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1、模块九 起动和换向装置,重点：压缩空气起动装置的组成、原理和起动条件，起动装置各主要设备的结构、原理及要求，起动装置的故障及处理，换向基本原理、方法及要求。 难点：起动装置各主要设备的结构原理，单凸轮换向装置的换向原理及特点。,主要内容,单元一 起动装置 单元二 换向装置,单元一 起动装置,一、概述 1起动：由静止状态，通过外部能源带动曲轴转动，创造柴油机获得第一个工作循环所需的条件，即进气、压缩、喷油、燃烧、膨胀作功推动活塞自行运转起来的过程。 2起动转速：起动时使得压缩终点达到燃油的自燃温度以上的最低转速。高速机：80150r/min （1）起动转速范围： 中速机：6070r/min低速机
2、：2530r/min,（2）影响起动转速的因素： 柴油机的类型 环境温度 柴油机的技术状态 燃油的品质 3起动力矩：起动时克服气缸内被压缩的气体阻力和发动机本身运动件和附件所产生的各种摩擦阻力和惯性力所需的力矩。 4影响起动性能的因素 （1）进气终点温度（2）压缩比（3）起动转速（4）燃油品质,二、起动的方式： 1人力起动： 2电力起动：由直流电动机和蓄电池等组成。依靠电磁铁经杠杆推动起动机齿轮啮入柴油机飞轮齿圈，由电机上的齿轮带动飞轮使曲轴转动的起动，多用于高速机。 优缺点：操作轻便，起动迅速，具有重复起动的能力。起动功率受到蓄电池的限制，低温时蓄电池放电能力下降，使起动困难。 3压缩空气起
3、动：将压力为2.53.0Mpa的压缩空气，按柴油机的发火顺序依次送入各缸，推动活塞，使曲轴转动起来的过程。适用于大、中型柴油机。 优缺点：起动力矩大，迅速可靠，能连续多次起动，对外界温度不敏感，可在-30下起动。但结构复杂，气密性要求高，阀件易出现故障，起动时压缩空气中的凝水会加剧气缸的磨损。,三、改善柴油机冷车起动性能的措施 1起动前采用预热冷却水加热装置。 2进气预热，在进气管中设置加热装置。 3在燃烧室中装电热塞。 4对滑油进行加热。 5采用减压起动。 6起动加浓装置。 7采用易燃性的燃料。,四、压缩空气起动装置和工作原理 1压缩空气起动装置的两种形式 （1）直接启阀式的起动装置（又称单
4、向阀式起动装置） D200mm 压缩空气流动过程：空压机气瓶出气阀截止阀起动控制阀空气分配器气缸起动阀气缸 特点：进入气缸的起动空气全部经过空气分配器，并由它按发火次序依次送入各缸起动阀内腔，并直接作用在阀盘上推开阀盘进入气缸。 优缺点：管路布置简单，节流损失大，空气消耗量大，易腐蚀。,（2）间接启阀式的起动装置（又称平衡阀式起动装置） 压缩空气流动过程： 控制空气 空压机气瓶出气阀截止阀起动控制阀主起动阀空气分配器气缸起动阀 起动空气 特点：起动空气在起动阀内腔成平衡状态，气缸起动阀的开启是由空气分配器来的控制空气控制，起动空气不经过空气分配器。 优缺点：起动阀开启迅速，可靠，节流损失小，空
5、气消耗量少，但结构复杂。,2保证起动的条件 （1）压缩空气应具有一定的压力和储量，一般压力为2.53.0Mpa。且能连续多次起动（冷机倒顺车交替起动不少于12次），主机至少两个气瓶。 （2）必须要有一定的起动定时和供气延续时间 起动定时角：起动阀开启是，曲柄与上止点之间的夹角。 起动延续角：起动阀开启到关闭时曲柄所转过的角度。 采用压缩空气起动是用压缩空气代替燃气推动柴油机活塞使曲轴转动的，因此压缩空气必须按一定的时间规律送入气缸，即在活塞处于膨胀行程之初的某一时刻开始向气缸供气，并持续一段时间结束。对四冲程机起动定时为上止点前510CA开，在上止点后140CA关闭，进气延续时间一般不超过14
