压缩空气启动系统

1、 二、压缩空气起动装置的组成和工作原理二、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（2.53.0MPa）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。 1.起动装置简介 （1）直接启阀式：主要特点是进入气缸的起动空气全部经过空气分配器，并由它按发火次序送入各缸的气缸起动阀，直接作用在阀盘上推阀开启、进入气缸使柴油机起动。直接启阀式起动装置的优点是管路布置简单；当气缸内压力大于起动空

2、气压力时，气缸起动阀会自动关闭，防止燃气倒流入空气管。缺点是空气分配器尺寸较大、节流损失较大、起动空气耗气量也大。它多用于小型柴油机上。 160系列柴油机压缩空气起动系统系列柴油机压缩空气起动系统 （2）间接启阀式 : 间接启阀式起动装置的优点是：气动起动阀的开启迅速、可靠；因起动空气不经过空气分配器，小股控制空气分配器时节流损失小，空气耗量小，能满足连续多次起动的要求。它的缺点是装置较为复杂。目前，船舶大、中型柴油机广泛采用这种起动装置。 如图所示，是一种压缩空气起动装置系统图。属间接启阀式压缩空气起动装置。 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

3、。起动空气管应装有安全阀，开启压力为11倍的最高起动压力。 空气压缩机：任务是对空气进行压缩增压后再输入空气瓶。除少数机型由主机曲轴前端带动外，大多数由电动机单独带动，且都装有自动控制装置。当起动空气瓶内的压力降至一定值时，能自动起动空压机，以便使起动空气压力保持为2.5MPa3MPa；当气瓶内压力升至规定值后，压缩机即自行停车。我国海船规范要求空气压缩机的总排量应能从0.7MPa开始在1h充满所有主机起动用的空气瓶，故船上大都装有几台空压机。 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

4、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。 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

5、。 2.保证可靠起动的条件保证可靠起动的条件 为了保证柴油机压缩空气起动迅速可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：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）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）的压力应保持空气瓶（至少有两个）的压力应保持在在2.53MPa，其储量应保证在不补，其储量应保证在不补充空气的情况下，对可换向主机能从充空气的情况下，对可换向主机能从冷机正倒车交替起动不少于冷机正倒车交替起动不少于12次；对次；对不可换向主机能从冷机连续起动不可换向主机能从冷机连续起动6

6、次。次。 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是柴油机在较短的时间内达到起动转速. 在中、低速柴油机中，起动空气的压力为1.53.0MPa，新型柴油机，新型柴油机起动空气的压力为1.0MPa左右。左右。 （2）压缩空气供气要适时并有一定的供气延续时间。 压缩空气进入气缸有一定的起动定时要求，即在活塞处于膨胀冲程开始的某一适当时刻才进入气缸并延续至排气阀（或排气口）开启前停止进气。柴油机的起动定时（即空气分配器定时）及供气的延续时间（以曲柄转角计）与柴油机的型式、气缸数目、起动空气压力及柴油机的标定转速等因素有关。 适当的供气正时应以

7、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510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。还要求发火顺序的相邻缸之间进气角度有一定的重叠时间，在此重叠时间内，会有两缸在同时进气，前一缸进气的末尾与下一个缸的进气开始相重叠，这样可保证向各缸进气的连续性，有利于加速起动。 为此，起动所要求的最少缸数对二冲程机必须大

8、于360/120，一般不不应少于四个应少于四个； 而对四冲程机必须大于700140一般不少于六个不少于六个。若缸数少于上述限值。则起动前应盘车至起动位置。 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。 图中（a）是单气路气压控制式气缸起动阀，来自主起动阀的起动空气(用实线表示)进入进气腔2中。气缸起动阀阀盘气缸起动阀阀盘1的直径等于或的直径等于或近似等于导杆近似等于导杆3(即平衡活塞即平衡活塞)的直径的直径。 图中（b）为空气分配器。控制空气(用虚线表示)从阀体5上部的进气孔进入空气分配器，滑阀6的位置由下端的呈下凹状的凸轮7控制。 空气分配

