API 610泵聯(lián)軸器選用說明

作者：謝小青　來(lái)源：泵沙龍

API 610標(biāo)準(zhǔn)是由美國(guó)石油學(xué)會(huì)編寫和監(jiān)管的一套標(biāo)準(zhǔn)，其目的是確保設(shè)備在可能危險(xiǎn)的行業(yè)或工況中能可靠和安全運(yùn)行。該標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于化工、石油和天然氣行業(yè)離心泵在安全性、可維護(hù)性和可靠性方面的Z低要求。

標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了所有離心泵組，包括臥式和立式泵、單級(jí)和兩級(jí)泵、多級(jí)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(yè)的其它產(chǎn)品。API 610泵用于海上石油鉆井平臺(tái)、陸上石油生產(chǎn)設(shè)施、煉油廠、化工和天然氣處理廠以及發(fā)電站等許多領(lǐng)域。

聯(lián)軸器是泵組中的重要部件，其選型對(duì)泵組的安全、可靠運(yùn)行至關(guān)重要。本文將就API泵聯(lián)軸器的選型、設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。僅供參考。

聯(lián)軸器的選型

用于API泵的聯(lián)軸器，應(yīng)安全、可靠、易于維護(hù)，并為其設(shè)定了一定的標(biāo)準(zhǔn)/要求。

API 610聯(lián)軸器是一種全金屬帶撓性元件和中間加長(zhǎng)節(jié)（也稱中間隔軸）的聯(lián)軸器，符合美國(guó)齒輪制造商協(xié)會(huì)（AGMA）9000的9級(jí)平衡質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，以減少振動(dòng)。如果運(yùn)轉(zhuǎn)速度超過3,800 rpm，則必須符合標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）40441的平衡要求。

除此之外，還設(shè)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(lián)軸器，這使得API泵組中柔性聯(lián)軸器的規(guī)格和選型成為一項(xiàng)重要的任務(wù)。

撓性聯(lián)軸器設(shè)計(jì)用于保護(hù)傳動(dòng)軸、軸承和齒輪等免受與應(yīng)力相關(guān)的變化、不對(duì)中和結(jié)構(gòu)變化的影響。

在一些關(guān)鍵裝置中，頻繁維護(hù)是不可接受的。金屬撓性聯(lián)軸器通常設(shè)計(jì)為基于抗疲勞原理完全消除磨損。材料疲勞是在一定應(yīng)力幅值下由一定數(shù)量的應(yīng)力循環(huán)引起的。在撓性聯(lián)軸器中，這基本上意味著軸在一定程度的不對(duì)中和扭矩下的旋轉(zhuǎn)次數(shù)。

對(duì)于黑色金屬材料，當(dāng)應(yīng)力幅值已知并保持在聯(lián)軸器中柔性元件的疲勞極限（未對(duì)中和扭矩額定值）以下時(shí)，可以承受任意數(shù)量的循環(huán)而不會(huì)產(chǎn)生疲勞。目標(biāo)是無(wú)限的產(chǎn)品壽命[1]。

實(shí)際工程應(yīng)用中，API泵常用的聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)為API 671。該標(biāo)準(zhǔn)第4版對(duì)聯(lián)軸器的選用主要規(guī)定有：

1）買方應(yīng)規(guī)定所需要的聯(lián)軸器的類型。如無(wú)規(guī)定，應(yīng)為金屬撓性元件聯(lián)軸器。

2）聯(lián)軸器應(yīng)根據(jù)設(shè)備負(fù)荷來(lái)選擇，聯(lián)軸器應(yīng)能傳遞Z大靜態(tài)扭矩、交變扭矩，以及在其運(yùn)行過程中將經(jīng)受的角向位移、軸向位移、轉(zhuǎn)速和溫度同時(shí)作用的所有條件下的Z大瞬態(tài)扭矩。通常，特殊用途聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)應(yīng)使撓性元件聯(lián)軸器的Z低工作壽命至少為5年，齒式聯(lián)軸器、扭振阻尼及扭轉(zhuǎn)彈性聯(lián)軸器的Z低工作壽命為3年。該標(biāo)準(zhǔn)還給出了典型的聯(lián)軸器選型流程。

