[工作]瓦振标准

（二）机械振动—在非旋转部件上测量和评定机器振动
第2部分：50MW以上额定转速1500r/min，1800r/min，3000r/min，3600r/min 陆地安装的大型汽轮机和发电机（ISO/DIS 10816-2:2000）
引言
ISO10816是基本文件，它说明了在非旋转部件上进行振动测量时，对不同型式机器振动判定的一般要求。

本国际标准适用于汽轮发电机组。

在以往经验的基础上提出的评定准则，可用作此类机器振动状态判定的准则。

但必须认识到这些准则不是评定机器振动状态的唯一基础。

对于汽轮机和发电机，基于转轴上测量的振动评定也同时应用；在转轴上测量的要求和评定准则在ISO7919-1和ISO7919-2中论述。

本标准中提出的评定方法是基于宽带测量。

然而，应当注意到由于技术进步，窄带测量或频谱分析的使用越来越普遍，特别是用于振动评定、状态监测和诊断时。

对于这类测量的准则说明已超出本标准的现有范围，它们将在机器振动状态监测的标准ISO13373中涉及，此标准系列目前正在制订中。

1、应用范围
本标准为汽轮机和发电机在轴承上测量的振动烈度评定提供了专门的导则。

所提供的导则适用于现场在轴承径向测量和评价宽带振动，以下列方面表示：
—正常稳态工况；
—瞬态工作期间包括升速或降速通过临界转速；
—在正常稳态工作期间可能产生的振动变化；
这些导则也适用于在止推轴承上测量的轴向振动。

本标准适用于额定转速1500r/min，1800r/min，3000r/min或3600r/min，并且输出功率大于50MW的陆地安装的汽轮机和发电机。

它包括直接与燃气轮机联接的汽轮机和/或发电机（例如联合循环时）。

在这种情况下，本标准的准则仅适用于汽轮机和发电机，而燃气轮机振动的评定应依照ISO10816-4和ISO7919-4进行。

2、参考标准
下列标准文件所包含的条文，通过在本标准中引用而构成本标准的条文。

本标准出版时，所示版本均为有效。

所有的标准都会被修定，使用本标准的各方应探讨使用下列标准文件最新版本的可能性。

IEC和ISO的成员都具有现行有效的国际标准版本。

ISO7919-2 非往复式机器的机械振动—在旋转轴上测量和评定机器振动—第2部分：陆地安装的大型汽轮发电机组
ISO7919-3 非往复式机器的机械振动—在旋转轴上测量和评定机器振动—第3部分：耦合的工业机器
ISO7919-4 非往复式机器的机械振动—在旋转轴上测量和评定机器振动—第4部分：燃气机组
ISO10814 机械振动—机器对不平衡的敏感性和灵敏度
ISO10816-1,机械振动—在非旋转部件上测量和评定机器振动—第1部分：一般导则
ISO10816-3,机械振动—在非旋转部件上测量和评定机器振动—第3部分：额定功率大
于15KW，额定转速120r/min至15000r/min之间在现场测量的工业机器
ISO10816-4,机械振动—在非旋转部件上测量和评定机器振动—第4部分：燃气轮机驱动装置，不包括航空发动机派生的燃气轮机
3、测量方法
测量方法和使用的仪器应符合ISO10816-1中的要求。

测量系统应能测量频率范围从10 Hz至少到500 Hz的宽带振动。

然而，如果仪器也用于诊断或者在启动、停机或超速期间的监测,也许需要更宽的频率范围。

此外，在特殊场合，显著的低频振动可能传至机器（例如在地震区），可能有必要衰减仪器的低频响应。

振动测量的传感器应安装在结构的刚性部件上对机器动态力有适当灵敏度的部位。

一般要求在每个轴承上且两个互为垂直的径向进行测量，如图1所示。

虽然传感器可以放置在轴承上任何角度位置，但通常以垂直和水平为佳。

垂直垂直
轴向
轴向水平
水平
注：本标准中的评定适用于在所有轴承上径向振动测量和在推力轴承上轴向振动测量
图1 在轴承上振动测量的推荐位置
如果已经知道在轴承上径向的单个传感器能提供机器振动幅值相应的信息，可用单个传感器来代替常用的相互垂直的一对传感器。

