水潤滑軸承研究進展

王靖 方晉

摘 要：水潤滑屬于一種新型軸承潤滑方式，具有環(huán)保性能較強、成本較低、維修難度較低等應用優(yōu)勢，因此現(xiàn)已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的軸承油潤滑方式，被廣泛應用在船舶推進系統(tǒng)中。為此，本文首先分析了水潤滑軸承結(jié)構設計研究進展，其次分析了水潤滑軸承制作材料研究進展，以期為水潤滑軸承設計及制作提供參考。

關鍵詞：水潤滑軸承;結(jié)構設計;應用材料

引言：在應用軸承油潤滑方式時，船舶推進系統(tǒng)不但需要消耗大量的潤滑油，還會導致潤滑油泄漏問題，進而對海洋環(huán)境造成不必要的污染。基于此，大部分國家現(xiàn)已經(jīng)應用水來代替潤滑油發(fā)揮軸承潤滑功能，不但能夠有效減少軸承由于摩擦、振動、沖擊等操作產(chǎn)生的磨損，還能夠節(jié)約油料資源和保護海洋生態(tài)環(huán)境。

1.水潤滑軸承結(jié)構設計研究進展

1.1水潤滑軸承結(jié)構設計依據(jù)

水潤滑軸承結(jié)構設計基于軸與軸承高速相對運動形成的水膜，具體來講，水膜能夠?qū)⑤S承摩擦面上的水帶入到楔形間隙中，將摩擦面隔離開來，從而降低軸承的磨損程度。水潤滑軸承結(jié)構設計難點為軸承襯套設計，目前普遍應用在軸套內(nèi)側(cè)挖設軸向溝槽的設計方式，這是因為軸向溝槽能夠改善水潤滑軸承的內(nèi)部流場、降低軸承的徑向跳動量、提高水膜的潤滑程度、提高軸承的冷卻效率、提高軸承的抗磨損性能、有效排出潤滑水中的泥沙等物質(zhì)，但是同時也會降低軸承的承載性能。

1.2板條結(jié)構水潤滑軸承結(jié)構設計

目前，板條結(jié)構水潤滑軸承結(jié)構設計主要分為凸面型板條結(jié)構、凸面型板條結(jié)構、平面型板條結(jié)構3種，不同板條結(jié)構下，水潤滑軸承的接觸壓力分布不同，使用場景和應用前景也不同，具體如下：凸面型軸承能夠承受的接觸壓力最大，其次是平面型軸承，最后是凹面型軸承;平面型軸承在承受接觸壓力時的承載性能和潤滑性能更為良好，產(chǎn)生的摩擦系數(shù)更小，因此是3種板條結(jié)構水潤滑軸承中應用范圍最為廣泛的;凸面型軸承水膜的潤滑程度更高，排出潤滑水泥沙等物質(zhì)的效率更高。

1.3多溝槽水潤滑軸承結(jié)構設計

在船舶推進系統(tǒng)運行工藝允許的情況下，適當縮減水潤滑軸承軸瓦橡膠層厚度，有利于動壓潤滑的形成，因此能夠減小軸承的摩擦系數(shù)，進而增加軸承的應用壽命和耐磨性能。此外，基于流體動壓潤滑理論，可以得知水潤滑軸承軸在運行過程會出現(xiàn)一定的偏心情況，這表示軸承的最低點并不是水膜的最大壓力點，如果在軸承底部挖設軸向溝槽，可以在溝槽兩側(cè)較偏位置處設置橡膠板條，以此來推動水膜的形成，同時提高軸承的承載性能。

1.4螺旋槽水潤滑軸承結(jié)構設計

螺旋槽結(jié)構屬于新型水潤滑軸承結(jié)構，這是因為螺旋槽水潤滑軸承在運行過程會產(chǎn)生漩渦效應，為潤滑水泥沙等物質(zhì)的排出提供了便利條件，能夠進一步降低軸承的磨損程度。此外，相比較直槽水潤滑軸承，螺旋槽水潤滑軸承應力分布范圍較大，因此軸承的徑向跳動量更小，并且軸承橡膠襯層厚度越小，軸承的徑向跳動量越小。

