水の選択に関する重要な考慮事項

Sep 05, 2023

水潤滑軸受は、水力発電、海洋、海洋、ポンプ、大口径深井戸、石油化学（火花のない運転が必須）、浄水、衛生などの多くの業界で使用されています。

どのような環境でも、時間の経過とともにすべてのベアリングに問題が発生します。 水潤滑ベアリングはベアリングに特有の課題をもたらしますが、研磨水は別のレベルの課題をもたらします。

ベアリング材料の目的は、固定ユニットと回転シャフトの間の犠牲インターフェースとして機能することです。 軸受の材料は、スティクション (接触している静止物体の相対運動を可能にするために克服する必要がある静止摩擦) を持ちすぎてはならず、負荷に耐えられるほど十分な剛性を持っていてはなりませんが、回転シャフトに傷を付けるほど硬すぎてはなりません。 これらの特性を考慮する場合、ベアリングの選択が重要です。

ベアリングが金属、ポリマー/プラスチック、天然素材のいずれであっても、スムーズに動作し、計画停止間のメンテナンスを回避する必要があります。 使用するベアリングの種類を決定する際に留意すべき重要な考慮事項を以下に示します。

摩擦を減らすことが最終目標であることを理解すると、摩擦を遮断し、すぐに流体力学的状態に移行する自己潤滑性の釉薬を備えた材料を見つけることが理想的です。 内部のボールベアリング、ローラー、その他の可動部品を使用せず、ランナーとベアリング自体のみを使用できる材料を見つける方が良いでしょう。

青銅、真鍮、バビットなどの金属ベアリングは始動時の摩擦係数 (COF) が最も高く、通常は水中では使用されません。 硬鋼ローラーベアリングを含む金属は、油またはグリースの流体膜のみに依存して動作するため、水環境で適切にシールすることが困難になります。 油を差したベアリング構成には 2 つの大きなリスクがあります。1 つは油が水にこぼれること、もう 1 つは水がわずか 2% 侵入しただけで故障することです。

プラスチックとポリマーの化学は、20 を超える配合を用いた継続的な実験です。 プラスチック/ポリマー材料は一般に COF が低いですが、長期にわたる「クリープと膨潤」が発生する可能性があり、これによりシャフトが操作摩擦の増加を克服するために苦労したり、完全に焼き付いたりする可能性があります。 さらに、一般的な川の水に含まれる研磨剤は、これらの材料の過度の摩耗や破損を引き起こす可能性があります。 ほとんどのプラスチックとポリマーは大きなクリアランスに依存しており、ベアリングの底部に早期摩耗や卵型の摩耗パターンが発生します。

天然素材のリグナムバイタとゴムは、どちらも 1800 年代半ばに適切な軸受材料として導入され、それ以来使用されています。 リグナムバイタの COF は低く、ゴムの COF は高くなりますが、どちらも水が存在するとスティクションを克服します。 リグナムバイタの特性の 1 つは、ベアリングに水が送り込まれるときに自己潤滑を可能にする釉薬を生成するグアイアカム樹脂です。 この特性により、水が下から汲み上げられてベアリングを覆うため、リグナムバイタが深井戸で動作することが可能になります。

軸受材料は、材料のはみ出しを防ぎ、エッジ荷重に耐えるために高い圧縮強度を備えている必要があります。 圧縮強度が低いと降伏や過剰クリアランスが発生する場合があります。

金属の表面亀裂や、水が化学結合を破壊するプラスチックの加水分解を回避するには、高い疲労強度または靭性が望ましいです。 加水分解はプラスチックの劣化や汚染物質の混入につながります。 天然素材であるゴムやリグナムバイタの主な特徴は、高い弾性と靭性があり、不純物が冷却水路に移動して洗い流されます。 グアヤカム樹脂に囲まれた細胞構造に結合したリグナムバイタの分子構造と高密度により、独特の靭性が与えられます。 リグナムバイタはアルミニウムに似た硬度を持っているため、濾過せずに茶色の水中の研磨剤に対処できます。

これにより、温度が変化してもベアリングの寸法が一定に保たれます。

ベアリングの材料は、一時的な歪み、位置ずれ、過負荷を引き起こす可能性のある応力が解放されるとベアリングが元の形状に戻るのに十分な弾性を備えている必要があります。 多くのシャフトは完璧ではありません。 これによりシャフトにカム効果が生じ、ベアリングにハンマリングを引き起こす可能性があり、メモリが重要な特性になります。