船舶柴油机——气缸
船舶柴油机教材_第二章 结构
第二章柴油机的结构及主要部件柴油机的主要部件是指燃烧室部件(活塞、气缸、气缸盖)、曲柄连杆机构(十字头、连杆、曲轴和轴承)、机架、机座和贯穿螺栓等部件。
这些部件构成柴油机的主体，它们工作得好坏不但直接影响柴油机的技术性能指标，而且还和安全航行密切相关。
统计表明，船用柴油机主要部件发生的故障占柴油机故障总数的90%左右，其中燃烧室部件故障约占故障总数的50%。
因此，轮机管理人员应该深入了解主要部件，这是降低柴油机故障发生率的重要一环。
第一节柴油机的总体结构一．柴油机的基本组成船舶柴油机的结构比较复杂，它是由许多机构和系统组成。
尽管各种柴油机的结构、型号各异，但从工作原理和总体结构上则有很多共同之处。
柴油机主要由以下机构和系统组成1．主要固定件柴油机的主要固定件由机座、机架、气缸和气缸盖等组成，对于中小型柴油机常将气缸体和机架做成一体称为机体，并省去机座代之以轻便的油底壳。
它们构成了柴油机的骨架，支撑运动件和辅助系统。
2．主要运动件柴油机的主要运动件由活塞、连杆组件及曲轴组成，对于大型低速柴油机还有十字头组件。
活塞与气缸及气缸盖构成燃烧室，保证柴油机工作过程的进行，同时通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的回转运动，使燃气推动活塞的动力通过曲轴以回转的方式向外输出。
3．配气机构及换气系统配气机构由进排气阀、气阀传动机构、凸轮轴及凸轮轴传动机构组成。
进排气系统由空气滤器、进排气管和消音器组成，对于增压柴油机还有增压器及空冷器。
它们的作用是按照工作循环的需要，定时地向气缸内供应充足、清洁的新鲜空气，并将燃烧后的废气排出气缸。
4．燃油系统燃油系统由燃油供给系统和燃油喷射系统组成。
燃油供给系统是把符合使用要求的燃油畅通无阻地输送到喷油泵入口端。
该系统通常由加装和测量、贮存、驳运、净化处理、供给五个基本环节组成。
燃油喷射系统由喷油泵、喷油器和高压油管组成，其作用是定时、定量地向燃烧室内喷入雾化良好燃油，保证燃烧过程的进行。
船舶柴油机的工作原理
船舶柴油机的工作原理引言概述：船舶柴油机是船舶动力系统的核心部件，它以其高效、可靠的特点成为航海领域的主流动力装置。
本文将详细介绍船舶柴油机的工作原理，包括燃油供给系统、压缩系统、燃烧系统、冷却系统和排气系统五个部分。
一、燃油供给系统：1.1 燃油贮存：船舶柴油机通常采用燃油贮存系统，通过燃油贮存罐储存燃油，并通过燃油泵将燃油送至燃油滤清器。
1.2 燃油过滤：燃油滤清器用于过滤燃油中的杂质，确保燃油的清洁度，防止对柴油机零部件造成损害。
1.3 燃油喷射：燃油喷射系统通过喷油泵将高压燃油送入喷油嘴，喷油嘴将燃油雾化后喷入气缸，与压缩空气混合。
二、压缩系统：2.1 活塞压缩：柴油机的压缩系统由气缸、活塞和气缸盖组成。
当活塞下行时，气缸内的空气被压缩，提高其温度和压力。
2.2 气缸盖：气缸盖上设置了进气门和排气门，通过控制这两个门的开闭来实现气缸内空气的进出。
2.3 涡轮增压器：柴油机还可以配备涡轮增压器，通过利用排气气流驱动涡轮，增加进气压力，提高燃烧效率。
三、燃烧系统：3.1 点火：柴油机使用高压电弧点火系统，通过点火塞产生高压电弧点燃喷入气缸的燃油雾化物。
3.2 燃烧过程：燃油雾化物在气缸内与压缩空气混合后，由于高温高压条件下的自燃反应，产生爆发性燃烧，释放出大量热能。
3.3 燃烧效率：柴油机的燃烧效率高，主要原因是燃油雾化细小，与空气充分混合，燃烧更完全。
四、冷却系统：4.1 水冷系统：船舶柴油机通常采用水冷系统进行冷却，通过循环水冷却剂来吸收发动机产生的热量。
4.2 水泵：水泵负责将冷却液循环供给发动机，以保持发动机在适宜的工作温度范围内。
4.3 散热器：散热器通过将冷却液与外界空气进行换热，将发动机产生的热量散发出去。
五、排气系统：5.1 排气门：排气门负责排出燃烧产生的废气，保持气缸内的压力平衡。
5.2 涡轮增压器：涡轮增压器在排气系统中也起到重要作用，通过利用废气驱动涡轮，减少废气排放。
船舶柴油机的基本知识
冒黑烟
如果柴油机冒黑烟，可能是燃油 供应过多或空气供应不足。应检 查燃油供应系统和空气供应系统， 调整相关参数，使燃油和空气混 合比适当。
04
船舶柴油机的未来发展
高效能柴油机
