1、第九章 起动、换向和操纵系统船舶经常在各种复杂的条件下航行，例如：在进出港口和靠离码头时，要求船舶多次改变航速及航向；船舶在海洋中正常航行时，要求船舶定速前进；在大风浪中航行时，由于船舶摇摆起伏，主机会超负荷或超速，这时应限制主机的负荷及转速；在紧急情况下，船舶为了避碰而要求紧急刹车，强迫主机迅速停车、倒车。为了满足船舶机动操作的要求，船舶主机应当具有起动、停车、定速、变速、超速、限速、超负荷、限制负荷、正车和倒车能力。为此，作为船舶主机的柴油机，必须设置起动、换向和调速装置以及控制上述各种装置的操纵机构。随着船舶自动化技术不断发展和电子技术在船舶上的广泛应用，船舶主机操纵日趋自动化、遥控化、
2、智能化。近年来新造船舶主机都是遥控操作的。这就要求轮机管理人员掌握新技术，不断提高管理水平，在各种复杂条件下都能正确操纵主机，迅速排除故障，确保船舶安全可靠地航行，目前，各港口国政府严格和广泛地采取措施，对抵港外轮实施 PSC（Port State Control，港口国监控） ，这就对轮机员提出更严格的要求，应确保主、副机等设备状态良好。不少船舶因被发现主、副机存在重大缺陷而受到警告，限期解决或被滞留，船舶因此承担船期损失和高昂的修理费用，还会使船舶、船公司、船旗国船级社被列入“黑名单”而导致名誉损失。所以掌握各种主机的起动、换向及操纵机构的性能并能排除故障，对轮机安全管理是至关重要的。第一
3、节 起动装置一、概述静止的柴油机必须借助外力的作用，使柴油机获得第一个工作行程的条件，即柴油机在外力作用下进行进气、压缩、喷油，直至燃油燃烧膨胀推动活塞并通过曲柄连杆机构使柴油机自行运转。这一过程称为柴油起动。为了保证柴油机的起动，驱动柴油机的外力（矩）必须在克服阻力（矩）的条件下，使柴油机达到一定的转速。柴油机转速过低时，压缩过程进程缓慢，气体对气缸壁散热较多和气体通过活塞环的漏泄亦较多，致使柴油机压缩终点温度较低，达不到燃油自燃发火的要求，柴油机也不可能转动起来。通常称柴油起动所要求的最低转速为起动转速。起动转速的大小与柴油机的类型、柴油机的技术状态、燃油品质、环境条件等有关。起动转速是鉴
4、别柴油机起动性能的重要标志。起动转速的范围是：高速柴油机（80150）r/min；中速柴油机（6070）r/min；低速些油机（2530）r/min。根据所采用外来能源的形式，柴油机的起动方式可分为：（1）借助于加在曲轴上的外力矩使曲轴转动起来，如人力手摇起动、电动起动及气动马达起动等；（2）借助于加在活塞上的外力推动活塞运动使曲轴转动起来，如压缩空气起动。小型柴油机如救生艇发动机、驱动应急消防泵和应急空压机的柴油机，通常用电力和手摇起动，也有用压缩空气起动。船舶主、副机几乎全用压缩空气起动。柴油机的起动性能除了与柴油构造特点和工作条件有关外，也与起动装置有关。柴油机起动装置应能保证柴油机迅速
5、可靠地起动，使消耗的能量尽可能少，易于实现机舱自动化和遥控。对于船舶主机，还要求当曲轴处于任何位置和机舱温度低至 58时，不需暧机就能迅速可靠地起动。二、压缩空气起动装置的组成和工作原理压缩空气起动就是将具有一定压力(2.5MPa3.0MPa)的压缩空气，按柴油机的发火顺序在工作行程时引入气缸，代替燃气推动活塞，使柴油机达到起动转速，完成自行发火。它的主要优点是起动能量大，起动迅速可靠，在倒顺车运转时还可以利用压缩空气来刹车和帮助操纵；但该装置构造较复杂，重量较重，第九章 起动、换向和操纵系统 247故不适用于小型高速柴油机。1、 起动装置简介图 9-1 所示，是一种压缩空气起动装置简图。压缩
