CN104141695B - 水和谐轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供水和谐轴承，揭示出利用水与润滑剂协作支持轴承综合功能的方法和实施方案，打破了此前思路中轴承设计运行时的对水直接介入的排斥，通过采纳与水和谐的润滑剂将水的负面作用克服并将水的正面作用直接利用到轴承工作面，提升了轴承的功效。同时提供了水和谐轴承由的三大件组成：轴承硬件、水和谐润滑剂、水；其中轴承硬件最少包括外(上)滚道、内(下)滚道、滚动体，还可以包括保持器和密封盖；润滑剂起码直接接触并保护了滚道与滚动体；水成为轴承的直接有用部件，起码直接接触润滑剂并仅隔着润滑膜接触了滚道和滚动体。

Description

水和谐轴承

技术领域

本发明涉及一种滚动轴承。

背景技术

绝大多数轴承特别是滚动轴承，其内部支撑转动部分与润滑成份都是怕水的，都需要避免与水接触。怕水的主要技术原理是，这位置所依靠的润滑剂，在水的参与下会很快因为被乳化、溶解、被水渗透等作用而失去润滑防护功能，其中水的渗透更通过锈蚀氢脆等机理快速破坏轴承支撑面，迅速导致轴承的磨损而报废。因此，传统的轴承技术，都是尽量设计好密封以防止水进入到支撑转动部位、尽量设计成将轴承在无水环境中使用、或者选择不怕水的轴承材料比如塑料陶瓷不锈钢等制作轴承--但因为没有合适的流体润滑剂，仍然是以牺牲了轴承寿命为代价。也就是说，防水，是这类轴承的设计与使用的习惯思索方式。

本技术通过在传统轴承中采纳特殊的水相容润滑剂而组合成水和谐轴承，展示了另一种水与轴承的亲密关系而不是相对抗的关系。

发明内容

发明要解决的问题。

传统轴承经常遇上主动或者被动遇上水的情况。

被动的情况比如，轴承工作在室外、海河湖池等水域。比如水面或水内作业工具与交通工具中的轴承、水泵轴承、室外使用的电动工具轴承、交通工具轴承等等。

主动遇水的情况，比如需要用水来对轴承或者轴承外围设备进行冷却等的操作。比如钢厂连铸机轴承、高温炉用轴承。

但是常规技术中，水与润滑及轴承摩擦表面是水火不相容的，水对摩擦表面及润滑剂有极大伤害作用。

因此，面对遇水情况，此前的技术是尽量作好密封与隔离。

密封与隔离，即带来复杂的设计、成本，同时更有密封隔离失效的技术风险。

另外，主动遇水，例如在高温轴承的使用场合，会设计采纳水的冷却能力来对轴承进行冷却，有时是在已经密封好的轴承外座浇淋式冷却、有时可以设计成在轴承座内夹套式走水冷却，夹套式冷却避免了水接触润滑剂和轴承摩擦面的负面问题，但其冷却效果是依靠轴承座与轴承外套圈(或内套圈，有时循环水在轴内夹套中流动)的金属热传导完成的，水温与轴承摩擦表面及润滑剂间的温度差仍然可以较大，甚至超出了设计预期，即间接的水冷效果仍然可能有不能满足之处。

而轴承运转时的摩擦表面温度，与磨损构成正比关系，温度越高则磨损可能性更大，因此努力控制表面温度是有利于轴承寿命的，这也是本发明要解决的问题之一。

以下小结要解决的问题。

问题之一，避免在正常设计与使用的情况下水意外渗入到轴承摩擦表面与润滑剂内的时候，对轴承的过度破坏。

问题之二，密封隔离的设计太复杂的，为避免水的进入而投入的技术经济代价太大。

问题之三，水冷却能力或者水的其它能力没用足，需要更大幅度、或者最大幅度地利用水的大的热潜能对冷却的贡献用其它贡献。

用于解决问题的方案。

本发明首要是打破水与摩擦表面及润滑剂属于敌对的、不相容、排斥的传统观念，而引入可以三者直接相容与和谐的设计理念。即，水可以作为有效成分或者不起负面作用的成分直接介入轴承润滑剂中及轴承摩擦表面中。此为本发明方案之第一关键点。

所说轴承润滑剂及轴承摩擦表面，本发明中简称轴承工作面。

方案延伸出的重点，就是主动往轴承内引入水，即本发明的最大特征是，本轴承由三类大件构成：一是传统的轴承固态机械构件即内外套圈和滚动体和/或保持器(以下简称轴承硬件)、二是流体态的润滑剂(润滑脂)、三是水。

