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大型装备的运行可靠性、能效水平与服役寿命。推力瓦轴承作为承受轴向载荷的核心部件，在汽轮机、水轮发电机、船舶推进系统及大型泵组等重大装备中扮演着不可替代的角色。随着现代工业向高参数化、大型化方向持续迈进，对推力瓦轴承性能预测的准确性提出了更高要求。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2023年6月8日正式发布了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》，该标准为推力瓦轴承的稳态性能计算提供了统一、规范的计算函数体系。本报告系统梳理了该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容及其创新点，深入分析了标准中涉及的承载能力计算函数、润滑流量计算函数、功耗计算函数等关键技术模块，探讨了该标准对滑动轴承设计理论完善、国际技术对接以及高端装备自主化发展的推动作用。报告指出，ISO12131-2:2023的发布不仅填补了推力瓦轴承计算函数领域国际标准的最新更新空白，更为全球滑动轴承行业的技术进步和贸易便利化提供了重要的标准化支撑，对推动我国滑动轴承技术研发和产业升级具有重要的参考价值和指导意义。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；标准化一、引言滑动轴承凭借其承载能力强、抗振性能好、运行平稳、寿命长等突出优点，在汽轮机、燃气轮机、水轮发电机、大型电动机、船舶推进轴系等旋转机械中得到了广泛应用。其中，推力瓦轴承专门用于承受转子轴向推力，其工作性能直接决定整机的安全运行与可靠性。推力瓦轴承的设计涉及复杂的流体动力润滑理论，需要综合考虑几何参数、运行工况、润滑油特性等多方面因素的耦合作用。一个微小的设计偏差，在高速重载工况下都可能引发轴承温度过高、油膜破裂甚至烧瓦等严重事故，造成巨大的经济损失和安全隐患。国际标准化组织ISO/TC123/SC7（滑动轴承特殊用途滑动轴承的计算方法分技术委员会）长期致力于滑动轴承计算方法的标准化工作。在ISO12131系列标准中，第1部分规定了稳态条件下流体动力滑动推力瓦轴承的符号、允许值和应用准则，而第2部分则聚焦于推力瓦轴承的计算函数，为设计人员提供了从几何参数和运行条件出发计算轴承性能的数学工具。随着计算流体动力学和数值仿真技术的飞速发展，以及工业界对更高性能轴承的迫切需求，原有的ISO12131-2:2001版本在计算精度、适用范围和与现代设计工具衔接等方面逐渐显现出局限性。为此，ISO/TC123/SC7启动了该标准的修订工作，经过多轮国际讨论与技术论证，最终于2023年6月8日发布了ISO12131-2:2023新版本。该标准的发布标志着推力瓦轴承计算标准化进入了一个新的阶段。二、标准立项背景与编制历程2.1国际标准化环境滑动轴承领域的国际标准化工作由ISO/TC123（滑动轴承技术委员会）统筹负责。该技术委员会下设多个分技术委员会，其中SC7专门负责特殊用途滑动轴承的计算方法标准。在ISO12131系列标准框架中，各部分分工明确、相互配套，共同构成完整的推力瓦轴承设计与计算标准体系。ISO12131-1:2023《滑动轴承稳态条件下的流体动力滑动推力瓦轴承第1部分：符号、允许值和应用准则》为设计人员提供了基础性指导；ISO12131-2:2023则针对性给出推力瓦轴承的计算函数，两者构成了完整的推力瓦轴承设计计算技术规范。2.2旧版标准的局限性2001年版ISO12131-2在过去的二十余年中为推力瓦轴承设计提供了重要的技术依据，但随着技术进步和工业需求升级，其局限性日益突出。首先，原标准中的计算函数基于经典润滑理论推导，在极端工况下的预测精度有待提高；其次，原有计算函数在大尺寸轴承、新型轴承材料应用和特殊工况适应性等方面存在空白；第三，随着计算机辅助设计和数值仿真技术的普及，标准中的计算函数与现代设计工具的接口兼容性问题亟需解决。2.3标准修订的必要性随着全球能源装备向高效率、高可靠性方向发展，特别是核电汽轮机、超超临界火电机组、大型水轮发电机组等重大装备对推力瓦轴承的性能要求不断提升，轴承设计面临更加严苛的工况条件和更高的性能指标要求。