然而，由一个测量平面上单个传感器来评定振动时应该当心，因为它可能不会提供该平面处最大值的合理近似值。

对于连续运行监测，通常不进行汽轮机和发电机径向承载主轴承的轴向振动测量。

轴向振动测量主要在定期振动检查期间或者诊断时使用。

在本标准中没有提供轴向振动的准则，然而，在推力轴承上测量轴向振动时，其振动烈度可以用与径向振动相同的准则来评定。

4 评定准则
4.1 ISO10816-1提供了两个评定准则的一般说明，这两个准则用来评定各类机器的振动烈度。

第一个准则考虑被测的宽带振动的幅值；第二个准则考虑幅值的变化，而不管幅值是增加还是减少。

提供的准则用于在规定的转速和负荷范围内稳态工况，包括发电机电负荷正常缓慢变
化。

也提供了在瞬态运行时的振幅限值。

4.2 准则Ⅰ：振动幅值
4.2.1 概述
这个准则是关于确定绝对振幅限值的，该振幅限值与轴承的许用动载荷和传至支承结构及基础的许用振动协调一致。

4.2.2 在额定转速，正常稳态工况下的振动值
4.2.2.1 概述
在每个轴承或底座处测量到的最大值，按照由国际经验建立的四个评定区域进行评定。

测得的最大振动值规定为振动烈度。

4.2.2.2 评定区域
下列评定区域可用于具体机器振动的定量评定和提供可能采取措施的导则。

区域A：新交付使用的机器的振动通常落入此区域内。

区域B：振动在此区域内的机器通常认为是可接受的（合格的），可以无限制地长期运行。

区域C：振动在此区域内的机器，对长期连续运行而言，通常认为是不满意的。

一般来说，在有合适机会采用补救措施之前，机器在这种情况下可以运行有限的一段时间。

区域D：振级在此区域内通常认为振动剧烈足以引起机器的损坏。

注：上述评价区域相应于在额定转速下正常稳态运行，4.2.4节提供了瞬态运行的导则。

4.2.2.3 评价区域的限值
在附录A中给出了各区域边界限值的推荐值。

这些边界限值适用于在额定转速、稳态工况下，所有轴承的径向振动灿烂和推力轴承的轴向振动测量。

各区域边界值的限值是由制造厂和用户提供的有代表性的数据制定的，因为数据有较大的离散性，这些区域边界限值只认为是导则性的，不打算用作验收规范。

验收规范应由制造厂家和用户协商一致。

然而这些限值提供了指南，以保证避免过大的缺陷或不切实际的要求。

在大多数情况下，表A-1中给出的值与保证传至轴承的支承结构和基础的动载荷在允许范围内协调一致。

然而，在某些情况下，具体机器有特殊性能或有经验，可能要求使用不同的区域边界限值（较低或较高）例如：
—对于载荷较轻的轴承（例如励磁机转子的固定轴承）可能需要基于机器详细设计的其它准则。

—对于某些机器设计，转子和轴承支承在柔性的台板或结构上，（绝对的）轴承振动值可能比轴承支承结构刚性较大的汽轮机和发电机要高。

若增大附录A中给出的区域边界限值，有满意的运行经历，那么可用此增大了的区域边界限值。

一般来说，当采用较高的边界限值时,必须有技术论证，证明在较高振动值下运行时，机器的可靠性不会受到危害。

例如,根据结构设计和支承类似的机器、成功运行经验等。

在瞬态工况时，例如启动和停机期间，也可以允许有较高的振动限值（见4.2.4）。

本标准对于安装在刚性和柔性基础上的汽轮机和发电机没有提供不同的各区域限值。

这和同类机器轴振动标准ISO7919-2是一致的。

然而，本标准和ISO7919-2今后可能被修订，如果在这类机器上测得的数据补充分析表明采用不同的各区域限值正确，将对安装在重型混凝土基础上和安装在轻型、调频钢基础上的汽轮机和发电机给出不同的准则。

评定机器振动烈度常用的测量参数是速度。

表A-1给出了基于宽带的均方根速度（V rms）测量的各区域边界限值。

然而，在许多情况下，习惯于用具有峰值读数而不是振动速度均方根值读数的仪表测量振动，如果振动波形基本是正弦的，则峰值和均方根值之间有一个简单的关系，表A-1的各区域边界限值可很容易地用峰值表示。

对于汽轮机和发电机，通常主要是机器旋转频率的振动，在这种情况下，当测量的是振动峰值而不是振动的均方根值时，可以构造一张相当于表A-1的表，表A-1的各区域边界限值乘以因子21/2得到一张当量表以评价峰值振动烈度,也可以将测得的振动峰值除以21/2，按照表A-1的均方根值准则评定。

