课题09操纵系统 船舶主机

课题九 操纵系统目的要求：1了解操纵系统要求、组成和类型。 2熟悉L350PN型柴油机操纵系统的特点、组成和操纵台。 3熟悉Sulzer RND型柴油机操纵系统的特点、组成和操纵原理。 4熟悉MAN/BW柴油机操纵系统的特点、组成和操纵原理。重点难点：1 Sulzer RND型柴油机操纵系统的特点、组成和操纵原理。 2MAN/BW柴油机操纵系统的特点、组成和操纵原理。教学时数：2学时教学方法：多媒体讲授课外思考题：1 柴油机的操纵系统有哪些基本要求？2 遥控操纵系统有哪些类型？各有何特点？3 简述MAN/B&W LMC型柴油机操纵系统的动作原理。4 简述SULZER RTA型柴油机操纵系统的动作原理。课题九 操纵系统第一节 操纵系统概述 为了满足船舶在各种工况下的航行需要，将船舶主机的起动、换向和调速等各装置联结成一个统一整体，并可集中控制的所有机构、设备和管路，总称为柴油机推进装置的操纵系统。 特点：在船舶柴油机中，操纵部分是最复杂的一部分，其部件多、零件杂、相互牵连制约，近代自动化技术和遥控技术在操纵系统的应用，更增加了操纵系统的复杂程度。一、对操纵系统的要求 1）必须能迅速而准确地执行起动、换向、变速和超速保护等动作，并能满足船舶规范上相应的要求。 2）具有必要的连锁装置，以避免操作差错而造成事故。 起动连锁装置：盘车机未脱开不能起动，换向未到位不能起动。 换向连锁装置：转向与要求不符时不能起动，不允许在较高转速下换向，运转过程中不能自行换向。 滑油保安连锁装置：当滑油压力下降至许用下限值时，将油量调节杆推至零油位，使柴油机自行熄火停车。 3）必须设有必要的监视仪表和安全保护、报警装置。 4）操纵机构中的零部件必须灵活、可靠、不易损坏。 5）操作、调整方便、维护简单，便于实现遥控和自动控制。二、操纵系统的组成 1）换向部分：完成换向指令。当柴油机的转向与要求不符时通过移轴（双凸轮换向）、差动（单凸轮换向）或齿轮箱换向方式完成换向动作。 2）起动部分：按指令打开主起动阀，使柴油机迅速起动，并在起动后迅速关闭主起动阀。 3）调速部分：按指令要求压缩或放松调速弹簧，或直接移动油量调节杆，通过喷油泵增减油来满足柴油机加、减速的要求。 4）停车部分：接停车指令把油量调节杆拉至零油位，保证柴油机按要求熄火停车。 5）各部分之间的联接装置及连锁装置。三、操纵系统和遥控系统的类型1操纵系统的类型1）机旁手动操纵：操纵台设置在柴油机旁边，使用相应的控制机构操纵柴油机，由轮机员直接手动操纵，使之满足各种工况下的需要。2）机舱集中控制室控制：操纵台设置在机舱适当部位的专用控制室内，由轮机员对柴油机实现操纵和监视。3）驾驶室控制：在船舶驾驶室内，专设主机遥控操纵台，由驾驶员直接操纵柴油机。 机旁手动操纵是操纵系统的基础，机舱集中控制和驾驶台控制均称为遥控，三者之间常设有转换装置以便随意转换。每种操纵台上均设操纵手柄，操纵部位转换开关、应急操作按钮及各种显示仪表，以便对主机进行操纵和运行状态的监视。尽管目前主机遥控技术已经达到了相当高的水平，但系统中仍然必须保留机旁手动操纵系统，以保证对主机的可靠控制。 2遥控系统的类型1）电动式遥控系统：以电作为能源，通过电动遥控装置和电力驱动装置对主机进行远距离操纵。 该系统控制性好，控制准确，遥控距离不受限制，有利于远距离控制；设备简单，不需要油、气管路，无油、气处理装置，不必担心漏油、漏气；易实现较高程度的自动化，是实现主机遥控的最佳途径。