9、器有组合式和单体式两种布置方案。 组合式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 气缸起动阀每缸一个，均装在气缸盖上，并与起动空气管连接。它的开闭动作是由开闭动作是由空气分配器控制的空气分配器控制的。在起动时，压缩空气经此阀按一定顺序进入气缸、起动柴油机。 气缸起动阀是起动装置中最主要的部件之一，对柴油机的起动、制动、反转

10、有很大的影响。 气缸起动阀不仅应有足够的通道面积，而且要能够兼顾起动和制动两方面的要求。 起动方面起动方面的要求是：为了使柴油机起动迅速并减少空气的消耗量，要求气缸起动阀启闭迅速。但为了减轻阀盘与阀座之间的撞击，希望落座速度要慢些；此外，当缸内发火后燃气压力大于起动空气压力的情况下，即便有控制空气作用在启阀活塞上，它也应保持关闭状态，防止燃气倒流入起动空气管，造成空气管爆炸事故。 即，起动阀应确保在气缸内气体压力低于起动空气压力时才能开启。 制动方面：船舶航行遇到避碰等紧急情况时，为使船舶尽快停止运动或改为倒航而对主机进行制动并迅速倒转的操纵过程称为紧急刹车。 柴油机的制动过程由能耗制动过程由

11、能耗(减压减压)制动和制动和强制制动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，首先停油。再通过换向机构进行换向操作，换向后空气分配器按换向后的定时把气缸起动阀打开，而曲轴仍按原方向转动。 气缸起动阀开启时活塞正处于压缩行程，这时主机起着一个压缩机的作用。被压缩的空气从开启的气缸从开启的气缸起动阀排出起动阀排出从而减少了行程未了留在燃烧室空间的空气数量和压力，减少了空气在膨胀行程的作功能力，使柴油机转速迅速下降，达就是所谓能耗制动能耗制动； 在柴油机转速降低后，在压缩行程将压缩空气送人气缸，利用压缩空气的高压阻止活塞运动，即所谓强制制强制制动动。 为了保证制动的效果，当缸内压力稍高

12、于起动空气压力时，要求气缸起动阀仍能保持开启状态。 从起动和制动两方面对气缸起动阀提出的要求是互相矛盾要求是互相矛盾的。起动方面要求当气缸内的气体压力大于起动空气压力时应当自动关闭，而制动方面则要求当气缸内的压力稍高于起动空气压力时起动阀应保持开启状态，只是当缸内气体压力超过起动空气压力太多时，起动阀才自动关闭。这种不同的要求是通过起动阀不同的构造实现的。而且，并非所有的起动阀都能满足上述要求。 气缸起动阀分为单向阀式单向阀式和气压控制气压控制式两种。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。当压缩空气由空气分配器进入该单向阀后。该阀开启进行起动；当压

13、缩空气经分配器泄入大气后，该阀即在弹簧作用下关闭，起动过程停止并防止燃气倒冲人空气瓶。这种结构适于中、小型柴油机。 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动阀单气路控制式气缸起动阀的构造如图所示。它属平衡式气缸起动阀平衡式气缸起动阀。起动阀的开启依靠控制空气的作用，关闭则依靠气阀弹簧。 单气路起动阀的启阀活塞为单级平面单级平面式式，其具有较大的启阀活塞，所以开关迅速，起动空气消耗少，而且结构简单，被许多类型

14、的柴油机(如Bw、M州)所采用。但它在性能上不能兼顾起动和制动两方面的要求。同时这种起动阀关闭时的落座速度快，致使阀盘与阀座撞击严重，磨损快，容易损坏，影咱起动阀的密封性和工作可靠性。严重时将导致柴油机起动失灵。 此外，由于这种阀的启阀面积大，故当气缸内燃气压力超过起动空气压力时，阀仍会保持开启而造成燃气倒冲，引起空气管爆炸事故。 LMC型柴油机在每个起动阀进气管均装配有一个安全保护帽，以防止燃气倒冲而发生火灾事故。 它的制动性能较好；而起动性能较差。 双气路控制式气缸起动阀的构造如图所示。它也属于平衡式属于平衡式起动阀起动阀。它的启阀活塞是分级分级活塞式，活塞式，由面积不等、呈阶梯状连成一体

15、的控制活塞K1、K2，K3组成，并由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。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

