ISO 12131-22023 滑动轴承.稳态条件下的流体动力滑动推力瓦轴承.第2部分推力瓦轴承的计算函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推力瓦轴承第2部分：推力瓦轴承的计算函数标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PlainBearings—HydrodynamicPlainThrustPadBearingsunderSteady-StateConditions—Part2:FunctionsfortheCalculationofThrustPadBearings摘要滑动轴承作为旋转机械中不可或缺的关键基础零部件，其设计计算精度直接影响着汽轮机、水轮发电机、船舶推进系统及大型工业泵等重大装备的运行可靠性与能效水平。ISO12131-2:2023《滑动轴承稳态条件下的流体动力滑动推力瓦轴承第2部分：推力瓦轴承的计算函数》是由国际标准化组织（ISO）发布的流体动力滑动推力瓦轴承设计计算领域的核心国际标准。该标准系统规定了推力瓦轴承在稳态工况下的承载能力、润滑油膜厚度、摩擦功耗及温升等关键性能参数的计算函数与算法框架，为工程设计人员提供了统一的数学计算模型和规范化技术路径。本报告对该标准的立项背景、技术内容、国际协调性及行业应用价值进行了系统论述。报告梳理了该标准与ISO12131系列其他部分之间的逻辑关系与技术衔接，详细解析了标准中承载特性函数、流量函数、摩擦特性函数及热平衡计算函数的递进式计算方法，深入分析了其在技术内容上的科学性与工程适用性。同时，报告介绍了国际标准化组织ISO/TC123/SC8滑动轴承分技术委员会的组织架构与工作模式，并就该标准对我国滑动轴承领域标准体系建设、装备设计能力提升及国际合作深化等方面的影响进行了展望。关键词：滑动轴承；推力瓦轴承；流体动力润滑；稳态条件；计算函数；国际标准Keywords:Plainbearings;Thrustpadbearings;Hydrodynamiclubrication;Steady-stateconditions;Calculationfunctions;Internationalstandards1引言推力滑动轴承是承受轴向载荷的关键支承部件，广泛应用于汽轮机、燃气轮机、水轮发电机组、大型压缩机、船舶轴系及核电主泵等重大旋转装备中。其设计质量与运行性能直接关系到整机的安全性和经济性。随着现代旋转机械向高转速、大载荷、高精度方向发展，对推力轴承的设计计算精度和标准化程度提出了更高要求。在国际标准化领域，ISO/TC123/SC8分技术委员会长期致力于滑动轴承设计计算方法的标准化工作。ISO12131系列标准作为流体动力滑动推力瓦轴承设计计算的权威技术文件，为全球工程设计人员提供了统一的计算方法和数据基础。其中，ISO12131-2:2023是系列标准的核心组成部分，规定了推力瓦轴承稳态工况下的各项计算函数，是连接基础理论研究成果与工程实践应用的桥梁。本报告旨在对该标准的立项背景、技术体系、编制过程和应用前景进行全面分析，为相关企业和科研机构理解和应用该标准提供参考。2标准立项背景2.1行业发展需求推力瓦轴承作为透平机械和旋转机械的核心部件，其设计水平直接决定了装备的承载能力、运行寿命和工作可靠性。近年来，随着全球能源装备向大型化、高效化方向发展，单机容量不断增大，轴向推力载荷显著增加，对推力轴承的性能预测精度提出了更为苛刻的要求。传统的经验设计方法已难以满足现代装备对轴承性能精确预测的需求，亟需一套系统的、基于流体动力润滑理论的标准化计算方法。2.2国际标准化工作基础ISO/TC123（滑动轴承技术委员会）自成立以来，已建立了覆盖滑动轴承材料、几何参数、试验方法和设计计算等多个方面的国际标准体系。其中，ISO12131系列标准专门针对流体动力滑动推力瓦轴承的设计计算，包含多个部分，分别涉及术语定义、计算函数、边界条件及数据表格等内容。ISO12131-2作为该系列的第2部分，承担着提供核心计算函数的重要职能。2.3标准修订的必要性随着计算流体动力学（CFD）技术的发展和润滑理论研究的深入，工程界对推力瓦轴承性能预测的精度需求不断提升。上一版本标准中的计算函数在某些工况条件下存在精度不足、适用范围有限等问题。