高效能柴油机是指通过改进柴油机设计和制造工艺，提高柴油机的热效率和功率密度，从而降低燃油 消耗和减少温室气体排放的柴油机。
当需要停止柴油机时，应先逐渐降低转速， 然后关闭燃油供应，待机器完全停止运转后， 关闭电源。在停车过程中，应确保柴油机冷 却，避免突然停车导致机器过热。
运行和维护注意事项
监控运行状态
在柴油机运行过程中，应密切关注机器的运转状态、油温、水温、排气颜色等参数，确 保机器正常运转。
定期维护
为确保船舶柴油机的正常运行，应定期进行维护保养，包括更换润滑油、清洗滤清器等。 同时，应定期检查机器的各部件是否正常，预防潜在故障的发生。
高效能柴油机采用了一系列先进技术，如高压喷射、增压中冷、废气再循环等，以优化燃烧过程和提高 燃油利用率。
高效能柴油机在船舶动力领域具有广阔的应用前景，能够显著降低船舶运营成本和碳排放，提高船舶运 输的可持续性。
低排放柴油机
低排放柴油机是指通过采用清洁燃烧技术，降低柴油机废气中污染物排放 的柴油机。
船舶柴油机的工作原理
船舶柴油机的工作原理基于热力学原 理，通过柴油在气缸内的燃烧产生高 温高压气体，推动活塞往复运动，进 而带动曲轴转动，最终输出机械能。
柴油机工作循环包括进气、压缩、燃 烧、膨胀和排气五个过程，通过精密 设计的机构和控制系统，实现连续不 断的运转。
船舶柴油机的种类和特点
船舶柴油机按照转速和用途可以分为低速、中速和高速柴油机，每种柴油机有其特定的应用场景和特 点。
船舶柴油机的工作原理
船舶柴油机的工作原理引言概述：船舶柴油机是船舶的主要动力装置，其工作原理是通过内燃机的方式将柴油燃料转化为机械能，推动船舶前进。
本文将详细介绍船舶柴油机的工作原理，包括燃料供给系统、压缩系统、燃烧系统、冷却系统和润滑系统五个方面。
一、燃料供给系统：1.1 燃油箱和燃油滤清器：船舶柴油机的燃料供给系统首先需要一个燃油箱来储存柴油，同时还需要一个燃油滤清器来过滤燃油中的杂质，确保燃油的纯净度。
1.2 燃油泵：燃油泵是将燃油从燃油箱中抽取并供给到喷油器的关键装置。
燃油泵通过机械或电动的方式将燃油压力增加到所需的工作压力。
1.3 喷油器：喷油器是将高压燃油喷射到燃烧室内的装置。
它通过控制喷油量和喷油时间来实现燃油的雾化和燃烧效果的调节。
二、压缩系统：2.1 活塞和气缸：船舶柴油机的压缩系统由活塞和气缸组成。
活塞在气缸内做往复运动，通过压缩空气将其压力增加到高于燃油的自燃温度，为后续的燃烧过程做准备。
2.2 气缸盖和气门：气缸盖上设有进气和排气气门，通过控制气门的开闭来实现空气的进出。
进气气门在活塞下行时打开，使新鲜空气进入气缸；排气气门在活塞上行时打开，将燃烧产生的废气排出气缸。
2.3 压缩比：压缩比是指活塞下行时气缸内的最大容积与活塞上行时气缸内的最小容积之比。
较高的压缩比可以提高燃烧效率和功率输出。
三、燃烧系统：3.1 点火方式：船舶柴油机通常采用压燃式燃烧，即在压缩空气达到一定温度后，通过喷油器喷入燃油，利用燃油的自燃性质实现燃烧。
3.2 燃烧室：燃烧室是燃烧过程发生的地方，它的结构和形状会影响燃烧效果。
常见的燃烧室类型有预混式和直喷式两种，它们分别适用于不同的船舶柴油机。
3.3 燃烧过程：燃烧过程包括燃油的雾化、燃烧和燃烧产物的排出。
燃油在喷油器的作用下形成微小液滴，随后与高温高压的压缩空气混合并燃烧，产生高温高压的燃烧气体，驱动活塞做功。
四、冷却系统：4.1 水泵和水箱：船舶柴油机的冷却系统通过水泵将冷却水从水箱中抽出并循环供给到发动机的冷却通道中，以吸收发动机产生的热量。
船舶柴油机知识点梳理
上止点（1口0 是活塞在气缸中运动的最上端位置。
下止点（B.D.C）同上理。
行程（S）指活塞上止点到下止点的直线距离，是曲轴曲柄半径的两倍。
缸径（口）气缸内径。
气缸余隙容积（Vc）、气缸工作容积（Vs），气缸总容积（Va）、余隙高度Q页隙）。
柴油机理论循环（混合加热循环）：绝热压缩、定容加热、定压加热、绝热膨胀、定容放热。
混合加热循环理论热效率的相关因素：压缩比£、压力升高比入、绝热指数k （正相关）、初期膨胀比。
（负相关）。
实际循环的差异：工质的影响（成分、比热、分子数变化，高温分解）汽缸壁的传热损失、换气损失（膨胀损失功、泵气功工燃烧损失（后燃和不完全燃烧大泄漏损失（0.2%,气阀处可以防止，活塞环处无法避免）、其他损失。