16、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。 双气路控制式气缸起动阀，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，所以当缸内压力高于起动空气压力时阀不能开启，避免了燃气倒冲的危险， 满足了起动方面满足了起动方面对起动阀的要求对起动阀的要求，即速开、速关，但落座速度缓慢，缸内发火时阀不应开启。 而且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

17、上，向下作用力增大。因此若在紧急制动时气缸内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，从而满足了从制满足了从制动方面对起动阀提出的要求动方面对起动阀提出的要求。但其结构复杂，造价较高 。 2空气分配器空气分配器 空气分配器由凸轮轴驱动。它的作用是按照柴油机的发火顺序在要求的起动定时将（控制）空气分配到相应的气缸起动阀并将它们逐个打开，让压缩空气进入气缸，起动柴油机。当柴油机起动完毕进入正常运转状态，要求分配器滑阀能与驱动凸轮自动脱离接触，以减少不必要的磨损。 空气分配器按结构形式不同可分为回转式（分配盘式）和柱塞式两种。 回转式是利用凸轮轴驱动的一个带孔的分配盘与分配器壳体上的孔（

18、与气缸数相同，按发火顺序排列）相配合，控制各缸气缸起动阀的启闭。一般多用于中、高速柴油机。 柱塞式通过起动凸轮与柱塞（滑阀）来控制起动阀的启闭，一般多用于大、中型柴油机。 回转式空气分配器回转式空气分配器 NVD36型柴油机 单气路式空气分配器 柱塞式空气分配器按其排列结构不同，又可分为单体式和组合式两种。 单体式如图92(b)所示，分配器按各缸分开布置，分别由相应的凸轮来控制，起动阀的开启时刻与次序均由各起动凸轮在凸轮轴上的安装位置来决定。 组合式空气分配器集中由一个或一套起动凸轮来控制，凸轮的安装位置和线型保证各起动阀的启闭，而起动阀的开启次序由各分配器与起动阀的连接管的布置来保证。组合式

19、分配器按其柱塞的排列形式也可分为圆周式和并列式两种。 为与气缸起动阀相配，柱塞式空气分配器又有单气路和双气路两种。 单气路式与单气路气缸起动阀相配； 双气路式与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，因而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相连接。 单气路空气分配器如图7-2b）所示，控制空气由阀体5上部进气孔进入空气分配器并把分配器滑阀6压向下凹状凸轮7。在图示位置，滑轮处于最低位置，控制空气得以通过阀体上的中间出气口进入气缸起动阀启阀活塞的上部，压开起动阀。 当起动凸轮转过一个角度后， 滑阀6被抬起，使进气孔与出气口隔断而使出气口与下部的泄气孔

20、相通，启启阀活塞上部的控制空气经空气分配阀活塞上部的控制空气经空气分配器泄入大气器泄入大气，气缸起动阀在弹簧作用下上行关闭。当进入空气分配器上部的控制空气泄放后，滑阀6由自身弹簧（图中未示出）吊起而脱离凸轮7的控制，避免在柴油机运转中滑阀磨损。 双气路控制式空气分配器如图7-4所示。分配器各滑阀3按气缸发火顺序绕凸轮轴1中心线径向布置，各滑阀由同一个起动凸轮6控制。通常，该种分配器与图7-3所示双气路气缸起动阀配合使用。在图示位置，空气分配器没有得到控制空气，控制滑阀3在弹簧3a的作用下脱离凸轮6（存在1mm间隙），此时开阀管H经放气腔VS通大气，各缸气缸起动阀处于关闭状态。 图7-4 双气路

21、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；6-滚轮；5-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；OP-H管；CP-J管。 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充满分配器空腔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于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。如果该缸处于可以起动位置，滚轮5就与凸轮6的基圆相接触。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

22、被来自空气分配器的控制空气打开，起动空气冲进气缸，推动柴油机转动。 随着凸轮铀1的转动，凸轮6将滑阀3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器腔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，依次开启另一缸的起动阀。起动完毕时，当起动按钮或起动手柄复位后，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，位于空气位于空气瓶和起动空气总管之间瓶和起动空气总管之间，用来启闭空气瓶至空气分配器和

