ISO10816标准解读和沙特YANBU万吨线运转设备的震动标定

1、ISO 10816标准解读和沙特YANBU万吨线运转设备的震动标定刘亚玺，吴晶晶，沈群（中国中材国际工程股份有限公司，江苏，南京， 211100）摘要：对于安装在现场设备的震动值控制，GB标准中没有相应的标准，实际操作中主要使用ISO10816标准。从适用范围、测震位置/条件，设备分类以及震动值的评估和设定几个方面全面解读了ISO10816标准；同时详细介绍了沙特YANBU日产万吨水泥生产线有电机带动运转设备的震动值评估方案，以及设备震动异常情况和 处理方法。关键词：旋转设备；震动值；评估；ISO10816;报警值；跳停值0前言设备安装后需要对设备的各项性能进行测试，在测试合格后设备才可以投入

2、正常运行。在各项测试中，设备运行震动情况的测试至关重要，因为设备震动会对设备轴承、支架等部件造成冲击， 从而直接影响设备的使用寿命。通常设备震动值的鉴定主要有设备的设计控制值（即设备出厂测试的控制值）和设备现场安装后（即 InSitu）正常操作的控制值二种；其评估指标则有震动位移（单 位为微米）、震动速度（单位为mm/s）和震动加速度（mm/s2）三种。其中震动位移适用于运动频率（主要指旋转运动）很低的设备的震动评估；震动加速度适用于运动频率（主要指旋转运动）很 高的设备的震动评估。在实际应用中，震动速度是常见设备震动评估的主要甚至是唯一的指标。对于安装在现场设备的震动值控制，GB标准中没有相

3、应的标准可供查阅，实际操作中可以参考“ISO 10816在设备非转动部件上测量并评估设备震动"（即Mechanical vibration Evaluationofmachine vibration by measurements onnon-rotating parts "） 和 "ISO 7919 在设备旋转轴上测量并评 估设备震动" （即 Mechanical vibration Evaluation ofmachine vibration by measurements onrotating shafts）进行。在现场安装检测中，主要使用ISO

4、10816标准，ISO7919由于测试条件要求较高，一般作为一种进一步分析问题时或者当ISO10816标准不适用时才使用。在水泥工程建设项目实施中，电机、减速机、风机、泵和破碎机等常见设备在安装验收及试车 等阶段，均需考虑其震动问题。本文以下讨论的震动值都是指新安装到现场（即InSitu）的旋转设备的震动值而非设备在制造工厂测试所控制的震动值；另对往复运动的设备振动评估本文不做讨论。1标准的解读为了便于理解下面对各种旋转设备震动值的分类，首先需要简单介绍ISO 10816标准的第三部分（ISO 10816-3） a Industrial machines with nominal power

5、above15 kW and nominal speeds between 120 r/minand 15000 r/min when measured in situ ",即“安装在使用现场的常规转速在12015000r/min之间且功率在15kW以上的工厂设备的测试”。1.1 适用范围本标准具体的适用范围有：50MW （含）以下的蒸汽透平机；50MW以上速度低于1500r/min 或高于3600r/min （不包含在ISO 10816-2中）的蒸汽透平机；旋转运动的压缩机； 3MW以下 的工业燃气透平机；离心泵、混流和轴流泵；发电机，不含水力发电机；各种形式白电机；300kWPa

6、ge 1/ 10以上的风机或一些安装在刚性支座上的风机。注意：对于 300kW以下的风机和安装在弹性支座以及薄钢板上的风机，目前还没有专用的国际标准进行震动评估，可以参照“ISO14694industrial fans-specification for balance quality and vibration levels "（即"工业风机-平 衡质量和震动等级规范”）标准。1.2 测震位置和条件测震位置和条件在实际操作中非常关键。测震位置（即震动测量点）一是应该容易靠近， 二是要确认该测量点对轴承座的震动评估具有代表性，并且保证设备不出现共振现场；三是其 测震的位置和

7、测震方向能够敏感地反应设备动态受力的状况。典型的震动测量点是在轴承端盖和设备底座部位，如图1和图2所示。对于水平安装的设备，垂直和水平方向是优选的两个测 震方向；对于直立或倾斜安装的设备，通常测量弹性轴方向的震动值，因为通常这个方向的震 动值最大。在某些情形下，可能需要测量轴向的震动值（在径向受力的轴承上测量轴向震动值 是不常见的），通常这种测量是出于周期性观察或诊断分析的目的，因某些问题能够更容易的 反应在轴向震动值上。目前，这种特殊的轴向振动检测仅仅用于推力轴承，表现为轴向震动的 轴向跳动会引起轴向承载面的破坏，震动评估的界限划分同样适用于推力轴承的轴向震动评估。 在测量时，要记录下测量的

