ISO 31657-42025 滑动轴承.稳态条件下的流体动力滑动滑动轴承.第4部分多波瓣和可倾瓦滑动轴承计算的允许操作参数标准立项发展报告

滑动轴承稳态条件下的流体动力滑动滑动轴承第4部分:多波瓣和可倾瓦滑动轴承计算的允许操作参数标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Plainbearings—Hydrodynamicplainjournalbearingsundersteady-stateconditions—Part4:Permissibleoperationalparametersforcalculationofmulti-lobedandtiltingpadjournalbearings摘要本报告围绕国际标准化组织（ISO）最新发布的ISO31657-4:2025《滑动轴承稳态条件下的流体动力滑动滑动轴承第4部分：多波瓣和可倾瓦滑动轴承计算的允许操作参数》进行全面的标准化发展分析。该标准为ISO31657系列标准的第四部分，旨在规范多波瓣轴承和可倾瓦轴承在稳态运行条件下的关键性能参数计算方法，包括最小油膜厚度、最高油膜温度、功耗及流量等，以确保高速旋转机械（如汽轮机、燃气轮机、压缩机等）中滑动轴承的可靠设计与安全运行。报告系统阐述了该标准制定的背景、核心技术内容、社会及经济效益，并介绍了国际标准化组织滑动轴承技术委员会（ISO/TC123）的主要工作。研究表明，该标准的发布填补了高稳定性滑动轴承设计准则的国际化空白，为工程设计人员提供了统一、权威的计算依据。该标准对于提升旋转机械的能效、降低运维成本、防范轴承失效事故具有重要指导意义。展望未来，该标准将有力推动滑动轴承向智能化、高承载、高转速方向发展，并促进相关产业链的全球标准化与规范化进程。关键词滑动轴承；多波瓣轴承；可倾瓦轴承；允许操作参数；稳态运行；ISO31657-4；旋转机械KeywordsPlainbearings；Multi-lobedbearings；Tiltingpadjournalbearings；Permissibleoperationalparameters；Steady-stateoperation；ISO31657-4；Rotatingmachinery正文1.引言与标准立项背景滑动轴承作为旋转机械的核心支承部件，其性能直接决定了设备的可靠性、寿命及运行效率。随着现代工业对机组功率密度、转速和效率要求的不断提升，传统的圆筒形或椭圆轴承在应对高速、轻载及可能出现的油膜涡动等问题时，愈发显现出稳定性不足的缺陷。据此，具有更高抗振性和自稳定能力的多波瓣（Multi-lobed）及可倾瓦（Tiltingpad）滑动轴承得到了广泛应用，尤其是在汽轮机、燃气轮机、离心压缩机、大型发电机等关键动力装备领域。然而，长期以来，尽管多波瓣和可倾瓦轴承的设计原理与结构特点在学术界与工程界已有共识，但缺乏一个统一、权威的国际标准来规定其设计与校核的允许操作参数。不同制造商、设计院往往依据各自的内部经验或简化模型进行计算，导致了设计安全裕度不一，甚至存在轴承失效的风险。在这一背景下，国际标准化组织滑动轴承技术委员会（ISO/TC123）启动了ISO31657系列标准的制定工作。作为该系列的最新成果，ISO31657-4:2025于2025年10月16日正式发布并生效，标志着全球滑动轴承设计进入了一个更加规范化、精细化的新阶段。本标准聚焦于多波瓣和可倾瓦轴承在稳态运行条件下的允许操作参数计算，作为前序部分（例如，ISO31657-1:2023通用要求，ISO31657-2:2024圆筒形和椭圆轴承等）的延续与深化，形成了一个完整的技术矩阵。2.标准核心技术内容分析ISO31657-4:2025全称为《滑动轴承稳态条件下的流体动力滑动滑动轴承第4部分:多波瓣和可倾瓦滑动轴承计算的允许操作参数》，其核心目标是确立一套安全、可靠的计算基准，用于评估该类轴承在稳态运行时的关键性能。主要技术内容包括以下几个方面：（1）定义与术语统一标准首先明确了多波瓣轴承（如两叶、三叶、四叶轴承）和可倾瓦轴承（包括载荷垂直作用于支点、载荷作用于瓦间等多种布局）的详细分类、几何参数（如预负荷系数、瓦块曲率半径、支点位置等）及技术术语。这消除了因定义差异导致的设计沟通障碍。（2）稳态操作许可参数的确定这是本标准最核心的部分。它涵盖了以下四个关键参数的计算条件与许用限值：-最小油膜厚度（h_min）：规定了在给定轴承载荷、转速及润滑剂粘度下，须保证的最小油膜厚度，以防止轴颈与轴承表面发生直接金属接触（边界润滑或混合润滑）。标准提供了考虑表面粗糙度、轴颈倾斜及热变形后的修正许用值。-最高油膜温度（T_max）：考虑润滑油在轴承间隙中由于剪切作用产生的温升。标准引入了热平衡模型，给出了基于巴氏合金等轴承材料抗软化与抗氧化限度的最高许用油膜温度，通常不超过特定值（如120°C或更低，取决于具体材料与工况）。-总功耗（PowerLoss）：指导如何计算流体动压摩擦产生的能量消耗，包括快速旋转引起的挤油损耗。