6、空气起动装置的主要组成部分包括：空气压缩机、空气瓶 6，主起动阀 3，空气分配器 2，起动控制阀 7 和气缸起动阀 1 等。起动前，空气压缩机向空气瓶 6 充气达到规定压力，（2.53.0Mpa） ，空气压缩机的起停由压力继电器自动控制。当空气瓶内压力降至设定的数值时，空气压缩机自动投入工作向空气瓶 6 充气；当空气瓶内压力升至设定数值后，空气压缩机自行停车。起动前准备，打开空气瓶出气阀 5，截止阀 8，使空气瓶中空气自截止阀 8 沿管路通至主起动阀 3 和起动控制阀 7 处等候。起动，当接到起动指令时，将起动手柄推到“起动”位置。这时，起动控制阀 7 开启，控制空气进入主起动阀 3 的活塞上
7、面，推动活塞下移使主起动阀开启。于是，起动空气分成两路：一路经空气总管通至各缸的气缸起动阀 1 下方空间等候；另一路为控制用的压缩空气，被引至空气分配器，按照柴油机的发火顺序到达相应的气缸起动阀的上部空间，依次将各缸气缸起动阀打开，使等待在此阀前的起动空气进入气缸，推动活塞运动及驱动曲轴旋转。当柴油机达到起动转速后，随即将燃油手柄推至起动供油位置。待柴油机起动后，立即通过操纵手柄关闭起动控制阀 7，切断起动空气。主起动阀 3 随即关闭，气缸起动阀上部空间的控制空气也经空气分配器泄放，气缸起动阀关闭。至此，起动过程结束。然后可逐渐调节供油量，使柴油机在设定的转速下运转。当主机定速航行时，将截止阀
8、 8 和出气阀 5 先后关闭。2、 保证起动的条件为了保证柴油机有效、可靠地起动，必须具备三个条件：（1）压缩空气应具有一定的压力和一定的储量在起动空气瓶容量已定的情况下，压缩空气所具有的能量是由其压力决定的。压缩空气必须具有足够的压力才能使柴油机在较短的时间内达到起动转速。柴油机起动的空气压力并不一定需要 3.0Mpa，在中、低速柴油机中，此压力一般为（1.53.0）Mpa，新型柴油机起动空气的压力约为 1.0Mpa 左右。按船规要求，供主机起动用的空气瓶至少有两个，起动空气压力应保持在（2.53.0）Mpa，空气瓶的容量必须能保证在不补充空气的情况下，冷车、正倒车交替连续起动不少于 12
9、次（不可换向主机为 6 次） ，保证船舶机动操纵的要求。（2）要有一定的供气正时并有一定的延续供气时间因为压缩空气代替燃气膨胀作功，推动活塞驱使曲轴转动，因此必须在活塞处于膨胀冲程且只有在膨胀冲程的某一时刻进入气缸。这个供气时刻即为起动正时（空气分配器正时）与柴油机的型号、气缸数目、标定转速和起动空气压力等因素有关。合适的起动正时既应以最有利于起动又节省空气耗量为主要依据。理论上，船 用 大 型 低 速 二 冲 程 柴 油 机 ， 空 器 分 配 器 大 约 在 上 止 点 前 5曲 轴 转 角 结 束 供 气 ， 在 上 止 点 后100 120曲轴转角结束供气，实际上，起动空气进入气缸的时
10、刻要延后些，这是因为气缸起动阀不是瞬时开大的，在开启的初期由于开度极小对空气起到节流作用，压缩空气并未真正进入气缸，只有气缸起动阀的开度较大时压缩空气才进入气缸起动柴油机。气缸起动阀开启的延续时间因受气口开启时刻的限制，一般不超过 120曲轴转角，在中高速四冲程柴油机中，空气分配器常在上止点前 510曲轴转角供气，这主要是由于转速高的柴油机，气缸起动阀从充气到开启所占的曲轴转角要比低速机大些。与二冲程柴油机相同，起动阀延续开启的时间因受排气阀开启时刻的限制一般不超过 140曲轴转角。图 9-1 压缩空气起动装置原理图1气缸起动阀；2空气分配器；3主起动阀；4操纵手柄；5出气阀；6空气瓶；7起动
11、控制阀；8截止阀船舶柴油机248（3）要保证最少气缸数对于船舶主机而言，必须保证曲轴在任何位置时都能起动，即柴油机的曲轴在任何位置时至少有一个气缸处于起动位置。二冲程柴油机的气缸数不应少于四个，四冲程柴油机不应少于六个，因为二冲程柴油机起动阀的延开角度不超过 120，故只有当曲柄夹角小于 120时，才能保证各气缸中必有一个处于起动位置。显然，相邻曲柄夹角小于 120的气缸数至少为四个，同理，四冲程柴油机应为六个。若气缸数少于上述数值，则起动前必须盘车，使某缸正好处于膨胀行程开始后的某一时刻。3、 气缸起动阀和空气分配器的结构原理在压缩空气起动装置中起关键作用的是气缸起动阀和空气分配器，图 92
