台或驾驶台两翼的控制台上由驾驶员直接控制柴油机。

机旁手动操纵是操纵系统的基础。

机舱集中控制与驾驶台控制统称遥控，即指远距离操纵主柴油机。

遥控系统是用逻辑回路和自动化装置代替原有的各种手动操作程序。

近代随着电子计算机技术在船上的有效应用，使柴油机的操纵系统提高到了一个新的技术水平。

机舱集控室设有操纵部位转换开关，根据航行条件的需要将柴油机的操纵转换至集控室、驾驶台和机旁。

驾驶台、集控室和机旁设有应急停车按钮或手柄，以便在紧急情况下根据需要立即停车。

近年来集控室控制台又增加了主柴油机支持控制，在集控室或驾驶台车钟控制失灵时可转至该种控制模式对主柴油机进行控制。

尽管主机遥控技术水平已经很高，将来还会不断地发展，但仍然必须保留机旁手动操纵系统，保证对主机可靠、有效地控制。

按遥控系统使用的能源和工质不同，操纵系统可分为：(1)电动式遥控系统。

它以电力为能源，通过电动遥控装置和电动驱动机构进行控制。

这种系统控制性能好，控制准确，适于远控，设备简单，易于实现较高程度的自动化，但对管理水平要求高。

(2)气动式遥控系统。

它以压缩空气作为能源，通过气动遥控装置和气动驱动机构进行控制。

压缩空气为经过减压、净化处理的控制空气。

信号传递距离较远，一般在100米以内可满足系统的控制要求。

信号传递受温度、振动及电气的干扰少，动作可靠、维护方便。

但对气源的净化处理要求高，否则亦使气动元件失灵。

(3)液力式遥控系统。

该系统的优点是结构牢固，工作可靠，传递力较大，但易受惯性和液压油粘性的影响而降低传动的灵敏性和准确性。

因此这种系统只限于机舱范围内控制，一般不适于远距离传递。

(4)混合式遥控系统。

如电－气混合式、电－液混合式、电－气－液混合式遥控系统等。

从驾驶台到机舱采用电传动，机舱内系统采用气动或液动。

混合式遥控系统具有上述各种系统的优点，目前在船上应用较广泛。

(5)微型计算机控制系统。

在常规的遥控系统中，程序控制等功能是通过各种典型环节的控制回路来完成的。

采用微型计算机遥控是通过软件设计，给出一个计算机执行程序以取代常规遥控系统的控制回路，用软件取代硬件程序。

微型计算机在执行时将根据从接口输入的指令和表征柴油机实际运行状态的各种信息进行综合判断和运算，得出需要的控制信息并经输出接口去控制操纵系统的执行元件，实现对柴油机的操纵。

这种控制系统体积小、功能强，可实现最佳状态最经济性控制，是当代向综合性自动化方向发展的主要目标和方向。

通常，在远距离遥控系统中多采用电传动，近距离多采用液力或气力传动。

主机遥控系统的功能除了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外，还必须具有重复起动、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。

但柴油机备车时各系统状态检查和准备等均由轮机人员在机舱内操作，当备车程序完成后再转换至驾驶台遥控。

驾驶台值班驾驶员必须对遥控系统进行效用试验方可对船舶进行操纵。

三、几种典型的操纵系统船用柴油机的操纵系统形式繁多，随机型而异各具特点。

下面介绍几种典型柴油机操纵机构的组成和特点。

1.MAN B&W MC－C型柴油机的操纵系统(1)系统概述MAN B&W MC－C型柴油机的操纵系统是一种电－气联合操纵系统，如图9－13所示。

它具有以下几种控制方式：1）集控室或驾驶台遥控2）机旁应急控制为了保证控制部位的转换，在机旁应急操纵台上设有遥控/机旁转换阀和应急操纵手轮，用于遥控和机舱应急操纵台的控制部位转换。

在图右侧下部为控制空气供给管路。

系统控制空气的气源为0.7MPa的压缩空气。

控制空气分为两路：一路送入排气阀作为空气弹簧气源，包括排气阀空气弹簧供气管路及止回阀137。

另一路经控制空气瓶后把控制空气送至下述控制部位：其一，送至盘车机连锁阀115；其二，送到主起动阀控制阀27；其三，送到停车控制阀25处；其四，经遥控/机旁转换阀分别送至遥控或机旁起动、停车及正、倒车换向控制阀；其五，通至VIT装置控制阀40和VIT伺服机构控制阀52。

左侧上部为燃油控制和安全系统，主要包括燃油泵、VIT控制装置、应急停车阀。

在停车系统或安全系统动作时，压缩空气被送到喷油泵顶部的空气刺破阀，使喷油泵内的燃油泄压，燃油流回到燃油系统。

左厕中部为机旁操纵控制阀，下部为遥控（驾驶台控制、集控室控制）操纵控制阀。

中间部分上部为起动空气系统，包括主起动阀、慢转阀及控制阀、慢转电磁阀28、空气分配器及其控制阀117和供气阀26、气缸起动阀。

下部为空气分配器和燃油凸轮换向控制部分，包括空气分配器换向伺服机构57和燃油凸轮换向伺服机构13。

该系统设有电子调速器，它由电子调速器本体、电源、执行器、转速传感器和扫气压力传感器组成，执行器、转速传感器和扫气压力传感器装在机旁。

(2)遥控在遥控期间，控制空气经遥控/机旁转换阀分别送入机舱集控室和驾驶台遥控系统。

机舱集控室遥控系统主要由车钟70控制主柴油机正、倒车换向，操车手柄控制停车、起动及设定转速。

驾驶台遥控系统通过控制起动电磁阀90、停车电磁阀84、正车电磁阀86、倒车电磁阀88控制主柴油机起动、停车、正车换向、倒车换向。

下面以驾驶台遥控为例说明遥控过程。

1）停车当驾驶台给出停车命令时，控制空气通过停车电磁阀84使停车控制阀38下位导通，等候在此的控制空气先经阀23使阀25下位通，继而控制空气通过阀25和双向阀128被送到喷油泵顶部的空气刺破阀，切断燃油，主柴油机停车。

