第七章柴油机的调速和操纵为了能满足船舶在各种航行条件下的不同要求，船舶主柴油机必须具有起动、换向和调速装置。以及使上述各种装置联合动作的操纵机构。另外，这些装置的工作性能还必须满足有关规范的相应要求。第一节起动装置一、概述柴油机本身没有自行起动能力。欲使静止的柴油机转动起来必须借助于外力，以便使柴油机获得第一个工作循环的条件，即在外力作用下进行进气、压缩、喷油，直至燃油燃烧膨胀作功而自行运转。这一过程称柴油机起动。在起动过程中还必须使柴油机达到一定转速，才能保证在压缩终点缸内达到燃油自燃发火的温度。柴油机起动所要求的最低转速称起动转速。起动转速的高低与柴油机的类型、环境条件、柴油机技术状态、燃油品质等有关。它也是鉴别柴油机起动性能的重要标志。起动转速的一般范围是：高速柴油机80~150r/min；中速柴油机60~70r/min；低速柴油机25~30r/min。根据所采用的外来能源形式，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、电动机起动及气力或液压马达起动等；（2）借助于加在活塞上的外力推动活塞运动。如压缩空气起动。通常，船用柴油机大多采用压缩空气起动。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（2.5～3.0MPa）的压缩空气，按柴油机的发火顺序在膨胀行程时引入气缸，推动活塞使柴油机达到起动转速，完成自行发火。压缩空气起动的起动能量大，起动迅速可靠，在紧急情况下可用压缩空气进行刹车，但该装置构造复杂，重量较重，故不适用于小型柴油机。压缩空气起动装置主要包括：空气压缩机、起动空气瓶、主起动阀、空气分配器、气缸起动阀以及起动控制阀等。其组成系统图如图7-1所示。起动前，空压机（图中未示出）向空气瓶6充气至规定压力2.5～3.0MPa。备车时开启出气阀5及截止阀8，空气瓶中的压缩空气沿管路通至主起动阀3及起动控制阀7处等候。当起动时，拉动手柄4至起动位置，起动控制阀7开启，控制空气进入主起动阀3的活塞上方，推动活塞下行，主起动阀3开启。手是起动空气分成两路：一，经总管引至各缸气缸起动阀1的下方空间：一路为起动用另一路为控制用控制空被号全然后按柴油机的发火顺序依次到达相应的气缸起动阀的上部空间便之开后原等掌候在。的起动空气进入气缸，推动活塞下行使曲轴转动并使之达到起动转速，后达到自行发火转动。起动后应立即通过操纵手开日任供柄4关闭控制阀7切断控制空气，，主起动阀随即关闭，气缸起动阀上部空间的控制空气经空
第七章 柴油机的调速和操纵 为了能满足船舶在各种航行条件下的不同要求，船舶主柴油机必须具有起动、换向和调 速装置。以及使上述各种装置联合动作的操纵机构。另外，这些装置的工作性能还必须满足 有关规范的相应要求。 第一节 起动装置 一、概述 柴油机本身没有自行起动能力。欲使静止的柴油机转动起来必须借助于外力，以便使柴 油机获得第一个工作循环的条件，即在外力作用下进行进气、压缩、喷油，直至燃油燃烧膨 胀作功而自行运转。这一过程称柴油机起动。在起动过程中还必须使柴油机达到一定转速， 才能保证在压缩终点缸内达到燃油自燃发火的温度。柴油机起动所要求的最低转速称起动转 速。 起动转速的高低与柴油机的类型、环境条件、柴油机技术状态、燃油品质等有关。它也 是鉴别柴油机起动性能的重要标志。起动转速的一般范围是： 高速柴油机 80～150r／min； 中速柴油机 60～70r／min； 低速柴油机 25～30r／min。 根据所采用的外来能源形式，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、电动机起动及气 力或液压马达起动等； （2）借助于加在活塞上的外力推动活塞运动。如压缩空气起动。 通常，船用柴油机大多采用压缩空气起动。 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（2.5～3.0MPa）的压缩空气，按柴油机的发火顺序 在膨胀行程时引入气缸，推动活塞使柴油机达到起动转速，完成自行发火。