12、 所示就是它们的结构原理。图 92 中 a）是单气路气缸起动阀。起动阀阀盘 1 的直径等于或接近于其导杆 3（即平衡活塞）的直径，故在进气腔 2中，起动空气作用于上述两部分投影面的力基本相等，而方向相反。起动阀的上端有启阀活塞 4，下设的弹簧向上顶住启阀活塞，所以只有在空气分配器将压缩空气送入启阀活塞上部空间而将活塞 4 压下时，起动阀才被打开。图 92 中 b）为空气分配器，当启阀空气（用虚线表示）从阀体 5 上的进气孔进入空气分配器后，使其下端的滚轮顶在呈凹状的凸轮 7 上。在图未情况下，滑阀处于最低位置，阀体中间的出气孔被打开，启阀空气通过空气分配器到达启动阀启阀活塞 4 的上部，压开起
13、动阀。当凸轮轴上的凸轮 7 转过一个角度后，滑阀被抬起，使进气通道与出气通道隔断，同时使出气通道与下面的泄气通道连通。这时，启阀活塞 4 上部的空气通过空气分配器泄入大气，起动阀在弹簧的张力作用下关闭，起动空气停止进入气缸。空气分配器有组合式和单体式两种布置方案。图 91 所示为组合式。这种布置方案的特点是各空气分配器的滑阀由一个凸轮来控制，凸轮的安装位置保证了起动阀，在起动位置开启，各起动阀的开启次序与发火次序相同。单体式空气分配器则按各缸分开布置，各分配器的滑阀分别由各个凸轮来控制，起动阀的开启时刻和次序都由凸轮的安装位置来决定。三、压缩空气起动装置的主要设备1、 气缸起动阀气缸起动阀是起
14、动装置中最主要的部件之一。整个操纵系统能否保证柴油机的运动部件和轴系可靠的起动、制动和反转，在很大程度上取决于气缸起动阀的性能。一般对气缸起动阀有起动和制动两个方面的要求。起动方面的要求，为使柴油机起动迅速并减少起动空气消耗量，要求起动阀能迅速开启。当起动阀关闭时，特别是阀要落座时，为了减轻阀盘与阀座间的撞击，则希望关闭的速度要慢；在气缸内发火后燃气压力大于起动空气压力的条件下，即使起动阀的启阀活塞 4（图 92）上通入控制空气，起动阀也不应开启。这就能防止气缸内的高温燃气倒流入起动总管，以免产生起动管路引起爆炸而导致事故。即起动阀应确保在气缸内的气体压力低于起动空气压力时才能开启。在船舶全速
15、前进的情况下，遇险紧急避碰，要求柴油机能迅制动而停车及立即反转开出倒车。柴油机的制动过程由能耗制动和强制制动两个阶段组成。为了使高速回转的柴油机迅速停车并及时开出倒车，首先通过操纵手柄停油，再通过换向机构以换向转速或应急换向转速进行换向操作，换向后柴油机曲轴、燃油凸轮轴、进排气凸轮轴、空器分配器凸轮轴仍按原方向转动，当将操纵手柄重新置于起动位置时，空气图 92 气缸起动阀和空气分配器结构原理1-起动阀阀盘；2进气腔；3导杆；4启阀活塞；5阀体；6滑阀；7凸轮。第九章 起动、换向和操纵系统 249分配器则按换向后的供气正时把气缸起动阀打开，压缩空气充入气缸。此时，压缩空气按照换向后的供气正时依照
16、发火顺序进入各个气缸。当某个气缸的气缸起动阀处于开启状态时，该缸的活塞正处在压缩行程，这是因为曲轴仍按换向前的转向回转的缘故。进入气缸的压缩空气对处在压缩行程上行的活起着制动作用，消耗了柴油机的能量使之转速逐渐降低。被压缩了的压缩空气从开启的气缸起动阀被放掉，减少了行程末了留在燃烧室的空气数量和压力，并减少了压缩空气在膨胀冲程作功的能力，使柴油机转速进一步降低。至于从开启的气缸起动阀放掉的压缩空气进入起动总管，如果压力过高超过安全阀设定的压力，则起动总管安全阀开启泄压，当空气压力低于设定的数值时安全阀会自动关闭。利用压缩空气的压力能消耗活塞上行的动能从而消耗柴油机能量的方法称为能耗制动；柴油机
