柳一波

（煙臺(tái)市石油機(jī)械有限公司，山東 煙臺(tái)264001）

0 引言

船用柴油機(jī)預(yù)嚙合式氣起動(dòng)馬達(dá)起動(dòng)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)氣起動(dòng)系統(tǒng)），是通過(guò)電磁閥或氣開(kāi)關(guān)控制氣馬達(dá)預(yù)嚙合進(jìn)氣管路的斷或開(kāi)，來(lái)控制氣起動(dòng)馬達(dá)的起動(dòng)，達(dá)到起動(dòng)柴油機(jī)的目的。 船用柴油機(jī)主要以電磁閥控制為主，通過(guò)對(duì)氣起動(dòng)系統(tǒng)原理、組成、故障及維護(hù)的剖析，從原理和規(guī)范化操作的角度進(jìn)行科普，有利于造船廠及廣大用戶(hù)能夠正確理解、使用及維護(hù)氣起動(dòng)系統(tǒng)。

1 氣起動(dòng)系統(tǒng)原理及組成

1.1 氣起動(dòng)系統(tǒng)工作原理

以配套濰柴170 系列柴油機(jī)的TMY9QDBa氣起動(dòng)系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）為例說(shuō)明。

圖1 TMY9QDBa 葉片式氣起動(dòng)馬達(dá)起動(dòng)系統(tǒng)

柴油機(jī)起動(dòng)時(shí)，按下控制開(kāi)關(guān)，電磁閥3 接受電信號(hào)，壓縮空氣經(jīng)繼氣器4、電磁閥3，進(jìn)入預(yù)嚙合進(jìn)氣管6（由B1 至B2），壓縮氣馬達(dá)7 輸出部分的復(fù)位彈簧，使輸出齒輪沿軸向移動(dòng)達(dá)到設(shè)計(jì)行程，與柴油機(jī)飛輪齒圈預(yù)嚙合后，壓縮空氣經(jīng)預(yù)嚙合出氣管5 進(jìn)入繼氣器4(由C1 至C2)打開(kāi)主氣路，主氣路的壓縮空氣經(jīng)三聯(lián)件進(jìn)入氣馬達(dá)7 的動(dòng)力腔內(nèi)，在霧化后的壓縮空氣的作用下，氣馬達(dá)高速旋轉(zhuǎn)輸出扭矩，完成柴油機(jī)的起動(dòng)；起動(dòng)后（起動(dòng)時(shí)間一般為2-4 秒）應(yīng)立即松開(kāi)控制開(kāi)關(guān)，此時(shí)電磁閥處于常閉狀態(tài)，預(yù)嚙合進(jìn)氣管6 中的壓縮空氣經(jīng)電磁閥R 口排出 （見(jiàn)圖3），復(fù)位彈簧不再受高壓氣體壓縮，氣馬達(dá)的輸出齒輪在彈簧勢(shì)能的作用下迅速回位，氣起動(dòng)馬達(dá)輸出齒輪脫離高速旋轉(zhuǎn)的飛輪齒圈，完成一個(gè)起動(dòng)循環(huán)。

1.2 氣起動(dòng)系統(tǒng)的主要組成

船用柴油機(jī)配套的氣起動(dòng)馬達(dá)不同，其氣起動(dòng)系統(tǒng)也略有不同。本次重點(diǎn)介紹葉片式預(yù)嚙合氣馬達(dá)氣起動(dòng)系統(tǒng)，如圖1 所示，主要由壓縮空氣瓶、葉片式氣起動(dòng)馬達(dá)、船用減壓閥、油霧器、繼氣器、電磁閥、預(yù)嚙合進(jìn)氣管、預(yù)嚙合出氣管以及管路附件組成（備注：渦輪式預(yù)嚙合氣馬達(dá)起動(dòng)系統(tǒng)，因氣馬達(dá)獨(dú)特的動(dòng)力設(shè)計(jì)，無(wú)需潤(rùn)滑，無(wú)需裝配油霧器）。

