API610及相关中国泵标准介绍-航天所解析

API610及相关中国泵标准介绍国家特种泵阀工程技术研究中心中国航天科技集团公司第十一研究所（京）高速泵事业部阎殿甲1.API610（第八版）简介 1.1 API610是国际著名离心泵标准目前，世界上最权威的泵标准化组织有三个：即美国标准协会ANSI（American National Standards Institute）所属的B73标准；国际标准化组织ISO（InternationalStandards Organization）所属的TC-115标准；美国石油学会API（American Petrochemical Institute）所属的610标准。

在三大著名标准中，由于API610是专门为石油、化工行业编制的离心泵标准，而且是全面总结炼厂和化工厂中的泵设计或泵制造引发的事故和教训而制订出来的，所以许多专家都认为API610标准是鲜血和智慧的结晶，因而在石油、化工和天然气工业用离心泵方面最具权威性。

API610标准对泵的设计和制造质量要求非常严，所以按API标准生产的泵价格也高，因为质量成本增加了。

1.2 API610标准简介第八版API610标准于1995年8月出版。

该标准中详细规定了范围、术语、关联标准等总则；压力泵壳、作用在管口上的力、转子、轴封、轴承、材料等基本设计；驱动机、联轴器、底座和仪表等副机和附件；检查、试验和发货；各种特定型泵和卖方资料等章节。

第八版与第七版比较有6点不同：（1）在章节上由原来的5章增为6章，即多出了“特定型泵”1章；（2）在名称上也有变更，由原来的“一般炼厂用离心泵”改为“石油、重化学和天然气工业用离心泵”；（3）在度量衡单位方面，第八版的主单位采用SI国际单位制，以US美制单位为辅助单位，在（）内给出了参考换算值；（4）第八版给出了各国适用的标准比较表；（5）第八版还给出了各国的材料标准比较表；（6）第八版在动力学、轴振动，特别是机封方面增加了新内容。

API610第八版涵盖了6种悬臂式泵的基本形式，即：OH1-底脚安装式泵；OH2-中心线安装式泵；OH3-独立轴承座立式管道泵；OH4-刚性联轴器传动立式管道泵；OH5-共轴传动立式管道泵和OH6-与高速齿轮箱成一整体的立式泵。