17、在能耗阶段后转速已经降低却按原转向转动，在压缩行程将压缩空气通入气缸，迫使每个处在压缩行程的活塞上行速度迅速降低直至柴油机停车，这一过程称为强制制动。为了保证制动的效果，当气缸内压力稍高于起动空气压力时，要求气缸起动阀仍能保持开启状态。从起动、制动两方面对气缸起动阀的要求是矛盾的。起动时要求当气缸内的气体压力大于起动空气压力时起动阀应当关闭；制动时则要求当气缸内的气体压力稍高于起动空气压力时起动并应保持开启，当气缸内气体压力超过起动空气压力过多时，起动阀才自动关闭，以免起动总管安全阀开启泄气损失大量的压缩空气，反而不利于对柴油机的制动。这两种要求是通过对起动阀构造的设计而实现的，并非所有机型的
18、起动阀都能满足上述要求。气缸起动阀按构造原理不同分为单向阀式和气压控制两种。单向阀式气缸起动阀是简单的单向阀。当起动空气由空气分配器进入单向阀时，该阀开启柴油机进行起动；当起动空气经空气分配器泄入大气后，该阀在弹簧的作用下关闭，起动过程停止并防止燃气倒灌入空气瓶，这种单向阀式气缸起动阀适用于中、小型柴油机。气压控制的气缸起动阀，从空气分配器来开阀的控制空气与从空气总管来的进入气缸的起动空气分开输送。空气分配器尺寸小，空气损失少，起动迅速，适用大型柴油机。根据起动阀启闭气路的不同，气压控制式气缸起动阀分为单气路和双气路控制式两种。单气路控制式气缸起动阀的构造如图 93 所示。它的工作原理与图 9
19、2 所示相同。属于平衡式气缸起动阀。起动阀依靠控制空气的作用开启，关闭则靠气阀弹簧。单气路起动阀的主要特点是：启阀活塞面积大、开关迅速、起动空气消耗少和结构简单，被许多类型柴油机所采用。图 93 所示为 LMC 型些油机的气缸起动阀，该阀不能兼顾起动和制动两方面的要求，这种起动阀关闭时落座速度快，致使阀盘与阀座撞击严重、磨损快，容易损坏，影响起动阀的密封性和可靠性。严重时将导致柴油机起动失灵。由于该阀的启阀活塞面积大，故在缸内压力超过起动空气压力时仍有可能开启而发生燃气倒灌，引起起动总管安全阀开启，甚至导致空气管爆炸事故。LMC 型柴油机在每个起动阀的进气管上均装设有一个安全防护帽，防止起动管
20、因燃气倒灌而发生火灾事故。双气路控制式气缸起动阀的结构如图 94 所示，该阀也属于平衡式起动阀。它的启阀活塞是由面积不图 93 单气路控制式气缸起动阀（LMC ）1-启阀活塞；2弹簧；3平衡活塞；4阀盘；P进气口； U启阀空间船舶柴油机250等，呈阶梯状连成一体的控制活塞 K1、K 2、K3 组成，来自空气分配器的两路控制空气控制该阀的启闭。其动作原理如下：起动时，控制空气由空气分配器经开启管 H 进入活塞 K1 的上部空间 T，下部空间 N 经关闭管 J 与空气分配器的出口相通。阶梯活塞 2 下行开阀。当活塞 K1 下行打开控制口 S 时，控制空气立即从 T 空间进入控制活塞 K2 的上部
21、P 空间。由于空气的作用面积突然增大，使起动阀迅速开启。当控制活塞 K3 关闭管 J的气口时， K3 下部空间 N 变小并被封闭形成气垫，使开启速度减慢，直至全开。由此可保证启阀速度快，但又避免控制活塞与缸底的撞击。当空气分配器经管 H 释放 K1、K2 上部的控制空气并向关闭管 J 提供控制空气时，控制空气首先进入活塞 K2 的下部空间M，使起动阀迅速上行关小。阶梯活塞 2 上移过程中，控制活塞K3 随即切断管 J 与空间 M 的通路，控制空气作用在活塞 K3 的下表面使关闭速度减慢。当活塞 K1 关闭控制口 S 时，空间 P 变成密闭空间并随活塞的上行形成气垫，使关阀的后期（落座）速度大大
22、减慢，避免了关闭时的强烈撞击。待阀落座后通过连接槽B 使空间 P 和空间 M 间的压力自动平衡。这种起动阀由于启阀活塞采用上小下大的阶梯形状，控制空气进入上部空间 T 后首先作用在面积较小的控制活塞 K1 上，所以当气缸内压力高于起动空气压力时阀不能开启，避免了燃气倒灌的危险，满足了起动方面对起动阀的要求：速开、速关；但落座速度缓慢，气缸内发火时阀不应开启。当起动阀已处于全开状态时，控制空气作用在阶梯活塞 2 的全部工作面积上，向下的作用力增大。因此，若在紧急制动时气缸的气体压力已超过起动空气压力，起动阀仍能保持开启状态，从而满足制动方面对起动阀的要求。2、 空气分配器空气分配器的作用是按照柴