1.3 氣起動(dòng)系統(tǒng)的主要組成元件介紹

1.3.1 預(yù)嚙合式氣起動(dòng)馬達(dá)特性簡(jiǎn)介

氣起動(dòng)馬達(dá)將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，輸出扭矩和轉(zhuǎn)速以起動(dòng)柴油機(jī)；氣起動(dòng)馬達(dá)的合理配套，應(yīng)依據(jù)柴油機(jī)的點(diǎn)火轉(zhuǎn)速及其總的起動(dòng)阻力矩[1]，結(jié)合氣起動(dòng)馬達(dá)的性能曲線合理選型，氣起動(dòng)馬達(dá)的輸出扭矩應(yīng)克服柴油機(jī)點(diǎn)火轉(zhuǎn)速時(shí)對(duì)應(yīng)的起動(dòng)力矩，否則將無(wú)法起動(dòng)柴油機(jī)。

預(yù)嚙合式氣起動(dòng)馬達(dá)的輸出部分均設(shè)計(jì)有復(fù)位彈簧，在起動(dòng)時(shí)該彈簧必須處于有效壓縮狀態(tài)，才能確保柴油機(jī)的順利起動(dòng)；經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算及試驗(yàn)驗(yàn)證， 復(fù)位彈簧所需氣壓的極限值一般在0.4-0.45 MPa,故確保復(fù)位彈簧的有效壓縮，在空氣流量供給充足的前提下其氣壓須大于等于0.45 MPa, 否則彈簧將出現(xiàn)軸向竄動(dòng)并可能產(chǎn)生故障。

1.3.2 低壓空氣瓶

應(yīng)依據(jù)氣馬達(dá)的耗氣量，按CB/T 493《低壓空氣瓶》合理選配空氣瓶，CCS 船檢規(guī)定，空氣瓶氣壓泵至規(guī)定的壓力值時(shí)，氣起動(dòng)馬達(dá)應(yīng)滿(mǎn)足連續(xù)6 次的起動(dòng)要求，否則認(rèn)定為不達(dá)標(biāo)。

低壓空氣瓶的主要作用是儲(chǔ)氣，消除空氣壓縮機(jī)排出氣體的脈動(dòng)，保證管路中輸出氣體的連續(xù)性和壓力的穩(wěn)定性[2]，確保氣馬達(dá)起動(dòng)時(shí)所需空氣壓力及空氣流量；此外，可起到冷卻壓縮空氣，分離壓縮空氣中水分的作用。

1.3.3 船用減壓閥

船用減壓閥結(jié)構(gòu)主要有膜片式和活塞式兩種，經(jīng)多年的市場(chǎng)驗(yàn)證，活塞式結(jié)構(gòu)相對(duì)耐久性更好些；膜片式結(jié)構(gòu)的膜片質(zhì)量直接影響減壓閥的可靠性；活塞式結(jié)構(gòu)常用型號(hào)為威海博冠生產(chǎn)的JYF1、JYF2 等。

1.3.3.1 船用減壓閥的主要作用

船用減壓閥主要作用是調(diào)節(jié)壓力的大小，用戶(hù)可按照減壓閥上端大、小指示尖頭進(jìn)行正常的壓力調(diào)整；船用減壓閥配有安全閥，無(wú)特殊要求時(shí)，其開(kāi)啟壓力設(shè)定在1.25±0.1 MPa，不得隨意調(diào)整；當(dāng)減壓后的壓力大于設(shè)定值時(shí)，安全閥自動(dòng)打開(kāi)泄氣，起到保護(hù)作用；當(dāng)調(diào)整至設(shè)定值以下時(shí)，安全閥將自行關(guān)閉；減壓閥的另一側(cè)需配裝壓力表，用于監(jiān)測(cè)減壓后的空氣壓力值；正常船用減壓閥的壓力出廠時(shí)均調(diào)整在0.85 MPa 左右， 用戶(hù)可據(jù)柴油機(jī)的類(lèi)型以及季節(jié)的變化，進(jìn)行壓力的調(diào)整。

