ISO10816標準解讀和沙特YANBU萬噸線運轉設備的震動標定

1、ISO 10816標準解讀和沙特YANBU萬噸線運轉設備的震動標定劉亞璽，吳晶晶，沈群（中國中材國際工程股份有限公司，江蘇，南京， 211100）摘要：對于安裝在現場設備的震動值控制，GB標準中沒有相應的標準，實際操作中主要使用ISO10816標準。從適用范圍、測震位置/條件，設備分類以及震動值的評估和設定幾個方面全面解讀了ISO10816標準；同時詳細介紹了沙特YANBU日產萬噸水泥生產線有電機帶動運轉設備的震動值評估方案，以及設備震動異常情況和 處理方法。關鍵詞：旋轉設備；震動值；評估；ISO10816;報警值；跳停值0前言設備安裝后需要對設備的各項性能進行測試，在測試合格后設備才可以投入

2、正常運行。在各項測試中，設備運行震動情況的測試至關重要，因為設備震動會對設備軸承、支架等部件造成沖擊， 從而直接影響設備的使用壽命。通常設備震動值的鑒定主要有設備的設計控制值（即設備出廠測試的控制值）和設備現場安裝后（即 InSitu）正常操作的控制值二種；其評估指標則有震動位移（單 位為微米）、震動速度（單位為mm/s）和震動加速度（mm/s2）三種。其中震動位移適用于運動頻率（主要指旋轉運動）很低的設備的震動評估；震動加速度適用于運動頻率（主要指旋轉運動）很 高的設備的震動評估。在實際應用中，震動速度是常見設備震動評估的主要甚至是唯一的指標。對于安裝在現場設備的震動值控制，GB標準中沒有相

3、應的標準可供查閱，實際操作中可以參考“ISO 10816在設備非轉動部件上測量并評估設備震動"（即Mechanical vibration Evaluationofmachine vibration by measurements onnon-rotating parts "） 和 "ISO 7919 在設備旋轉軸上測量并評 估設備震動" （即 Mechanical vibration Evaluation ofmachine vibration by measurements onrotating shafts）進行。在現場安裝檢測中，主要使用ISO

4、10816標準，ISO7919由于測試條件要求較高，一般作為一種進一步分析問題時或者當ISO10816標準不適用時才使用。在水泥工程建設項目實施中，電機、減速機、風機、泵和破碎機等常見設備在安裝驗收及試車 等階段，均需考慮其震動問題。本文以下討論的震動值都是指新安裝到現場（即InSitu）的旋轉設備的震動值而非設備在制造工廠測試所控制的震動值；另對往復運動的設備振動評估本文不做討論。1標準的解讀為了便于理解下面對各種旋轉設備震動值的分類，首先需要簡單介紹ISO 10816標準的第三部分（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“安裝在使用現場的常規(guī)轉速在12015000r/min之間且功率在15kW以上的工廠設備的測試”。1.1 適用范圍本標準具體的適用范圍有：50MW （含）以下的蒸汽透平機；50MW以上速度低于1500r/min 或高于3600r/min （不包含在ISO 10816-2中）的蒸汽透平機；旋轉運動的壓縮機； 3MW以下 的工業(yè)燃氣透平機；離心泵、混流和軸流泵；發(fā)電機，不含水力發(fā)電機；各種形式白電機；300kWPa

6、ge 1/ 10以上的風機或一些安裝在剛性支座上的風機。注意：對于 300kW以下的風機和安裝在彈性支座以及薄鋼板上的風機，目前還沒有專用的國際標準進行震動評估，可以參照“ISO14694industrial fans-specification for balance quality and vibration levels "（即"工業(yè)風機-平 衡質量和震動等級規(guī)范”）標準。1.2 測震位置和條件測震位置和條件在實際操作中非常關鍵。測震位置（即震動測量點）一是應該容易靠近， 二是要確認該測量點對軸承座的震動評估具有代表性，并且保證設備不出現共振現場；三是其 測震的位置和

7、測震方向能夠敏感地反應設備動態(tài)受力的狀況。典型的震動測量點是在軸承端蓋和設備底座部位，如圖1和圖2所示。對于水平安裝的設備，垂直和水平方向是優(yōu)選的兩個測 震方向；對于直立或傾斜安裝的設備，通常測量彈性軸方向的震動值，因為通常這個方向的震 動值最大。在某些情形下，可能需要測量軸向的震動值（在徑向受力的軸承上測量軸向震動值 是不常見的），通常這種測量是出于周期性觀察或診斷分析的目的，因某些問題能夠更容易的 反應在軸向震動值上。目前，這種特殊的軸向振動檢測僅僅用于推力軸承，表現為軸向震動的 軸向跳動會引起軸向承載面的破壞，震動評估的界限劃分同樣適用于推力軸承的軸向震動評估。 在測量時，要記錄下測量的