活塞的四个行程：进气行程、压缩行程、膨胀行程和排气行程。
柴油机工作过程：进气、压缩、混合气形成,、着火、燃烧与放热、膨胀做功和排气等。
四冲程柴油机的进、排气阀的启闭都不正好在上下止点，开启持续角均大于180° CA （曲轴转角）。
气阀定时：进、排气阀在上下止点前后启闭的时刻。
进气提前角、进气滞后角、排气提前角、排气滞后角。
气阀重叠角：同一气缸的进、排气阀在上止点前后同时开启的曲轴转角。
（四冲程一定有，增压大于非增压）机械增压：压气泵由柴油机带动。
废气涡轮增压：废气送入涡轮机中，使涡轮机带动离心式压气机工作。
二冲程柴油机的换气形式：弯流（下到上，再上到下）、直流（直线下而上）。
弯流可分：横流、回流、半回流。
直流：排气阀、排气口。
横流：进排气口两侧分布。
回流：进排气口同侧，排气口在进气口上面。
半回流：进排气的分布没变，排气管中装有回转控制阀。
排气阀—-直流扫气：排气阀的启闭不受活塞运动限制，扫气效果较好。
弯流扫气的气流在缸内的流动路线长（通常大于2S）,新废气掺混且存在死角和气流短路现象，因而换气质量较差。
横流扫气中，进排气口两侧受热不同，容易变形。
但弯流扫气结构简单，方便维修。
船用柴油机
船用柴油机船用柴油机是一种广泛使用于船只的内燃机，能够为船只提供动力。
本文将介绍船用柴油机的工作原理、特点、应用领域以及相关发展趋势。
一、船用柴油机的工作原理船用柴油机是一种内燃机，通过将柴油燃料与空气混合后，经过压缩和点火，从而产生高温高压的气体，驱动活塞运动，最终转化为机械能，提供船只的动力。
船用柴油机的工作原理可以概括为四个过程：进气、压缩、燃烧和排气。
在进气过程中，气缸内的活塞向下运动，使气缸内的空气通过气门进入气缸；在压缩过程中，活塞向上运动，将气缸内空气压缩；在燃烧过程中，燃油喷入气缸并点火，使燃油燃烧产生高温高压气体，驱动活塞运动；在排气过程中，废气通过排气门排出气缸。
这样循环不断重复，实现了发动机的连续工作。
二、船用柴油机的特点1. 高效：船用柴油机具有较高的热效率和机械效率，能将燃料的能量转化为动力输出，使船只拥有更好的性能和经济性。
2. 节能环保：船用柴油机燃烧过程中产生的废气相对较少，废气排放比较洁净，对环境污染较小；同时，船用柴油机的燃油消耗相对较低，能够实现节能目标。
3. 动力强劲：船用柴油机具有较高的功率和扭矩输出，能够满足船只在各种航行工况下的动力需求。
4. 可靠性好：船用柴油机具有结构简单、故障率低、使用寿命长等特点，能够在极端的船舶环境下稳定工作。
三、船用柴油机的应用领域船用柴油机广泛应用于各类船只，包括商船、客船、客货混合船、渔船、海洋工程船、军舰等。
根据船只的规模和用途不同，船用柴油机的功率、尺寸和性能也有所差异。
在商船领域，船用柴油机主要应用于集装箱船、散货船等，为船只提供稳定可靠的动力；在客船领域，船用柴油机被广泛应用于邮轮、客运船等，为乘客提供舒适的航行体验；在海洋工程领域，船用柴油机被用于海洋勘探、海上钻探等项目，为工作船只提供强大动力支持。
四、船用柴油机的发展趋势随着船舶行业的发展和环保意识的增强，船用柴油机也在不断发展和创新。
以下是船用柴油机的一些发展趋势：1. 清洁能源：为了减少船舶对环境的污染，船用柴油机逐渐向清洁能源过渡，采用LNG（液化天然气）等低碳燃料代替传统柴油，减少污染物排放。
船舶柴油机的工作原理
船用柴油机的工作原理二冲程柴油机的工作原理通过活塞的两个冲程完成一个工作循环的柴油机称为二冲程柴油机，油机完成一个工作循环曲轴只转一圈，与四冲程柴油机相比，它提高了作功能力，在具体结构及工作原理方面也存在较大差异。
二冲程柴油机与四冲程柴油机基本结构相同，主要差异在配气机构方面。
二冲程柴油机没有进气阀，有的连排气阀也没有，而是在气缸下部开设扫气口及排气口；或设扫气口与排气阀机构。
并专门设置一个由运动件带动的扫气泵及贮存压力空气的扫气箱，利用活塞与气口的配合完成配气，从而简化了柴油机结构。
图是二冲程柴油机工作原理图。
扫气泵附设在柴油机的一侧，它的转子由柴油机带动。
空气从泵的吸入吸入，经压缩后排出，储存在具有较大容积的扫气箱中，并在其中保持一定的压力。
现以图说明二冲程柴油机的工作原理。
燃烧膨胀及排气冲程：燃油在燃烧室内着火燃烧，生成高温高压燃气。
活塞在燃气的推动下，由上止点向下运动，对外作功。