1.3.3.2 船用減壓閥壓力的具體調(diào)整方法：

通氣前將調(diào)整手輪按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)（向箭頭“小”的一端（見(jiàn)圖2）旋轉(zhuǎn)），直至工作彈簧處于正常壓縮狀態(tài)為止，此時(shí)壓力表的指針指示值為0； 通氣后調(diào)整手輪按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn) （向“大”的一端旋轉(zhuǎn)），一直旋轉(zhuǎn)至壓力表上的讀數(shù)達(dá)到所需的調(diào)整壓力為止。

圖2 船用減壓閥示意圖

如需降低輸出壓力， 可關(guān)閉減壓閥的進(jìn)氣口，在減壓后氣馬達(dá)一端向大氣放氣、至壓力表為零時(shí)重新按上述步驟調(diào)整輸出壓力。

1.3.3.3 船用減壓閥具有過(guò)濾功能

船用減壓閥（見(jiàn)圖2）內(nèi)腔裝有銅燒結(jié)過(guò)濾濾芯，過(guò)濾精度在40-70 μm，能過(guò)濾掉管路中較大的顆粒物，對(duì)繼氣器、電磁閥及氣馬達(dá)起到一定的保護(hù)作用；故應(yīng)靠近氣馬達(dá)安裝，不得安裝在低壓空氣瓶附近。

1.3.4 油霧器

油霧器主要作用是使?jié)櫥挽F化，以每分鐘10-15 滴為宜， 油霧隨壓縮空氣進(jìn)入氣馬達(dá)，確保非金屬葉片在作功時(shí)得到有效潤(rùn)滑。其常用型號(hào)為威海博冠生產(chǎn)的QIU-25、QIU-50 等；

另外油霧器油杯、 視油窗等材質(zhì)為聚碳酸酯，禁止接觸有機(jī)溶劑：如油漆、汽油、四氯化碳等！否則油霧器油杯容易在壓力的作用下產(chǎn)生龜裂紋，嚴(yán)重的會(huì)爆杯。 油霧器的許用最高壓力為1 MPa,故一定按圖1 安裝在減壓閥之后。

1.3.5 繼氣器和電磁閥

繼氣器和電磁閥（常閉型）的主要作用是控制氣路的“通”和“關(guān)”；二者配套使用，電磁閥主要控制預(yù)嚙合進(jìn)氣管路的開(kāi)和關(guān)，間接控制繼氣器主氣路的開(kāi)和關(guān)，保障氣動(dòng)馬達(dá)正常的起動(dòng)或停止；圖3 中，電磁閥經(jīng)雙絲接頭與繼氣器連接，起動(dòng)時(shí)壓縮空氣經(jīng)電磁閥P 口至A 口進(jìn)入預(yù)嚙合進(jìn)氣管（圖1 序號(hào)6），經(jīng)預(yù)嚙合出氣管（圖1序號(hào)5）與繼氣器連接將主氣路打開(kāi)，壓縮空氣進(jìn)入氣馬達(dá)，起動(dòng)柴油機(jī)。

繼氣器和電磁閥內(nèi)部均有閥芯，若管路不潔凈將直接導(dǎo)致閥芯卡滯，最終導(dǎo)致氣馬達(dá)不能正常工作；電磁閥配置有手動(dòng)按鈕（見(jiàn)圖3），柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不得隨意觸碰；當(dāng)電源無(wú)電時(shí)，可作為應(yīng)急起動(dòng)用。