8、位置和方向。在測量震動的時候，如果確定單個的測震儀能夠提供足夠的信息，就可以使用一個測震儀,而不必同時使用兩個正交放置的測震儀。但是，請注意在僅使用一個測震儀評估一個平面的震 動值時，測出的震動值可能不能正確反映此平面震動烈度（“振動烈度”是指在設備額定工作狀態(tài)下檢測到的最大振動值）。震動測試應該在設備達到額定的工作狀態(tài)（即設備達到了額定轉速， 額定電壓，額定流量,額定壓力，額定負載）并且軸承運轉溫度穩(wěn)定的情況下進行。對于調速的設備，震動應該在每 個實際生產中較長時間的操作狀態(tài)下進行檢測，這些震動值中最大的值才代表著振動烈度。如果測量到的震動值超過了相關標準或要求，并且明顯的觀察到環(huán)境對測量結

9、果影響很大，這時候就要停機檢查環(huán)境狀況。 如果設備在停機狀態(tài)下檢測到的震動值超過了在開機狀態(tài)下的 25%,那么就必須要采取必要的措施來消除這種環(huán)境影響。需要留意的是，在很多情況下，環(huán) 境所帶來的影響是不能輕易消除的。Page 7/ 10Figure 1 Measuring points圖1一一水平安裝的設備的測震位置和方向示意圖e&Figure 2圖2-Measuring points for vertical machine sets垂直安裝的設備的測震位置和方向示意圖1.3 設備分類在ISO10816標準中，設備震動烈度評估適用的評估標準是根據設備類型、設備的額定功 率或中心軸高度

10、和設備支撐系統(tǒng)的彈性來劃分的。在這里，需要解釋一下“支撐系統(tǒng)的彈性” 這個重要概念。因為震動評估的標準分為剛性支座和彈性支座兩類，如果設備和其連接的基礎 在測量方向的最低自然頻率高于設備的激勵頻率（“激勵頻率”在大多數情況下即為設備的旋轉頻率）25%以上，那么就認為這個設備的支撐系統(tǒng)在這個方向是剛性的，其他的支撐則全部 認為是彈性支撐。如大型的低轉速的電機大部分都是剛性支撐；但功率大于10MW的渦輪發(fā)電機或壓縮機、大型立式設備通常使用彈性支承（主要通過在基礎下設置大型減震器實現）。部分情況下，支撐系統(tǒng)在一個測量方向是剛性支撐，而在另一個測量方向是柔性支撐。例 如，在豎直方向上的最低自然頻率可能

11、高出主激勵頻率很多，但是水平方向的自然頻率則相當 低。這種支撐系統(tǒng)在豎直方向是剛性支撐，而在水平方向則是柔性的，其水平和豎直方向的震 動評估應該分別參照不同的支撐標準。如果設備支撐系統(tǒng)的分類不能夠通過圖紙和計算來界定，就必須通過測試來確定。1.4 震動值的評估ISO 10816標準給出了兩個震動評估準則，一是震動值分區(qū)；二是震動值的變化。1.4.1 振動評估原則一：震動值分區(qū)此準則以可接受的軸承受力（即正常工作并無額外受力情況）和可接受的支撐和設備基礎 （即環(huán)境影響在可接受范圍） 為前提。根據在軸承或底座觀測到的最大震動值，對照分區(qū)表（見表1）進行分區(qū)評估。表1震動值評估分區(qū)表設備類型設備基礎

12、形 式分區(qū)界限震動位移（ m）震動速度（mm/s）備注（1）額定功率在15300kW （含 300kW）的中型設 備；（2） 160mm4軸 高h<315mm的電 氣設備剛性A/B221.4這類設備多 配備滾動軸 承且轉速高 于 600r/minB/C452.8C/D714.5柔性A/B372.3B/C714.5C/D1137.1（1）額定功率在300 50000kW 的大型設備；（2）軸高H>315mm的電氣設 備剛性A/B292.3這類設備通 常裝配滑動 軸承（套筒 軸承），工作 轉速的范圍 為12015,000r/minB/C574.5C/D907.1柔性A/B453.5B/