8、位置和方向。在测量震动的时候，如果确定单个的测震仪能够提供足够的信息，就可以使用一个测震仪,而不必同时使用两个正交放置的测震仪。但是，请注意在仅使用一个测震仪评估一个平面的震 动值时，测出的震动值可能不能正确反映此平面震动烈度（“振动烈度”是指在设备额定工作状态下检测到的最大振动值）。震动测试应该在设备达到额定的工作状态（即设备达到了额定转速， 额定电压，额定流量,额定压力，额定负载）并且轴承运转温度稳定的情况下进行。对于调速的设备，震动应该在每 个实际生产中较长时间的操作状态下进行检测，这些震动值中最大的值才代表着振动烈度。如果测量到的震动值超过了相关标准或要求，并且明显的观察到环境对测量结

9、果影响很大，这时候就要停机检查环境状况。 如果设备在停机状态下检测到的震动值超过了在开机状态下的 25%,那么就必须要采取必要的措施来消除这种环境影响。需要留意的是，在很多情况下，环 境所带来的影响是不能轻易消除的。Page 7/ 10Figure 1 Measuring points图1一一水平安装的设备的测震位置和方向示意图e&Figure 2图2-Measuring points for vertical machine sets垂直安装的设备的测震位置和方向示意图1.3 设备分类在ISO10816标准中，设备震动烈度评估适用的评估标准是根据设备类型、设备的额定功 率或中心轴高度

10、和设备支撑系统的弹性来划分的。在这里，需要解释一下“支撑系统的弹性” 这个重要概念。因为震动评估的标准分为刚性支座和弹性支座两类，如果设备和其连接的基础 在测量方向的最低自然频率高于设备的激励频率（“激励频率”在大多数情况下即为设备的旋转频率）25%以上，那么就认为这个设备的支撑系统在这个方向是刚性的，其他的支撑则全部 认为是弹性支撑。如大型的低转速的电机大部分都是刚性支撑；但功率大于10MW的涡轮发电机或压缩机、大型立式设备通常使用弹性支承（主要通过在基础下设置大型减震器实现）。部分情况下，支撑系统在一个测量方向是刚性支撑，而在另一个测量方向是柔性支撑。例 如，在竖直方向上的最低自然频率可能

11、高出主激励频率很多，但是水平方向的自然频率则相当 低。这种支撑系统在竖直方向是刚性支撑，而在水平方向则是柔性的，其水平和竖直方向的震 动评估应该分别参照不同的支撑标准。如果设备支撑系统的分类不能够通过图纸和计算来界定，就必须通过测试来确定。1.4 震动值的评估ISO 10816标准给出了两个震动评估准则，一是震动值分区；二是震动值的变化。1.4.1 振动评估原则一：震动值分区此准则以可接受的轴承受力（即正常工作并无额外受力情况）和可接受的支撑和设备基础 （即环境影响在可接受范围） 为前提。根据在轴承或底座观测到的最大震动值，对照分区表（见表1）进行分区评估。表1震动值评估分区表设备类型设备基础

12、形 式分区界限震动位移（ m）震动速度（mm/s）备注（1）额定功率在15300kW （含 300kW）的中型设 备；（2） 160mm4轴 高h<315mm的电 气设备刚性A/B221.4这类设备多 配备滚动轴 承且转速高 于 600r/minB/C452.8C/D714.5柔性A/B372.3B/C714.5C/D1137.1（1）额定功率在300 50000kW 的大型设备；（2）轴高H>315mm的电气设 备刚性A/B292.3这类设备通 常装配滑动 轴承（套筒 轴承），工作 转速的范围 为12015,000r/minB/C574.5C/D907.1柔性A/B453.5B/

13、C907.1C/D14011多流道叶轮并且刚性A/B182.3这类设备可带独立传动功率大于15kW的泵(离心泵，轴流泵 和混流泵)B/C364.5能装配滚动 轴承或滑动 轴承。C/D567.1柔性A/B283.5B/C567.1C/D9011整体传动功率大于15kW的带多流 道叶轮的泵(离心 泵，轴流泵和混流 泵)刚性A/B111.4这类设备可 能装配滚动 轴承或滑动 轴承B/C222.8C/D364.5柔性A/B182.3B/C364.5C/D567.1这里对表1作相关的说明和解释：(1)表1中数值仅适用于在额定速度或特定速度范围稳定操作状态下运转的设备， 测震点在轴承、轴承座、机壳或推力轴

