API 610泵联轴器选用说明

前言

API 610标准是由美国石油学会编写和监管的一套标准，其目的是确保设备在可能危险的行业或工况中能可靠和安全运行。该标准侧重于化工、石油和天然气行业离心泵在安全性、可维护性和可靠性方面的最低要求。

标准涵盖了所有离心泵组，包括卧式和立式泵、单级和两级泵、多级泵、单壳体和双壳体泵、立式湿坑泵、立式（干坑）筒袋泵，以及石油和天然气行业的其它产品。API 610泵用于海上石油钻井平台、陆上石油生产设施、炼油厂、化工和天然气处理厂以及发电站等许多领域。

联轴器是泵组中的重要部件，其选型对泵组的安全、可靠运行至关重要。本文将就API泵联轴器的选型、设计及标准要求进行简单介绍。仅供参考。

联轴器的选型

用于API泵的联轴器，应安全、可靠、易于维护，并为其设定了一定的标准/要求。

API 610联轴器是一种全金属带挠性元件和中间加长节（也称中间隔轴）的联轴器，符合美国齿轮制造商协会（AGMA）9000的9级平衡质量标准，以减少振动。如果运转速度超过3,800 rpm，则必须符合国际标准化组织（ISO）40441的平衡要求。

除此之外，还设定了其它要求，这些要求都确保安装高可靠性且易于使用的联轴器，这使得API泵组中柔性联轴器的规格和选型成为一项重要的任务。

挠性联轴器设计用于保护传动轴、轴承和齿轮等免受与应力相关的变化、不对中和结构变化的影响。

在一些关键装置中，频繁维护是不可接受的。金属挠性联轴器通常设计为基于抗疲劳原理完全消除磨损。材料疲劳是在一定应力幅值下由一定数量的应力循环引起的。在挠性联轴器中，这基本上意味着轴在一定程度的不对中和扭矩下的旋转次数。

对于黑色金属材料，当应力幅值已知并保持在联轴器中柔性元件的疲劳极限（未对中和扭矩额定值）以下时，可以承受任意数量的循环而不会产生疲劳。目标是无限的产品寿命[1]。

实际工程应用中，API泵常用的联轴器标准为API 671。该标准第4版对联轴器的选用主要规定有：

1）买方应规定所需要的联轴器的类型。如无规定，应为金属挠性元件联轴器。

2）联轴器应根据设备负荷来选择，联轴器应能传递最大静态扭矩、交变扭矩，以及在其运行过程中将经受的角向位移、轴向位移、转速和温度同时作用的所有条件下的最大瞬态扭矩。通常，特殊用途联轴器的设计和结构应使挠性元件联轴器的最低工作寿命至少为5年，齿式联轴器、扭振阻尼及扭转弹性联轴器的最低工作寿命为3年。该标准还给出了典型的联轴器选型流程。

联轴器选型时应提供如下参数：

1）传动轴系的类型；

2）正常功率；

3）正常转速和偏差；

4）最大连续转速；

5）任何确定的超速；

6）轴伸尺寸和键的数量及规格；

7）中间加长节长度；

8）工作环境；

9）主动机类型；

10）主动机功率额定值；

11）预计联轴器在运行中将经受的瞬态（峰值）和交变扭矩的状况，包括其大小、性质，以及瞬态变化出现的次数。

12）联轴器的使用系数。

联轴器的设计要求

石油和天然气行业用泵组及其系统的安全性极为重要。因此，在设计过程中必须考虑所涉及的部件的严格要求。如果在选择和设计API泵及其组件时不小心，可能会发生灾难性故障。

API 610第11版标准规定：本标准中所涉及的设备（包括辅助设备）应当设计和制造成使用寿命至少20年（不包括表20中所示的正常磨损件），并且连续运转寿命至少为3年。

停机时间特别是计划外停机，每天可能会让运营商造成数百万美元的损失，因此所有相关组件（部件）的选择都非常重要。从维护的角度来看，标准要求能够对包括泵在内的整个系统进行快速、简单的检修。