圖3 繼氣器和電磁閥示意圖

2 氣起動(dòng)系統(tǒng)常見(jiàn)故障及問(wèn)題分析

2.1 氣起動(dòng)系統(tǒng)管路公稱(chēng)通徑（管路內(nèi)孔）不匹配，導(dǎo)致故障

2.1.1 低壓氣瓶出氣孔處管路不匹配，造成氣馬達(dá)起動(dòng)無(wú)力

低壓空氣瓶出氣口處管路太細(xì)并過(guò)長(zhǎng)，造成局部截流，導(dǎo)致氣馬達(dá)起動(dòng)無(wú)力。

事例1：2019年11月某主機(jī)廠反饋我公司配套SC38W 柴油機(jī)的葉片式預(yù)嚙合氣馬達(dá)起動(dòng)無(wú)力，無(wú)法正常起動(dòng)柴油機(jī)，至現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)空氣瓶出口處的管路嚴(yán)重不匹配，配套管徑太細(xì)，造成局部縮徑過(guò)大，瞬間空氣流量供給不足，導(dǎo)致氣馬達(dá)起動(dòng)無(wú)力； 管路按要求匹配后故障排除，馬達(dá)起動(dòng)有力。

事例2：某造船廠設(shè)計(jì)的空氣瓶出氣孔的管子采用4 分管串聯(lián)， 理論要求為1 寸鍍鋅管，反饋氣馬達(dá)起動(dòng)無(wú)力：起動(dòng)過(guò)程中因縮徑而氣流量供應(yīng)不足，且壓降過(guò)大，無(wú)法起動(dòng)柴油機(jī)；另外該設(shè)計(jì)不足之處為減壓閥安裝在氣瓶附近，無(wú)法實(shí)現(xiàn)減壓閥的過(guò)濾作用，對(duì)管系部件起不到有效的保護(hù)作用。

2.1.2 因管路不匹配，壓降過(guò)大，造成氣馬達(dá)輸出齒輪打齒現(xiàn)象

管路管徑不匹配直接影響氣起動(dòng)馬達(dá)起動(dòng)時(shí)瞬間空氣流量的變化， 無(wú)法連續(xù)有效供給，導(dǎo)致壓降過(guò)大， 一般正常壓降范圍為0.05-0.15 MPa，壓降后起動(dòng)氣壓低于復(fù)位彈簧所需的極限值0.45 MPa 時(shí)，將導(dǎo)致打齒故障。 當(dāng)壓降過(guò)大時(shí)應(yīng)查明原因并排除。

事例：2020年2月俄羅斯客戶(hù)配套的WP4發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)打齒現(xiàn)象，減壓閥設(shè)定起動(dòng)壓力為0.9 MPa （針對(duì)高速機(jī)該起動(dòng)壓力過(guò)高， 正常為0.6-0.8 MPa）, 起動(dòng)過(guò)程中壓降很大。 經(jīng)溝通排查，其配套管路公稱(chēng)通徑為DN20，管系不匹配，造成縮徑，影響空氣流量的連續(xù)供給，造成打齒故障，管路整改后故障排除。

2.2 起動(dòng)壓力設(shè)定不合理，造成打齒現(xiàn)象

（1）起動(dòng)壓力過(guò)低時(shí)，因起動(dòng)時(shí)存在壓降，起動(dòng)氣壓低于復(fù)位彈簧所需的極限值時(shí)，產(chǎn)生打齒現(xiàn)象。

（2）起動(dòng)壓力過(guò)高時(shí)，因起動(dòng)瞬間起動(dòng)扭矩及沖擊力過(guò)大，導(dǎo)致齒輪斷齒或氣馬達(dá)內(nèi)部零部件損壞。

2.3 誤操作造成打齒現(xiàn)象

第一次起動(dòng)柴油機(jī)時(shí)未成功，柴油機(jī)未停穩(wěn)緊接著進(jìn)行二次起動(dòng)， 造成氣馬達(dá)輸出齒輪打齒。 有經(jīng)驗(yàn)的操作者一般不會(huì)發(fā)生這種低級(jí)錯(cuò)誤。

2.4 氣馬達(dá)輸出齒輪正常嚙合，但馬達(dá)不起動(dòng)或起動(dòng)無(wú)力

（1）配套的繼氣器失靈，其內(nèi)部閥芯卡滯，主氣路不能正常開(kāi)啟，造成氣馬達(dá)不起動(dòng)；或閥芯不能完全開(kāi)啟， 造成瞬間壓縮空氣供給不足，使氣馬達(dá)起動(dòng)無(wú)力。