2）正车起动当驾驶台发出正车起动命令时，正车电磁阀86左位导通。

控制空气通过阀87、阀29、正车换向阀10、空气分配器换向伺服机构57、燃油泵换向伺服机构13使空气分配器和燃油泵的换向机构换到正车位置。

换向完毕后，阀55右位导通，等候在此处的控制空气便经过该阀和正、倒车起动联锁阀50到达阀37处。

在给出起动信号后，起动电磁阀90左位导通，控制空气经该阀和阀91使阀37下位导通，控制空气便经阀37和阀31使阀33下位通。

如果此时盘车机脱开，盘车机联锁阀115释放，则控制空气经阀33后分成三路：一路到达换向切断阀14、15切断换向控制空气并锁闭换向伺服机构57内的空气。

一路到达空气分配器供气控制阀26，柴油机停车状态时阀117工作于下位，一旦主或副起动阀打开空气分配器得到控制空气，控制空气也经阀117使空气分配器的控制滑阀被压下与起动凸轮接触，从而空气分配器投入工作。

一路到达起动控制阀27使其左位通，于是慢转阀（副起动阀）、主起动阀先后打开，将起动空气一路送至气缸起动阀下部等候，另一路经阀26送至空气分配器。

空气分配器投入工作，在凸轮的控制下按发火顺序依次打开各缸起动阀。

3）换向及倒车起动当驾驶台发出换向及倒车起动命令时，倒车电磁阀88左位导通。

控制空气通过阀88、89、30使倒车换向阀11左位通，控制空气经过此阀后通过空气分配器换向伺服机构、燃油泵换向伺服机构分别使空气分配器和燃油泵的换向机构换到倒车位置。

其它过程与正车相同。

4）紧急停车在紧急情况下通过紧急停车电磁阀127可将压缩空气迅速通入各高压油泵的空气刺破阀而使各缸迅速停油。

当主柴油机的转速降低到换向转速（取决于柴油机的规格和船型，大致在20－40％标定转速）后，可给出反向起动指令。

反向起动指令给出后，起动空气进入气缸使主柴油机强制制动至停车。

然后在起动空气作用下按指令反向运转到起动转速，再给出供油运转的指令。

为防止可能发生的严重的船体振动，在进行强制换向起动的最初几分钟应使柴油机的转速维持在较低转速。

如果在试图进行紧急刹车时船速太高，给出起动指令的时间不要持续太长，要再给出停车信号，待转速进一步降低后再给出起动指令进行制动。

(3)机舱应急控制在通常的气动控制系统中，调速器及电子设备发生故障的情况下，可以在机旁应急控制台操纵主机。

它主要由起动按钮101、停车按钮102、正倒车控制阀105和应急手轮组成。

工作过程基本同前。

2.SULZER RT－flex型柴油机操纵系统RT－flex型柴油机是由W ARTSILA瑞士公司于2000年研制开发出来的智能柴油机，它将电子设备及其软件应用于船舶柴油机并成为船舶柴油机的基本组成部分。

RT-Flex型柴油机相对RTA型有很多重大改进，取消了凸轮轴传动齿轮、凸轮轴、燃油喷射泵、换向伺服器等。

它不用换向机构，按照预先设定的程序控制由硬件模块和软件系统所构成的操纵系统实现各种操作，满足船舶航行条件和航行工况的需要。

操作者根据不同要求选择机器运转的模式，如正倒车起动、变速、调速、停车等模式；选择定速航行时的各种负荷下的模式，如经济模式、低负荷运转模式、柴油机排放模式等，可以保证柴油机在运行中一直处于最优化的状态。

RT－flex型柴油机操纵系统电子控制设备主要包括WECS9500控制系统、燃油喷射控制装置、驱动排气阀的伺服器和气缸起动阀控制器。

WECS9500控制系统由三部分组成：凸轮轴替代部分、控制部分和安全系统。

凸轮轴替代部分主要是用来代替凸轮轴实现柴油机正倒车燃油喷射、排气阀和气缸起动阀的控制；控制部分根据柴油机的负荷和转速控制燃油和伺服器压力；安全系统主要对柴油机及其共轨系统的功能、传感器及各参数值进行检测、报警及诊断。

图9－14所示为该型柴油机的操纵系统。

在图左侧上部为起动、控制空气供给管路。

系统控制空气的气源为0.65MPa的压缩空气。

控制空气分为两路：一路送入排气阀作为空气弹簧气源。

另一路经15L控制空气瓶后把控制空气送至下述控制部位：其一，经盘车机连锁阀31HA、起动逻辑阀115HA控制主起动阀的控制阀2.05；其二，经应急停车电磁阀ZV7061S控制泄压阀3.07实现应急停车；其三，送至自动清洗滤器4.20作为反清洗滤器时的清洗气源。