水の選択に関する重要な考慮事項

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。

シャフトに傷や穴がある場合、適合性が重要です。 金属ベアリングには適合する能力がほとんどまたはまったくなく、プラスチックはシャフトに材料を塗りつけたり、溶かしたり、拭き取ったりする可能性があります。 リグナムバイタとゴムは、摩耗したり溶けたりするのではなく、欠陥に適合します。

不純物を捕捉するためにベアリングメタルに依存するバビットとは異なり、水潤滑ベアリングは異物が洗い流されるように異物の混入を防止する必要があります。 動作温度では、リグナムバイタに含まれるグアイアカム樹脂が釉薬を生成し、異物の侵入をほぼ防ぎます。

ジャーナルとベアリングの間に異種金属を使用するため、最初から電食を生じない材料を選択してください。 可能であれば、電気分解を完全に回避できる非導電性ベアリングを選択してください。

ベアリングが使用される環境を考慮してください。ベアリングは、褐色水から海水まで、さらには酸性またはアルカリ性の過酷な環境にさえ容易に耐え、完全な耐腐食性を備えていなければなりません。

ベアリングの多くが海外で製造されているため、ベアリングの入手が困難になり、「ジャストインタイム納品」がより困難になっています。 ベアリングの選択は、ベアリングが必要なときに必要な場所に配置されるかどうかを考慮する必要があります。

現在の米国環境保護庁 (EPA) の規制、国家衛生財団 (NSF) 61 の要件、および一般的な毒性の懸念を考慮すると、ベアリングの選択には環境への意識を含める必要があります。 金属ベアリングには採掘、精製、リサイクルの手配が必要です。 プラスチック/ポリマーは製造時に石油の抽出、精製、有毒化学物質を必要とするため、その結果、これらの材料の廃棄にはより多くの考慮が必要になります。 天然素材であるゴムやリグナムバイタの主な利点は、再生可能であるという利点です。 リグナムバイタはそのまま加工してすぐに使用できるため、廃棄の心配がありません。 ラテックス樹液はゴムになるように加工する必要があり、ゴムの場合は廃棄に関する考慮事項があります。

ベアリングを選択する際には、イニシャルコストだけを考慮することが重要です。 使用料の全額には、定期的な調整と予想される交換が含まれます。 交換作業は大規模な作業になる可能性があり、ベアリングにアクセスするための大規模な準備や、ベアリングを取り外して交換するための労力が必要になる可能性があります。 計画的停止と計画外の停止の両方で交換コストが発生するため、総コストを分析する際には、寿命と信頼性とともに修理とメンテナンスの履歴が重要な考慮事項となります。 計画外の停止が発生すると、収益の損失という追加費用が発生します。 ベアリングの真の価値を適切に評価するには、これらすべてを考慮する必要があります。 ベアリングの選択は非常に重要であり、使用コスト全体を考慮する場合以上に重要です。 適切に選択すれば、水潤滑ベアリングは何十年も使用でき、ポンプから航空母艦に至るまで、あらゆるものにクリーンでオイルフリーの動作を提供します。

Gene Metzger は、Lignum Vitae North America のセールス担当です。 メッツガーはアラバマ大学で工学の学士号を取得し、ペンシルベニア大学で金融の MBA を取得しています。 詳細については、www.lignum-vitae.com をご覧ください。