起動(dòng)-換向和操縱系統(tǒng)

1、第九章起動(dòng)、換向和操縱系統(tǒng)船舶經(jīng)常在各種復(fù)雜的條件下航行，例如：在進(jìn)出港口和靠離碼頭時(shí)，要求船舶多次改變航速及航向；船舶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)，由于船舶搖擺起伏，主機(jī)會(huì)超負(fù)荷或超速，這時(shí)應(yīng)限制主機(jī)的負(fù)荷及轉(zhuǎn)速；在緊急情況下，船舶為了避碰而要求緊急剎車，強(qiáng)迫主機(jī)迅速停車、倒車。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、定速、變速、超速、限速、超負(fù)荷、限制負(fù)荷、正車和倒車能力。為此，作為船舶主機(jī)

2、的柴油機(jī)，必須設(shè)置起動(dòng)、換向和調(diào)速裝置以及控制上述各種裝置的操縱機(jī)構(gòu)。隨著船舶自動(dòng)化技術(shù)不斷發(fā)展和電子技術(shù)在船舶上的廣泛應(yīng)用，船舶主機(jī)操縱日趨自動(dòng)化、遙控化、智能化。近年來(lái)新造船舶主機(jī)都是遙控操作的。這就要求輪機(jī)管理人員掌握新技術(shù)，不斷提高管理水平，在各種復(fù)雜條件下都能正確操縱主機(jī)，迅速排除故障，確保船舶安全可靠地航行，目前，各港口國(guó)政府嚴(yán)格和廣泛地采取措施，對(duì)抵港外輪實(shí)施PSC（PtStateControl，港口國(guó)監(jiān)控），這就對(duì)輪機(jī)員

3、提出更嚴(yán)格的要求，應(yīng)確保主、副機(jī)等設(shè)備狀態(tài)良好。不少船舶因被發(fā)現(xiàn)主、副機(jī)存在重大缺陷而受到警告，限期解決或被滯留，船舶因此承擔(dān)船期損失和高昂的修理費(fèi)用，還會(huì)使船舶、船公司、船旗國(guó)船級(jí)社被列入“黑名單”而導(dǎo)致名譽(yù)損失。所以掌握各種主機(jī)的起動(dòng)、換向及操縱機(jī)構(gòu)的性能并能排除故障，對(duì)輪機(jī)安全管理是至關(guān)重要的。第一節(jié)起動(dòng)裝置一、概述靜止的柴油機(jī)必須借助外力的作用，使柴油機(jī)獲得第一個(gè)工作行程的條件，即柴油機(jī)在外力作用下進(jìn)行進(jìn)氣、壓縮、噴油，直至燃油

4、燃燒膨脹推動(dòng)活塞并通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)使柴油機(jī)自行運(yùn)轉(zhuǎn)。這一過(guò)程稱為柴油起動(dòng)。為了保證柴油機(jī)的起動(dòng)，驅(qū)動(dòng)柴油機(jī)的外力（矩）必須在克服阻力（矩）的條件下，使柴油機(jī)達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)低時(shí)，壓縮過(guò)程進(jìn)程緩慢，氣體對(duì)氣缸壁散熱較多和氣體通過(guò)活塞環(huán)的漏泄亦較多，致使柴油機(jī)壓縮終點(diǎn)溫度較低，達(dá)不到燃油自燃發(fā)火的要求，柴油機(jī)也不可能轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。通常稱柴油起動(dòng)所要求的最低轉(zhuǎn)速為起動(dòng)轉(zhuǎn)速。起動(dòng)轉(zhuǎn)速的大小與柴油機(jī)的類型、柴油機(jī)的技術(shù)狀態(tài)、燃油品質(zhì)、環(huán)境

5、條件等有關(guān)。起動(dòng)轉(zhuǎn)速是鑒別柴油機(jī)起動(dòng)性能的重要標(biāo)志。起動(dòng)轉(zhuǎn)速的范圍是：高速柴油機(jī)（80~150）rmin；中速柴油機(jī)（60~70）rmin；低速些油機(jī)（25~30）rmin。根據(jù)所采用外來(lái)能源的形式，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)起動(dòng)及氣動(dòng)馬達(dá)起動(dòng)等；（2）借助于加在活塞上的外力推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，如壓縮空氣起動(dòng)。小型柴油機(jī)如救生艇發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)應(yīng)急消防泵和應(yīng)急空壓機(jī)的柴

6、油機(jī)，通常用電力和手搖起動(dòng)，也有用壓縮空氣起動(dòng)。船舶主、副機(jī)幾乎全用壓縮空氣起動(dòng)。柴油機(jī)的起動(dòng)性能除了與柴油構(gòu)造特點(diǎn)和工作條件有關(guān)外，也與起動(dòng)裝置有關(guān)。柴油機(jī)起動(dòng)裝置應(yīng)能保證柴油機(jī)迅速可靠地起動(dòng)，使消耗的能量盡可能少，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)艙自動(dòng)化和遙控。對(duì)于船舶主機(jī)，還要求當(dāng)曲軸處于任何位置和機(jī)艙溫度低至5~8℃時(shí)，不需曖機(jī)就能迅速可靠地起動(dòng)。二、壓縮空氣起動(dòng)裝置的組成和工作原理壓縮空氣起動(dòng)就是將具有一定壓力(2.5MPa～3.0MPa)的壓縮空