23、油机的发火顺序，依要求的起动正时将控制空气分配到相应的气缸起动阀将它们逐个打开，使压缩空气进入气缸起动柴油机。当柴油机起动后进入运转状态时，则要求分配器滑阀能与驱动凸轮自动脱离接触，减少不必要的磨损。空气分配器按结构形式不同可分为回转式和柱塞式两种。回转式如图 91 所示，利用凸轮轴驱动一个带孔的分配盘与分配器壳体上的孔（与气缸数目相同）相配合，控制各缸起动阀的启闭，一般多用于中、高速柴油机。柱塞式空气分配器通过起动凸轮和滑阀来控制气缸起动阀的启闭，大、中型柴油机多使用这种空气分配器。柱塞式空气分配器按其排列结构不同，分为单体式和组合式两种。单体式如图 92（b）所示，每个气缸一个空气分配器，
24、由各自的凸轮驱动。气缸起动阀的启阀正时与次序均由各起动凸轮在凸轮轴的安装位置来决定。组合式空气分配器由一个起动凸轮控制，凸轮的安装位置和线型保证各缸起动阀的启闭。组合式空气分配器按其柱塞的排列的形式可分为圆周排列式和并列排列式。为与气缸起动阀相配，柱塞式空气分配器分为单气路和双气路两种形式。单气路式如图 92 所示，它图 94 双气路控制式气缸起动阀1弹簧；2阶梯活塞；3阀杆；4阀座；5起动阀；K1、K2、K3控制活塞；T 上部空间；M中部空间；N下部空间；P空间；S控制口；B 连接槽；H开启管；J关闭管。第九章 起动、换向和操纵系统 251与单气路气缸起动阀相配；双气路式如图 95 所示，与
25、双气路气缸起动阀配合使用。双气路控制式气缸起动阀有两路控制空气，因为它的分配器必须有两个供气点分别与起动阀的开启管H 和关闭管 J 相连。图 95 所示为双气路控制柱塞式空气分配器的剖视图。起动空气分配器的各滑阀 3 是按各气缸的发火次序序绕凸轮轴中心线径向布置，各滑阀是由一个起动凸轮 6 控制。空气分配器没有得到控制空气时，控制滑阀受弹簧 3a 作用与起动凸轮 6 不接触（图示位置） ，此时，开启管 H 经放气腔 VS 通大气，各缸起动阀均处于关闭状态。图 95 双气路控制式空气分配器1轴；2滑阀套；3控制滑阀；3a弹簧；4外壳；5滚轮；6起动凸轮；CA 控制空气管；SA供气管；DS分配器空
26、腔；VS放气空腔；P压力空腔起动时，当主起动阀打开，来自起动空气瓶的空气经进气管 SA 充满分配空腔 DS 和关闭管 J 直至气缸起动阀。当按下起动按钮或把起动手柄推至“起动”位置时，一股先导空气通过管子 CA 进入 RS 和 P 腔，将控制滑阀 3 连同滚轮 5 压向起动凸轮 6。如果该缸处于可起动位置，滚轮 5 就与凸轮 6 的基园相接触。这时，滑阀内移，使开启管 H 经分配空腔 DS 与主起动阀相通，而关闭管 J 经放气腔 VS 通大气。这样，气缸起动阀就被来自空气分配器的控制空气打开，起动空气进入气缸，推动活塞并通过曲柄连杆机构驱动柴油机曲轴转动。随着凸轮轴 1 的转动，凸轮 6 将滑
27、阀了推向外端，滑阀 3 将开启管 H 经放气腔 VS 通大气，来自主起动阀的控制空气经分配腔 DS 和关闭管 J 相通，使气缸起动阀重新关闭。而凸轮的基圆又转到另一个滑阀下面，依次开启另一气缸的起动阀。当起动按钮或起动手柄复位后，则起动结束，空间 P 和 RS 的先导空气经管 CA 泄放，各滑阀 3 又被弹簧 3a 拉回到原来位置，滚轮 5 离开凸轮 6，空气分配器停止工作。3、 主起动阀大、中型柴油机一般都设有主起动阀。它是一种能迅速启闭的截止阀，位于空气瓶与起动空气总之间，用来启闭空气瓶至空气分配器和气缸起动阀间的主起动空气通路。在空气瓶打开的情况下，它既满足起动所需的压缩空气量，又能使通