（2） 氣馬達(dá)輸出部分的密封腔存在漏氣現(xiàn)象，預(yù)嚙合回路氣壓不足，繼氣器無(wú)法正常開(kāi)啟。

（3）主氣路正常開(kāi)啟，氣馬達(dá)排氣孔有壓縮空氣排出，但氣馬達(dá)不工作，可能氣馬達(dá)動(dòng)力部分或減速齒輪組件卡滯，也有可能是輸出部分的離合裝置失效。

2.5 氣馬達(dá)起動(dòng)后輸出齒輪不回位，無(wú)法脫離柴油機(jī)飛輪

（1）電磁閥內(nèi)部閥芯卡滯或電磁閥排氣孔堵塞，預(yù)嚙合進(jìn)氣管內(nèi)的氣體無(wú)法及時(shí)外排，復(fù)位彈簧一直處于壓縮狀態(tài)，導(dǎo)致輸出齒輪無(wú)法正常退回。

（2）電磁閥故障，處于常通狀態(tài)，預(yù)嚙合進(jìn)氣管一直有壓縮空氣進(jìn)入，導(dǎo)致無(wú)法回位。

（3） 氣馬達(dá)輸出端的輸出軸銹蝕或變形彎曲，導(dǎo)致無(wú)法回位。

2.6 減壓閥配置的安全閥失效

當(dāng)起動(dòng)壓力超出設(shè)定值時(shí)，壓力調(diào)整至正常范圍，安全閥仍無(wú)法正常關(guān)閉，或安全閥在正常壓力范圍開(kāi)啟的，均系其內(nèi)部密封片密封失效導(dǎo)致，應(yīng)更換安全閥。

2.7 油霧器故障分析

（1） 因減壓閥失效或油杯接觸有機(jī)溶劑，導(dǎo)致油霧器油杯產(chǎn)生龜裂紋，嚴(yán)重的甚至爆裂。

（2）油霧器漏氣：未按規(guī)范從注油孔加油，直接拆下油杯注油，二次裝配不到位；或因密封圈失效。

2.8 繼氣器和電磁閥的常見(jiàn)故障為內(nèi)部閥芯卡滯引起的失效

（1）繼氣器閥芯卡滯，會(huì)造成主氣路打不開(kāi)，或者不能完全打開(kāi)，或者無(wú)法關(guān)閉；將導(dǎo)致氣馬達(dá)無(wú)法起動(dòng)，或者起動(dòng)無(wú)力，或者氣馬達(dá)起動(dòng)完成后動(dòng)力部分仍然空轉(zhuǎn)。

（2）電磁閥閥芯卡滯，導(dǎo)致氣馬達(dá)不工作；或氣馬達(dá)起動(dòng)后不能正常斷氣， 導(dǎo)致氣馬達(dá)輸出齒輪不回位。

3 正確操作與維護(hù)

結(jié)合多年的實(shí)際應(yīng)用以及用戶(hù)的使用反饋，現(xiàn)將正確的操作與維護(hù)匯總?cè)缦隆?/p>

3.1 低壓氣瓶至氣馬達(dá)管路安裝正確, 保證管路的匹配

首先應(yīng)確保管路內(nèi)徑與氣馬達(dá)進(jìn)氣孔內(nèi)徑相匹配；再按圖1 順序?qū)⒉考醇忸^指向進(jìn)行安裝， 特別強(qiáng)調(diào)船用減壓閥不得遠(yuǎn)離氣馬達(dá)安裝；管路焊接布置好后，焊接處應(yīng)采用敲擊，清除焊接處的內(nèi)腔異物，用高壓風(fēng)將管路中的異物吹凈后再與氣馬達(dá)進(jìn)氣孔對(duì)接，以確保管路中的異物不進(jìn)入氣馬達(dá)中。