压缩空气起动的 起动能量大，起动迅速可靠，在紧急情况下可用压缩空气进行刹车，但该装置构造复杂，重 量较重，故不适用于小型柴油机。 压缩空气起动装置主要包括：空气压缩机、起动空气瓶、主起动阀、空气分配器、气缸 起动阀以及起动控制阀等。其组成系统图如图 7-1 所示。起动前，空压机（图中未示出）向 空气瓶 6 充气至规定压力 2.5～3.0MPa。备车时开启出气阀 5 及截止阀 8，空气瓶中的压缩 空气沿管路通至主起动阀 3 及起动控制阀 7 处等候。当起动时，拉动手柄 4 至起动位置，起 动控制阀 7 开启，控制空气进入主起动阀 3 的活塞上方，推动活塞下行，主起动阀 3 开启。 于是起动空气分成两路：一路为起动用压缩空气，经总管引至各缸气缸起动阀 1 的下方空间； 另一路为控制用控制空气被引至空气分配器 2，然后按柴油机的发火顺序依次到达相应的气 缸起动阀的上部空间使之开启，原等候在下方空间的起动空气进入气缸，推动活塞下行使曲 轴转动并使之达到起动转速，而且在供油之后达到自行发火转动。起动后应立即通过操纵手 柄 4 关闭控制阀 7 切断控制空气，主起动阀随即关闭，气缸起动阀上部空间的控制空气经空
气分配器泄放，气缸起动阀关闭，起动过程结束。然后可逐渐调节供油量使柴油机在指定转速下运转。当无须再次起动柴油机时可将截止阀8和出气阀5先后关闭。房来自空压机的空气图7-1气压控制式起动系统1一起动阀2-空气分配器3-主起动阀4一起动控制阀5一截止阀6一出气阀7--空气瓶图7-1压缩空气起动装置系统图为了保证柴油机压缩空气起动迅速可靠，必须具备以下三个条件：（1）压缩空气必须具有一定的压力和储量。按我国有关规定供主机起动用空气瓶（至少有两个）的压力应保持在2.5～3MPa，其储量应保证在不补充空气的情况下，对可换向主机能从冷机正倒车交替起动不少于12次：对不可换向主机能从冷机连续起动6次。（2）压缩空气供气要适时并有一定的供气延续时间。适当的供气正时应以既有利于起动又可节省空气耗量为原则。通常，大型低速二冲程柴油机的供气始点约在上止点前5。曲轴转角，供气终点约在上止点后100°曲轴转角，供气持续角一般不超过120°曲轴转角。中高速四冲程柴油机供气始点约在上止点前5°～10°曲轴转角，供气持续角同受排气阀限制一般不超过140°曲轴转角。（3）必须保证有最少气缸数。为保证曲轴在任何位置都能起动，要求在任何位置至少有一个气缸处于起动位置。为此，起动所要求的最少缸数对二冲程机必须大于360°/120°，一般不应少于四个：而对四冲程机必须大于〖700°140°】【720°/140°】一般不少于六个。若缸数少于上述限值。则起动前应盘车至起动位置。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动装置中最主要的部件之一。通常，每缸一个均装在气缸盖上，其下方与起动空气总管连接，上方与空气分配器连接。其动作由空气分配器按发火顺序使起动空气进入气缸，完成起动动作。气缸起动阀不仅应有足够的通道面积，开关迅速但落座速度缓慢以减轻阀盘与阀座间的撞击。而且要能兼顾起动和制动两方面不同的要求。在起动方面，要求气缸起动阀当缸内发火后，即使有控制空气作用在其上方空间，它也应保持关闭状态，防止燃气倒流入起动空气管：在制动方面，要求在制动过程中，即使缸内压力稍高于起动空气压力时，气缸起动阀仍然保持开启以完成减压制动和强制制动（详见第十二章第九节）。气缸起动阀分为单向阀式和气压控制式两种。单向阀式为一个简单的单向阀，其起动空气就是控制空气，由空气分配器直接控制。气压控制式开阀的控制空气由空气分配器来，进
