武汉船舶职业技术学院《船舶内燃机使用及维修》课程教案

1武汉船舶职业技术学院《船舶内燃机使用及维修》课程教案（课次：23学时：2）（本课程适用专业：轮机工程技术（船舶内燃机方向））课题：起动装置教学目标：知识目标：了解柴油机起动方式，掌握压缩空气起动系统原理、类型、条件。能力目标：熟悉柴油机压缩空气起动主要设备，明确空气起动系统线路图。教学重点：压缩空气起动柴油机原理与结构。教学准备：教学地点：多媒体教室教具：多媒体课件教材：《船舶柴油机》，徐立华主编教学方案的设计：步骤一：回顾与引入（5分钟）Q:图5-6中Sulzer柴油机曲轴箱油油循环系统线路图？A:至十字头、曲轴箱、换向伺服三路。至十字头需增压，至曲轴箱、换向伺服需减压。Q:图6-3中冷却系统循环线路图。A:开式海水系统和闭式淡水系统。Q:冷却系统的主要设备有哪些？A:冷却水泵、膨胀水箱、冷却器和节温吕。`步骤二：起动原理（10分钟）定义：柴油机在外力驱动下，从曲轴开始转动到自动运转的全过程称为柴油机的起动。必须具备两个条件：一要有外力使它先转起来，二是转起来后还要能达到一定的转速。2这个能使柴油机起动的最低转速称为“起动转速”，“起动转速”是鉴别起动性能的重要标志。要使柴油机曲轴从停车状态进入起动状态，须向柴油机输入一定的功率，以克服柴油机的各种阻力矩。步骤三：柴油机的起动方式（10分钟）1．人力起动利用人力通过起动摇把直接转动曲轴和飞轮，当达到起动转速后即自行发火燃烧。特点：人力起动方式最简便，但人的体力有限，它只适用于20kW以下的小型柴油机。船上的救生艇和应急消防泵使用的柴油机常采用人力起动。2．电力起动电力起动的基本原理是：用蓄电池向装在飞轮端的起动电动机供电，电动机再通过同轴上的小齿轮带动轮缘上装有齿轮圈的飞轮，使曲轴转动来起动柴油机。特点：电力起动装置简单、紧凑、起动方便，广泛用于高速小型柴油机。但起动能量受蓄电池容量的限制，故只适用于300kW以下的柴油机。船上小型电站和救生艇的柴油机，大多数采用电力起动。3．压缩空气起动将压力为1.5MPa～3.5MPa的压缩空气，按柴油机的起动顺序和规定的起动定时在气缸处于膨胀冲程时引入气缸，以压缩空气代替燃气推动活塞运动，带动曲轴旋转，当达到起动转速后自行发火燃烧，完成起动过程。特点：压缩空气起动可提供很大的起动能量。起动迅速，正倒车均可起动。有时还能用于柴油机的紧急制动，帮助主机刹车。压缩空气起动普遍用于大、中型柴油机，船用可直接倒转的柴油机毫无例外地采用这种方式起动。步骤四：压缩空气起动系统（15分钟）1．压缩空气起动系统的组成主要组成：空气压缩机、起动空气瓶、主起动阀、空气分配器、气缸起动阀和起动控制阀等设备与管系。1）空气压缩机：任务是对空气进行压缩增压后再输入空气瓶。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。2）起动空气瓶：功用是将空压机提供的高压空气储存起来供起动用。船上均备有2个以上的起动空气瓶，以保证足够的容量，满足相应的规定要求。3）主起动阀：是压缩空气系统的总开关。主起动阀的启闭直接控制起动过程的开始和结束，故要求它能启闭迅速、节流损失小和操纵方便。4）空气分配器：其作用是按柴油机的起动定时，将起动空气（或操纵空气）分别送往各缸气缸起动阀，使它能定时启闭。空气分配器由起动凸轮控制其启闭动作。5）气缸起动阀：其作用是起动时，向气缸通入起动空气，使柴油机起动。通常它连同阀壳安装在气缸盖上，由空气分配器来的压缩空气控制其启闭。在非起动情况下，气缸起动阀处于常闭状态。6）起动控制阀：用来控制主起动阀的启闭。因为大、中型柴油机的主起动阀尺寸较大，3通常都装有起动控制阀，以便利用压缩空气来快速启闭主起动阀。步骤五：压缩空气的工作原理（10分钟）1）直接启阀式：图7-1特点：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。