此外，新材料、新润滑介质和新加工工艺的应用也要求对计算模型进行相应更新与扩展。3标准技术内容解析3.1标准适用范围与定位ISO12131-2:2023适用于稳态工况下流体动力润滑的滑动推力瓦轴承，涵盖了扇形推力瓦和矩形推力瓦等常见结构形式。标准规定的计算函数适用于采用矿物润滑油或合成润滑油的轴承系统，适用于可倾瓦块和固定瓦块两种构型。标准规定的计算函数以润滑流体的等温假设和层流流动为基本前提，在工程常用参数范围内具有足够的计算精度。3.2计算函数体系框架该标准构建了一套递进式的计算函数体系，主要包括以下几大核心模块。承载特性函数是推力瓦轴承设计的首要参数。标准给出了轴承在给定几何参数（瓦块尺寸、瓦面曲率半径、瓦块倾角等）和运行参数（转速、载荷、润滑油粘度等）条件下无量纲承载能力系数的计算函数。该函数基于经典的雷诺方程求解结果，通过引入瓦面几何修正系数和有限宽效应修正，能够较为准确地预测轴承的承载能力。润滑油流量函数用于计算通过轴承的润滑油总量，包括由转动表面带动进入瓦面收敛间隙的流体动力流量和由供油压力驱动的压力流量两部分。准确的流量计算是确定供油系统容量和润滑油冷却需求的基础。摩擦特性函数给出了摩擦力矩和摩擦功耗的计算方法。标准综合考虑了瓦面剪切摩擦损失和边缘泄漏引起的附加损耗，使得摩擦功耗的预测更贴近实际工况。热平衡计算函数是保证轴承安全运行的关键。标准规定了轴承出口油温、瓦面最高温度和平均温度的计算方法，为润滑油选择和冷却系统设计提供了依据。3.3关键参数的确定方法标准对计算过程中涉及的关键参数提供了明确的取值指导和数据基础。在润滑油粘度方面，标准给出了考虑温度影响的粘度修正方法和推荐的数据来源。在几何参数方面，标准对瓦块倾斜比、瓦面曲率、瓦块包角等参数的定义和取值范围进行了规范。在工况参数方面，明确了载荷、转速、供油压力等条件的标准化描述方法。3.4与系列标准的技术衔接ISO12131系列标准采用模块化结构设计，各分标准之间既有明确分工又形成了紧密的技术体系。ISO12131-1规定了推力瓦轴承的符号、术语和基础定义，为其他部分提供了统一的语言基础。ISO12131-2负责提供核心计算函数，是整个系列的技术核心。ISO12131-3则针对特定类型的推力瓦轴承提供更为详细的计算数据表格和实用图表。这一结构使得设计人员可以根据具体需要灵活选用相应部分，同时又保证了整个计算体系的内在一致性。4标准特点与创新4.1计算模型的科学性与先进性该标准所采用的计算函数以流体动力润滑理论为基础，通过对大量数值求解结果的回归分析获得了工程适用的经验公式。计算模型在理论推导的基础上引入了多项修正系数，使得计算结果在不同工况范围内均能保持较高的精度。与上一版本相比，2023版标准对高载荷、高转速等极限工况下的计算精度进行了针对性改进。4.2方法与数据的协调一致性标准坚持方法规范性与数据实用性的统一。所有计算函数均采用无量纲参数的形式表达，既保证了公式的普适性，又便于设计人员根据具体工况进行换算应用。标准的计算方法具有明确的使用边界条件，为设计人员在应用时正确选择计算方法提供了清晰的指导。4.3工程实用性标准的编制充分考虑了工程设计人员的实际使用需求。计算函数的设计尽可能简化输入参数的数量和获取难度，优先采用工程实践中容易获得的参数作为输入。标准的表述形式便于转化为计算程序或电子表格工具，提高了工程应用的便利性。5标准发布信息与获取渠道ISO12131-2:2023由国际标准化组织（ISO）于2023年6月8日正式发布，标准状态为现行有效。标准原文以英文发布，采用电子版加密PDF格式发行。标准定价为541.0元人民币，用户可通过国家标准信息服务平台或其他授权渠道购买下载。需要注意的是，该电子版文件采用了FileOpen数字版权保护技术，用户需在联网状态下安装相应插件后使用，且限制了累计3台电脑的安装权限和共计5次的打印权限，用户在购买和使用时需注意相关授权限制。6主要参与单位介绍6.1ISO/TC123/SC8滑动轴承分技术委员会ISO12131-2:2023由国际标准化组织ISO/TC123（滑动轴承技术委员会）下属的SC8分技术委员会（流体动力滑动轴承计算方法和设计应用分技术委员会）负责制修订工作。ISO/TC123是国际标准化组织下设的专门从事滑动轴承标准化的技术委员会，其工作范围涵盖滑动轴承的材料、设计、计算、试验、安装和维护等全生命周期各环节。