气分配器泄放，气缸起动阀关闭，起动过程结束。然后可逐渐调节供油量使柴油机在指定转 速下运转。当无须再次起动柴油机时可将截止阀 8 和出气阀 5 先后关闭。 图 7-1 压缩空气起动装置系统图 为了保证柴油机压缩空气起动迅速可靠，必须具备以下三个条件： （1）压缩空气必须具有一定的压力和储量。按我国有关规定供主机起动用空气瓶（至 少有两个）的压力应保持在 2.5～3MPa，其储量应保证在不补充空气的情况下，对可换向主 机能从冷机正倒车交替起动不少于 12 次；对不可换向主机能从冷机连续起动 6 次。 （2）压缩空气供气要适时并有一定的供气延续时间。适当的供气正时应以既有利于起 动又可节省空气耗量为原则。通常，大型低速二冲程柴油机的供气始点约在上止点前 5°曲 轴转角，供气终点约在上止点后 100°曲轴转角，供气持续角一般不超过 120°曲轴转角。 中高速四冲程柴油机供气始点约在上止点前 5°～10°曲轴转角，供气持续角同受排气阀限 制一般不超过 140°曲轴转角。 （3）必须保证有最少气缸数。为保证曲轴在任何位置都能起动，要求在任何位置至少 有一个气缸处于起动位置。为此，起动所要求的最少缸数对二冲程机必须大于 360°/120°， 一般不应少于四个；而对四冲程机必须大于〖700°／140°〗【720°/140°】一般不少于六 个。若缸数少于上述限值。则起动前应盘车至起动位置。 三、压缩空气起动装置的主要设备 1．气缸起动阀 气缸起动阀是起动装置中最主要的部件之一。通常，每缸一个均装在气缸盖上，其下方 与起动空气总管连接，上方与空气分配器连接。其动作由空气分配器按发火顺序使起动空气 进入气缸，完成起动动作。 气缸起动阀不仅应有足够的通道面积，开关迅速但落座速度缓慢以减轻阀盘与阀座间的 撞击。而且要能兼顾起动和制动两方面不同的要求。在起动方面，要求气缸起动阀当缸内发 火后，即使有控制空气作用在其上方空间，它也应保持关闭状态，防止燃气倒流入起动空气 管；在制动方面，要求在制动过程中，即使缸内压力稍高于起动空气压力时，气缸起动阀仍 然保持开启以完成减压制动和强制制动（详见第十二章第九节）。 气缸起动阀分为单向阀式和气压控制式两种。单向阀式为一个简单的单向阀，其起动空 气就是控制空气，由空气分配器直接控制。气压控制式开阀的控制空气由空气分配器来，进
入气缸的起动空气直接由空气总管来。因而空气分配器尺寸小，空气损失少，起动迅速，适用于大型柴油机。根据控制气路的不同，气压控制式又可分为单气路控制与双气路控制式两种。单气路控制式气缸起如图7-2a）所示，图中b）示出柱塞式动哦的结构4空气分配器工作简图。交大的启阀活塞4组成。启动空气进入进气腔2，由于阀盘对气缸起动阀的开启不相等，起作用，所以阀盘1在启当控制空气（图中虚线示）天团状念。行带动阀盘1下行开阀，原等候在空由空气分配器送入启阀活塞间2的起动空气进入气缸推动活塞方控制空气经空气分配器泄放全大气时，启阀活塞在弹簧作用下力作结束。此种结构形式具有较大的启结构简单，因而为多种柴油机采用，如阀活塞，使其开关迅速可靠，起动空MAN-B&WMC型柴油机。但它在性能上不能兼顾起动与制动两方面的要求，在缸内压力超过起动空气压力时仍有可能开启（因启阀活塞大）而产生燃气倒冲事故。此外，在阀盘落座时速度快，撞击厉害，致使阀盘与阀座磨损快1-'通大气5b)a)图8-2起动阀和空气分配器构造原理图7-2单气路控制式气缸起动阀和空气分配器结构原理图双气路控制式气缸起动阀结构如图7-3所示。其起动阀由阀盘5、阀杆3以及阶梯型启阀活塞2组成。起动空气由AL进行起动阀下部空间，起动阀保持关闭（平衡式）。管H与管J均与专用的空气分配器连接，当T空间经开启管H充入控制空气而N空间经关闭管J泄放空气时，阶梯活塞2下行开阀。阶梯活塞由直径不等的K1、K2、K3三级活塞组成，当控制活塞K1下行开启控制器S时，控制空气由T空间进入大直径的控制活塞K2的上部P空间，使起动阀加速打开。当控制活塞K3下行关闭管J的气口时在下部空间N形成气垫，使开阀速度减慢避免控制活塞撞击缸底气分配器经管H释放K1、K2上部的控制空气并向关闭管J充入控制空气时，控制空气首先进入活塞K2的下部空间M，使起动阀上行关阀，随后控制空气作用在直径较小白下方使关阀速度减慢，当活塞K1上行到关闭控制器S时，使关闭后期（落座）速度大大减慢，空P少成密团避免了关闭时空间M的压力自动平衡。此种11强裂禅击行/找落结构形式能较好的满足从起动但落座速度缓慢，而且由于控制活塞K1直径较小使初始开阀力车交高时阀保持关闭。另外，当它处于全开状态时，开阀控制空气作用在阶积上，向下的开阀作用力增大，因此