2.水潤滑軸承制作材料研究進展

2.1陶瓷材料

陶瓷具有耐熱性能良好、熱膨脹系數(shù)較小、比強度較高、抗腐蝕性能良好等應用優(yōu)勢，因此是現(xiàn)階段應用頻率較高的水潤滑軸承制作材料。但是陶瓷材料在水潤滑軸承制作中的應用同樣具備一些不足之處，例如，脆性較大，這會降低軸承的抗磨損性能;硬度較高，這會增加軸承的磨損程度。SiC陶瓷材料制作而成的水潤滑軸承能夠在摩擦過程中產(chǎn)生SiO2，這種物質(zhì)能夠提高軸承的潤滑性能，因此能夠減小軸承的摩擦系數(shù)，并且有利于潤滑水膜的形成。

2.2石墨材料

石墨具有抗腐蝕性能良好、化學性能穩(wěn)定、耐高溫性能良好等應用優(yōu)勢，但是在與海水接觸的過程中容易發(fā)生偶件電極電位腐蝕現(xiàn)象，因此不適合應用在船舶推進系統(tǒng)中。經(jīng)常應用在水潤滑軸承制作中的石墨材料有純碳石墨、浸酚醛樹脂石墨等，近年來出現(xiàn)了一種浸銀石墨，其抗壓強度超過了上述石墨材料，能夠減小軸承的摩擦系數(shù)，提高軸承的耐磨性能，具有較為廣闊的應用空間。

2.3橡膠材料

橡膠材料具有振動吸收能力良好、耐磨性能良好等應用優(yōu)勢，并且在水潤滑軸承制作中還能夠通過彈性變形能自動調(diào)節(jié)軸承位置，這有利于潤滑水膜的形成。但是橡膠材料存在承載性能較差、冷卻性能較差、耐高溫性能較差等不足之處，這對其在水潤滑軸承制作中的應用形成了一定限制。為了解決上述問題，可以選擇在橡膠材料中添加石墨、碳纖維等材料使其成為改性橡膠材料，進而強化其在水潤滑軸承中的應用性能;例如，添加碳纖維后，能夠提高材料的強度和潤滑性能;添加丁晴橡膠、陶土后，能夠提高材料的定伸強度和扯斷強度;添加丁晴橡膠、石墨、超高分子量聚乙烯后，能夠降低材料的扯斷永久變形程度和阿克隆磨耗量。

2.4復合聚合物材料

賽龍具有振動強度較高、抗塑性變形性能良好、彈性較高、耐磨性能良好、振動吸收能力良好等應用優(yōu)勢;據(jù)研究實驗顯示，在相同運行條件下，賽龍水潤滑軸承的磨損量僅為橡膠水潤滑軸承的50%。飛龍具有潤滑性能良好、耐磨性能良好等應用優(yōu)勢，現(xiàn)已經(jīng)被廣泛應用在舵軸承制作中。超高分子量聚乙烯具有潤滑性能良好、吸水膨脹率較低、能夠回收再次利用等應用優(yōu)勢。由此可見，復合聚合物材料在水潤滑軸承制作中的應用，能夠普遍提高軸承的承載性能、抗沖擊性能，并且能夠適用于人工海水、自然海水、淡水多種潤滑介質(zhì)。

結(jié)束語：由此可見，節(jié)約資源和環(huán)境保護現(xiàn)已經(jīng)成為了船舶推進系統(tǒng)應用的重要趨勢，水潤滑軸承的應用則能夠滿足船舶推進系統(tǒng)的建設需求。具體來講，水潤滑軸承方式能夠被應用在船艉主軸、泵等船舶推進系統(tǒng)機械結(jié)構中，進而提高這些機械結(jié)構的應用效率，同時減少船舶推進系統(tǒng)應用成本，產(chǎn)生可觀的社會效益。

參考文獻：

[1]宋強，范華濤，王瑞，等.深海水下裝備水潤滑軸承研究現(xiàn)狀與進展[J].船舶工程，2019，4111：125-130+136.

[2]胡敬寧，薛巖，張德勝，等.海水淡化高壓泵水潤滑軸承液膜壓力分布[J].排灌機械工程學報，2018，3203：235-241.

[3]吳仁榮，林志強，吳書朗.泵用水潤滑軸承的研發(fā)和應用[J].水泵技術，2019，01：1-7+30.

（重慶長江軸承股份有限公司，重慶 401336）