23、气缸起动阀间的主起动空气通路。它是压缩空气起动系统的总开关压缩空气起动系统的总开关。在空气瓶打开的情况下，当起动操纵时，来自主气瓶的压缩空气就经过它迅速地进入起动空气总管，并经总管到达各缸的气缸起动阀和空气分配器。 船舶主机设置主起动阀的理由.船舶主机不但要求起动工作可靠,而且要求起动迅速.然而,大型机体积大,起动空气消耗量多;起动控制阀离空气分配器和各缸起动阀远,流动时间长,动作滞后;起动控制阀小,节流损失大. 船舶主机都设有主起动阀,由起动控制阀进行控制. 设有主起动阀既能满足起动所需要的压缩空气量，又可以使供气迅速可靠并减少压缩空气的节流损失。当起动完毕后能迅速切断进入起动总管的压缩空气

24、，并使总管中残余的空气经主起动阀放人大气。由于大型柴油机的主起动阀尺寸较大，因此、通常采用气动控制。有时另装手动机构备用。 按其动作原理，主起动阀可分为均衡式和非均衡式两种。 均衡式（加载式）主起动阀开启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； 非均衡式（卸载式）主起动阀依靠泄放控制缸内的空气来开启。大型低速机多使用非均衡式。 加载式主起动阀加载式主起动阀 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慢转阀的新型非均衡式主起动阀新型非均衡式主起动阀，并兼有一般主起动阀和截止阀的功能。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

25、的速度慢转的速度慢转进行检查。主起动阀既能用控制空气进行控制，也能用手轮进行手动控制。 柴油机起动前将主起动阀手轮置于“自动”位置，如图中芯轴5位置所示。开启空气瓶出口阀，起动空气进入阀体6空间P并经孔EB进入空腔P1，继而通过芯轴5与轴套4之间的间隙C进入空间P2。由于作用在阀体6底面上的力与弹簧3的弹力之和大于起动空气作用在阀6上顶面的开阀力，使阀体6向上保持关闭。 同理，由空腔P经孔E进入慢转活塞17上方空腔P4的起动空气向下作用力与弹簧14弹力的合力之和也大于作用在慢转活塞17上的向上开阀力，使17向下落在阀座18上保持关闭。当需要慢转操作时，按下“慢转”按钮，控制空气进入进口CA1推

26、动控制活塞16上行顶开阀15使空腔P4的起动空气经放气孔V1放至大气，同时该控制空气正进入进口CA2推动慢转活塞17下部的启阀活塞上行使17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并打开单向阀10进入空腔P3通向气缸起动阀。进入进口CA2的控制空气还通过双止回阀19的出口SC通向空气分配器进口CA，把空气分配器滑阀压向起动凸轮。因此，可使柴油机慢转起来。调整调节螺钉13的长度可改变慢转活塞的开度，从而可调整慢转转速。慢转结束时，切断进口CA1和CA2的控制空气，控制活塞16和阀15复位，继而慢转活塞17下行关闭气路。 同理，起动时按下“起动”按钮，控制空气经进口CA3使控

27、制活塞1上行顶开阀2，空腔P1和P2中的起动空气经放气孔V2泄入大气，而经孔EB进入空腔P1的空气来不及补充，故使阀体6下行开启起动空气通路，起动空气顶开止回阀9进入起动空气总管，起动过程开始。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P1和P2内充满起动空气后主起动阀6自行关闭，随后止回阀9在弹簧作用下落座。 检查阀CV和放泄阀DV用于放掉管路中的残余空气和凝水，阀CV还可用来检查主起阀的动作和气缸起动阀的密封性。每次完车或定速后应转动手轮至“手动关闭”位置，同时应开启阀CV和DV放掉管路中的残余起动空气，压力表M用来监视起动空气总管是否有压力。当该主起动阀“自动”失灵时，可改用手动操作，通过手轮调整至“手动开启”位置，即通过芯轴5头部凸缘将阀体6向下拉开。 图是MAN-B&W MC型柴油机使用的一种球阀式主起动阀。它由一个大球阀（主阀）和与其并联的小球阀（慢转阀）组成。两个球阀均由气动控制阀控制的推动装置启闭。在主起动阀出口管系中设止