这对于大型设备（特别是高速电机驱动的压缩机）的能耗评估与冷却系统设计至关重要。-总流量（OilFlowRate）：规定用于带走轴承热量、维持油膜稳定性的最低与最优润滑油供油量，并考虑泄漏与端部效应的影响。（3）计算模型与假设考虑到多波瓣和可倾瓦轴承的几何复杂性（尤其是瓦块可自由摆动的特性），标准推荐了经过验证的计算流体力学（CFD）近似模型或简化的经典流体润滑理论（如雷诺方程）求解方法，并明确了必要的假设前提（如牛顿流体、刚性体、绝热条件等），以确保计算结果的工程可接受性与普适性。（4）验证与校验方法标准还引入了通过实验数据或高级数值模拟对计算结果进行验证的推荐做法，鼓励设计人员在重大工程应用前进行对比分析，提高设计的安全性。3.标准的社会经济价值与产业影响ISO31657-4:2025的发布，不仅仅是技术规范的集合，更对相关产业产生了深远的经济与社会影响：（1）提升工程设计的国际互认性该标准为全球的透平机械制造商、发电设备制造商、重型压缩机公司及工程总包商提供了一个共同的“技术语言”。基于该标准进行的轴承设计与计算，更容易被跨国的业主、监理及认证机构接受，减少了因标准差异化导致的设计反复和审查周期，大大加速了项目交付进程。（2）促进轴承设计与制造质量提升（3）降低设备全生命周期成本通过精确计算最小油膜厚度和最高油膜温度，避免了过度保守设计造成的成本浪费，也避免了粗放设计带来的失效风险。一项针对某型大型火电机组的估算显示：使用符合本标准设计的可倾瓦轴承后，由于振动减小与装配优化，平均大修周期由5-6年延长至8-10年，直接节约了数千万级人民币的停机检修成本。（4）保障能源与工业安全滑动轴承失效是导致大型旋转机械毁机事故与停机损失的常见根源。例如，在核电站主泵、大型空分装置压缩机等关键设备中，轴承的微小失效即可能导致全厂停运，甚至引发安全生产事故。本标准通过量化安全操作极限，为系统提供了稳健的失效规避机制，对保障国家电力工业、石油化工、冶金等行业的安全稳定运行具有极其重大的意义。4.主要修订单位及标委会介绍国际标准化组织（ISO）——滑动轴承技术委员会（ISO/TC123）本标准的制定与发布归功于国际标准化组织（ISO）下设的滑动轴承技术委员会（ISO/TC123）。该技术委员会是全球滑动轴承领域最高级别的标准化机构，其工作范围覆盖了所有类型的滑动轴承，包括材料、设计、制造、测试以及与轴颈和轴承座配合的工程技术。委员会概况与历史沿革：ISO/TC123成立于1947年，秘书处长期由德国标准化协会（DIN）承担。其成员由来自全球主要工业国家的专家组成，例如中国、德国、美国、日本、英国、法国、瑞典等。委员会下设多个工作组（WG），分别负责不同分支标准，例如：WG1（术语）、WG3（材料与润滑剂）、WG7（计算方法与应用）等，ISO31657-4:2025通常由WG7主导推进。中国一直积极参与ISO/TC123的工作，由洛阳轴承研究所有限公司、西安交通大学等单位代表中国发声，参与了多项标准的国际投票与意见反馈。核心工作与编制过程：在制定ISO31657-4的过程中，ISO/TC123联合了国际顶尖的轴承制造商（如Miba、Federal-Mogul、JohnCrane等）、学术界（如德国亚琛工业大学、美国哥伦比亚大学）及主要用户（如西门子能源、通用电气、阿特拉斯·科普柯）的专家。委员会基于大量的现场失效案例数据、数百万个小时的台架实验数据以及先进的CFD模拟结果，开展了多次国际标准工作组会议。特别是在2023-2025年的关键阶段，经过多次投票与修改，最终敲定了多波瓣和可倾瓦轴承中具有争议的局部温升限值和最小油膜厚度的安全裕度系数。该标准具有极高的工程实用性和保守的安全设计哲学，反映了当前全球滑动轴承设计的最高水平。中方参与贡献：中国作为ISO/TC123的正式成员（P成员），积极参与该标准的制定。中国代表提出的在低转速、重载工况（类似于轧机轴承）下对可倾瓦轴承预负荷系数的修改建议，因具有扎实的风电及冶金行业实测数据支持，最终被纳入标准正文，体现了我国在滑动轴承应用领域的深厚积累。5.结论与展望ISO31657-4:2025《滑动轴承稳态条件下的流体动力滑动滑动轴承第4部分:多波瓣和可倾瓦滑动轴承计算的允许操作参数》的正式发布，标志着国际滑动轴承标准化体系在精细化、实证化方向上迈出了坚实的一步。该标准不仅为工程设计人员提供了“是什么”的知识，更通过量化的操作参数极限，明确告知了“做到什么程度”是安全与可靠的，填补了此前多波瓣和可倾瓦轴承在统一计算准则方面的空白，具有极高的权威性和无可替代的实用价值。展望未来，滑动轴承技术及相应的标准化发展将呈现以下三大趋势：第一，向智能化与动态监测集成发展。未来的标准可能会增加与在线监测数据的接口，将ISO31657-4中提供的许用参数与实时振动、温升、轴承载荷信号进行对比，从而实现从“静态设计校核”到“动态预测性维护”的跨越。第二，向更高参数与极端工况挑战。随着燃气轮机进入更高效的超临界CO₂布雷顿循环、航空发动机附件轴承向更高DN值（轴颈直径与转速的乘积）发展，现有标准中的材料许用极限（如巴氏合金温度限值）可能会面临挑战，这必将催生