API 671标准对联轴器的设计要求（摘要）：

1）除非另有说明，用于选择联轴器的静态选用扭矩T_S应按照以下的公式选取（单位为N·m）：

T_S = T_n × F_S

式中，T_n为静态传递扭矩，单位为N·m，等于9550 ×P/n（P为从动机在规定的额定工况下的轴功率，kW；n为与额定工况下轴功率相对应的转速，rpm）；F_S为工况系数（对于特殊联轴器，按规定取值）。

2）除非另有说明，联轴器应具有一个最小的工况系数，对于金属挠性元件联轴器，此值为1.5 。

3）如有规定，对于稳态条件，联轴器规格应按主动机额定值乘以1.2确定（一般不含主动机的工况系数）。

4）除非另有规定，联轴器与轴的连接处以及机器轴系应能在按上述1）条、工况系数以1.75代入确定的稳态扭矩下运行。

5）除非另有规定，液压配合和无键配合的联轴器 - 轴的连接处的传递扭矩能力应用ANSI/AGMA 9003或DIN 7190中给出的方法和公式来确定。其它计算方法经买方批准也可以使用……

6）联轴器可以设计成通过法兰端面的摩擦来传递扭矩。除非另有规定，摩擦系数应设为0.15。但是，用于联轴器法兰的紧固件，包括整体法兰应不低于以剪切方式传递……扭矩的要求。

API 671对联轴器的要求

API泵上最常用的联轴器是金属挠性元件联轴器，API 671标准对金属挠性元件联轴器的主要要求有：

1）除非另有规定，挠性元件应是金属的。

2）如联轴器挠性元件是工厂装置的组合件，则联轴器中间加长节的拆除应不影响工厂组装的挠性元件组合件。

3）除非另有规定，金属挠性元件联轴器的设计应确保中间加长节组件在出现挠性元件或一个挠性组件内的元件完全失效的情况下仍能大致保持其正常的位置。

4）如果规定，联轴器应包含如下特性，即：当出现挠性元件完全失效的情况时，还能在一个有限的时间内传递负荷……

5）联轴器各零件，除了紧固件和挠性叠片以外均须完全加工，以尽量减少其原有的不平衡。所有暴露表面均应加工至粗糙度3.2 μm或更优的量级。

6）所有联轴器都应是带中间加长节型的。中间加长节应有足够的长度以便于联轴器轮毂的拆卸并能在不拆卸轴或不影响设备对中的情况下，对相邻的轴承和密封进行维护。除非买方另有规定，中间加长节的长度（相当于两轴伸端之间的尺寸，不必相等）为460 mm。

泵沙龙注：实际工程应用中，中间加长节的长度将根据维修（轴承和密封）空间的需要来确定，并且越短越有利于转子的可靠运行。

7）联轴器轮毂（安装盘）应以过盈配合方式安装到轴上，以使整个联轴器组件在轴上可靠定位和对中。安装盘按买方规定，内孔可以是圆柱孔或锥孔，可以带键槽或不带键槽……

8）联轴器应按买方要求或双方可接受的方法进行平衡试验。

API 671标准对金属挠性元件联轴器的材料也有规定：

1）除了买方或标准所要求或禁用的材料，结构材料应符合其规定的运行工况下的要求。

2）买方应明确在使用环境中出现的任何腐蚀性介质，包括可能引起应力腐蚀破坏的各种成分。

3）如规定联轴器在腐蚀环境中或某种油雾中工作，可以要求联轴器具有相应的涂层或用惰性气体吹洗。

4）挠性元件应是耐腐蚀材料。如经买方批准，挠性元件可以涂镀适合的防锈层。买方应说明涂镀的类型及其使用方法。

5）所有紧固件应经过热处理，并具有510 MPa的保证强度或更高强度。材料对于规定环境应是耐腐蚀的。如要求使用电镀的螺栓，则螺栓应作适当处理以避免氢脆引起破坏。

参考文献

[1]  Brian Conner, API 610 Coupling Standard, rw-america.com