6、0CA。对大型二冲程低速机起动定时为上止点前5CA开，在上止点后100-120CA关闭，延续时间不超过120CA。,（3）必须保证最少的起动缸数 为保证迅速和连续起动，要求柴油机曲柄停在任何位置都能随时起动而不必盘车，即柴油机在任何情况下曲柄位置时至少有一个气缸处于起动（膨胀冲程）位置，因此柴油机必须有一定的气缸数，同时要求发火顺序相邻的两缸之间的进气角度有一定的重叠时间，即在重叠时间内，可有两缸同时进气。 则：四冲程机的最少起动缸数I=720/140=5.1 取6缸 二冲程机的最少起动缸数I=360/100=3.6 取4缸 若气缸数少于规定的气缸数，则起动前必须盘车，使柴油机某缸正好处于膨胀
7、冲程开始的某一时刻才能起动。,五、主要设备 1气缸起动阀：装在气缸盖上，由空气分配器控制开关。 （1）要求： 起动方面，要求气缸起动阀开关迅速，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。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，要求在制动时，当缸内压力稍高于起动空气压力，气缸起动阀仍然保持开启以完成减压制动和强制制动。,（2）类型： 1）按结构型式分： 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
8、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。目前船上用的气缸起动阀多为气压控制式。 2）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： （A）结构与工作原理：活塞为单级平面式，开启依靠控制空气作用，关闭依靠气阀弹簧作用。 （B）优缺点：启阀活塞面积大，开关迅速可靠，起动空气消耗少；结构简单；阀盘与阀座撞击厉害，磨损快；性能上不能同时满足起动与制动两方面的要求。,双气路控制式气缸起动阀： （A）结构原理：活塞为阶梯活塞，由空气分配器的两路控制空气分别控制启闭。 （B）优缺点：速开、速关，落座速度缓慢；阀盘与阀座撞击、磨
9、损小；性能上能满足起动与制动两方面的要求；但构造复杂，造价较高。,图9-3 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；M-中部空间；N-下部空间；P-空间；S-控制器；B-连接槽；H-开启管;J-关闭管,2空气分配器： （1）作用：按柴油机的发火顺序定时的将压缩空气分配到相应的气缸起动阀去。 （2）类型： 1）按结构形式分：回转式（分配盘式） 多用于中、高速柴油机 柱塞式 多用于大、中型柴油机 单体式 单气路控制式 与单气路气缸起动阀相配 柱塞式 或 柱塞式 组合式 双气路控制式 与双气路气缸起动阀相配,（
10、3）双气路控制式空气分配器,图9-4 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-分配器空腔；VS-放气空腔；RS-空腔；P-压力空腔,3主起动阀 用于大中型机上 （1）类型：主起动阀可分为均衡式和非均衡式两种。 均衡式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开启； 非均衡式依靠泄放控制缸内的空气来开启，一般用于大型低速机上。 （2）工作原理：图9-5是Sulzer柴油机使用的一种带慢转阀的新型非均衡式主起动阀结构图。图中右侧6为主起动阀体，阀壳上部的止回阀9可用来防止燃气倒