3.2 氣起動(dòng)馬達(dá)起動(dòng)前的檢查

（1）新造船只在柴油機(jī)起動(dòng)前，進(jìn)行氣馬達(dá)預(yù)嚙合的檢查：將圖1 序號(hào)5 回路斷開(kāi)，操作電磁閥手動(dòng)按鈕，觀察預(yù)嚙合插齒是否順暢，一般試驗(yàn)5-10 次。

（2）常規(guī)船只起動(dòng)前，配置葉片式氣起動(dòng)馬達(dá)時(shí)，應(yīng)檢查油霧器內(nèi)是否有足夠的潤(rùn)滑油。 潤(rùn)滑油型號(hào)：環(huán)境溫度高于-10℃時(shí)，選用10 號(hào)機(jī)械油；低于-10℃時(shí)選用8 號(hào)噴氣機(jī)潤(rùn)滑油；當(dāng)船上無(wú)對(duì)應(yīng)牌號(hào)的潤(rùn)滑油時(shí)，可據(jù)不同季節(jié)加不粘稠的潤(rùn)滑油，確保能達(dá)到霧化狀態(tài)。 但應(yīng)按圖4從注油孔用油壺按最高和最低油位標(biāo)記注油，不得拆下油杯注油，否則安裝不到位時(shí)，造成漏氣。

圖4 油霧器正確注油示意圖

3.3 柴油機(jī)氣馬達(dá)起動(dòng)時(shí)的正確操作

（1）首先將空氣瓶的總閥門(mén)完全打開(kāi)，避免節(jié)流，保證氣馬達(dá)瞬間起動(dòng)時(shí)的空氣流量；并觀察壓力表氣壓的壓降是否在正常范圍，否則應(yīng)排查管路管徑是否存在過(guò)細(xì)情況。

（2） 氣起動(dòng)馬達(dá)起動(dòng)時(shí)間一般為3~5 秒；當(dāng)按下按鈕，柴油機(jī)達(dá)到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)迅速松開(kāi)，避免長(zhǎng)時(shí)間起動(dòng)造成氣馬達(dá)故障。

（3）避免連續(xù)二次起動(dòng)：第一次起動(dòng)未成功時(shí)，必須等柴油機(jī)飛輪停穩(wěn)后，再進(jìn)行第二次起動(dòng)。

3.4 氣起動(dòng)系統(tǒng)的正確維護(hù)

（1） 繼氣器在氣起動(dòng)系統(tǒng)中起到關(guān)鍵性作用，因卡滯會(huì)造成氣馬達(dá)不同故障，故要求繼氣器使用3~6 個(gè)月后需進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)： 拆檢閥芯，清洗，檢查密封圈外觀是否有拉傷、磨損等。

（2）船用低壓氣瓶應(yīng)定期放水，避免氣瓶有效容積不足，造成氣馬達(dá)起動(dòng)無(wú)力。

4 結(jié)語(yǔ)

氣起動(dòng)系統(tǒng)因預(yù)嚙合式氣起動(dòng)馬達(dá)獨(dú)特的設(shè)計(jì)，不同于電馬達(dá)起動(dòng)，氣起動(dòng)馬達(dá)在起動(dòng)瞬間需壓縮復(fù)位彈簧至設(shè)計(jì)行程，影響其瞬間起動(dòng)的主要因素為氣壓和空氣流量，當(dāng)氣壓或空氣流量產(chǎn)生波動(dòng)時(shí)將導(dǎo)致復(fù)位彈簧的軸向竄動(dòng)，同時(shí)也影響到氣起動(dòng)馬達(dá)的起動(dòng)能力。無(wú)論是氣起動(dòng)系統(tǒng)中管路的不匹配還是繼氣器閥芯的卡滯，都會(huì)影響壓縮空氣的連續(xù)性及穩(wěn)定性。氣起動(dòng)馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速與輸出扭矩也跟空氣流量直接相關(guān)，而空氣流量又和空氣壓力有關(guān)。任何影響空氣壓力和空氣流量的變化，將直接影響到氣起動(dòng)馬達(dá)的起動(dòng)，更加突顯了氣起動(dòng)系統(tǒng)管路匹配的重要性。