传统轴承理念，是不可以含水的，只有前二类大件。

水是冷却能力最强的流体之一，其热容量与蒸发潜能都很大，蒸发前的温升与蒸发时的吸热，都可以吸纳很多热量，是最普遍采纳的冷却剂。同时在本发明中，相对于润滑剂、金属、能量，水是资源但是可再生、是被污染物而不是污染源、是高效低耗而非低效高耗。所以十分值得用于轴承润滑控温的因素。

而轴承工作面的温度又跟磨损正比性关联。

但此前技术，未考虑直接将水用于轴承工作面的降温技术。

比如钢厂轴承，经常工作在高温环境中，已经被采纳过的降温技术，包括在轴承座外面的水淋式降温、轴承座内夹套水流式的降温、润滑油脂流动的降温、润滑雾气的流动降温等。但效果有限，仍然存在不满意。结果导致大量消耗润滑剂、冷却水、轴承、电、停工维护。

将水导入到轴承工作面，可以无悬念地将轴承工作面的温度控制在100度以下，直至常见的循环水温比如50度。相比于经常工作在近200度的情况下，在此温度下的轴承寿命得到大幅度的提升。

为了此设计理念，采纳对水和谐的润滑剂至关紧要，是解决本发明的问题的技术关键。此润滑剂涉水时有两大特征：一是本身不被水所破坏，在水环境中有足够寿命的维持原润滑剂状态的能力；二是对金属的保护作用在水环境中仍然有足够的寿命与能力，主要是润滑能力和防锈保护能力。

关于轴承硬件。

为了此设计理念，采纳对水有抵抗能力的不锈钢等金属、或者陶瓷、或者塑料作为轴承的套圈、滚动体、保持器，这也是本发明的可选择的技术辅助方案之一。

本发明的重点不在硬件上的探讨，硬件方面可以参照所有已知的轴承硬件技术来处理。

本发明轴承的第二大件，是润滑剂。选择适合使用条件场合满足润滑功能需求的润滑剂，是本发明实现具体的水和谐轴承的关键技术。

以下叙述此润滑剂。

同样的轴承硬件，没有润滑与有良好润滑相比较，二者在使用寿命上可以发生数倍到高达数亿倍的差距。传统滚动轴承的润滑以流体润滑为综合最佳，特别是用润滑脂润滑为综合最佳。传统的润滑脂，考虑好了丰富的润滑场合需要的种类，本发明同样要考虑这些类的情况。以下分类叙述其中较重点的考虑。

要考虑润滑剂对磨损摩擦的作用。

传统流体润滑剂通过控制粘度、对金属的物理吸附性或表面张力、以及个别情况下的分子化学作用，来实现对磨损摩擦的控制。水的参与，会以不同的原理干扰直至完全破坏传统的作用。例如，水会稀释润滑剂从而降低润滑油膜厚度或者分解掉本应连续存在的润滑膜；水会与添加剂竞争金属表面促使分子膜润滑失效或者发生锈蚀磨损。

但是，本专利通过选择化学性质与水相互惰性的润滑剂成份组成的水相容的润滑剂，改变润滑剂与金属的表面张力存在状态，而强化润滑油膜的强度。即原先金属-润滑剂-空气形成的表面润湿状态，被金属-润滑剂-水所替代，水代替了此前空气的位置，导致表面张力发生变化。对本发明有益的变化，是通过合理选择金属表面与润滑剂，使得水对空气的替代反而强化了润滑剂在金属表面的吸附铺展，形成更加致密的润滑剂膜。同时，水能消解润滑剂的剪切阻力、因此可以预先选择粘度与程度更大的润滑剂，以此增加润滑承载能力而不带来阻力负作用。

要考虑润滑剂在各种工作状态下维持本身原有良好状态的能力。

比如温度会导致润滑剂的物理性质改变比如粘度与稠度的改变。水的参与，能将温度自动控制在0到100摄氏度之间，或者更准确地控制在流动性水的温度点上。间接水冷法的冷却控温没这么好的水平。

比如高温会促使润滑剂热变质，通常认为，温度每增加10摄氏度，变质速度加快一倍。而水能将其温度轻松控制在0到100摄氏度之间。

高温与氧气的存在会润滑剂的氧化变质。水既控制了温度的过高，同时更通过水层隔绝了空气对润滑剂的氧化作用。

运转速度即频繁工作会导致粘度稠度的变化直至可能失去稠度而流失、失去粘度而丧失油膜润滑能力，即所谓剪切安定性。在合理选择了润滑剂时，水的存在更能减缓分担部分剪切力，相同的剪切下，被破坏的程度更低。