缺点是管理水平要求高，故障不易发现，操作管理人员要具备一定的电子技术知识。2）气动式遥控系统：以压缩空气为能源，通过气动遥控装置和气动驱动装置对主机进行远距离操纵。 气源可直接由起动空气经减压、净化得到，信号传递距离较远，一般在100米以内可满足系统的控制要求，信号受电气、振动、温度等干扰少，动作可靠，故障容易发现，维修方便。但该系统气源净化品质要求高，需除水、除油、除尘，否则易使气动元件失灵。3）液力式遥控系统：以油泵产生的压力油作为能源，通过液压阀件和液动机构进行控制。 液力式遥控系统的主要优点是结构牢固，工作可靠，传递力较大。但由于液力传动易受惯性和液压油粘温特性的影响而降低传动的灵敏性和准确性，不适于远距离信号传递。 4）混合式遥控系统：综合上述各种系统的优点，分段或分系统采用不同的遥控形式。远距离采用电传动，近距离则采用气力或液力。目前船舶上广泛采用电一气混合式和电一液混合式，即从驾驶台到机舱采用电传动，机舱系统采用气动或液动。5）微型计算机遥控系统：采用微机对主机进行遥控是通过专门的软件设计，给计算机一个执行程序来取代常规遥控系统的控制回路。微机执行遥控动作时能根据输入的指令和表征柴油机实际运行状态的各种信息进行综合判断和运算，得出需要的控制信息并经输出接口去控制操纵系统的执行元件，对柴油机进行正倒车换向、起动、调速和停车等操作。 这种控制系统主要特点是用微处理机取代了分立元件或集成逻辑电路元件，体积小，功能强，扩大了逻辑功能、运算功能和增加了灵活性，可实现最佳状态和最经济性控制，是当代向综合性自动化方向发展的主要目标和方向。 主机遥控系统的功能除了根据车钟指令通过各种逻辑回路和自动装置等完成主机起动、换向、调速和停车等程序操作外，还必须具有重复起动、慢转起动、负荷程序、应急停车、自动避开临界转速、故障自动减速或停车、紧急倒车等辅助功能。但柴油机的备车系统状态检查等均由轮机人员在机舱内完成，然后再转换到遥控系统控制。第二节 6L350PN型柴油机操纵系统 6L350PN型柴油机是捷克生产的6缸直列排列四冲程、废气涡轮增压，可直接反转的船用柴油机。标定转速375r/min，标定功率728kW（990马力），较广泛地用作内河和沿海船舶的主机，它分左、右两种机型。一、操纵系统特点 操纵系统由操纵台和一系列管系，传动杆系将操纵系统各种设备连接而成。其操纵系统特点为： 1）起动 采用间接启阀式压缩空气起动，主起动阀采用气压控制加载式（均衡式）；起动空气分配器装置在凸轮轴的前端，采用单气路控制柱塞圆列组合式结构。 2）换向 采用双凸轮换向，利用气力轴向移动凸轮轴，并在移轴前利用气力通过“顶升机构”使各种顶头的滚轮抬离凸轮轴，移轴后顶头再自行落位。 3）调速 采用全制式液压调速器，使柴油机在各种转速下均能稳定运行。 4）操纵 采用双手柄在机旁的操纵台上进行操纵。分配器上的操纵手柄用来操纵柴油机的起动、停车、顶升和换向；油量操纵手柄用来调节柴油机的转速。二、操纵系统的主要设备 1）气压控制加载式（均衡式）主起动阀起动时，控制空气从主起动阀上方进入阀内，克服弹簧3的弹力压动启阀活塞7，将起动阀1压开，大股起动空气从常开的单向止回阀17进入起动空气总管。起动结束，启阀活塞7上部的控制空气泄放，起动阀1在弹簧3的张力下关闭。