API 610泵聯軸器選用說明
2022-05-13作者：謝小青 來源：泵沙龍
API 610標準是由美國石油學會編寫和監管的一套標準，其目的是確保設備在可能危險的行業或工況中能可靠和安全運行。該標準側重于化工、石油和天然氣行業離心泵在安全性、可維護性和可靠性方面的Z低要求。
標準涵蓋了所有離心泵組，包括臥式和立式泵、單級和兩級泵、多級泵、單殼體和雙殼體泵、立式濕坑泵、立式（干坑）筒袋泵，以及石油和天然氣行業的其它產品。API 610泵用于海上石油鉆井平臺、陸上石油生產設施、煉油廠、化工和天然氣處理廠以及發電站等許多領域。
聯軸器是泵組中的重要部件，其選型對泵組的安全、可靠運行至關重要。本文將就API泵聯軸器的選型、設計及標準要求進行簡單介紹。僅供參考。
聯軸器的選型
用于API泵的聯軸器，應安全、可靠、易于維護，并為其設定了一定的標準/要求。
API 610聯軸器是一種全金屬帶撓性元件和中間加長節（也稱中間隔軸）的聯軸器，符合美國齒輪制造商協會（AGMA）9000的9級平衡質量標準，以減少振動。如果運轉速度超過3,800 rpm，則必須符合標準化組織（ISO）40441的平衡要求。
除此之外，還設定了其它要求，這些要求都確保安裝高可靠性且易于使用的聯軸器，這使得API泵組中柔性聯軸器的規格和選型成為一項重要的任務。
撓性聯軸器設計用于保護傳動軸、軸承和齒輪等免受與應力相關的變化、不對中和結構變化的影響。
在一些關鍵裝置中，頻繁維護是不可接受的。金屬撓性聯軸器通常設計為基于抗疲勞原理完全消除磨損。材料疲勞是在一定應力幅值下由一定數量的應力循環引起的。在撓性聯軸器中，這基本上意味著軸在一定程度的不對中和扭矩下的旋轉次數。
對于黑色金屬材料，當應力幅值已知并保持在聯軸器中柔性元件的疲勞極限（未對中和扭矩額定值）以下時，可以承受任意數量的循環而不會產生疲勞。目標是無限的產品壽命[1]。
實際工程應用中，API泵常用的聯軸器標準為API 671。該標準第4版對聯軸器的選用主要規定有：
1）買方應規定所需要的聯軸器的類型。如無規定，應為金屬撓性元件聯軸器。
2）聯軸器應根據設備負荷來選擇，聯軸器應能傳遞Z大靜態扭矩、交變扭矩，以及在其運行過程中將經受的角向位移、軸向位移、轉速和溫度同時作用的所有條件下的Z大瞬態扭矩。通常，特殊用途聯軸器的設計和結構應使撓性元件聯軸器的Z低工作壽命至少為5年，齒式聯軸器、扭振阻尼及扭轉彈性聯軸器的Z低工作壽命為3年。該標準還給出了典型的聯軸器選型流程。
聯軸器選型時應提供如下參數：
1）傳動軸系的類型；
2）正常功率；
3）正常轉速和偏差；
4）Z大連續轉速；
5）任何確定的超速；
6）軸伸尺寸和鍵的數量及規格；
7）中間加長節長度；
8）工作環境；
9）主動機類型；
10）主動機功率額定值；
11）預計聯軸器在運行中將經受的瞬態（峰值）和交變扭矩的狀況，包括其大小、性質，以及瞬態變化出現的次數。
12）聯軸器的使用系數。
聯軸器的設計要求
石油和天然氣行業用泵組及其系統的安全性極為重要。因此，在設計過程中必須考慮所涉及的部件的嚴格要求。如果在選擇和設計API泵及其組件時不小心，可能會發生災難性故障。
API 610第11版標準規定：本標準中所涉及的設備（包括輔助設備）應當設計和制造成使用壽命至少20年（不包括表20中所示的正常磨損件），并且連續運轉壽命至少為3年。
停機時間特別是計劃外停機，每天可能會讓運營商造成數百萬美元的損失，因此所有相關組件（部件）的選擇都非常重要。從維護的角度來看，標準要求能夠對包括泵在內的整個系統進行快速、簡單的檢修。