28、气迅速可靠，并减少压缩空气的节流损失。在起动完毕后它还能随时切断压缩空气并使残存在起动系统中的高压空气泄入大气。通常主起动阀都采用气动控制，有的机型另外装手动机构，以备气动控制失灵时使用。主起动阀按动作原理可分为均衡式和非均衡式两种。均衡式主起动阀的开启是依靠加载于控制缸内启阀活塞上的控制空气破坏原均衡关闭状态来实现的。非均衡式的开启是依靠释放控制缸内的空气来实现的。大型低速柴油机多使用后者。图 96 是一种非均衡式自动主起动阀的结构图。这是一种带慢转阀的主起动阀，用于使曲轴缓慢转动的慢转阀和主起动阀壳体连接在一起，起动前通过它可使柴油机以 510r/min 的速船舶柴油机252度转动。主起动
29、阀既能用控制空气进行控制，也能用手轮进行手动控制。置于主起动阀外壳上部的止回阀 9 用来防起动空气倒流，在阀壳左下侧设有控制阀 1，由起动控制阀控制。在阀壳左侧是慢转阀。图 96 带慢转阀的主起动阀1主起动阀控制活塞；2阀；3弹簧；4轴套；5芯轴；6阀体；7阀座；8止回阀阀座；9止回阀；10慢转阀的止回阀；11弹簧；12阀座；13调节螺钉；14弹簧；15阀；16慢转阀控制活塞；17活塞；18慢转阀阀座 19双止回阀；20联轴节/凸轮；21二位三通阀；E平衡孔；G间隙；EB平衡孔；M压力表；DV 排水阀；PP5 压力空腔；CV检查阀（排水阀） ；CA1、CA2 、CA3控制空气进口；SC至空气分
30、配器； V1、V2放气孔柴油机起动前，将主起动阀手轮置于“自动”位置，开启空气瓶出口阀，起动空气进入环形空腔 P 并通过阀体 6 上的孔进入空腔 P1，继而通过芯轴 5 与轴套 4 之间的间隙 G 进入空腔 P2。由此作用在阀体 6 底面的力和弹簧 3 的弹力之和大于空气作用在阀体 6 上面的开阀力，使主起动阀关闭。空腔 P 的空气通过慢转阀活塞 17 的孔“E”进入空腔 P4，活塞 17 在弹簧 14 的弹力作用下紧压在阀座 18 上，压缩空气无法进入空腔 P5，因而止回阀 10 和 9 关闭。当需要慢转操作时，来自慢转先导阀的控制空气通过进口“CA1”和CA2 进入慢转阀，控制阀 16 上
31、移顶开阀 15，使空腔 P4 的起动空气经放气孔“V1”泄出。与此同时从 CA2进入的控制空气推动活塞上行直至与调整螺钉 13 接触为止。起动空气由空腔 P 进入空腔 P5 并打开止加阀10 进入空腔 P3 通向气缸起动阀。由进口“CA2”进入的控制空气还通过双止回阀 19 的出口“SC ”通向空气分配器，使起动空气柱塞处在工作位置。至此柴油机慢速转动起来，慢转的转速由调节螺钉 13 的长度来决定。切断进口“CA1”和“CA2”的控制空气，慢转结束。起动时按下起动按钮，使控制空气由进口“CA3”进入控制活塞 1 的下方推动活塞 1 上行并顶开阀 2。此时空腔 P1 和 P2 内的压缩空气经出口
32、“V2”放入大气，阀体 6 在空腔 P 的开阀力作用下开启，空腔 P 的空气抬起止回阀 9 并通向气缸起动阀和空气分配器进行起动。起动完毕后切断通至“CA3”的控制空气，控制活塞 1 落下，阀 2 关闭，待空间 P1、P2 内第九章 起动、换向和操纵系统 253逐渐充满起动空气后主起动阀自行关闭，止回阀 9 随即落座。检查阀“CV”和放泄阀“DV”用于放掉管路中的残余空气和冷凝水，阀“CV”并可用来检查主起动阀的动作和密封性。每次定速或完车后应开启阀“CV”和“DV”以放掉管路中残气。图 97 是 MAN BW 的 MC 系列柴油中采用的一种球阀式主起动阀。它是由主起动阀（大球阀）和与其并联的