单向止回阀与主起动阀制成一体。当某缸气缸起动阀泄漏、缸内的高压燃气倒流至止回阀17，作用在阀盘底面上将其关闭，用来防止燃气倒流，保护主起动阀不至烧伤。2）柱塞圆列式起动空气分配器 它装在柴油机凸轮轴的前端，其内有6个柱塞（滑阀）在阀体中围绕起动凸轮径向均匀配置，分别控制相应各缸的气缸起动阀的启闭。不起动时弹簧将滑阀抬离凸轮，以减小磨损。正车和倒车起动凸轮沿轴向前后排列，随凸轮轴的轴向移动而变更位置，以分别满足正倒车起动的需求。3）放气阀起动结束时把起动空气总管中的余气泄放掉。4）止油器 停车时，使油量调节杆处于断油位置；起动时油量调节杆处于起动供油位置，正常运转时，它对油量不起限制作用。 5）顶升装置换向前将凸轮上的各滚轮和从动件抬离凸轮，以利移轴换向。换向完毕后，控制空气泄入大气，弹簧将顶升活塞复位。各顶头全部回落到移轴后的各凸轮表面上。 6）气力换向装置利用气力使凸轮轴前后轴向移动进行换向。三、操纵台 操纵台一般安装在靠柴油机飞轮端上面，由仪表板、操纵空气分配器和油量操纵把手等组成。 仪表板上装有起动空气压力表、滑油压力表、冷却水压力表及转速表等，能清晰地反映各种运转参数。 1）操纵空气分配器 操纵手柄在左右方向有0、1、2，在前后方向有0、3、4、5、6在共计七个位置，手柄处于不同位置均能控制不同的阀件，再通过管路接通对应的设备或通大气，完成相应的操纵功能。手柄位置的作用及有关管路通断情况。2）油量操纵机构 由油量操纵把手9及一些连接杆件和摇臂等组成。移动手把时，通过连接件来改变液压调速器内调速弹簧的张力，调速器的输出轴再经连接件与油量调节杆相连，使柴油机在某选定的转速下运转。第三节 Sulzer RND型柴油机操纵系统 Sulzer（苏尔寿）RND型柴油机系瑞士Sulzer公司的传统产品，是一种焊接结构，十字头式、直接倒转，带有推力轴承的新式横流二冲程柴油机，有多种缸径与缸数，广泛用于海洋船舶主机。 Sulzer RND型柴油机可分别在机旁手动操纵、机舱集中控制室遥控和驾驶台遥控。三者之间设有转换装置可随意转换。在使用遥控系统操纵前，机舱内的系统状态模拟检查和柴油机的暖机、盘车、冲车等备车事宜均由轮机人员在机舱内完成，待起动运转正常后，再转换至遥控系统控制。一、操纵系统特点 1起动 采用压缩空气起动。主起动阀为气压控制卸载式（非均衡式）；空气分配器为各缸组合的双气路控制式；气缸起动阀为双气路控制（分级活塞式）式，其结构可兼顾起动和紧急制动时对起动系统的不同要求，换向程序完成后即可进行强制制动。起动时油、气并进，有利于起动顺利进行。 2换向 采用一般线型单凸轮换向，液压差动换向装置，在主机任何转速时都可完成差动换向动作，使用主机滑油系统的中压滑油（0.6103MPa）。 3调速 使用杆式液压全制式调速器及负荷指示器的恒速调速装置，在外负荷变化时能保持主机转速基本不变。 通过设置的燃油调节杆变更调速器的预紧力，可得到不同的加油量，同时负荷指示器指示出相应的负荷。 4操纵 由起动杆完成柴油机的起动操纵；由燃油调节杆对油泵的燃油供油量进行控制来调节柴油机转速；换向操纵通过车钟回令手柄直接完成。 5连锁装置 设有功能比较齐全的运转连锁装置，确保柴油机的操纵过程按规定程序正确、安全地进行。 1）盘车机连锁阀 盘车机未脱开时不能起动。只有脱开盘车机才可使盘车机连锁阀34打开，让起动压缩空气穿过此阀至起动控制阀28，提供起动用控制空气。 