14、承的轴向测量，不适用于在设备变速或变载 荷等短暂运行状态；对于特殊设备或特殊支撑形式和运转状态，允许不同的或更高 的震动评估值，具体将由客户和制造商之间协商确定；目前还没有通用的经验实例 来界定震动加速度，故在表 1中暂不提供震动加速度的分区界限；对于带有特殊叶 轮的防堵塞泵，可能出现高于表 1中界限的震动值，例如单流道泵震动值可能会高 达 3mm/$(2)表1中A、B、C、D的意义分别为：A区一一新调试的设备震动值应该落在此 区域；B区一一震动值落在本区的设备是可接受的，可以长时间自由运转；C区一一震动值落在这个区域的设备不推荐长时间运转，应在适当的时候停机采取相应措 施消减震动；D区一一震

15、动值落在这个区域的设备被认为震动将引起设备损坏。(3)表1中给出的每个区域的边界值是最大值，是基于使用两个正交布置的测震仪表 测出的数据，因此在引用表 1进行边界值判定时，应该使用两个测振仪中最大的那个读 数。(4)依据表1对泵的震动值进行评估时，应在泵的额定流量下进行。因增大泵的流 量(即超过额定流量时)可能会引起较大的震动，这对于较短时间内的操作是允许 的，但是这种震动可能会引起泵的损坏或者加速磨损。当这种情况发生时，应根据 经验调整震动报警值和跳停值。其次，应当注意到某些特殊用途的水泵可能在震动 值超出表1给定范围下运行，这也是允许的。止匕外，在安装水泵时，应当注意避免 与之连接管道系统

16、和基础的共振(即1至2倍的设备运转频率或叶片通过频率)。1.4.2 振动评估原则二：震动值的变化本原则提供了震动值变化的评估依据。在设备稳定运行状态下当发现测定的震动值显著的变化时，应该及时采取措施。如震动值增强或减弱的幅度为表1中B区上限值的25%,应及时进行调校；如超过此值的25%,则可判定为震动变化过度，应对设备进行及时检查并调校。1.5 设备震动值设定在长期的设备运转中，通常会对设备震动的极限进行设定，一般情况下对震动值设 定两个常用的极限，即报警（Alarm）值和跳停（Trip）值。（1）报警值设定。报警 值的设定可以根据经验或参照标准中的规定。通常情况下，建议采用的高于B区上限的2

17、5%作为报警值；如果 B区上限值过低，也可以采用低于 C区上限的值（任意 值）作为报警值。但设备的报警值，最好不要超过B区上限值的1.25倍。对于标准中没有界定的新设备，可以按照经验并参照相似设备的限定值来制定报警值；在设 备运转一定时间并稳定之后再根据实际情况调整设定值。（2）跳停值设定。设备的跳停值通常只与设备的设计性能相关（即与设备可以承受 的非正常动载荷相关），故对于相同或相似设计理念的设备，震动跳停值的设定是一 样的，这一点与设备震动报警值的设定完全不同。设备跳停值应该在表中的C区或D区，建议设置的跳停值不超过 C区上限的1.25倍。1.6 ISO14694标准链接通常情况下，充分理

18、解和应用ISO10816标准已经足够应对大多数常用设备的震动值 评估问题。但如业主要求评估小风机的震动值等，则需要引用更多的标准，比如 ISO14694标准，本文不作过多描述。2沙特YANBU日产10000t熟料线有电机带动的运转设备的震动标定及处理2.1 评估方案的确定在中国中材国际承建的沙特YANBU日产10000吨水泥熟料生产线建设过程中，业主和咨询公司要求中国中材国际对每台有电机带动的运转设备都要进行震动标定。在对各种设备的振动值评估过程中，中国中材国际按照ISO10816国际标准的相关方法、要求和评判标准，另通过咨询相关的中外设备公司，并结合项目各方的实际操作经验，制定了一个切实可行

19、且各方都认可的震动标定方案。其中主要的评估方案如下：1）对于电机等设备，按照ISO10816标准评彳t表中B区的上限值设置报警值； 按照C区上 限值设定跳停值；2）对于皮带输送机， 大风机，泵这些设备，按口ISO10816标准评彳t表中B区的上限值设 置报警值；按照 C区上限值设定跳停值；3）对于物料破碎机，按口ISO14694中的动平衡出厂检测标准的上限设置报警值和跳停值； 其电机使用电机原则；4）对于小风机，根据ISO10816标准和ISO14694综合考虑，对于每台设备单独给予评估ISO14694做评估，而业主要求按照验收，暂未做统一的标准（原因是我方坚持按照 ISO10816标准中的分