33、慢转阀（小球阀）组成，两者都是由气动控制阀控制启闭的。此外还组合了一个止回阀用以防止起动管路中压力过高时的倒灌。在止回阀前设有去空气分配器的通路 B。慢转时，按下操纵台上的慢转开关，电磁阀动作使主起动阀锁闭，慢转阀开启，起动空气经过通路 B进入空气分配器，经通路 C 进入各缸起动阀，依照发火顺序各缸起动阀逐个被打开使主机慢转。正常起动时，按动起动按钮，控制空气经气动阀将两球阀都打开，柴油机进入正常起动程序。如果柴油机停车超过30min，再次起动时，应操作控制台上的慢转开关使主机慢转，至少要使主机慢转一圈后才能复位。使电磁阀释放主起动阀的锁闭，在控制空气作用下由起动空气打开主起动阀，继续起动柴油
34、机。图 97 MAN B&W MC 系列柴油机球阀式主起动阀第二节 换向装置一、换向原理和方法根据航行要求，如果船舶要从前进变为后退（或相反） ，一般是靠改变螺旋桨的旋转方向（称直接换向）来完成的。或者保持螺旋桨转向不而改变螺旋桨的螺距角使推力方向改变（变距桨换向）来实现的。目前，多数船舶使用前者实现航向的变换，即船舶的进、退依赖于柴油机旋转方向的改变。因此要求主柴油机具有换向性能。所谓换向就是改变曲轴的旋转方向。要使柴油机换向，首先应停车，然后柴油机反向起动起来，再使柴油机按反转方向运转起来。为满足上述要求，必须改变起动正时、喷油正时和配气正时，以满足反向起动和反向运转对正时的需求。因为上述
35、正时均由有关凸轮控制，所以解决柴油机的换向集中在如何相应地改变空气分配器、喷油泵和进、排气阀等凸轮与曲轴的相对位置上的问题。为改变柴油机的转向而改变各种凸轮相对于曲轴位置的机构称为换向装置。柴油机换向时需改变其凸轮与轴相对位置的设备随机型不同而异。在四冲程柴油机中有空气分配器凸船舶柴油机254轮、进排气阀凸轮和喷油泵凸轮等；二冲程弯流扫气柴油中有空气分配器凸轮和喷油泵凸轮；在二冲程直流阀式扫气柴油机中，除喷油泵凸轮和空气分配器凸轮外还有排气凸轮。目前，换向装置的种类繁多，对装置的基本要求却大体相同。主要有：1）应能准确，迅速地改变各种需要换向设备的正时关系。保证正、倒车的正时相同。2）换向装置
36、与起动、供油装置间应设有必要的联锁机构以保证柴油机的安全。3）需要设置防止柴油机在运转过程中各凸轮“正时”机件相对于曲轴上、下止点位置发生变化的锁紧装置。4）换向过程所需时间应符合船规的规定。二、双凸轮换向原理及换向装置1、换向原理双凸轮换向的特点是对需要换向的设备均设置正、倒车两套凸轮。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，使柴油机各缸的有关正时和发火次序符合倒车运转的需要。二冲程直流扫气柴油机的双凸轮换向原理如图 98 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柄上、下止点位置时的纵轴线 ob。当柴油机正转时，凸轮轴顺时针转动。凸轮升起点
37、 a 即为供油始点，图示曲柄位置正处于上止点，则供油提前角为 11，如果从这一位置正转，气缸内处于燃烧和膨胀过程的初始阶段。当曲轴按正车方向继续转动上止点后 104，即下死点前 76时，正车排气凸轮也转过 104曲轴转角，经传动机件排气阀被凸轮顶起，排气过程开始，接着进行换气过程。如果柴油机换向后从同一位置倒转，则倒车凸轮也将保证气缸内依同样次序进行上述各过程。图中未示出空气分配器的凸轮，其正倒车凸轮的布置原则与喷油泵等凸轮相同。正车运转时，正车凸轮使活塞正处于膨胀行程的某缸的起动阀开启。换向后，倒车凸轮使活塞处于正车压缩行程的某缸的起动阀开启，压缩空气进入此气缸迫使活塞下行，曲轴因而倒转。在
38、多缸发动机中，当各缸由按正车正时转变为按倒车正时倒转时，发火次序也由正车发火次序变为倒车发火次序。例如，二冲程六缸柴油机的正车发火次序为 162435，则倒车发火次序为 153426。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有不同的结构形式。一般有机械式、液压式和气压式。图 99 所示气力液压式换向装置。这也是目前船用主机（MAN 型柴油机）所采用的换向装置。图中所示为倒车位置。进行由倒车换向为正车的操作时，利用换向杆使压缩空气进入正车油瓶，并将油顶入活塞右方的油缸内，使活塞带动凸轮轴向左移动。与此同时，油缸左端的油被活塞压入倒车油瓶，倒车油瓶中的压缩空气则泄入大气中。当