2）起动连锁装置 接到驾驶台车钟的起动指令后，未回车钟时拉不动起动杆25，柴油机不能起动（车钟连锁）。3）换向连锁装置 换向时，若未回车钟由于连锁机构起作用，不能拉动起动杆。换向尚未完成时，同样不能拉动起动杆（换向连锁）。4）运转方向连锁装置 在紧急制动过程中，当柴油机回转方向与车钟指示方向不一致时自动切断燃油；制动后柴油机转向与车钟指示转向一致时自动解锁，向气缸供给燃油。6安全保护装置设有必要的安全保护装置，在下述情况出现时，通过自动停车装置（断油伺服器）自动切断燃油供应，使柴油机停车。 1）车钟回令手柄处于停车位置。 2）运转方向与车钟指示方向不一致，运动方向连锁装置放泄压力滑油。 3）冷却水、循环滑油失压时，油水安全装置泄放压力滑油。 4）换向未结束时，换向连锁阀泄放压力滑油。 5）超速保安，当柴油机超速时，机械式超速保安装置（超速限止板18、离心式超速限止器19等）能自动切断燃油供应。二、RND型柴油机的操纵原理 RND型柴油机的操纵机构由机械、气动和液动三个各自独立的部分组成。机械部分主要包括燃油手柄、调速器、喷油泵及其连接杆系等组成的调速系统；气动部分主要包括由控制空气及起动空气组成的压缩空气起动系统；液动部分主要包括单凸轮换向装置和安全连锁系统，使用主机循环油作为该系统的液压油。第四节 MAN/BW柴油机操纵系统特点简介一、BW柴油机操纵系统特点该机型是丹麦BW公司产品，为二冲程单作用十字头式，采用直流阀式扫气的船用柴油机，其常见机型操纵机构的特点为： 1）起动：采用单气路气缸起动阀压缩空气（3MPa）起动，起动过程中起动气缸实现油、气并进，以提高起动性能。 2）换向：采用双凸轮式空气分配器，单凸轮单轴行星齿轮式机械差动式喷油油泵（鸡心凸轮）和排气阀换向装置。换向时先使空气分配器换向，在换向起动之初利用由大、小齿轮和差动曲柄组成的行星齿轮机构使凸轮轴超前曲轴差动30，完成换向动作。 3）调速：采用全制式液压调速器，在外负荷变化时能使主机转速稳定。 4）操纵：操纵台设有两根操纵杆，分别为起动调油杆和换向杆，用以完成相应的操纵动作。 5）连锁装置：利用机械式连锁装置，保证当换向杆未推至正确极端位置时，起动调油杆被锁在原位，不能起动；换向动作没有完成时，起动调油杆不能从起动位置推至给油位置。二、MAN柴油机操纵系统特点 该机型是德国MAN公司产品，船用主机多为二冲程单作用式，采用回流扫气。其型号繁多，其操纵系统的特点为： 1）起动：采用单气路控制的气缸起动阀和平衡式主起动阀压缩空气（3MPa）起动系统。 2）换向：采用双凸轮式换向，利用气力一液压式换向装置，换向时通过压缩空气控制正、反转油缸轴向移动凸轮轴完成换向动作。 3）调速：采用液压式极限调速器。在正常转速范围内，调速器不起作用，油量由操纵手轮直接控制；当柴油机因故超速时，极限调速器能自动减小油门。 4）操纵：采用单手轮操纵。将换向、起动和调速等装置集中于一个操纵手轮，操纵简便。通过气动机构实现起动、换向及其连锁动作。 5）连锁及保安装置： 盘车机连锁盘车机未脱开时，柴油机不能起动。 换向连锁换向时，凸轮轴尚未移动到位时，操纵手轮不能“加油”。 车钟连锁只允许操纵手轮向车钟指令方向转动。紧急停油装置当柴油机润滑油压力下降到某一低压力值时，能自动使油量调节轴减油至停油位置。 超速保护当转速超过标定转速10时，极限调速器自动减少油量。