7、氣，按柴油機(jī)的發(fā)火順序在工作行程時(shí)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。它的主要優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)能量大，起動(dòng)迅速可靠，在倒順車運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)還可以利用壓縮空氣來(lái)剎車和幫助操縱；但該裝置構(gòu)造較復(fù)雜，重量較重，船舶柴油機(jī)248（3）要保證最少氣缸數(shù)對(duì)于船舶主機(jī)而言，必須保證曲軸在任何位置時(shí)都能起動(dòng)，即柴油機(jī)的曲軸在任何位置時(shí)至少有一個(gè)氣缸處于起動(dòng)位置。二沖程柴油機(jī)的氣缸數(shù)不應(yīng)少于四個(gè)，四沖程柴油機(jī)不應(yīng)少于六個(gè)，因?yàn)槎_程柴油機(jī)起

8、動(dòng)閥的延開(kāi)角度不超過(guò)120，故只有當(dāng)曲柄夾角小于120時(shí)，才能保證各氣缸中必有一個(gè)處于起動(dòng)位置。顯然，相鄰曲柄夾角小于120的氣缸數(shù)至少為四個(gè)，同理，四沖程柴油機(jī)應(yīng)為六個(gè)。若氣缸數(shù)少于上述數(shù)值，則起動(dòng)前必須盤(pán)車，使某缸正好處于膨脹行程開(kāi)始后的某一時(shí)刻。3、氣缸起動(dòng)閥和空氣分配器的結(jié)構(gòu)原理在壓縮空氣起動(dòng)裝置中起關(guān)鍵作用的是氣缸起動(dòng)閥和空氣分配器，圖9—2所示就是它們的結(jié)構(gòu)原理。圖9—2中a）是單氣路氣缸起動(dòng)閥。起動(dòng)閥閥盤(pán)1的直徑等于或接近

9、于其導(dǎo)桿3（即平衡活塞）的直徑，故在進(jìn)氣腔2中，起動(dòng)空氣作用于上述兩部分投影面的力基本相等，而方向相反。起動(dòng)閥的上端有啟閥活塞4，下設(shè)的彈簧向上頂住啟閥活塞，所以只有在空氣分配器將壓縮空氣送入啟閥活塞上部空間而將活塞4壓下時(shí)，起動(dòng)閥才被打開(kāi)。圖9—2中b）為空氣分配器，當(dāng)啟閥空氣（用虛線表示）從閥體5上的進(jìn)氣孔進(jìn)入空氣分配器后，使其下端的滾輪頂在呈凹狀的凸輪7上。在圖未情況下，滑閥處于最低位置，閥體中間的出氣孔被打開(kāi)，啟閥空氣通過(guò)空氣分

10、配器到達(dá)啟動(dòng)閥啟閥活塞4的上部，壓開(kāi)起動(dòng)閥。當(dāng)凸輪軸上的凸輪7轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度后，滑閥被抬起，使進(jìn)氣通道與出氣通道隔斷，同時(shí)使出氣通道與下面的泄氣通道連通。這時(shí)，啟閥活塞4上部的空氣通過(guò)空氣分配器泄入大氣，起動(dòng)閥在彈簧的張力作用下關(guān)閉，起動(dòng)空氣停止進(jìn)入氣缸?？諝夥峙淦饔薪M合式和單體式兩種布置方案。圖9—1所示為組合式。這種布置方案的特點(diǎn)是各空氣分配器的滑閥由一個(gè)凸輪來(lái)控制，凸輪的安裝位置保證了起動(dòng)閥，在起動(dòng)位置開(kāi)啟，各起動(dòng)閥的開(kāi)啟次序與發(fā)火

11、次序相同。單體式空氣分配器則按各缸分開(kāi)布置，各分配器的滑閥分別由各個(gè)凸輪來(lái)控制，起動(dòng)閥的開(kāi)啟時(shí)刻和次序都由凸輪的安裝位置來(lái)決定。三、壓縮空氣起動(dòng)裝置的主要設(shè)備1、氣缸起動(dòng)閥氣缸起動(dòng)閥是起動(dòng)裝置中最主要的部件之一。整個(gè)操縱系統(tǒng)能否保證柴油機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件和軸系可靠的起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，在很大程度上取決于氣缸起動(dòng)閥的性能。一般對(duì)氣缸起動(dòng)閥有起動(dòng)和制動(dòng)兩個(gè)方面的要求。起動(dòng)方面的要求，為使柴油機(jī)起動(dòng)迅速并減少起動(dòng)空氣消耗量，要求起動(dòng)閥能迅速開(kāi)啟。當(dāng)起

12、動(dòng)閥關(guān)閉時(shí)，特別是閥要落座時(shí)，為了減輕閥盤(pán)與閥座間的撞擊，則希望關(guān)閉的速度要慢；在氣缸內(nèi)發(fā)火后燃?xì)鈮毫Υ笥谄饎?dòng)空氣壓力的條件下，即使起動(dòng)閥的啟閥活塞4（圖9—2）上通入控制空氣，起動(dòng)閥也不應(yīng)開(kāi)啟。這就能防止氣缸內(nèi)的高溫燃?xì)獾沽魅肫饎?dòng)總管，以免產(chǎn)生起動(dòng)管路引起爆炸而導(dǎo)致事故。即起動(dòng)閥應(yīng)確保在氣缸內(nèi)的氣體壓力低于起動(dòng)空氣壓力時(shí)才能開(kāi)啟。在船舶全速前進(jìn)的情況下，遇險(xiǎn)緊急避碰，要求柴油機(jī)能迅制動(dòng)而停車及立即反轉(zhuǎn)開(kāi)出倒車。柴油機(jī)的制動(dòng)過(guò)程由能耗制