20、类表做评估）。5）对于罗茨风机，按照 VDI3836标准的设置报警值和跳停值；2.2 整体检测与评估情况在YCC®目中，震动的检测分别在单机试车和带料试车各测一次，单机试车（未带料）是测震动是为了发现异常情况，以便在带料前及时处理掉，带料试车时的震动检测值 是需要记录在案的。在测试时发现的大部分问题都能够通过重新进行设备找正而消除掉过大的震动，风机 则需要通过找正和重做动平衡等方法来解决掉震动问题。总体而言，对于转速较低的设备，经过一系列分析处理，可以比较容易满足国际标准 的规定。但对于转速高的设备，如破碎机、风机，则需要做较多次的调整底座、找正 联轴器、重找动平衡等工作才能满足要求

21、。2.3 设备的震动异常情况的处理2.3.1 皮带机传动震动与处理现场震动测试中，发现有一台皮带机的传动震动偏高，最大值达到了6.2mm/s。此设备配套电机的功率为 30kW,由于是安装在混凝土平面上，应按表1中的刚性底座考虑，即按照ISO10816-3标准，其最大值震动值不应高于2.8mm/s。后经过各方面排查和分析，发现主要原因是传动装置的整体支架偏软造成的；另头架也 偏软，在皮带张紧之后由于可能造成联轴器部分有微小的形变，而安装找正又未 能进行很好的弥补。为此，我们重新设计加工了传动支架、加固了头部支架、重新找正了联轴器；其后重新测试时，震动值降到了1.8mm/s,达到了 ISO1081

22、6标准的要求。2.3.2 风机震动异常情况的处理本项目使用的风机很多，除了大型的工艺过程风机是进口产品外，其他为除尘 器配套的排风机都是国产设备。进口风机在安装后进行了动平衡校核，测试震动值 均能严格控制在ISO 10816标准B区以内。但是国产风机中有多台的震动值出现了异 常，尤其是几台使用了减震器的风机，即使重新做了动平衡后风机电机轴承处震动 还是较高。后经过结构工程师对存在问题的风机整体支架的分析认为主要是支架设计不合理所致。因这些风机中大多采用D式，即风机的两个支撑轴承位于风机叶轮的同一侧，导致风机轴承下的支架受压力很大，而与之通过联轴器相连的电机侧支架受力 偏小，因而电机端支架下的减

23、震器受到的压力很小。由于整体支架受力不均，在风 机轻微震动时，电机下方与之相连的支架部分震动会偏大，这种震动传递到电机轴 承上表现为电机震动超标（依据ISO10816标准）。为此，我们对风机电机端支架增Page 8/ 10加了配重，重新精密找正了联轴器，从而消除了过大的震动，通过了评估考核。通过风机震动的分析和处理，我们认为国产风机在整体支架的设计上有待进一 步改进，即对支架平衡性和配重的考虑上忽略了对震动的影响。另外，选用的减震 器在质量上一定要过关，否则会进一步影响设备的震动评估。2.3.3 立磨选粉机减速机的震动异常的分析在本项目做震动评估时，发现原料立磨选粉机的减速机震动值最高达到了1

24、1mm/s,根据ISO10816标准，此处的震动值应该控制在2.8mm/s以内。考虑这么高的震动值可能会影响轴承寿命进而影响设备的寿命，因此立即进行了停机检查。在立磨系统停车期间，为排除磨机震动的影响因素，进行了单转选粉机传动测 试，结果其减速机的震动值在 2.8mm/s以下，符合ISO10816标准要求。因此我们认 为，该立磨选粉机减速机的震动异常 是由立磨开机时的震动传递到了选粉机上而引起 的，这个结论得到了德国莱歇公司的支持，也得到了业主和咨询公司的认可；同时 立磨生产厂家(德国莱歇)也出具此震动不影响设备正常运转的澄清函，对此业主 表不认可。该立磨主电机为3000kW,安装在混凝土基础

25、上，按双方原同意的主电机的报警值和跳停值分别为 4.5mm/s和7.1mm/s。由于磨机震动的影响，也使磨机主驱动电机的震动超出了标准。后经双方依据国际标准和现场的实际情况协商同意，在最终设定主电机震动报警值和跳停值时使用了更高值，即报警值设定为7.1mm/s,跳停值设定为11mm/s。这是一个典型的环境震动影响设备震动评估的实例，在今后的项目实践中是很 好的参照。3结语(1)运转设备的震动是必然的，控制在表 1 B级范围内是能够保证设备的长期稳定运行 的。但震动异常时会对设备轴承、支架等部件造成冲击，从而直接影响设备的使用寿命，必须 查找原因并针对性采取措施进行处理。(2)按照ISO10816国际标准的相关方法、要求和评判标准，并结合项目各方的实际操作经验，我们全面完成了沙特 YANBU日产100