4.2.3 运行的限值
4.2.3.1 概述
对于长期稳定运行，通常的做法是规定运行的振动限值。

这些限值采用报警和停机的形式。

报警：达到规定的限值或者振动值发生显著变化，发出报警，可能有必要采取补救措施。

一般来说，如果发生报警情况，能继续运行一段时间，在此期间进行研究以找出振动变化的原因和确定补救措施。

停机：规定一个振动限值，振动超过此值，继续运行可能引起机器损坏。

如果超过停机限值，应立即采取措施降低振动或停机。

不同的运行限值反映了动载荷和支承刚度的差异，对于不同的测量位置和方向，其限值可能不一样。

4.2.3.2 报警的设定
对于各个机器，报警限值可能有较大的变动，或高或低。

报警限值通常是相对于基线值来选择设定，而基线值由具体机器的测量位置和方向的经验来确定。

推荐报警限值的设定是高出基线一个值，该值等于区域边界B/C限值的25%，如果基线低，报警限值可能在区域C以下。

在没有建立基线的情况下，例如新机，初始的报警值应根据其它类似机器的经验，或者相对于已同意的验收值来设定。

在运行一段时间之后，建立了稳定基线值后，对报警值的设定作相应的调整。

在基线信号是非稳态和非重复性的场合，要求用时间平均的某些方法，这可借助于计算机来达到。

推荐报警限值一般应不超过区域边界B/C限值的1.25倍。

如果稳态基线变化（例如机器大修后），报警值的设定应作相应的修改。

对于机器上不同的轴承，报警值的设定可能不相同，以反映动载荷和支承刚度的差异。

设定报警值的例子在附录B中给出。

4.2.3.3 停机的设定
停机限值通常与机器的牢固性有关，而且取决于机器能承受异动载荷的设计特性。

因此，类似设计的机器一般采用相同的停机限值，而通常不用相对于稳态基线值来设定停机限值。

然而，不同设计的机器，停机限值可能不一样，不可能对绝对的停机限值给出更精确的导则。

一般来说，停机限值在区域C或D内，但推荐停机限值应不超过区域边界C/D限值的1.25倍。

4.2.4 瞬态运行期间的振动幅值
4.2.4.1 概述
附录A中给出的振动值是相对于在规定的稳态运行条件下长期运行的汽轮机和发电机而规定的。

在瞬态运行期间容易引发较高的振动值。

瞬态运行包括在额定转速下瞬态运行和启动、停机、特别是通过共振转速时的瞬态运行。

瞬态运行允许的较高振动限值可能超过4.2.3节中规定的报警限值。

像稳态振动一样，在具体场合采用的任何验收限值应得到机器制造厂家和用户的同意。

然而，下面给出的导则将保证避免过大的缺陷和不切实际的要求。

4.2.4.2 在额定转速瞬态运行期间的振动幅值
它包括空载同步、负荷或功率因数快速变化及其它相对短期的任何其它工况下的运行。

对于这种瞬态条件，振动幅值不超过区域边界C/D限值，一般认为是可以接受的。

4.2.4.3 启动、停机和超速期间的振动幅值
启动、停机和超速期间振动限值的规定可以不同，这取决于具体机器的结构特性或者特定的运行要求。

例如，对于带基本负荷的机组，启动次数很少，可允许有较高的振动限值，而对于正常两班制运行的机组和在规定的时间内达到规定输出功率的机组，可采用较严格的振动限值。

此外，在启动和停机期间通过共振转速时，振动幅值将受到阻尼和转速变化率的强烈影响。

例如，在停机时由于转速变化率一般低于启动时转速变化率，在停机期间通过共振转速时的振动值较高（见ISO10814有关机器对不平衡灵敏度的资料）。

ISO10816的本部分只可能提供一般导则，如果没有建立对类似机器适用的基线值，可使用本标准的导则。

还应该注意，在启动或停机期间，对轴承座振动速度规定一个简单的限值将导致在低转速下太高的振动位移。

本导则是在启动、停机或超速期间为避免受到的振动达到使机器损坏的程度，允许的轴承座振动速度应不超过区域边界C/D限值。

然而，应注意，在低转速下（一般低于600r/min）它将导致太高的振动位移。

在这种情况下，可能有必要规定其它的低速准则。

这种关系用图形表示在图2中。

图2 在启动、停机或超速期间允许的轴承座振动
最大振动值一般在通过共振转速时发生。