11、流，阀壳左下侧设有控制阀1由起动控制阀控制。阀左侧是慢转阀17其启闭用控制活塞16控制。在起动前通过慢转阀可使柴油机在主起动阀体6不动作的情况以510r/min的速度慢转进行检查。,图9-5 带慢转阀的主起动阀结构图,六、压缩空气起动系统的管理、常见故障分析 1压缩空气起动系统的维护保养 （1）经常检查系统中的有关部件，保证各部件动作灵活。 （2）定期放残。 （3）检修阀件时应关闭气源。 （4）应特别注意对气缸起动阀的维护保养，保证其密封性。 2常见故障 （1）柴油机不能起动 起动空气瓶出口阀未开足 起动空气瓶压力不足 起动控制阀咬死或磨损 空气分配器柱塞咬死或磨损漏气 气缸起动阀动作不灵活或
12、严重漏气,（2）起动时曲轴虽然转动，但达不到起动转速 起动空气压力不足。 个别气缸起动阀或空气分配器咬死或动作呆滞。 （3）某段起动空气管发热，原因是该缸起动阀漏泄。,思考题： 1压缩空气起动装置主要由哪些部件组成？ 2试述四冲程柴油机最少起动缸数为6缸的原因，如少于6缸，柴油机能否在任何位置都能起动，为什么？应如何补救？ 3保证起动的条件有哪些？ 4柴油机在压缩空气起动时达不到所需转速的原因有哪些？ 5试说明硅整流发电机电压调节器的调节控制原理。 6画图并说明起动机电磁操纵机构电气工作原理 7何谓起动转速？高中低速机起动转速的范围是多少？影响起动转速的因素有哪些？ 8比较单气路与双气路气缸起
13、动阀的优缺点？,单元二 换向装置,一、换向原理和方法 1换向的方法 （1）柴油机本身改变旋转方向，直接带动螺旋桨换向。 （2）柴油机旋转方向不变，依靠中间换向装置使螺旋桨换向。 （3）柴油机旋转方向不变，采用可变螺距实现换向（此时螺旋桨转向不变，但螺距角改变使推力方向改变）。,2换向原理 所谓换向即是改变曲轴的旋转方向。要使柴油机换向，首先应停车，然后反向起动，最后使柴油机按反转方向运转起来。因此必须改变起动正时、喷油正时和配气正时，使之与正转时有相同的规律，以满足反向起动和反向运转的要求。而上述正时均由有关凸轮控制，所以解决换向的问题就是如何改变空气分配器凸轮、喷油泵凸轮和进、排气凸轮与曲轴
14、相对位置上。为改变柴油机的运转方向而设置的改变各种凸轮相对于曲轴位置的机构称为换向机构。 换向时需改变其与曲轴相对位置的凸轮随机型不同而异。如二冲程弯流扫气柴油机只有空气分配器凸轮和燃油凸轮需要换向；二冲程直流扫气柴油机又增加了排气凸轮的换向；而四冲程柴油机则包括空气分配器凸轮、喷油泵凸轮及进、排气凸轮。所以不同的机型采用不同的换向机构。,二、双凸轮换向原理及换向装置 1换向原理 特点：设有正、倒车两套凸轮。正车由正车凸轮控制，倒车由倒车凸轮控制，换向时需轴向移动凸轮轴。,2换向装置 双凸轮换向装置一般有机械式、液压式和气压式。下图为气力液压式换向装置。,三、单凸轮换向原理及装置（亦称凸轮轴差
15、动换向） 1特点：正、倒车共用一个凸轮，凸轮的轮廓线型指成中心对称，换向时无需轴向移动凸轮轴，只需将凸轮轴相对曲轴转过一个换向差动角即可。 柴油机换向时为改变正时而使凸轮轴相对曲轴转过一个角度的动作称凸轮的换向差动，所转动的相应角度称为换向差动角。 差动方向与换向后的转向相同称为超前差动；差动方向与换向后的转向相反称为滞后差动。单凸轮换向所使用的凸轮线型有两种：一般线型和鸡心形线型。,2一般线型单凸轮换向原理 （1）一般线型单凸轮换向原理。 （2）一般线型凸轮换向不能实现喷油泵凸轮和排气阀凸轮的同轴差动 喷油泵凸轮换向为滞后差动，而排气阀凸轮换向为超前差动。若要使喷油泵凸轮也为超前差动，则超前差动的差动角比滞后差动的差动角要大的多，且比排气阀凸的超前差动角大的多。若使排气阀凸轮实现滞后差动，则滞后差动的差动角比超前差动的差动角要大的多，且比喷油泵凸轮的滞后差动角大的多。因此一般线型喷油泵凸轮和排气阀凸轮换向时，无法实现同轴差动。,