13、C907.1C/D14011多流道葉輪并且剛性A/B182.3這類設備可帶獨立傳動功率大于15kW的泵(離心泵，軸流泵 和混流泵)B/C364.5能裝配滾動 軸承或滑動 軸承。C/D567.1柔性A/B283.5B/C567.1C/D9011整體傳動功率大于15kW的帶多流 道葉輪的泵(離心 泵，軸流泵和混流 泵)剛性A/B111.4這類設備可 能裝配滾動 軸承或滑動 軸承B/C222.8C/D364.5柔性A/B182.3B/C364.5C/D567.1這里對表1作相關的說明和解釋：(1)表1中數值僅適用于在額定速度或特定速度范圍穩(wěn)定操作狀態(tài)下運轉的設備， 測震點在軸承、軸承座、機殼或推力軸

14、承的軸向測量，不適用于在設備變速或變載 荷等短暫運行狀態(tài)；對于特殊設備或特殊支撐形式和運轉狀態(tài)，允許不同的或更高 的震動評估值，具體將由客戶和制造商之間協(xié)商確定；目前還沒有通用的經驗實例 來界定震動加速度，故在表 1中暫不提供震動加速度的分區(qū)界限；對于帶有特殊葉 輪的防堵塞泵，可能出現高于表 1中界限的震動值，例如單流道泵震動值可能會高 達 3mm/$(2)表1中A、B、C、D的意義分別為：A區(qū)一一新調試的設備震動值應該落在此 區(qū)域；B區(qū)一一震動值落在本區(qū)的設備是可接受的，可以長時間自由運轉；C區(qū)一一震動值落在這個區(qū)域的設備不推薦長時間運轉，應在適當的時候停機采取相應措 施消減震動；D區(qū)一一震

15、動值落在這個區(qū)域的設備被認為震動將引起設備損壞。(3)表1中給出的每個區(qū)域的邊界值是最大值，是基于使用兩個正交布置的測震儀表 測出的數據，因此在引用表 1進行邊界值判定時，應該使用兩個測振儀中最大的那個讀 數。(4)依據表1對泵的震動值進行評估時，應在泵的額定流量下進行。因增大泵的流 量(即超過額定流量時)可能會引起較大的震動，這對于較短時間內的操作是允許 的，但是這種震動可能會引起泵的損壞或者加速磨損。當這種情況發(fā)生時，應根據 經驗調整震動報警值和跳停值。其次，應當注意到某些特殊用途的水泵可能在震動 值超出表1給定范圍下運行，這也是允許的。止匕外，在安裝水泵時，應當注意避免 與之連接管道系統(tǒng)

16、和基礎的共振(即1至2倍的設備運轉頻率或葉片通過頻率)。1.4.2 振動評估原則二：震動值的變化本原則提供了震動值變化的評估依據。在設備穩(wěn)定運行狀態(tài)下當發(fā)現測定的震動值顯著的變化時，應該及時采取措施。如震動值增強或減弱的幅度為表1中B區(qū)上限值的25%,應及時進行調校；如超過此值的25%,則可判定為震動變化過度，應對設備進行及時檢查并調校。1.5 設備震動值設定在長期的設備運轉中，通常會對設備震動的極限進行設定，一般情況下對震動值設 定兩個常用的極限，即報警（Alarm）值和跳停（Trip）值。（1）報警值設定。報警 值的設定可以根據經驗或參照標準中的規(guī)定。通常情況下，建議采用的高于B區(qū)上限的2

17、5%作為報警值；如果 B區(qū)上限值過低，也可以采用低于 C區(qū)上限的值（任意 值）作為報警值。但設備的報警值，最好不要超過B區(qū)上限值的1.25倍。對于標準中沒有界定的新設備，可以按照經驗并參照相似設備的限定值來制定報警值；在設 備運轉一定時間并穩(wěn)定之后再根據實際情況調整設定值。（2）跳停值設定。設備的跳停值通常只與設備的設計性能相關（即與設備可以承受 的非正常動載荷相關），故對于相同或相似設計理念的設備，震動跳停值的設定是一 樣的，這一點與設備震動報警值的設定完全不同。設備跳停值應該在表中的C區(qū)或D區(qū)，建議設置的跳停值不超過 C區(qū)上限的1.25倍。1.6 ISO14694標準鏈接通常情況下，充分理