为避免过大的振动，在可能的情况下，推荐在达到共振转速之前，应对振动评估并与在以前各次运转良好时相同条件下获得的有代表性的振动矢量相比较。

如果观察到有明显的不同,在处理之前可采取进一步的措施（例如，保持转速至振动稳定或回到原先的数值，进行更详细的研究或检查运行参数）。

像在正常稳态工况下测量振动的情况一样，在启动、停机或超速期间的报警限值应设定在基线值之上某个数值，该值等于区域边界B/C限值的25%。

在没有可靠的基线数据可用的情况下，推荐最大的报警限值应不大于区域边界B/C限值。

在大多数情况下，启动、停机和超速期间设定停机限值一般是不可行的。

如果启动时产生过大振动，较恰当的是降低转速而不是选择停机。

另一方面，在停机期间，振动大时再打闸意义不大，因为它不会改变已经采取的措施（也就是停机）。

4.3 准则Ⅱ：振动幅值的变化
本准则提供了评定振动幅值偏离以前建立的基线值的变化。

宽带振动幅值明显地增大或减小可能发生，甚至未达到准则Ⅰ的区域C，就要求采取某种措施。

这种变化可以是瞬时的或者随时间而发展的，它表明可能已产生损坏，或者故障即将来临的警告，或者某些全体异常。

准则Ⅱ是在稳态工况下产生的宽带振动幅值变化的基础上规定的。

这些工况允许发电机在正常工作转速下输出功率有小的变化。

在应用准则Ⅱ时，必须在相同的传感器位置和方位以及在相近似的机器工况下进行振动测量比较，偏离正常振动幅值的明显变化应予以研究以避免危险。

如果振动幅值变化某个明显的数量（一般为区域边界B/C限值的25%*），不管振动幅值是增大或者减小都应采取措施查明变化的原因。

然后应着手诊断研究以查明变化的原因和确定进一步采取什么样的适当措施。

注：25%这一数值作为振动幅值显著变化的导则而提出，但也可以根据具体机器的经验，采用其它的数值。

4.4 补充的方法/准则
本标准中给出的振动测量与判定可以由ISO7919-2中的轴振动测量和评定准则补充和
替代。

重要的是要认识到，轴承振动和轴振动没有简单的关系，反之亦然。

轴绝对的和相对的振动测量之间的差异和轴承振动有关，但在数值上可不等于轴承振动，因为相位角不同。

因此，当本标准和ISO7919-2都用于机器振动的评定时，应分别进行轴振动和轴承振动测量。

如果应用不同的准则导致不同的振动烈度评定结果，一般采用较严格的级别。

4.5 基于振动矢量信息的评定
在本标准中考虑的评定限于宽带振动而不管频率分量或相位。

在大多数情况下，这对
于验收和运行监测是合适的。

对于长期状态监测和诊断，使用振动矢量信息对发现和确定机器动力状态的变化特别有用。

在某些情况下，在只测量宽带振动时不能发现这种变化（例如，见ISO10816-1）。

与相位和频率有关的振动信息越来越多地用于状态监测和诊断。

然而，这种准则规范已超出了本标准的现有范围。

附录A
（标准的附录）
评定区域的边界
表A-1 汽轮机和发电机轴承箱/底座振动速度各区域边界的推荐限值
附录B
（提示的附录）
设定报警和停机限值的例子
考虑有某台3000r/min的大型汽轮发电机组，对于轴承振动没有实践认识的新机，通常将运行的报警值设定在区域C内，具体数值由用户和机器制造厂家共同确定。

对于本例，假定对每个轴承，它最初设定在靠近区域边界B/C，例如其均方根值为8.0mm/s。

在机器运行一段时间之后，用户可能要考虑改变报警限值的设定以反映每个轴承稳态振动基线值的影响。

使用4.2.3.2节中的方法，以此为基础，每个轴承的报警限值可设定为稳态基线值与区域边界B/C限值的25%之和。

因此，如果某个轴承的稳态基线值为4.0mm/s （均方根值）可采用新的报警限值设定为5.9mm/s（即4.0mm/s+0.25×7.5mm/s）（见表A-1），它位于区域B内。

如另一个轴承，稳态基线值为6.0mm/s，应用4.2.3.2节中的方法，第二个轴承报警限值为7.9mm/s，这与初始设定的报警限值差异不大，因此，报警限值可保持不变，位于区域C内。

然而，对于每个轴承，机器停机限值根据准则Ⅰ保持在均方根值11.8mm/s，它的根据是停机限值相应于机器能承受的最大振动，它是一个固定的值。