柴油机换向及调速

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第二节 换向装置,一、,船舶换向原理和方法,根据航行要求，船舶要从前进变为后退（或相反），一般有两种方法。,1,、,改变螺旋桨的旋转方向,（称直接换向）,直接换向又分：,(1),少数采用,传动装置换向,(,倒顺车离合器、齿轮箱、液力偶合器、电力传动等,),(2),一般都是直接,改变柴油机的转向,。因此，要求船舶主柴油机应具有换向性能，即能按需要改变柴油机曲轴的旋转方向。,2,、,保持螺旋桨转向不变而改变螺旋桨叶的螺距角，使推力方向改变,（称变距桨换向）。目前少数船舶采用可调螺距的螺旋桨换向。,二、,柴油机的换向原理,柴油机顺车运转时严格遵守进、排气和喷油正时及起动正时。要使柴油机换向，首先应停车，然后将柴油机反向起动起来，最后使柴油机按反转方向运转起来。,因此要满足反向起动和反向运转的要求，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。正时均由有关凸轮控制，所以柴油机的换向问题就是如何改变空气分配器凸轮、喷油泵凸轮和进、排气凸轮与曲轴相对位置的问题。,1,换向机构,：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。,2,、,不同的机型采用不同的换向机构,。,（,1,）,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；,（,2,）,二冲程直流扫气柴油机,有空气分配器凸轮、燃油凸轮、排气凸轮的换向；,（,3,）,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。,3,对换向柴油机本身驱动的有关系统附件均应采取相应措施保证达到换向后的要求,。（水泵、油泵、扫气泵等）。,4,对换向机构的基本要求,：,（,1,）应能准确、迅速地改为各种换向设备的正时关系，保证正、倒车正时相同。,（,2,）换向装置与起动、供油装置间应有必要的连锁机构以保证柴油机运转安全。,（,3,）需要设置锁紧装置以防止柴油机在运转过程中各凸轮“正时”机构相对于曲轴上、下止点位置发生变化。,（,4,）换向过程所需时间应符合“船规”要求。,三,柴油机换向方式,四冲机两种换向方案,（,1,）顺车进气冲程变倒车排气冲程,正车时,：进气压缩,膨胀排气,反车时,:,排气膨胀压缩进气,图所示。用实线表示正转时进气凸轮的位置，虚线表示反转时进气凸轮的位置。可以看出，进气凸轮,以纵座标为轴翻转,180,度,，就是换向后进气凸轮的位置,第一种换向柴油机的各凸轮位置,凸轮变换的情况如图所示。用实线表示正转时凸轮的位置，虚线表示反转时凸轮的位置。可以看出，进气凸轮和排气凸轮在换向时大致互相调换了位置，喷油凸轮在反、正转时的位置紧挨着，并对称于上止点；即整个凸轮组对称于上止点。也就是说，柴油机换向时，,凸轮组以纵座标为轴翻转,180,度,，就是换向后凸轮的位置。,(2),顺车进气改倒车压缩,正车时：进气压缩,膨胀排气,反车时,:,压,缩,膨胀排气进气,第二种换向凸轮的变换如图示 进、排气凸轮；喷油凸轮、启动凸轮在正、反转的变换过程中,对称于横座标,；即在凸轮换向图上，对称于横座标而上下互换了位置。,喷油凸轮只有升起的一段与射油有关，下降的一段不起射油作用因此，,按第二种变换的柴油机，喷油凸轮只需要一个,，而且是呈对称型式，反转升起的一段作为正转下降的一段正转升起的一段作为反转下降的一段。从而简化了换向机构，无需设置喷油的换向机构。,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,。这样便可使柴油机各缸的有关正时和发火次序符合正、倒车运转的需要。,（,2,）,双凸轮换向原理,：以二冲程直流扫气柴油机为例说明。如图所示，图中实线为正车凸轮，虚线为倒车凸轮，正、倒车凸轮对称于曲轴上、下止点位置的纵轴线,ob,。