聯(lián)軸器選型時(shí)應(yīng)提供如下參數(shù)：

1）傳動(dòng)軸系的類型；

2）正常功率；

3）正常轉(zhuǎn)速和偏差；

4）Z大連續(xù)轉(zhuǎn)速；

5）任何確定的超速；

6）軸伸尺寸和鍵的數(shù)量及規(guī)格；

7）中間加長(zhǎng)節(jié)長(zhǎng)度；

8）工作環(huán)境；

9）主動(dòng)機(jī)類型；

10）主動(dòng)機(jī)功率額定值；

11）預(yù)計(jì)聯(lián)軸器在運(yùn)行中將經(jīng)受的瞬態(tài)（峰值）和交變扭矩的狀況，包括其大小、性質(zhì)，以及瞬態(tài)變化出現(xiàn)的次數(shù)。

12）聯(lián)軸器的使用系數(shù)。

聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)要求

石油和天然氣行業(yè)用泵組及其系統(tǒng)的安全性極為重要。因此，在設(shè)計(jì)過程中必須考慮所涉及的部件的嚴(yán)格要求。如果在選擇和設(shè)計(jì)API泵及其組件時(shí)不小心，可能會(huì)發(fā)生災(zāi)難性故障。

API 610第11版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：本標(biāo)準(zhǔn)中所涉及的設(shè)備（包括輔助設(shè)備）應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)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(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)壽命至少為3年。

停機(jī)時(shí)間特別是計(jì)劃外停機(jī)，每天可能會(huì)讓運(yùn)營(yíng)商造成數(shù)百萬(wàn)美元的損失，因此所有相關(guān)組件（部件）的選擇都非常重要。從維護(hù)的角度來(lái)看，標(biāo)準(zhǔn)要求能夠?qū)Πū迷趦?nèi)的整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行快速、簡(jiǎn)單的檢修。

API 671標(biāo)準(zhǔn)對(duì)聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)要求（摘要）：

1）除非另有說明，用于選擇聯(lián)軸器的靜態(tài)選用扭矩TS應(yīng)按照以下的公式選取（單位為N·m）：

T_S = T_n × F_S

式中，T_n為靜態(tài)傳遞扭矩，單位為N·m，等于9550 ×P/n（P為從動(dòng)機(jī)在規(guī)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(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，rpm）；F_S為工況系數(shù)（對(duì)于特殊聯(lián)軸器，按規(guī)定取值）。

2）除非另有說明，聯(lián)軸器應(yīng)具有一個(gè)Z小的工況系數(shù)，對(duì)于金屬撓性元件聯(lián)軸器，此值為1.5 。

3）如有規(guī)定，對(duì)于穩(wěn)態(tài)條件，聯(lián)軸器規(guī)格應(yīng)按主動(dòng)機(jī)額定值乘以1.2確定（一般不含主動(dòng)機(jī)的工況系數(shù)）。

4）除非另有規(guī)定，聯(lián)軸器與軸的連接處以及機(jī)器軸系應(yīng)能在按上述1）條、工況系數(shù)以1.75代入確定的穩(wěn)態(tài)扭矩下運(yùn)行。

5）除非另有規(guī)定，液壓配合和無(wú)鍵配合的聯(lián)軸器 - 軸的連接處的傳遞扭矩能力應(yīng)用ANSI/AGMA 9003或DIN 7190中給出的方法和公式來(lái)確定。其它計(jì)算方法經(jīng)買方批準(zhǔn)也可以使用……

6）聯(lián)軸器可以設(shè)計(jì)成通過法蘭端面的摩擦來(lái)傳遞扭矩。除非另有規(guī)定，摩擦系數(shù)應(yīng)設(shè)為0.15。但是，用于聯(lián)軸器法蘭的緊固件，包括整體法蘭應(yīng)不低于以剪切方式傳遞……扭矩的要求。

