ISO 12167-22021 滑动轴承 - 在稳态条件下带有排水槽的静液压滑动轴颈轴承 - 第2部分带排水槽的油润滑滑动轴颈轴承的计算特性值标准立项发展报告

滑动轴承在稳态条件下带有排水槽的静液压滑动轴颈轴承第2部分：带排水槽的油润滑滑动轴颈轴承的计算特性值标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PlainBearings—HydrostaticPlainJournalBearingswithDrainageGroovesunderSteady-StateConditions—Part2:CharacteristicValuesfortheCalculationofOil-LubricatedPlainJournalBearingswithDrainageGrooves摘要关键词：滑动轴承；静液压轴承；排水槽；计算特性值；ISO12167-2；标准化Keywords:plainbearings;hydrostaticbearings;drainagegrooves;characteristicvaluesforcalculation;ISO12167-2;standardization1.引言滑动轴承凭借其承载能力强、抗冲击性能好、运转平稳、噪声低等突出优点，长期以来一直是大型旋转机械支承系统的首选形式。在各类滑动轴承中，静液压滑动轴颈轴承通过外部供油系统将高压油注入轴承间隙，形成具有足够刚度的压力油膜，从而在轴颈静止或低速运转状态下即可建立完整的流体润滑状态。这一独特优势使得静液压轴承特别适用于频繁启停、重载低速或对轴心位置精度要求极高的应用场景，如大型水轮发电机组、轧钢机、重型立式车床以及天文望远镜驱动系统等。排水槽（drainagegrooves）是静液压滑动轴颈轴承设计中的关键结构要素。合理布置的排水槽能够有效控制轴承各油腔之间的流量分配，防止相邻油腔压力相互干扰，同时有助于带走轴承运行过程中产生的热量，控制轴承温度在允许范围内。然而，排水槽的存在也改变了油膜压力的分布规律和轴承的整体静特性，使得此类轴承的承载能力、油膜刚度、流量需求和功耗等关键性能参数的计算远比普通圆柱轴承复杂。ISO12167-2:2021正是在这一技术需求背景下制定的国际标准。作为ISO12167系列标准的第二部分，该标准聚焦于带排水槽的油润滑静液压滑动轴颈轴承在稳态条件下的计算特性值，为工程设计人员提供了一套统一、规范且经过验证的计算方法。本报告旨在全面解析该标准的技术内涵、编制背景和应用价值，为相关领域的技术人员和管理人员提供参考。2.标准编制背景与立项依据2.1行业发展的技术需求随着全球装备制造业向大型化、精密化、智能化方向持续迈进，旋转机械的单机功率和转速等级不断提升，对轴承支承系统的性能要求也日益严苛。以大型汽轮发电机组为例，单机容量已从早期的数百兆瓦发展到目前超超临界机组的1000MW以上等级，轴径尺寸和轴承比压显著增大，传统动压滑动轴承在启停阶段和低速重载工况下的边界润滑问题日益突出。静液压轴承技术为上述工程难题提供了行之有效的解决方案，在国内外大型旋转机械中得到了越来越广泛的应用。与此同时，静液压轴承的设计长期以来高度依赖各制造厂商的经验公式和内部设计规范，缺乏统一的国际技术语言。不同企业设计的同类轴承，在性能预测、结构尺寸选择和计算方法上存在显著差异，严重制约了技术的交流与推广。行业亟需一份能够统一术语定义、规范计算流程、明确特性参数取值方法的国际标准。2.2国际标准化工作基础国际标准化组织ISO下设的ISO/TC123“滑动轴承”技术委员会是滑动轴承领域国际标准制修订的权威机构。该技术委员会秘书处长期由瑞典标准协会（SIS）承担，其工作范围涵盖各类滑动轴承的术语、分类、几何公差、材料、计算方法和试验方法等方面。在静液压轴承标准化领域，ISO/TC123已先后制定并发布了多项重要标准，逐步构建起较为完善的静液压轴承标准体系。ISO12167-1:2021《滑动轴承在稳态条件下带有排水槽的静液压滑动轴颈轴承第1部分：无排水槽油润滑静液压滑动轴颈轴承的特征值》与ISO12167-2:2021互为补充，分别针对带排水槽与不带排水槽两种典型结构形式给出了计算特性值。这一标准体系的形成，不仅满足了工程界对静液压轴承规范化设计的迫切需求，也体现了ISO/TC123在该领域持续深耕的标准化工作成果。2.3标准修订的必要性在ISO12167-2:2021发布之前，该领域主要参考的国际文件为ISO12167-2:2001版本。