润滑剂在轴承表面的粘着能力与自身内聚力。

合适的粘着力与内聚力可以支持润滑剂在所注入部位的保持，不流失；相反，则润滑剂会在外力比如离心力、重力、挤压力、风力、其它流体冲刷力等作用下从润滑点流失。

水的介入，多数情况是会大大消解此保持力，技术原理是水对润滑剂成分的溶解作用、乳化作用、水解作用、范德华作用、电荷作用等，都可以润滑剂的物理化学结构，特别是在温度、时间、搅拌等支持下，更会强化加剧此类作用。

但是，本发明通过合理选择润滑剂化学物理成分，以及考虑表面张力因素，反而使水更加促进了润滑剂的内聚力。其效果是润滑剂在水存在下，反而更加聚团不流失，能在润滑点维持更长时间的润滑保留。

本发明的第三类大件，是水。

水和谐轴承中的水的功用，有以下三项功用，但不限于此三项功用，叙述如下。

水是控温元素。水在轴承工作面，起冷却降温作用，直接控制轴承工作面温度在0到100摄氏度之间。

水是表面张力的转化元素。水，将体系的相界面关系，由之前的“润滑剂-空气”或者“润滑对象(金属)-润滑剂-空气”，转化成“润滑剂-水”或者“润滑对象(金属)-润滑剂-水”或者“润滑对象(金属)-润滑剂-水-空气”。该转化，可以导致润滑剂在润滑对象(金属)表面的润湿铺展的变化、和润滑剂内聚力的变化。多数情况下，是希望强化了润滑膜的强度和增强了润滑剂的内聚力。

水是润滑剂与硬件的保护元素。阻隔氧气、辐射对润滑剂的破坏；阻挡粉尘等固态杂质渗入轴承工作面，更甚的可以通过造成水的流动正压强，阻挡外界的有害物质透过密封入侵于轴承工作面。

水的化学成分，作以下叙述。

因被动因素介入的水，可能包含有水分子之外的复杂的成分。比如海水的盐分等、可以通过轴承硬件的材质选择得以解决；比如也可能有悬浮于水中而介入的固体机械杂质，这是轴承运行所忌讳的成分，可以增设过滤技术解决。另有部分成分，可能是本专利所未解决的事项。

因主动因素导入的水，可以是纯净的水，也可以是自来或水自然水，也可以是含有某类有用途的表面活性剂的水，也可以是包含有防锈成分的水。

作为轴承件之一而引入的水，其存在或引入的方式，叙述如下。

它可以是轴承工作领域有可能被动接触的水。水的数量占据轴承内部剩余空间的1％到超过100％。为区别出本发明的创造性，被动存在的水，以是否是人为有目的的用于推动有效润滑作为准则。

它也可以是为其它目的而主动导入的水。水的数量占据轴承内部剩余空间的1％到超过100％。为其它目的导入的水，若未在本发明之水和谐润滑剂的同时采纳下得到润滑促进，刚不属于本发明范畴。

它也可以是为了不同的使用目的，参与到轴承工作面的水。

它可以在轴承工作面一次性存在。水的数量占据轴承内部剩余空间的1％到超过100％。

它也可以是间隙性进入的水。水的数量占据轴承内部剩余空间的1％到超过100％。

它也可以是通过轴承内部流动(循环流动或者不循环流动)的水。水的数量占据轴承内部剩余空间超过100％。

无论主动或者被动存在的的水，无论是何种方式引入，无论水量多少，此前的实际工作中都常有出现，而作为本发明范畴的水，应该同时具备两项特征：一是人为目的性明确，即水是有目的的用于以上叙述的几大功用之一或者多项、或者是应对密封难题的目的；二是使用水和谐润滑剂。不具备这两项特征的轴承，不属于本发明范畴。举例用耐水硬件比

磨要求高的场合。

滚动轴承硬件的材质，采纳尼龙等塑料，用在静态水合时间很长而承载要求不高的场合。

以下叙述第二类大件润滑剂。

采纳水相容水和谐的润滑剂，其特点是润滑剂的配方材料尽量不与水发生溶解或乳化分散或者化学反应、尽量不发生脂结构的破坏、与轴承金属表面有很强粘附力、特别是在水环境中在水的作用下，受表面张力与化学力作用促使润滑剂的内聚力与金属粘着力更加增强，对轴承有润滑防锈保护能力。本发明所述的水和谐润滑剂的组成可以十分丰富不一，与常规润滑剂的抗水概念和组成技术容易重叠，区分本发明创新性的特征原则有二：针对轴承的功能，使用该技术的目的是欢迎或者至少不忌讳水进入轴承工作面；使用该技术的结果是水的介入提升了轴承的综合效果。