活塞下行直至排气口打开（此时曲柄在点位置，此时燃气膨胀作功结束，气缸内大量废气靠自身高压自由排气，从排气口排人到排气管。
当气缸内压力降至接近扫气压力时（一般扫气箱中的扫气压力为0 12，下行活塞把扫气口3打开（此时曲柄在点4的位置，扫气空气进入气缸，同时把气缸内的废气经排气口赶出气缸。
活塞运行到下止点，本冲程结束，但扫气过程一直持续到下一个冲程排气口关闭（此时曲柄在点位置为止。
·4· 342 第三篇船舶柴油机检修图二冲程柴油机工作原理示意图扫气及压缩冲程：活塞由下止点向上移动，活塞在遮住扫气口之前，由扫气泵供给储存在扫气箱内的空气，通过扫气口进入气缸，气缸中的残存废气被进入气缸的空气通过排气口扫出气缸。
活塞继续上行，逐渐遮住扫气口，当扫气口完全关闭后（此时曲柄在点位置，空气停止充人，排气还在进行，这阶段称为“过后排气阶段”。
排气口关闭时（此时曲柄在点位置，气缸中的空气就开始被压缩。
当压缩至上止点前点时，喷油器将燃油喷人气缸，与高温高压的空气相混合，随即在上止点附近发火，自行着火燃烧。
柴油机的结构特点 燃烧室部件 活塞 气缸 气缸盖
组成方式
• 活塞头、活塞裙和活塞杆用柔性螺栓连接。
• 1、活塞头：由耐热合金钢组成；活塞头顶 部成下凹形，利于扫气和受热后自由膨胀， 也利于燃油(fuel)和空气混合；活塞头内部 支撑（薄壁强背）；周向凹槽供拆卸活塞 起吊工具使用；
• 低置活塞环，提高活塞顶岸高度。
• 2、活塞裙：由耐磨合金铸铁制造；由于不 受侧推力和属于直流扫气，活塞裙比较短可 以降低发动机的吊缸高度。
安装活塞环时搭口应错开并且相邻环搭口方 向要彼此相反，这样可减少漏气、防止划痕。
密封环间隙
• 密封环的间隙分为搭口间隙（开口间隙）、 天地间隙（平面间隙或端面间隙）及环背 间隙。
• 搭口间隙为工作状态下切口的垂直距离； • 天地间隙为环端面与环槽上或下面的垂直
间隙。 • 活塞环的天地间隙和搭口间隙一般为第一、
裙部来承担
• 3、活塞通过活塞销直接与连杆的小端相连，在运动时 活塞与气缸壁之间产生侧推力
• 4、活塞底部与曲轴箱连通，气缸多采用飞溅润滑，气 缸壁上流下的润滑油直接流入曲轴箱内。
• 优点：结构简单、紧凑、轻便，发动机高 度较小。
• 缺点：由于运动时有侧推力，活塞与气缸 壁之间的磨损较大。
• 适用：目前高速及中速柴油机都采用这种 构造形式。
外切槽扭曲：放在第二、三道，切槽朝下安装。
此两种常在中速机上用。
a:矩形环 b:梯形环 c:倒角环 d:内切槽 扭曲环
e:外切槽 扭曲环
内切槽环切槽朝上，外切槽环切槽朝下
图2-6 气环的断面形状
搭口形状
直搭口：结构简单、加工方便 斜搭口：结构简单、加工方便，气密性较好。
搭口一般为30-45°，45°较多。 重叠搭口：气密性好，但容易折断。
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一、 气缸的功用及工作条件 二、气缸套的要求及材料 三、气缸套的种类 四、气缸套的定位与密封 五、气缸套的润滑和冷却 六、结构形式
轮机工程系
2020年1月27日星期一
船舶柴油机
气缸=气缸套+气缸体
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气缸体
气缸套
轮机工程系
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船舶柴油机
气缸（Cylinder）
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冷却水套
轮机工程系
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船舶柴油机
气缸套发展历程
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• 随着柴油机强载度逐渐升高，气缸套的发展。
早期低功率缸套 凸肩加高、增厚+钻孔冷却
轮机工程系
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船舶柴油机
第六节 气缸（Cylinder）