相较于2001版，2021版在以下方面进行了系统性修订和更新：-技术内容更新：基于近二十年来静液压轴承理论研究和工程实践的最新成果，对部分特性参数的计算模型进行了修正和完善，提高了计算精度和适用范围的准确性；-结构体系优化：根据ISO导则对国际标准结构的最新要求，重新调整了章节编排，使标准的技术逻辑更加清晰、使用更加便捷；-编辑性修订：对术语定义、符号体系、公式表述和参考文献进行了全面校核与更新，确保标准与其他相关国际标准（如ISO12168、ISO7902等）的协调一致性。3.标准技术内容解析3.1标准范围与适用条件ISO12167-2:2021明确规定了在稳态运行条件下，带有排水槽的油润滑静液压滑动轴颈轴承计算特性值的确定方法。该标准适用于采用外部压力供油、在轴颈与轴承之间通过静压作用形成承载油膜的圆筒形滑动轴颈轴承。所谓“稳态条件”，是指轴承在恒定的转速、恒定的外载荷和恒定的供油参数（供油压力、供油温度、油品黏度等）下运行，油膜压力场和温度场不随时间变化的工作状态。标准的适用范围涵盖以下典型工况：轴颈转速可为零（纯静压工况）至一定范围内的低速运行状态；供油压力远高于环境压力；润滑油为不可压缩的牛顿流体，流动状态为层流。对于超出上述适用范围的工况（如高速动压效应显著、润滑油呈现非牛顿特性等），标准提示使用者应结合其他相关标准和工程经验进行补充分析。3.2术语与符号体系标准在第3章定义了与本标准应用相关的核心术语，包括：静液压滑动轴颈轴承（hydrostaticplainjournalbearing）、排水槽（drainagegroove）、油腔（recess/pocket）、节流器（flowrestrictor/capillary）、承载能力（load-carryingcapacity）、油膜刚度（oilfilmstiffness）、流量（flowrate）、摩擦功耗（frictionpowerloss）等。每一个术语均给出了准确、无歧义的定义，并辅以必要的示意图（如图1所示的标准轴承结构示意）。标准还建立了完整的符号体系，涵盖几何参数（如轴颈直径$d$、轴承直径$D$、轴承宽度$B$、半径间隙$C$、排水槽尺寸等）、运行参数（如转速$n$、供油压力$p_s$、环境压力$p_0$）、润滑剂性能参数（如动力黏度$\eta$、密度$\rho$、比热容$c_p$）以及无量纲特性系数（如Sommerfeld数、流量系数、承载系数等）。统一的符号体系为国际间的技术交流和工程协作消除了语言和习惯差异带来的障碍。3.3计算特性值的确定方法标准的核心技术内容在于给出带排水槽静液压滑动轴颈轴承各关键计算特性值的确定方法。主要特性值包括：（1）承载能力与承载系数标准给出了基于雷诺方程的简化求解方法，将排水槽导致的压力边界条件变化纳入计算模型，得到了不同偏心率、不同排水槽几何参数下的承载能力数值。承载系数作为无量纲参数，将轴承几何参数、供油参数与承载能力联系起来，便于设计人员进行方案对比和优化。（2）油膜刚度系数油膜刚度是衡量轴承抵抗外载荷波动能力的重要指标，直接影响转子系统的动力学特性。标准给出了径向和切向油膜刚度系数的计算方法及数值图表，覆盖了不同偏心率范围内的刚度变化规律。（3）润滑油流量润滑油总流量是供油系统设计和油泵选型的基础参数。标准将总流量分解为通过节流器进入油腔的供油流量和通过排水槽及轴承两端面排出的流量两部分，分别给出了计算方法，并考虑了排水槽尺寸对流量分配的影响。（4）摩擦功耗与温升标准给出了轴承总摩擦功耗的计算公式，包括油膜剪切引起的摩擦功耗和油泵供油所需的泵送功耗两部分。在此基础上，结合润滑油流量可估算轴承的温升，为润滑冷却系统的设计提供依据。3.4计算流程与工程应用标准在附录中给出了完整的计算流程图，引导设计人员按照“确定输入参数→计算无量纲特性系数→计算实际工程参数→校核设计约束条件”的逻辑步骤完成轴承的设计计算。这一规范化的计算流程有助于减少设计过程中的遗漏和错误，提高设计效率和设计质量。需要指出的是，标准中给出的计算特性值是基于特定假设条件下的理论解和数值解，实际工程应用中应结合具体工况特点进行必要的修正，并通过试验验证设计方案的合理性。4.标准参与编制单位介绍4.1国际标准化组织ISO/TC123技术委员会ISO/TC123“滑动轴承”技术委员会是负责制定和修订滑动轴承领域国际标准的专业技术组织，其秘书处由瑞典标准协会（SIS）承担。该技术委员会汇集了来自全球各主要工业国家的标准化专家和轴承技术专家，其工作范围包括滑动轴承的术语和定义、分类和符号、尺寸和公差、材料及表面处理、计算方法和设计指南、试验和检验方法等各个技术方向。ISO/TC123下设多个工作组（WorkingGroups）分别承担不同技术方向的标准化任务。ISO12167-2:2021的修订工作由ISO/TC123相应工作组具体负责推进，工作组汇聚了来自德国、日本、中国、瑞典、美国等国家的轴承制造商、高校研究机构和检测认证机构的资深专家。