API 671標準對聯軸器的設計要求（摘要）：
1）除非另有說明，用于選擇聯軸器的靜態選用扭矩TS應按照以下的公式選取（單位為N·m）：
TS = Tn × FS
式中，Tn為靜態傳遞扭矩，單位為N·m，等于9550 ×P/n（P為從動機在規定的額定工況下的軸功率，kW；n為與額定工況下軸功率相對應的轉速，rpm）；FS為工況系數（對于特殊聯軸器，按規定取值）。
2）除非另有說明，聯軸器應具有一個Z小的工況系數，對于金屬撓性元件聯軸器，此值為1.5 。
3）如有規定，對于穩態條件，聯軸器規格應按主動機額定值乘以1.2確定（一般不含主動機的工況系數）。
4）除非另有規定，聯軸器與軸的連接處以及機器軸系應能在按上述1）條、工況系數以1.75代入確定的穩態扭矩下運行。
5）除非另有規定，液壓配合和無鍵配合的聯軸器 - 軸的連接處的傳遞扭矩能力應用ANSI/AGMA 9003或DIN 7190中給出的方法和公式來確定。其它計算方法經買方批準也可以使用……
6）聯軸器可以設計成通過法蘭端面的摩擦來傳遞扭矩。除非另有規定，摩擦系數應設為0.15。但是，用于聯軸器法蘭的緊固件，包括整體法蘭應不低于以剪切方式傳遞……扭矩的要求。
API 671對聯軸器的要求
API泵上Z常用的聯軸器是金屬撓性元件聯軸器，API 671標準對金屬撓性元件聯軸器的主要要求有：
1）除非另有規定，撓性元件應是金屬的。
2）如聯軸器撓性元件是工廠裝置的組合件，則聯軸器中間加長節的拆除應不影響工廠組裝的撓性元件組合件。
3）除非另有規定，金屬撓性元件聯軸器的設計應確保中間加長節組件在出現撓性元件或一個撓性組件內的元件完全失效的情況下仍能大致保持其正常的位置。
4）如果規定，聯軸器應包含如下特性，即：當出現撓性元件完全失效的情況時，還能在一個有限的時間內傳遞負荷……
5）聯軸器各零件，除了緊固件和撓性疊片以外均須完全加工，以盡量減少其原有的不平衡。所有暴露表面均應加工至粗糙度3.2 μm或更優的量級。
6）所有聯軸器都應是帶中間加長節型的。中間加長節應有足夠的長度以便于聯軸器輪轂的拆卸并能在不拆卸軸或不影響設備對中的情況下，對相鄰的軸承和密封進行維護。除非買方另有規定，中間加長節的長度（相當于兩軸伸端之間的尺寸，不必相等）為460 mm。
泵沙龍注：實際工程應用中，中間加長節的長度將根據維修（軸承和密封）空間的需要來確定，并且越短越有利于轉子的可靠運行。
7）聯軸器輪轂（安裝盤）應以過盈配合方式安裝到軸上，以使整個聯軸器組件在軸上可靠定位和對中。安裝盤按買方規定，內孔可以是圓柱孔或錐孔，可以帶鍵槽或不帶鍵槽……
8）聯軸器應按買方要求或雙方可接受的方法進行平衡試驗。
API 671標準對金屬撓性元件聯軸器的材料也有規定：
1）除了買方或標準所要求或禁用的材料，結構材料應符合其規定的運行工況下的要求。
2）買方應明確在使用環境中出現的任何腐蝕性介質，包括可能引起應力腐蝕破壞的各種成分。
3）如規定聯軸器在腐蝕環境中或某種油霧中工作，可以要求聯軸器具有相應的涂層或用惰性氣體吹洗。
4）撓性元件應是耐腐蝕材料。如經買方批準，撓性元件可以涂鍍適合的防銹層。買方應說明涂鍍的類型及其使用方法。
5）所有緊固件應經過熱處理，并具有510 MPa的保證強度或更高強度。材料對于規定環境應是耐腐蝕的。如要求使用電鍍的螺栓，則螺栓應作適當處理以避免氫脆引起破壞。
參考文獻
[1] Brian Conner, API 610 Coupling Standard, rw-america.com