入气缸的起动空气直接由空气总管来。因而空气分配器尺寸小，空气损失少，起动迅速，适 用于大型柴油机。 根据控制气路的不同，气压控制式又可分为单气路控制与双气路控制式两种。 单气路控制式气缸起动阀的结构与工作原理简图如图 7-2a）所示，图中 b）示出柱塞式 空气分配器工作简图。起动阀由阀盘 1、导杆 3 和面积较大的启阀活塞 4 组成。启动空气进 入进气腔 2，由于阀盘 1 与导杆 2（即平衡活塞）的直径基本相等，对气缸起动阀的开启不 起作用，所以阀盘 1 在启阀活塞下部的弹簧作用下保持关闭状态。当控制空气（图中虚线示） 由空气分配器送入启阀活塞 4 上方空间时，启阀活塞下行带动阀盘 1 下行开阀，原等候在空 间 2 的起动空气进入气缸推动活塞进行起动，当启阀活塞上方控制空气经空气分配器泄放至 大气时，启阀活塞在弹簧作用下上行关闭。该缸起动动作结束。此种结构形式具有较大的启 阀活塞，使其开关迅速可靠，起动空气消耗少，结构简单，因而为多种柴油机采用，如 MAN-B&W MC 型柴油机。但它在性能上不能兼顾起动与制动两方面的要求，在缸内压力 超过起动空气压力时仍有可能开启（因启阀活塞大）而产生燃气倒冲事故。此外，在阀盘落 座时速度快，撞击厉害，致使阀盘与阀座磨损快。 图 7-2 单气路控制式气缸起动阀和空气分配器结构原理图 双气路控制式气缸起动阀结构如图 7-3 所示。其起动阀由阀盘 5、阀杆 3 以及阶梯型启 阀活塞 2 组成。起动空气由 AL 进行起动阀下部空间，起动阀保持关闭（平衡式）。管 H 与 管 J 均与专用的空气分配器连接，当 T 空间经开启管 H 充入控制空气而 N 空间经关闭管 J 泄放空气时，阶梯活塞 2 下行开阀。阶梯活塞由直径不等的 K1、K2、K3 三级活塞组成， 当控制活塞 K1 下行开启控制器 S 时，控制空气由 T 空间进入大直径的控制活塞 K2 的上部 P 空间，使起动阀加速打开。当控制活塞 K3 下行关闭管 J 的气口时在下部空间 N 形成气垫， 使开阀速度减慢避免控制活塞撞击缸底。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 充入控制空气时，控制空气首先进入活塞 K2 的下部空间 M，使起动阀上行 关阀，随后控制空气作用在直径较小的控制活塞 K3 下方使关阀速度减慢，当活塞 K1 上行 到关闭控制器 S 时，空间 P 变成密闭空间并形成气垫，使关闭后期（落座）速度大大减慢， 避免了关闭时的强烈撞击。待阀落座后通过槽 B 使空间 P 与空间 M 的压力自动平衡。此种 结构形式能较好的满足从起动方面提出的要求：速开、速关，但落座速度缓慢，而且由于控 制活塞 K1 直径较小使初始开阀力较小，当缸内压力较高时阀保持关闭。另外，当它处于全 开状态时，开阀控制空气作用在阶梯活塞的全部工作面积上，向下的开阀作用力增大，因此
在紧急制动时即使缸内气体压力稍高于起动空气压力，该阀仍然可保持开启状态。从而也满足了从制动方面提出的要求。但此种结构形式构造复杂，造价较高。Sulzer柴油机使用此种形式气缸起动阀
在紧急制动时即使缸内气体压力稍高于起动空气压力，该阀仍然可保持开启状态。从而也满 足了从制动方面提出的要求。但此种结构形式构造复杂，造价较高。Sulzer 柴油机使用此种 形式气缸起动阀
2-SOBK2MK3AL图7-3双气路控制式气缸起动非阀1-弹簧：2-阶梯活塞：3-阀杆：4-阀杆：5-起动阀盘：K1、K2、K3-控制活塞：T-上部空间；
图 7-3 双气路控制式气缸起动非阀 1- 弹簧；2-阶梯活塞；3-阀杆；4-阀杆；5-起动阀盘；K1、K2 、K3-控制活塞；T-上部空间；