前两种是卧式离心泵，后四种是立式离心泵。

还涵盖了5种两端支承式泵的基本形式，都是多级离心泵。

此外，该标准还涵盖了7种立式悬吊式离心泵的形式。

API610第八版在“前言”中介绍了该标准的编写宗旨：目的是提供一份采购规范，以便利石油、化学和天然气工业用离心泵的制造和采购。

该标准的内容主要是制定机械方面问题的最低限度要求。

该标准要求买方（用户）提出一定的细节说明和特点，以保证泵的质量。

该标准推荐用改进、删除和扩大内容等做法来增补本标准，而不赞成改写或把本标准的章节并入别的本标准中去。

该标准在出版之际声明：因使用本标准而引起的任何损失或损坏，因本标准可能与有些法律相抵触之事，API声明不承担任何义务或责任。

2.API610对高速泵的要求由于美国胜达因泵公司的努力，高速泵以“OH6”的基本泵型被收入了API610第八版。

在这里重点介绍API610对高速泵的独特要求，一些通用的要求诸如原材料、驱动方式、管路和工艺等就不介绍了。

2.1 API610对高速泵驱动方式的要求API610把高速泵定义为整体式齿轮箱驱动泵，它要求有一个与泵成为一体的增速齿轮箱。

叶轮直接装在齿轮箱的输出轴上。

在泵和齿轮箱之间没有联轴器；但是，齿轮箱与驱动机是挠性联轴器联接。

泵可以是立式的或卧式的。

2.2 API610对高速泵叶轮形式的要求API610规定高速泵的叶轮可以是开式、半开式或全封闭式的。

叶轮应制成整体的铸件或焊接件。

焊合的叶轮需要买方的专门批准。

由于高速泵常常在低比转速的条件下使用，采用开式叶轮效率最好，因为减少了叶轮的轮盘摩擦损失。

2.3 API610对高速泵动力学方面的要求API610要求高速泵要做横向临界转速分析，以便保证在整个预期的工作转速范围内振动振幅处于可接受的水平。

该标准认为：高速泵在开发过程中通常都经过充分的研究，其典型的转子动力学分析是有效的和适用的。

只有对于独特的、新型的、或危险条件下工作的泵才应当规定作横向分析。

临界转速是对应于转子横向自振频率（固有频率）的转速。

所谓干临界转速是指：按照转子仅支承在轴承上和轴承具有无限大刚度这样的假设计算得出的转子自振频率。

所谓湿临界转速是指：计及工作条件下的泵送液体在转子各处运转间隙内所起的附加支承作用和阻尼作用，并计及轴承内的柔度和阻尼作用这些因素后计算得出的转子自振频率。

对于传统的刚性转子， API610要求其一阶临界转速要高出泵最大允许连续转速一个安全百分数：设计仅作湿运转的转子要高出20%；设计成能够干运转的转子要高出30%。

2.4 API610对高速泵轴承的要求API610第八版要求滚动轴承的适用条件是：其d m•n 值不超过50万mm•r/min；在额定条件下连续运转至少应为25000h；在最大径向和轴向负荷下和额定转速下至少应为16000h；泵的能量强度（额定功率kW和额定转速r/min的乘积）不超过4百万。

如果超过了上述条件，即d m•n值大于50万mm•r/min ，运转寿命少于25000h或16000h ，能量强度大于4百万时，则应选用流体动压径向轴承和推力轴承，而且要求流体动压径向轴承为整体式。

与API610第七版相比，第八版对轴承的要求有了更高更严的规定。

第七版时滚动轴承的d m•n值是30万mm•r/min ，能量强度是2百万。

在寿命方面没有变化，都是25000h或16000h的指标。

2.5 API610对高速泵旋转零部件动平衡的要求API610对动平衡问题有下列要求：a.当零部件的工作转速≥ 3800r/min时，应进行动平衡。

b.动平衡用心轴的重量不应超过被平衡零部件的重量。

c.当被平衡零部件的外径与其宽度之比为6或更大时，允许只在一个平面上作动平衡。

否则，均应在两个平面上作动平衡。

d.3800r/min以下的转子，按ISO标准1940的G2.5平衡质量等级进行平衡。

超过3800r/min的转子，按ISO标准1940的G1.0平衡质量等级进行平衡。

e.转子（转动部件）平衡时，不包括轴套类和机械密封的旋转件，但任何空缺的单键槽都应补满半个键。

f.具有较高挠性的转子（其挠性系数L4/D2≤ 1.9X109mm2）用于超过3800r/min时，要达到和保持G1.0的平衡水平，要求对设计、制造和维护给予特别的关注。