2）间接启阀式：图7-2特点：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。步骤六：保证可靠起动的条件（5分钟）1）压缩空气要具有一定的压力和足够的贮量船舶柴油机的起动空气压力一般应保持在2.5MPa～3MPa。压缩空气要有足够的贮量，起动空气瓶的容量必须能保证柴油机在冷态下连续起动不少于12次。2）供气要适时并有一定的延续时间一般大型低速二冲程柴油机供气延续时间一般不超过120°曲柄转角，中高速四冲程柴油机供气延续时间一般不超过140°曲柄转角。3）必须保证最少的起动气缸数二冲程柴油机的最少起动缸数为4个，四冲程柴油机的最少起动缸数为6个。4）要按一定的发火顺序向各缸供气：由空气分配器和起动凸轮来保证实现。步骤七：起动系统的主要设备（30分钟）1．气缸起动阀1）直接启阀式气缸起动阀：讲解图7-3特点：结构简单的单向阀，常用在中、小型柴油机。2）间接启阀式气缸起动阀①单气路控制式气缸起动阀：讲解图7-4特点：结构简单、启阀活塞面积大、开关迅速、起动空气消耗量少，被多数柴油机所采用。但是这种阀关闭时落座速度过快、撞击大、容易使阀盘及阀座磨损或变形，影响密封性和工作可靠性。此外这种阀在性能上不能兼顾起动和制动两方面的要求，它的制动性能较差。②双气路式气缸起动阀：讲解图7-5特点：开关迅速，但阀盘落座速度缓慢，而且可保证只在气缸内压力低于起动空气压力时才开启，属于平衡式起动阀。另外，这种阀能避免燃气倒流的危险，在紧急制动时，即使气缸内气体压力已超过起动空气压力，但该阀仍能保持开启状态，满足制动方面对起动阀的要求。但这种阀结构复杂，造价高。2.空气分配器空气分配器由起动凸轮驱动，它的作用是按柴油机发火顺序，在要求的起动定时时刻内将起动空气或控制空气分配到相应的各个气缸起动阀并将它们打开，以便让压缩空气进入气缸起4动柴油机。1）回转式（盘式）空气分配器：讲解图7-6，只适用于小型柴油机。2）柱塞式（滑阀式）空气分配器①单气路式空气分配器：讲解图7-7②双气路式空气分配器：讲解图7-83．主起动阀大、中型船舶柴油机均设有主起动阀，它是压缩空气中起动的总开关。当它开启时，来自空气瓶的压缩空气穿过它迅速进入起动空气总管，通过空气分配器与气缸起动阀的配合动作，使柴油机起动。1）均衡式（加载式）主起动阀：讲解图7-92）非均衡式（卸载式）主起动阀：讲解图7-103）大型柴油机常采用的主起动阀：讲解图7-11为了保证船舶的安全航行和保证机动操作的灵活、可靠，大型柴油机很多采用主起动阀与截止阀（弹簧控制的止回阀）组合在一起的型式；有的还装有手轮，用于气动控制失灵前时进行手动操作；有些主起动阀还带有慢转阀，正式起动前通过它可以使柴油机以5r/min～10r/min速度转动。4．起动控制阀其功用是用以控制大、中型柴油机的主起动阀的启闭。它结构较简单，通常位于操纵台上，通过起动按钮、起动手柄或起动手轮，利用凸轮使其动作，以便使一股操纵空气通入主起动阀，使加载式（均衡式）主起动阀开启；或泄放掉控制空气使卸载式（非均衡式）主起动阀开启。步骤八：归纳、小结，课外思考题：（5分钟）1．简述柴油机压缩空气起动的基本原理是什么？2．柴油机压缩空气起动置主要包括哪些组成部件？3．保证柴油机压缩空气可靠起动的条件是什么？5武汉船舶职业技术学院《船舶内燃机使用及维修》课程教案（课次：24学时：2）（本课程适用专业：轮机工程技术（船舶内燃机方向））课题：换向装置教学目标：知识目标：掌握船舶柴油机的换向条件，掌握单、双凸轮换向装置的工作原理。能力目标：能运用换向装置的工作原理认识换向装置的结构。教学重点：单凸轮换向装置的工作原理、组成、结构。教学准备：教学地点：多媒体教室教具：多媒体课件教材：《船舶柴油机》，徐立华主编教学方案的设计：步骤一：回顾与引入（15分钟）1．