39、活塞移至左面极端位置时，各正车凸轮正好处于各从动件下面，换向过程至此结束。三、单凸轮换向原理及装置单凸轮换向的特点是每个需要进行换向操作的设备（如喷油泵、排气阀、空气分配器等）都各自由一个轮廓对称的凸轮来控制，正倒车兼用。换向时凸轮轴并不轴向移动，只需使凸轮轴相对曲轴转过一个角图 98 双凸轮换向原理图图 99 双凸轮换向装置第九章 起动、换向和操纵系统 255度。柴油机换向时为改变正时使凸轮轴相对曲轴转过一个角度。柴油机换向时为改变正时使凸轮轴相对曲轴转过一个角度的动作称为凸轮的换向差向，所转的角度为换向差动角。差动方向如果与换向后的新转向相同，称为超前差动；差动方向如果与换向后的新转向相反
40、，则称为滞后差动。单凸轮换向装置所使用的凸轮线型有两种：一般线型和鸡心型线型。前者适用于各种柴油机的凸轮，后者仅适用于直流阀式换气的喷油泵凸轮。1、 一般线型的单凸轮换向原理单凸轮换向原理如图 910 所示。图中所示为一个二冲程柴油机的喷油泵凸轮，凸轮轮廓在作用角 2 的中心线两边互相对称。凸轮转至图示位置时，对应气缸的曲柄正处于上止点，这时正车凸轮的对称线落后于曲柄一个角度 s =- ，凸轮轴的这种布置保证了喷油泵有一个适当的喷油提前角（在终点调节式喷油泵中即为 角） 。由正车换为倒车时，为了保证有同样的喷油提前角，必须使倒车凸轮的对称线也落后于曲柄一个角度 s，如图中虚线所示位置。因此，在
41、曲轴不动的前提下，必须使凸轮从原来的位置沿正车方向转一个角度2 s =2-2。或者，在凸轮轴不动的前提下，也可使曲轴沿倒车方向转这一个差动角 2 s 。喷油泵凸轮换向对于换向后的新转向来说是滞后差动。二冲程直流阀式柴油机的排气阀凸轮换向却是超前差动，并且与喷油泵凸轮差动角示不同。因此，两者无法同轴差同，只能分别装在两根凸轮轴上实现双轴单凸轮差动换向，致使柴油机结构复杂。2、单轴鸡心凸轮换向原理为了解决喷油泵凸轮和排气阀凸轮差动方向相同，差动角相同的矛盾，采用一种鸡心凸轮代替一般的喷油泵凸轮，这就可以使喷油泵凸轮和排气阀凸轮装在一个凸轮轴上实现差动换向。单轴鸡心凸轮差动换向必须满足下列三个条件：
42、1） 两组凸轮的差动方向相同2） 两组凸轮的差动角相等3） 差动后同名各凸轮的正倒车正时基本相同鸡心凸轮如图 911（a）所示，排气阀凸轮如（b）图所示。图中实线为正车位置，点划线为倒车位置。鸡心凸轮外廓呈鸡心状，oo为对称线。凸轮基圆 o1 o2 处的半径最小，从o1、o2 点向两侧伸展外廓按相同规律变化，至a1、 a2 点处半径最大并与顶圆衔接。正车（顺时针）运行时，a 1o1 为喷油泵的吸油段，o2a 2为喷油泵的泵油段，供油提前角为 。倒车（逆时针）运行时，其吸油段与泵油段与上述相反。在图() 所示情况下，鸡心凸轮对称线 oo相对于该缸曲柄上止点的供油提前角为 15。当由正车改为倒车时，只要把鸡心凸轮朝倒车方向转过差动角 30，到达点划线的位置即可。差动方向对新转向（倒车、逆时针）而言为超前差动。这样，喷油泵凸轮的差动方向与排气阀凸轮的差动方向相一致满足了上述第一个同轴条件。按照排气阀凸轮的正时关系其换向差动角应为 182=36，但由于上述第二个同轴条件的限制差动角只能取 30。由此，倒车时排气阀的正时稍有变化：排气提前角由正车的下止点前 91变为 85；排气滞后角由正车的下止点后 55增大至 61，即正时滞后 6。由此，解决了差动方向和差动角度的矛盾，图 911 鸡心凸轮的差动原理图 9-10 单凸轮换向原理