其特殊效果是，在此润滑剂的保护下，1，在有水环境下，不论其是少量水，还是全浸没于水，轴承的所有功能与通常的不在水环境下运转的轴承的功能效果一样，综合功能甚至抗磨能力、使用寿命、克服苛刻工况条件的能力更有所提高强化；通常的润滑脂是作不到的；2，但本发明并不排斥同样的润滑脂也可以实现在无水环境下的良好功能，即该轴承即使在无水环境下其所有功能也有可能实现与通常已知的不在水环境下运转的轴承的一样的功能效果，但也有可能在无水环境下效果大大不如，任何情况都不减损本发明水和谐轴承的最低使用效果。

以下叙述第三类大件水

可以是工作状态被动浸入的水。

可以是主动引入的水。

可以以浸没、滴加、浇淋、流过、循环流动等多种方式引入。

此水最好是纯净水，也可以是工业自来水自然水或者工厂常规使用的循环冷却水。

例举用于钢厂连铸机托辊的水和谐轴承的实施方案一。该轴承装配于托辊的两端，置于轴承座中。该轴承包含有：外套圈、内套圈、置于外套圈和内套圈之间的滚动体、分隔滚动体的保持器、在外套圈与内套圈构成的空间内及滚动体占据的空间外所构成的空腔中几乎填满的水和谐润滑脂，轴承硬件部分以轴承钢为主材质，轴承安装于托辊轴颈与带有密封盖的轴承座中，轴承座或者密封盖上开有水的进出通道，连接上管路，水由泵慢速从进口进入，再由出口流出，水漫经轴承工作面，水可以单独循环、所有轴承统一循环、与其它用冷却水统一循环、或者单向流动，水排放至水排放管网。

例举用于钢厂连铸机托辊的水和谐轴承的实施方案二。该轴承装配于托辊的两端，置于轴承座中。该轴承包含有：外套圈、内套圈、置于外套圈和内套圈之间的滚动体、分隔滚动体的保持器、在外套圈与内套圈构成的空间内及滚动体占据的空间外所构成的空腔中几乎填满水和谐润滑脂，轴承硬件部分以轴承钢为主材质，轴承安装于托辊轴颈与带有密封盖的轴承座中，密封盖虚松并不盖牢，在密封连接处装上透水不透固体杂质的滤网式密封垫，往轴承座密封位置浇淋冷却水，水透过滤网渗入轴承座内并进入到轴承工作面。

Claims (4)

1.一种滚动轴承的运用方法，所述滚动轴承由轴承硬件、水和谐润滑剂、水构成；加工有滚道的外套圈、加工有滚道的内套圈、夹于内外套圈滚道间的滚动体、隔离滚动体的保持器、含有密封盖或者不含有密封盖，组成了所述轴承硬件；

所述水和谐润滑剂存在于套圈和滚动体和保持器表面以及上述表面所构成的空腔中，数量占该空腔体积的1％到99％；

所述水存在于套圈和滚动体和保持器和水和谐润滑剂表面及上述表面所构筑的空腔内、或者直至延伸到该空腔外，数量占该空腔的1％到大于该空腔的100％；

其特征在于，将水对轴承摩擦表面及水和谐润滑剂直接接触，将水运用为轴承的有效因素，利用水的热潜能控制轴承润滑表面温度；

所述水和谐润滑剂采用的是水和谐润滑脂；

所述滚动轴承用于钢厂轧机的轴承导入水对轴承的润滑摩擦面直接接触，用以冷却并排剂其它机械杂质进入轴承工作面；

或者，用于有粉尘杂质状态下的轴承通过注入处于内部正压状态的水来排挤外界杂质入侵轴承滚动面。

2.根据权利要求1所述的滚动轴承的运用方法，其特征在于，所述滚动轴承用于钢厂连铸机，此轴承用冷却水对轴承摩擦面与润滑脂直接接触冷却。

3.根据权利要求1所述的滚动轴承的运用方法，其特征在于，所述滚动轴承用于烘箱或烤炉高温与辐射状态下的轴承，此轴承导入冷却水对轴承润滑摩擦表面直接接触冷却。

4.根据权利要求1所述的滚动轴承的运用方法，其特征在于，所述滚动轴承用于化工的高温与辐射状态下的轴承，此轴承导入冷却水对轴承润滑摩擦表面直接接触冷却。