这里L是轴承的跨距，D是叶轮处的轴直径。

2.6 API610对机械密封的主要结构要求a.机械密封应具有集装式结构，以便于试验和安装。

b.标准的单端面机械密封应是一个内部平衡型的密封。

c.标准的无压式双重机械密封（以前称为串联式机封）也应是平衡型密封，应能承受275kPa缓冲液的压力。

d.标准的有压式双重机械密封（以前称为双端面机封）也应是平衡型密封。

这种密封要设计得能承受反向压差而不致打开密封面。

e.规定的密封接口和泵上的接口应当用耐久的标记符号标识在零部件上和图纸上。

f.机械密封是否需要冷却（或加热）冲洗，应该由买方、卖方和机封制造厂三方共同商定。

g.机械密封辅助装置见API610附录D，有各种方案可供选择。

2.7 API610对泵试验和泵性能的要求a.买方有权参加卖方的泵试验，检查试验的项目要事先约定。

卖方应提供完整的资料和现场观察的方便。

b.卖方应进行至少4个点（高速泵不能在关死点试验）的扬程、流量、功率和振动的试验数据。

这4个点是最小连续稳定流量点、最小流量与额定流量的中间点、额定流量点和最大允许流量点（至少为120%的最高效率点）。

c.应当把扬程下降3%看作是泵性能断裂的标志。

应当对上述4个点都做汽蚀试验。

额定点的NPSHr不应超过合同规定值。

在这里，简单介绍一下泵的汽蚀、汽蚀余量（NPSH）、有效汽蚀余量（装置汽蚀余量NPSHa）和必需汽蚀余量（NPSHr）。

离心泵要在一定转速、流量、温度和吸入水头压力下运转，在这些条件的一项或几项发生变化时，泵内（通常是叶轮入口）会出现液体的压力等于或低于该液体汽化压力的情况，这时泵送液体发生汽化，泵性能变坏甚至打不出液体，并伴随振动增加，这种现象叫做泵发生了汽蚀。

所谓汽蚀余量是指从基面算起的泵吸入口的总绝对吸入水头（以米计），减去该液体的汽化压力（绝对压力，以米计）所富裕的量。

对于立式泵，基面是指泵入口中心线；对于卧式泵，基面是指泵轴中心线。

所谓有效汽蚀余量（装置汽蚀余量NPSHa），是由买方（用户）根据该泵装置（以液体在额定流量和正常泵送温度下为准）确定的汽蚀余量（以米计）。

所谓必需汽蚀余量（NPSHr）是由卖方根据用水试验确定的汽蚀余量（以米计）。

必需汽蚀余量在吸入法兰处测定并修正（换算）到基准面。

额定流量和其它流量点的必需汽蚀余量（NPSHr）等于因泵内汽蚀而造成扬程下降3%的那个汽蚀余量（NPSH）。

d.泵的性能允差应符合下表规定：工况额定点（%）0~150m -2~+5150~300m -2~+3300m以上-2~+2额定功率+4额定NPSHr 0 注：效率不是额定值，不规定允差，体现在功率允差中了。

2.8 API610对泵最小流量的规定1.最小连续稳定流量：在不超过规定的振动限度下，泵能够工作的最小流量。

如果用户没有特别说明，则泵最小流量均为此定义的情况。

2.最小连续热限制流量：泵能够维持工作而其运行不致被泵送液体的温升所损害的最小流量。

3.按泵试验的振动数据确定最小流量：a.流量与振动的关系曲线API610标准要求每台泵要试验出如下图所示的流量与振动的关系曲线。

b.泵振动随流量的变化规律API610认为：离心泵的振动随流量而变，通常在最佳效率点流量附近其值最小，并且随着流量的增大或减少而增加。

从最佳效率点流量起振动随流量的变化取决于泵的能量密度（比能）、比转速及汽蚀比转速。

通常，振动的变化随能量密度的增加、比转速越高和汽蚀比转速越高而增加。

c.泵流量工作区的划分API610根据上述振动随流量变化的特征，将离心泵的工作流量范围分成两个区，一个称为“优先工作区”，在此区内泵表现出低振动。

另一个称为“允许工作区”，此区以这样的流量点来界定，即在此区内的流量下泵的振动达到较高值，但仍然是“可以接受的”水平。

上图即示出了这一概念。

还应指出：除振动之外的其它几个因素，例如温升随着流量减少而增大，或必需汽蚀余量NPSHr随着流量增大而增大，这两个因素可能会使得“允许工作区”变得更窄。

d.划分流量工作区的振动基准值对于立式高速泵， API610标准把优先工作区各流量点的振动基准值定为未滤波振动速度均方根值（RMS）Vu <3.0mm/s，把超出泵的优先工作区之外，但在允许工作区内的各流量点的允许振动的增加量为30%，即在优先区振动基准值基础上增加30%，Vu=3.9mm/s。