与此同时，新型润滑油品、先进轴承材料及涂层技术的涌现，也对计算模型提出了新的适应要求。在此背景下，及时修订和完善ISO12131-2标准，对于反映技术发展最新成果、满足工业界实际需求具有重要意义。2.4编制历程ISO12131-2的修订工作由ISO/TC123/SC7组织推进。来自德国、中国、日本、美国、英国、法国等主要工业国家的专家参与了标准修订工作。整个编制过程经历了工作草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）等阶段，经过多轮国际表决和技术评审，最终于2023年6月8日正式出版发布。三、标准核心技术内容3.1标准总体框架ISO12131-2:2023在保持与第1部分协调一致的基础上，系统规定了推力瓦轴承在稳态条件下的计算函数，主要包括以下核心技术模块：承载能力计算函数：基于流体动力润滑理论，建立了推力瓦轴承承载能力与几何参数、运行工况和润滑油性能之间的定量关系。该函数涵盖了瓦面面积、瓦块数目、瓦面倾角、润滑油粘度、转速和轴向载荷等关键参数，能够较好地预测轴承在不同工况下的承载特性。润滑流量计算函数：提供了计算推力瓦轴承所需润滑油流量的数学方法。润滑流量直接影响轴承的温度场分布和热平衡状态，是判断轴承热稳定性、冷却效果及润滑系统设计的重要依据。该函数考虑了供油压力、瓦块几何形状、间隙和转速等因素的影响。功耗计算函数：给出了推力瓦轴承摩擦功耗的计算方法。摩擦功耗是评价轴承能效水平的核心指标，也是计算油温升高、确定润滑系统容量和冷却系统设计的基础参数。计算函数综合考虑了粘性摩擦损失和剪切热效应。最小油膜厚度计算函数：油膜厚度是判断推力瓦轴承是否处于完全流体润滑状态的关键参数。该函数为设计人员提供了判别轴承运行安全性的重要判据，确保轴承在稳态条件下维持充分的油膜厚度。温度场计算函数：针对推力瓦轴承运行中的热效应问题，标准提供了温度场分布的计算方法，包括瓦面温度和油膜温度的计算。温度计算是评估轴承热承载能力和选择合适润滑油品的重要依据。3.2关键技术改进与创新点相较于2001年版，2023版ISO12131-2在多个方面实现了技术升级：（1）计算模型精度提升：新版标准在保留经典润滑理论框架的基础上，引入了更为精细的修正系数，特别是在瓦块变形修正、热效应修正和供油特性影响等方面进行了改进，显著提升了极端工况下的计算精度。（2）适用范围扩展：新版标准对大型推力瓦轴承的适应性进行了专门考虑，拓展了尺寸参数的有效范围，并对高滑动速度工况的计算函数进行了优化调整。（3）与现代设计工具衔接：新版标准的计算函数更加规范化、模块化，便于直接嵌入计算机辅助设计软件和数字孪生平台，实现了与现代化设计手段的有机融合。（4）坐标系和符号体系优化：新版标准对计算中的坐标系定义和符号体系进行了系统优化，使计算过程更加清晰、一致，便于国际工程技术人员统一理解和使用。3.3与相关标准的协调ISO12131-2:2023与ISO12131-1:2023紧密配合，同时与ISO12128（滑动轴承质量特性计算）、ISO12129（滑动轴承术语、定义和分类）等标准保持协调一致。该标准也与ISO4382系列（滑动轴承材料）和ISO3448（工业液体润滑剂ISO粘度分类）等标准相互衔接，构建了完整的滑动轴承设计计算标准体系。这种标准间的协同效应确保了从材料选择、润滑剂选用到轴承设计计算的全程标准化覆盖。四、主要参与单位介绍4.1ISO/TC123/SC7分技术委员会ISO12131-2:2023的修订工作由ISO/TC123/SC7（滑动轴承特殊用途滑动轴承的计算方法分技术委员会）组织开展。该分技术委员会汇聚了全球滑动轴承领域顶尖的技术专家和研究机构，秘书处长期由德国标准化协会承担，充分体现了德国在该领域的深厚技术积淀。SC7的工作范围涵盖特殊用途滑动轴承的计算方法标准制定与修订，其技术工作聚焦于：-流体动力滑动轴承的稳态和瞬态性能计算方法-特殊工况条件下的轴承性能预测与验证方法-与现代计算工具和设计方法相匹配的标准化接口4.2德国弗劳恩霍夫材料力学研究所的支撑作用德国弗劳恩霍夫材料力学研究所作为国际知名的应用研究机构，长期深度参与SC7的技术工作，为标准的编制提供了重要的理论和技术支撑。