API 671對(duì)聯(lián)軸器的要求

API泵上Z常用的聯(lián)軸器是金屬撓性元件聯(lián)軸器，API 671標(biāo)準(zhǔn)對(duì)金屬撓性元件聯(lián)軸器的主要要求有：

1）除非另有規(guī)定，撓性元件應(yīng)是金屬的。

2）如聯(lián)軸器撓性元件是工廠裝置的組合件，則聯(lián)軸器中間加長(zhǎng)節(jié)的拆除應(yīng)不影響工廠組裝的撓性元件組合件。

3）除非另有規(guī)定，金屬撓性元件聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)應(yīng)確保中間加長(zhǎng)節(jié)組件在出現(xiàn)撓性元件或一個(gè)撓性組件內(nèi)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(guī)定，聯(lián)軸器應(yīng)包含如下特性，即：當(dāng)出現(xiàn)撓性元件完全失效的情況時(shí)，還能在一個(gè)有限的時(shí)間內(nèi)傳遞負(fù)荷……

5）聯(lián)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(yīng)加工至粗糙度3.2 μm或更優(yōu)的量級(jí)。

6）所有聯(lián)軸器都應(yīng)是帶中間加長(zhǎng)節(jié)型的。中間加長(zhǎng)節(jié)應(yīng)有足夠的長(zhǎng)度以便于聯(lián)軸器輪轂的拆卸并能在不拆卸軸或不影響設(shè)備對(duì)中的情況下，對(duì)相鄰的軸承和密封進(jìn)行維護(hù)。除非買方另有規(guī)定，中間加長(zhǎng)節(jié)的長(zhǎng)度（相當(dāng)于兩軸伸端之間的尺寸，不必相等）為460 mm。

泵沙龍注：實(shí)際工程應(yīng)用中，中間加長(zhǎng)節(jié)的長(zhǎng)度將根據(jù)維修（軸承和密封）空間的需要來(lái)確定，并且越短越有利于轉(zhuǎn)子的可靠運(yùn)行。

7）聯(lián)軸器輪轂（安裝盤）應(yīng)以過盈配合方式安裝到軸上，以使整個(gè)聯(lián)軸器組件在軸上可靠定位和對(duì)中。安裝盤按買方規(guī)定，內(nèi)孔可以是圓柱孔或錐孔，可以帶鍵槽或不帶鍵槽……

8）聯(lián)軸器應(yīng)按買方要求或雙方可接受的方法進(jìn)行平衡試驗(yàn)。

API 671標(biāo)準(zhǔn)對(duì)金屬撓性元件聯(lián)軸器的材料也有規(guī)定：

1）除了買方或標(biāo)準(zhǔn)所要求或禁用的材料，結(jié)構(gòu)材料應(yīng)符合其規(guī)定的運(yùn)行工況下的要求。

2）買方應(yīng)明確在使用環(huán)境中出現(xiàn)的任何腐蝕性介質(zhì)，包括可能引起應(yīng)力腐蝕破壞的各種成分。

3）如規(guī)定聯(lián)軸器在腐蝕環(huán)境中或某種油霧中工作，可以要求聯(lián)軸器具有相應(yīng)的涂層或用惰性氣體吹洗。

4）撓性元件應(yīng)是耐腐蝕材料。如經(jīng)買方批準(zhǔn)，撓性元件可以涂鍍適合的防銹層。買方應(yīng)說明涂鍍的類型及其使用方法。

5）所有緊固件應(yīng)經(jīng)過熱處理，并具有510 MPa的保證強(qiáng)度或更高強(qiáng)度。材料對(duì)于規(guī)定環(huán)境應(yīng)是耐腐蝕的。如要求使用電鍍的螺栓，則螺栓應(yīng)作適當(dāng)處理以避免氫脆引起破壞。

參考文獻(xiàn)

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