各国专家在标准讨论过程中充分交流了各自的研究成果和工程实践经验，经过多轮国际投票和意见处理，最终形成了各方普遍认可的国际标准文本。4.2中国对口单位参与情况我国是ISO/TC123的积极成员（ParticipatingMember），全国滑动轴承标准化技术委员会（SAC/TC211）作为国内对口的技术组织，持续跟踪并深度参与ISO/TC123的各项标准化活动。来自国内知名高校、科研院所和骨干企业的专家学者代表中国参加了ISO12167-2:2021的制修订工作，在标准讨论中提出了多项建设性意见，为标准的完善作出了积极贡献。中国在静液压滑动轴承领域有着深厚的研究积累。国内多所高校和研究机构长期从事滑动轴承润滑理论、转子动力学和轴承试验技术的研究工作，在静液压轴承的设计方法、性能测试和工程应用方面取得了大量具有国际先进水平的科研成果。这些研究成果为我国实质性参与国际标准制定工作提供了坚实的技术支撑。参与国际标准制定工作也为我国滑动轴承行业带来了显著效益：一方面，通过将国内优势技术成果转化为国际标准条款，提升了中国在滑动轴承国际标准化领域的话语权和影响力；另一方面，通过深度参与标准讨论，国内企业和技术人员及时掌握了国际最新的技术发展趋势，为国内产品的国际化竞争奠定了技术基础。5.标准实施的意义与展望5.1标准实施的技术经济意义ISO12167-2:2021的实施对于滑动轴承行业和相关装备制造领域具有重要的技术经济意义。首先，统一的计算方法消除了不同设计者之间因方法差异导致的设计结果分歧，有利于技术交流和经验共享，降低了技术合作中的沟通成本。其次，标准化的计算流程和规范化的特性参数取值保证了设计方案的可靠性和可比性，有助于减少因设计不当导致的轴承失效事故，降低装备全寿命周期成本。再次，该标准与国际上通用的转子动力学计算软件和数据接口具有良好的兼容性，便于设计人员将轴承特性参数直接应用于整机动力学仿真分析，提高整机设计水平。5.2标准体系的协调发展ISO12167-2:2021并非孤立的技术文件，它与ISO12167系列其他部分以及相关滑动轴承标准共同构成了完整的标准体系。在工程应用中，设计人员需要结合ISO12168（静液压轴承）、ISO7902（动压滑动轴承计算）、ISO12131（稳定载荷下流体动压滑动轴承）等标准进行综合分析，针对具体工况选择最适宜的轴承型式和计算方法。各国标准化技术委员会还应持续跟踪标准的实施情况，收集使用反馈意见，为标准的后续维护修订积累技术依据。5.3未来发展趋势展望未来，静液压滑动轴承技术及标准化工作将呈现以下发展趋势：（1）数值仿真与标准融合随着计算流体力学（CFD）和弹性流体动力润滑（EHL）理论的不断成熟，高精度数值仿真技术在轴承分析和设计中的应用日益广泛。未来标准有望更多地纳入基于数值仿真的特性数据，提高计算的精度和适用范围。（2）智能监测与数字孪生工业互联网和数字孪生技术的快速发展为滑动轴承的智能化运维提供了新的技术手段。将标准化的轴承特性参数与实时运行数据相结合，构建轴承数字孪生模型，实现轴承状态的实时评估和预警，是未来技术发展的重要方向。（3）绿色低碳设计在全球碳达峰、碳中和的大背景下，滑动轴承的能效水平受到越来越多的关注。降低摩擦功耗、减少润滑油消耗、提高轴承运行效率，将成为未来标准修订中重点强化的技术指标。（4）新材料与新工艺高性能工程塑料、陶瓷材料、表面涂层技术和增材制造等新材料新工艺的发展，为滑动轴承的性能提升开辟了新的空间。相应的标准化需求也将随之增长，推动标准体系的持续拓展和完善。6.结论ISO12167-2:2021作为静液压滑动轴颈轴承领域的重要国际标准，系统规定了带排水槽的油润滑静液压滑动轴颈轴承在稳态条件下的计算特性值确定方法，为该类轴承的规范化设计、性能预测和国际技术交流提供了统一的技术基准。该标准的发布实施，凝聚了ISO/TC123各参与国专家的智慧与经验，反映了当前静液压轴承技术领域的最新研究成果和工程实践水平。参考文献[1]ISO12167-2:2021,Plainbearings—Hydrostaticplainjournalbearingswithdrainagegroovesundersteady-stateconditions—Part2:Characteristicvaluesforthecalculationofoil-lubricatedplainjournalbearingswithdrainagegrooves[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2021.[2]ISO12167-1:2021,Plainbearings—Hydrostaticplainjournalbearingswithdrainagegroovesundersteady-stateconditions—Part1:Cha