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一、 气缸的功用及工作条件 二、气缸套的要求及材料 三、气缸套的种类 四、气缸套的定位与密封 五、气缸套的润滑和冷却 六、结构形式
轮机工程系
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船舶柴油机
第六节 气缸（Cylinder）
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一、 气缸的功用及工作条件 二、气缸套的要求及材料 三、气缸套的种类 四、气缸套的定位与密封 五、气缸套的润滑和冷却 六、结构形式
轮机工程系
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船舶柴油机
二、 气缸套的要求与材料
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• 1. 要求：
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船舶柴油机
四、气缸套的定位与密封
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气封 可加入紫铜垫片
轴向定位凸缘
水封 橡胶圈套在缸套外缘
轮机工程系
受热下部自由伸缩
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船舶柴油机
第六节 气缸（Cylinder）
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一、 气缸的功用及工作条件 二、气缸套的要求及材料 三、气缸套的种类 四、气缸套的定位与密封 五、气缸套的润滑和冷却 六、结构形式
轮机工程系
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船舶柴油机
五、气缸套的润滑
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飞溅润滑
方式
注油润滑
用于筒形机 用于十字头机
缸套上开有注油孔和注油槽
注油孔位于活塞行至上止点时， 1、2道环之间；注油槽布置成 下八字形。
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船舶柴油机
五、气缸套的润滑
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有些二冲程机注油孔 开在扫气口上方
轮机工程系
2020年1月27日星期一来自船舶柴油机五、气缸套的冷却
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• 作用：
• 降温；减热应力；防套内滑油结焦；保证 活塞与缸套的间隙。
• 冷却介质： • 淡水 • 冷却水流路径： • 由下进入，向上流动，最高点排出；
• 避免形成气囊，采用螺旋水道、钻孔冷却 等。
检漏孔设在两道密 MAN-B&W-封L58圈~6之4 间，查漏。
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二冲程S-MC型柴油机气缸
艺处理。
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第六节 气缸（Cylinder）
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一、 气缸的功用及工作条件 二、气缸套的要求及材料 三、气缸套的种类 四、气缸套的定位与密封 五、气缸套的润滑和冷却 六、结构形式
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船舶柴油机
三、气缸套的种类
1）湿式气缸套
• 足够的强度和刚度，良好的耐磨性和抗腐蚀能力，并对它进行良好的润 滑和冷却；
• 在气缸套和气缸盖的结合面、气缸体和气缸套的结合面要有可靠的气封 和水封。
• 2. 材料及处理：
• 灰铸铁、耐磨合金（含硼、钡、钛、磷、妮等）铸铁和球墨铸铁。 • 缸套内表面进行松孔镀铬、氮化、磷化、表面淬火、喷镀耐磨合金等工