,2,、,二冲 机换向只有一种,：正车时：压宿,膨胀 反车时：膨胀,压缩,四、,双凸轮换向,：,1,、,换向原理,（,1,）双凸轮换向特点：,对需要换向的设备均设置供正、倒车使用的两套凸轮,。正车时正车凸轮,由图可知此时仍可保证供油提前角为,11,，排气提前角为,76,。图中未示出空气分配器凸轮，其正、倒车凸轮的布置原则与喷油泵凸轮相同。,多缸柴油机正、倒车发火为顺序相反。如果二冲程六缸柴油机正车发火顺序为,1-6-2-4-3-5,，则倒车发火顺序,1-5-3-4-2-6,。,图,a,）,为喷油泵凸轮，当柴油机正转时，凸轮轴顺时针转动，如果凸轮的升起点,a,为供油始点，图示位置曲柄正处于上止点，则供油提前角为,11,。,图,b),为排气凸轮，当曲轴按正车方向转到上止点后,104,即下止点前,76,时，排气阀开始排气。当柴油机换向后使用倒车凸轮从图示位置逆时针转动。,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而有不同的结构形式。一般有,机械式、液压式和气压式,。,图所示为,气力液压式,换向装置。这也是,MAN,型柴油机所采用的换向装置。,图示为倒车位置。进行由倒车到正车的换向操作时，利用换向杆使换向阀开启，,压缩空气进入正车油瓶,，倒车油瓶中的气体经换向阀泄入大气，在压缩空气的作用下，滑油被压入油缸活塞的右侧，推动活塞带动凸轮轴向左移动，与此同时油缸活塞左侧的油被活塞压入倒车油瓶。当活塞移至左侧极限位置时，各正车凸轮正好处于相应的从动件下面，换向过程结束。,爬坡凸轮,第三节,调速和调速器,一、,柴油机调速,1,、,柴油机调速,：柴油机的不同转速是通过改变循环喷油量来获得的。改变柴油机油量调节机构的位置，使其转速调节到规定的转速范围内称柴油机调速。,2,、,调速器,：根据柴油机负载的变化自动调节供油量，维持其规定的转速范围。这种装置称调速器。,一、,柴油机调速的必要性,船舶柴油机主要用作船舶主机带动螺旋桨和作为船舶副机带动发电机。船舶推进主机与发电用柴油机的运转条件和要求不同，因而对调速的要求也不同。,（,1,）,船舶主机的调速,：柴油机的输出功率,Ne,=,Cn,（工作特性），船舶主机,(,直接驱动螺旋桨,),为柴油机推进特性,(),即船舶主机是依照螺旋桨的工作特性（）运行。,为了防止主机运转中断轴、螺旋桨失落或出水等造成柴油机超速飞车，根据我国有关规范规定，船舶主机,必须安装可靠的调速器,(,限速器,),，使主机转速不超过,115%,标定转速。船舶柴油机转速将随外界负荷的变化而变化。这种变化将对柴油机的可靠性、寿命和经济性带来不良影响。现代船舶柴油机为了避免这种变化对柴油机的不良影响，均装有全制式调速器。它可以,在柴油机的全部转速范围内，保证在任意设定的转速下稳定运转。,（,2,）船舶发电柴油机的调速,船舶发电用柴油机要求在外界负荷（用电量）变化时能保持恒定的转速，以保证发电机的电压和频率恒定。若外界负荷减少而喷油量不变，则柴油机的功率就会大于外负荷而使转速升高，转速升高后又进一步扩大了功率的不平衡，使转速继续升高以致发生飞车，反之，若外界负荷增加而喷油量不变，柴油机转速就会降低并最终导致停车。所以，,发电柴油机必须装设定速调速器，保证负荷变化时柴油机的转速基本不变。,二、,调速器的类型,1,、,按调速范围分类,（,1,）,极限调速器,（限速器）只用于限制柴油机的最高转速不超过某规定值，在转速低于此规定值时不起调节作用。此种调速器仅用于船舶主机，目前已很少单独使用。,（,2,）,定速,（单制）调速器 在负荷变化时能使柴油机转速保持在规定范围内。此种调速器应用于发电柴油机。通常，为满足多台柴油机并联运行的要求，本调速器一般有,10,标定转速的可调范围。,（,3,）,双制式调速器,能维持柴油机的最低运转转速并可限制其最高转速。其中间转速由人工手动调节。此种调速器用于对低速性能要求较高或带有离合器的中小型船用主机。,（,4,）,全制式调速器,在从最低稳定转速到最高转速的全部运转范围内，均能自动调节喷油量以保持任一设定转速。