问题
什么是轴刚度？为什么轴刚度很重要？
解答
什么是轴刚度？
悬臂离心泵利用一根轴将电机连接到叶轮。该轴由轴承定位。轴穿过泵壳体（蜗壳），其末端连接着泵送液体的叶轮。在轴和蜗壳之间有一个密封，可防止泵送液体泄漏。
当泵叶轮旋转时，存在由流体施加的径向（泵沙龙注）和轴向载荷以及驱动电机产生的径向载荷。这些载荷将导致轴弯曲。轴的刚度越高，发生的弯曲就越小。通常，直径较大的轴比直径较小的轴弯曲更小。此外，轴的材料也会影响其在给定载荷下的弯曲程度。轴刚度是衡量给定直径的轴在载荷下弯曲的程度。
为什么轴刚度很重要？
电动机和叶轮对泵轴施加的载荷会导致微小的径向挠度（偏转）。如果这些挠度过大，那么：
a) 轴封发生磨损，容易出现泄漏，这对于某些化学品来说可能是非常危险的，并且/或者需要定期进行昂贵的密封维护/更换。
b) 增加通过轴承的载荷，导致过早磨损。如果通过轴承的载荷高于预期，则可能导致故障和过热，在某些环境中可能引发爆炸危险。
虽然在相同载荷下，直径较大的轴通常挠度较小，但泵制造商必须在轴的直径与其它设计考虑因素之间取得平衡：
a）通常，较大直径的轴需要更大的轴密封，因此价格更昂贵。
b）叶轮吸入孔处的叶片可用面积（叶轮与轴键连接处）可能会限制流量并降低效率。
c）较大的轴承增加了泵驱动组件的总体尺寸和重量，导致成本增加。
因此，泵工程师面临的挑战是设计一个直径尽可能小的轴，以节省成本，但又不会弯曲超过给定的公差而导致运行故障。
制造商如何计算轴刚度？
API 610第11版附件K提供了计算悬臂泵轴柔性系数的标准化方法，可作为比较不同泵设计之间轴柔性的基准。L1为悬臂（叶轮中心线到轴承中心），L2为两轴承间跨度。
在炼油厂泵的典型转子设计中，D2 > D1和L2 < L1，第二项仅占ISF总值的20%，因此行业内普遍采用的惯例是使用缩短的表达式来评估悬臂泵轴刚度：
从历史上看，该行业会将L3/D4的值与一个比率进行比较，该比率通常是提供服务的泵的最低值的1.2倍。如果泵供应商的L3/D4值在此范围内，则认为该轴适合应用。如果它超出了这个值，则需要关注或进一步讨论。
然而，由于该评估只能适用于类似尺寸的泵，API 610第11版认识到其它因素，如：扬程、流量和转速，所有这些都会对轴刚度值的适用性产生影响。例如，如果一台泵的扬程是另一台泵的两倍，那么就需要使用刚度更高的轴，同样，如果一台泵的运行速度是另一台泵的两倍，那么也需要使用刚度更高的轴。
因此，API 610第11版定义了一个“尺寸因子（系数）”，又称 Kt，Q为流量，H为扬程，N为转速。
该尺寸系数的计算考虑了最大叶轮尺寸下的泵BEP设计，而不仅仅是客户的职责。这样做是为了防止泵在未来的某个时刻被用于其它用途。
根据多年的用户数据，API 610能够根据L3/D4轴刚度值，绘制出以多种不同速度运行的泵的尺寸系数，这些泵已被证明在使用中是可靠的。使用对数刻度，找到了一条最佳拟合线，该线可用于评估任何泵的可靠轴设计。
该公式有效地定义了一个新的应用基准值，客户可根据该值比较不同制造商的轴刚度值（即 L3/D4）。
客户可以通过读取制造商曲线中给定泵的最大叶轮BEP值，轻松计算出该公式给出的ISF值。不过，只有制造商才能提供特定轴的L3/D4值，因为计算中使用的详细规格通常只有制造商才知道。
API 610第11版要求制造商（如有要求）提供L3/D4的具体值，以便与使用API 610第11版ISF基准公式计算的值进行比较。
这些数字对客户意味着什么？
如果制造商在API 610数据表中给出的L3/D4值小于使用新式计算的ISF值的120%，则无需担心。历史分析表明，L3/D4值小于ISF基准值的120%不会造成运行问题。
当L3/D4大于ISF值的120%时，API 610第11版建议进一步考虑。这并不意味着应完全否定设计，而是应进一步考虑。
当 L3/D4超过ISF基准值的120%时，我们应该考虑什么？
当L3/D4超过ISF基准值的120%时，需要考虑的一些因素包括：
- 泵的运行频率 – 连续运行还是间歇运行？
- 是关键负载泵吗？
- 能否安装容错性更强的密封，在设计中允许更大的轴偏转？
- 制造商的L3/D4比120%基准值高出多少？
- 轴是否由特殊材料制成，因为这种材料可能具有更强的固有值？
- 客户的工作点是否低于泵的工作点 - 例如，工作点是否仅为设计扬程或设计转速的50%？
- 制造商是否有使用相同设计但未出现问题的类似案例？
这些因素中的任何一个都可能意味着，虽然通过L3/D4测得的轴刚度大于ISF基准值的120%，但该轴仍适合应用。
总结
API 610第11版旨在提供一种更好的方法，通过考虑泵的设计扬程、流量和转速，评估不同制造商泵的轴刚度（通过L3/D4值衡量）。
然而，这并不是说某个特定的L3/D4值合格或不合格那么简单。一般而言，小于API 610第11版ISF基准值的120%的L3/D4值被认为是令人满意的，但该值之外的其它因素也需要考虑。
自API 610第11版以来的设计评估过程是制造商在API 610第11版本数据表上提供其设计的L3/D4值，通过确保轴的设计符合ISF基准值，泵应能从中获益：
- 更高的可靠性
- 延长密封寿命
- 增加轴承寿命
- 延长轴寿命
- 震动小
- 噪音小
VS1、VS4、VS5