SC8分技术委员会作为其核心技术分委会，汇聚了来自全球主要工业国家的滑动轴承专家，包括来自德国、中国、美国、日本、英国等国的顶尖学者和工程技术专家。SC8分技术委员会的主要职责包括：制定和修订流体动力滑动轴承的设计计算方法标准，跟踪滑动轴承润滑理论的最新研究进展并将其转化为标准技术内容，协调与其他相关标准化技术委员会（如ISO/TC115泵、ISO/TC192燃气轮机等）之间的技术接口，组织国际间的比对验证和学术研讨活动等。中国作为ISO的常任理事国，长期积极参与SC8分技术委员会的各项活动。中国机械工业联合会及其下属的全国滑动轴承标准化技术委员会（SAC/TC210）组织国内相关科研院所和企业深度参与了ISO12131系列标准的制修订工作，在标准技术内容的研究和试验验证方面做出了积极贡献。7标准应用价值与发展展望7.1标准的技术经济价值ISO12131-2:2023作为推力瓦轴承设计计算的核心国际标准，其应用价值首先体现在设计效率和设计质量的提升方面。统一的计算函数使得不同设计人员、不同设计单位之间的计算结果具有可比性，有助于行业技术交流和质量控制。精准的性能预测可以有效指导轴承选型和结构优化，降低设计冗余和材料浪费，具有显著的经济效益。7.2对中国装备制造业的支撑作用对中国装备制造业而言，该标准的应用具有重要的现实意义。我国正在大力发展核电装备、燃气轮机、大型压缩机组等高技术含量的重大装备，这些装备中的推力轴承系统均需要精确的设计计算支撑。积极采用该国际标准，有助于我国装备制造企业提升设计能力，同时也为我国主导制定相关国际标准积累了技术基础。7.3技术发展趋势与标准演进方向展望未来，随着数字化设计技术的广泛应用和智能轴承技术的发展，推力瓦轴承的设计计算正在向多物理场耦合仿真和数字孪生驱动的方向发展。ISO12131系列标准也面临着持续演进的机遇与挑战。瞬态工况下的计算函数、弹流润滑效应的影响、新型润滑介质的适用性以及机器学习方法在设计计算中的应用等，都可能成为未来标准修订和扩展的技术方向。我国应积极跟踪国际标准化动态，深度参与ISO/TC123/SC8的各项活动。同时，应加强国内滑动轴承基础研究和设计计算方法的积累，推动形成具有自主知识产权的计算工具和设计平台。通过标准"走出去"与"引进来"相结合，推动我国滑动轴承行业整体技术水平的提升。8结论ISO12131-2:2023《滑动轴承稳态条件下的流体动力滑动推力瓦轴承第2部分：推力瓦轴承的计算函数》是国际滑动轴承标准化领域的一项核心成果。该标准在继承历次版本技术积累的基础上，充分吸收了近年来流体动力润滑理论的研究进展和工程实践经验，构建了一套科学、系统的推力瓦轴承计算函数体系。标准的发布实施为全球范围内的推力瓦轴承设计计算提供了统一的技术依据，对于提高轴承设计精度、保障旋转装备运行可靠性、促进国际技术交流与合作具有重要意义。对于正处于转型升级期的中国装备制造业而言，深入理解和有效应用该标准，是提升重大装备自主设计能力和国际竞争力的重要路径。未来，随着旋转机械向更高参数方向发展和数字化设计技术的深化应用，标准内容将不断演进以适应新的技术挑战。中国相关技术机构和制造企业应持续跟进国际标准化动态，深度参与国际标准制修订工作，推动中国在该领域从标准应用的跟随者向标准制定的贡献者转变，为全球滑动轴承技术进步贡献中国智慧和中国方案。参考文献[1]ISO12131-2:2023,Plainbearings—Hydrodynamicplainthrustpadbearingsundersteady-stateconditions—Part2:Functionsforthecalculationofthrustpadbearings[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2023.[2]ISO12131-1,Plainbearings—Hydrodynamicplainthrustpadbearingsundersteady-stateconditions—Part1:Calculationofthrustpadbearings[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization.[3]ISO12131-3,Plainbearings—Hydrodynamicplainthrustpadbearingsun