此种调速器广泛用于船舶主机及柴油机发电机组。,2,按执行机构分类,（,1,）,机械式,（直接作用式）调速器 它是直接利用飞重产生的离心力去移动油量调节机构以调节柴油机的转速。,（,2,）,液压式,（间接作用式）调速器 它是通过液压伺服器将飞重产生的离心力加以放大，使用放大后的动力去移动油量调节机构。,（,3,）,电子调速器,转速信号监测和执行机构采用电气方式的调速器。,五,机械式调速器,1,单制式调速器,亦称单速式调速器，它只能控制柴油机的最高转速，防止飞车事故的发生此种调速器目前应用极少，不再介绍。,2,双制式调速器,亦称双速式调速器。它不仅能控制柴油机不超过最高转速,又能保证柴油机在最低转速时稳定运转。在最高和最低转速之间调速器不起作用。多用于车用柴油机，船用柴油机应用较少。,图所示为双制式调速器的工作原理图。,3,全制式调速器,能控制柴油机在任意转速下稳定运转。,原理,通过调整调速器手柄,使调速器的弹簧有不同弹力于飞锤离心力相平横,;,当柴油机转速变化时,飞锤离心力变化拉动油尺变化,改变供油量,控制柴油机转速。,4,、,机械式调速器结构原理,(1),组成,:,图,示,1-,转轴；,2-,飞重座架；,3-,飞重；,4-,套筒；,5-,调速弹簧；,6-,本体；,7-,转速调节螺钉；,8-,油量调节杆,飞重,3,安装在飞重架,2,上通过转轴,1,由柴油机驱动高速回转。由飞重,3,和弹簧,5,组成的转速感应元件按力平衡原理工作。,(2),调速原理,:,当柴油机发出的功率与外界负荷刚好平衡时，其转速稳定，飞重产生的离心力与弹簧,5,的弹力平衡，油量调节杆,8,也停留在某一供油量位置，如图中实线所示。,若外界负荷突然减少，柴油机发出的功率就大于外界负荷而使转速升高，这时飞重的离心力将大于弹簧的弹力而使套筒,4,上移，增加弹簧,5,的压缩量，同时通过角杆拉动油量调节杆,8,以减少供油量。当调节过程结束时柴油机的功率与外界负荷在彼此都减小了的情况下恢复平衡，调速器的飞重稳定在图示虚线位置，它的离心力和调速弹簧的作用力也在彼此都增长的情况下达到新的平衡状态。,当外界负荷突然增加时，调速器的动作与上述相反，飞重离心力与弹簧作用力在彼此都减小的情况下达到平衡状态。,(3),机械调速器特点,:,1,）这种调速器不能保持柴油机在调速前后的稳定转速不变，即,2,必大于零。,当外负荷减少后，调节后的稳定转速要比原稳定转速稍高；而当外负荷增加时，调节后的稳定转速要比原稳定转速稍低,。,产生这种转速差的根本原因在于感应元件与油量调节机构之间采用了刚性连接；当外负荷减少时供油量必须相应减少才能保持转速稳定，因此调油杆必须右移减油，这就必然会同时增大了调速弹簧的压缩量而使弹簧压力变大，因而与弹簧力平衡的套筒推力以及飞重离心力也必须相应增加。上述平衡条件只有在柴油机的转速稍高于原转速时才能达到。当外负荷增加时；上述平衡条件只有在柴油机的转速稍低于原转速时才能达到。,2),机械调速器的工作能力较小，其灵敏度和精度均较差，但其结构简单，维护方便。多用于中、小型柴油机。,（,4,）,柴油机的速度,设定 调节螺钉,7,可改变调速弹簧器,5,的预紧力，从而可改变柴油机的设定转速。,第四节,液压调速器,上述机械离心式调速器构造简单，维护方便，广泛应用于小功率柴油机上。它是直接由感应元件经过杠杆机构来移动油量调节机构的。对于大中功率柴油机，由于调速器和油量调节机构的摩擦阻力较大，移动油量调节机构所需要的力也较大，因此要求调速器应有更大的工作能力。如果仍用机械离心式调速器，就必须增加飞球的重量，并在结构上加强有关的零件，因而增加了调速器的尺寸和重量，使调速器显得十分笨重。为了使调速器的结构尺寸不至于太大,又能保证具有良好的调速性能,出现了液压调速器。,1,、,液压调速器,:,在机械调速器的感应元件和油量调节机构之间加入一个液压放大元件,(,液压伺服器,),，使感应元件的输出信号通过液压伺服器放大之后再传到油量调节机构上去，因此,液压调速器也叫做间接作用式调速器。,油通道，压力油便进入伺