船舶的换向方法船舶换向装置的功用是改变螺旋桨轴向推力的方向，使船舶前进或者倒退。船舶换向装置工作的好坏直接影响船舶的机动性和可靠性，因此要求船舶换向装置必须迅速灵活和安全可靠。2．船舶换向方法①直接换向：主机曲轴经轴系直接与螺旋桨相联，通过主机本身换向改变曲轴转向，使螺旋桨轴向推力向后或向前。大、中型船舶广泛采用这种换向方法。②间接换向：主机曲轴转向不变，通过主机与螺旋桨之间特设的换向装置（船用齿轮箱），操纵螺旋桨正转或反转，使船舶前进或后退。一般用于小型船舶。③“Z”型推进装置换向：“Z”型换向装置操纵灵活，回转性能好，还能省去舵设备，便6于实现驾机合一，轴系和螺旋桨不必进坞拆装修理，可缩短修期，但其结构较为复杂。多用在换向较频繁的港口作业船和拖轮上。④可调螺距螺旋桨（VPP或CPP）装置：可调桨对船舶航行条件的适应性强，机动性高，动力装置经济性好。但构造较复杂，制造工艺要求高。适用于运行工况较多，机动性要求较高的船舶。步骤二：双凸轮换向（30分钟）1．柴油机可直接倒转的条件1）柴油机换向时，首先应停车，然后将原是膨胀冲程进入起动空气，改为原转向的压缩或排气冲程（二冲程仅有压缩冲程）进入起动空气，使活塞和曲轴反向起动运行。因此，在换向时，必须首先改变空气分配器凸轮与曲轴的相对位置，才能反向起动。2）换向后与换向前，每个气缸内工作循环的热力过程不变，仍按进气、压缩、喷油燃烧、膨胀和排气顺序和定时要求进行。因此，换向时还必须同时改变进气、排气和喷油凸轮与曲轴的相对位置。3）换向前后，柴油机本身所驱动的附属设备如润滑油泵、冷却水泵、柴油输送泵、扫气泵和机械式增压器等都要确保其油、水、空气等流体的输送方向不变。这些设备由于没有定时方面的要求，能在设备或传动装置结构上得到解决。综上所述，柴油机的直接换向集中在正确地改变空气分配器、喷油泵和进、排气阀的凸轮与曲轴相对位置问题上。2．双凸轮换向双凸轮换向的特点是：凸轮轴上每个气缸要进行换向操作的空气分配器、喷油泵、进排气阀等均配置两个凸轮，一个供正车用，一个供倒车用。正车时所有的正车凸轮处于工作位置；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换向运转的需要。1）四冲程柴油机的换向原理①正车进气冲程换成倒车排气冲程（换向方案1）的双凸轮换向图。②正车进气冲程换成倒车压缩冲程（换向方案2）的双凸轮换向图。两种换向方案的关系是：两种倒车凸轮组彼此相差180°凸轮角，即两个活塞行程，相当于凸轮轴不动时，把按第一种换向方案排列的各倒车凸轮，顺着倒车转向旋转了180°为第二种换向方案的倒车凸轮。2）二冲程柴油机的换向原理由换向图表明：活塞处于上止点时的相应凸轮布置情况，用以表明正、倒车凸轮间及与活塞之间的相互位置关系，并不意味着换向时活塞一定要处于上止点，事实上无论停车时活塞处于什么位置，只要移轴更换凸轮，柴油机即能换向运行。3．双凸轮换向机构（移轴装置）1）轴向移动凸轮轴的方法：图7-17双凸轮换向时，通过轴向移动凸轮轴来使正车（或倒车）凸轮处于工作位置，也就是让凸轮分别处于各顶头（滚轮）的正下方。根据轴向移轴所用能量的不同，双凸轮换向装置有人力、气力、气力-液压等类型。2）顶升机构7当柴油机的正、倒车凸轮之间直接紧靠，无斜面过渡时，为了使各顶头的滚轮不妨碍凸轮轴的轴向移动，防止与凸轮端面相碰，就要设置专门的“顶升机构”。换向操作分成三步：①通过（气动）顶升机构将各个顶头连同滚轮顶升至不妨碍凸轮移动的高度；②换向活塞轴向移动凸轮轴；③顶升机构将各顶头向下落位至各倒车凸轮上。3）凸轮轴锁紧机构为了防止凸轮轴在运转过程中由于振动或其它原因而发生轴向窜动，因此通常设有凸轮轴锁紧装置。步骤三：单凸轮换向（40分钟）特点：凸轮轴上每个气缸要进行换向操作的空气分配器、喷油泵、排气阀等只配置一个正倒车共用的对称凸轮，使正、反转时具有同样的运动规律。换向时，使凸轮轴相对曲轴转过一个差动角，以