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一、缸套的作用及工作条件
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• 1. 作用： • 构成燃烧室的机件之一； • 筒形机，引导活塞组往复运动并承受侧压力； • 二冲程机，气缸中下部设气口，布置气道； • 十字头机气缸下部作扫气泵空间；气缸外设置扫气箱、排气管、凸轮箱、
增压器等。 • 2. 工作条件： • 安装力和高温、高压燃气作用→ 较大机械应力和热应力→变形； • 缸套内受燃气的高温和低温腐蚀，外受到冷却水的腐蚀； • 活塞组在气缸套内的高速往复运动，引起摩擦和磨损； • 筒形活塞，受活塞组侧推力的撞击，产生变形和高频振动，引起穴蚀。 • 当用贯穿螺栓把气缸体、机架和机座紧固到一起时，气缸体承受压力。
022 Clamp 046 Cylinder liner 083 Non-return valve,
117 Cooling water
142 Thrust piece 166 Steel ball 201 O-ring 225 Screw
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船舶柴油机
带冷却水套式缸套
轮机工程系
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c）带冷却水套式气缸套
船舶柴油机
缸套下部不冷却
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• 010 Cooling jacket • 034 Screw • 071 O-ring
complete • 095 O-ring
connection • 129 Packing • 154 Spring • 178 Valve housing • 213 Pipe
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轮机工程系
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船舶柴油机
中小型柴油机的机体
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轮机工程系
机架与缸体制成一体
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船舶柴油机
二冲程柴油机气缸套
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二冲程柴油机气缸套
轮机工程系
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船舶柴油机
第六节 气缸（Cylinder）
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一、 气缸的功用及工作条件 二、气缸套的要求及材料 三、气缸套的种类 四、气缸套的定位与密封 五、气缸套的润滑和冷却 六、结构形式
优：外表面与水接触，冷却效果好；制造方便；缺： 壁厚较大，需可靠的冷却水密封。应用最广。
2）干式缸套
外表面不与水接触，气缸体内布置水腔。优： 缸套薄，省合金材料；缺：缸体内孔和缸套 外表面需精密加工，保证紧密贴合，良好散 热。——用于批量生产小型机。
3）带冷却水套式气缸套
缸套外部镶套形成。降低气缸体高度，简化结构减轻 重量，对超长行程尤其有利。用于新型低速机。
Sulzer ZA40
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船舶柴油机
第六节 气缸（Cylinder）
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一、 气缸的功用及工作条件 二、气缸套的要求及材料 三、气缸套的种类 四、气缸套的定位与密封 五、气缸套的润滑和冷却 六、结构形式
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船舶柴油机
四冲程柴油机的气缸