该研究所在摩擦学、轴承技术和计算力学领域拥有世界领先的研究能力和丰硕的研究成果，其研究团队在流体动力润滑理论、轴承性能数值模拟和试验验证等方面积累了丰富的经验。IWM的研究人员参与了ISO12131-2:2023标准中多个计算函数的理论推导和验证工作，特别是在瓦块变形修正、热效应处理和极端工况适用性等关键技术上贡献了大量基础研究数据和试验验证成果。此外，IWM还协调组织了多项国际对比验证项目，确保了标准中计算函数的可靠性和通用性。4.3中国参与情况中国作为ISO的常任理事国和ISO/TC123的积极成员，长期关注并深度参与滑动轴承领域的国际标准化工作。中国机械工业联合会组织国内相关科研院所和企业参与了ISO12131-2:2023的修订工作。西安交通大学润滑理论及轴承研究所、上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室、洛阳轴承研究所有限公司等国内知名机构在标准修订过程中积极贡献了中国在推力瓦轴承领域的研究成果和工程实践经验，有效提升了中国在该领域国际标准制定中的话语权和影响力。五、技术发展趋势与标准实施展望5.1技术发展趋势当前，推力瓦轴承技术正朝着高参数化、智能化、绿色化方向快速发展。在能源装备领域，超超临界机组参数进一步提升、核电大型化趋势明显、海上风电和光伏等新能源装备快速增长，均对推力瓦轴承的技术性能提出了更高要求。在智能化方面，集成传感技术、数字孪生和预测性维护的智能轴承成为重要发展方向。在绿色化方面，节能降耗、低摩擦设计和环保润滑介质的应用日益受到重视。5.2标准实施建议针对ISO12131-2:2023在我国的推广实施，提出以下建议：（1）加快标准转化：建议全国滑动轴承标准化技术委员会尽快启动该标准的采标工作，将其等同采用为推荐性国家标准或行业标准，使国内设计人员能够及时获得并应用最新国际标准。（2）加强标准宣贯与培训：组织面向轴承制造企业、装备设计单位和检测机构的技术培训，使相关技术人员深入理解和正确应用新版计算函数，提高标准实施的准确性和有效性。（3）推进设计软件开发：鼓励国内软件企业和科研机构基于该标准开发自主知识产权的推力瓦轴承计算软件，提升我国在该领域的设计工具自主可控能力。（4）推动产学研协同：促进高校、科研机构与轴承企业的深度合作，围绕标准中的关键计算函数开展深入的理论研究和试验验证工作，为进一步完善标准提供技术支撑。5.3标准化工作展望展望未来，ISO/TC123/SC7将继续围绕以下方向推进滑动轴承计算标准的研究与制定：一是瞬态条件下推力瓦轴承性能计算方法的标准化，以满足快速启停和变工况运行的需求；二是混合润滑和边界润滑条件下轴承性能计算方法的探索；三是新型润滑介质（如低粘度合成油、环保型润滑剂）条件下的计算模型适应性研究；四是与数字化设计和智能制造深度融合的标准接口规范研究。六、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》的发布，是滑动轴承国际标准化工作的一项重要成果。该标准系统规定了推力瓦轴承稳态条件下的各项计算函数，涵盖了承载能力、润滑流量、功耗、最小油膜厚度和温度场等核心计算模块，为全球推力瓦轴承的设计和性能预测提供了统一的、科学的计算方法依据。该标准所构建的计算函数体系兼顾了理论严谨性与工程适用性，在现代计算工具衔接和极端工况适用方面实现了实质性技术升级，代表了当前推力瓦轴承稳态性能计算领域的国际先进水平。该标准的实施对于提升推力瓦轴承设计水平、保障重大装备运行安全、促进国际贸易与技术交流具有重要意义。对我国而言，应积极推动该标准的转化应用，加强标准宣贯培训，深化产学研合作，不断提高我国滑动轴承行业的技术创新能力和国际竞争力，为实现高端装备自主化发展和质量强国战略目标贡献标准化力量。参考文献[1]ISO12131-1:2023,Plainbearings—Hydrodynamicplainthrustpadbearingsundersteady-stateconditions—Part1:Symbols,allowancesandapplicationguidelines.[2]ISO12131-2:2023,Plainbearings—Hydrodynamicplainthrustpadbearingsundersteady-stateconditions—Part2:Functionsfortheca