三、MAN/BW公司LMC/MCE型柴油机的操纵系统 MAN/BW公司LMC/MCE型柴油机的操纵系统是一种电一气联合操纵系统，用于执行操纵者发出的车令。它具有以下几种控制方式：（1）集控室控制（2）驾驶台控制（3）机旁应急控制 为了保证控制部位的转换，在机旁应急操纵台上设有遥控/应急转换阀和手轮进行集控室和机舱应急操纵台的控制部位转换。在集控室设有驾驶台/集控室控制转换阀，用于驾驶台和集控室的控制部位转换。1柴油机操纵系统的组成1）集控室操纵台与主控制阀箱在操纵台上有回令车钟、“停车起动供油调速”操纵手柄、驾驶室/集控室控制转换阀、主机或遥控系统中某些设备的工况显示、故障报警及安全保护的信息显示，以及若干应急操纵的指令按钮等。在主控制阀箱内有为实现上述主机遥控功能的有关既相互独立又密切相关的功能单元。2）驾驶室控制台及控制阀箱主要有遥控发令车钟、集控室/驾驶室控制转换阀、电一气转换阀、主机工况显示、重要的故障报警信息，以及若干应急操纵的指令按钮等。3）机旁应急操纵台主要有遥控/应急转换阀、起动阀、停车阀、正倒车控制阀、调速手轮，以及若干控制阀件等。主要用于当气动遥控系统、调速器或电子设备发生故障的情况下，在机旁应急操作主机。 在集控室手动控制期间，主机的起动、停车和调速由集控室操纵台上的操纵手柄以电动、气动或电气联合进行。主机转速由气动设定或电子设定的调速器执行，换向操作由回令车钟手柄进行。 在驾驶室自动控制期间，主机完全由发令车钟手柄控制。 遥控系统使用单独的0.7 MPa压缩空气做为控制空气；系统的安全保护装置使用单独供应的0.55 MPa压缩空气并由单独的电子安全系统进行控制。 2遥控系统的操纵设备的特点 1）起动：使用单气路控制式气缸起动阀及空气分配器、球阀式主起动阀与慢转阀压缩空气（2.53.0）MPa起动系统，。当主机停车超过30min需要重新起动时，必须经慢转阀使主机慢转一圈后，才能进行起动操纵。 2）换向：燃油凸轮和空气分配器凸轮采用单凸轮换向装置。燃油凸轮仍使用鸡心凸轮，换向时使用0.7 MPa控制空气拉动其滚轮连杆即可，排气阀凸轮不换向。 3）调速：使用 Woodward PGA气动速度设定液压全制式调速器或电子式调速器，并酌情使用多种辅助装置。如扫气压力燃油限制器等。 4）安全保护系统：在下列情况下，安全系统触发相关电磁阀使柴油机停车。 主机超速、主滑油系统低压、凸轮轴滑油低压、推力轴承高温，以及控制室手动停车。 高压燃油管故障保护：当高压燃油管漏泄时，如其漏泄量大于专设节流孔的排放量，将推动相应的控制阀，使该缸喷油泵停油（油齿条“0”位或抬起油泵滚轮）。 特急倒车操纵中的安全措施：当在控制室进行特急倒车操纵（crash astern）主机在“港内全速”以上转速运转4 min以上而进行倒车操纵，30s后，调速器扫气压力燃油限制器的限制作用自动取消，保证柴油机迅速倒车运转。 另外，在操纵台上亦设有“扫气限制”开关。当此开关转换至“切断”时，扫气压力燃油限制作用也可取消。5）设有必需的连锁机构：盘车机连锁盘车机未脱开时，柴油机不能起动。 换向连锁换向时，凸轮轴尚未移动到位时，操纵手轮不能“加油”。 车钟连锁只允许操纵手轮向车钟指令方向转动。 紧急停油装置当柴油机润滑油压力下降到某一低压力值时，能自动使油量调节轴减油至停油位置。 超速保护当转速超过标定转速10时，极限调速器自动减少油量