18、解和應用ISO10816標準已經足夠應對大多數常用設備的震動值 評估問題。但如業(yè)主要求評估小風機的震動值等，則需要引用更多的標準，比如 ISO14694標準，本文不作過多描述。2沙特YANBU日產10000t熟料線有電機帶動的運轉設備的震動標定及處理2.1 評估方案的確定在中國中材國際承建的沙特YANBU日產10000噸水泥熟料生產線建設過程中，業(yè)主和咨詢公司要求中國中材國際對每臺有電機帶動的運轉設備都要進行震動標定。在對各種設備的振動值評估過程中，中國中材國際按照ISO10816國際標準的相關方法、要求和評判標準，另通過咨詢相關的中外設備公司，并結合項目各方的實際操作經驗，制定了一個切實可行

19、且各方都認可的震動標定方案。其中主要的評估方案如下：1）對于電機等設備，按照ISO10816標準評彳t表中B區(qū)的上限值設置報警值； 按照C區(qū)上 限值設定跳停值；2）對于皮帶輸送機， 大風機，泵這些設備，按口ISO10816標準評彳t表中B區(qū)的上限值設 置報警值；按照 C區(qū)上限值設定跳停值；3）對于物料破碎機，按口ISO14694中的動平衡出廠檢測標準的上限設置報警值和跳停值； 其電機使用電機原則；4）對于小風機，根據ISO10816標準和ISO14694綜合考慮，對于每臺設備單獨給予評估ISO14694做評估，而業(yè)主要求按照驗收，暫未做統(tǒng)一的標準（原因是我方堅持按照 ISO10816標準中的分

20、類表做評估）。5）對于羅茨風機，按照 VDI3836標準的設置報警值和跳停值；2.2 整體檢測與評估情況在YCC®目中，震動的檢測分別在單機試車和帶料試車各測一次，單機試車（未帶料）是測震動是為了發(fā)現異常情況，以便在帶料前及時處理掉，帶料試車時的震動檢測值 是需要記錄在案的。在測試時發(fā)現的大部分問題都能夠通過重新進行設備找正而消除掉過大的震動，風機 則需要通過找正和重做動平衡等方法來解決掉震動問題。總體而言，對于轉速較低的設備，經過一系列分析處理，可以比較容易滿足國際標準 的規(guī)定。但對于轉速高的設備，如破碎機、風機，則需要做較多次的調整底座、找正 聯(lián)軸器、重找動平衡等工作才能滿足要求

21、。2.3 設備的震動異常情況的處理2.3.1 皮帶機傳動震動與處理現場震動測試中，發(fā)現有一臺皮帶機的傳動震動偏高，最大值達到了6.2mm/s。此設備配套電機的功率為 30kW,由于是安裝在混凝土平面上，應按表1中的剛性底座考慮，即按照ISO10816-3標準，其最大值震動值不應高于2.8mm/s。后經過各方面排查和分析，發(fā)現主要原因是傳動裝置的整體支架偏軟造成的；另頭架也 偏軟，在皮帶張緊之后由于可能造成聯(lián)軸器部分有微小的形變，而安裝找正又未 能進行很好的彌補。為此，我們重新設計加工了傳動支架、加固了頭部支架、重新找正了聯(lián)軸器；其后重新測試時，震動值降到了1.8mm/s,達到了 ISO1081

22、6標準的要求。2.3.2 風機震動異常情況的處理本項目使用的風機很多，除了大型的工藝過程風機是進口產品外，其他為除塵 器配套的排風機都是國產設備。進口風機在安裝后進行了動平衡校核，測試震動值 均能嚴格控制在ISO 10816標準B區(qū)以內。但是國產風機中有多臺的震動值出現了異 常，尤其是幾臺使用了減震器的風機，即使重新做了動平衡后風機電機軸承處震動 還是較高。后經過結構工程師對存在問題的風機整體支架的分析認為主要是支架設計不合理所致。因這些風機中大多采用D式，即風機的兩個支撐軸承位于風機葉輪的同一側，導致風機軸承下的支架受壓力很大，而與之通過聯(lián)軸器相連的電機側支架受力 偏小，因而電機端支架下的減

23、震器受到的壓力很小。由于整體支架受力不均，在風 機輕微震動時，電機下方與之相連的支架部分震動會偏大，這種震動傳遞到電機軸 承上表現為電機震動超標（依據ISO10816標準）。為此，我們對風機電機端支架增Page 8/ 10加了配重，重新精密找正了聯(lián)軸器，從而消除了過大的震動，通過了評估考核。通過風機震動的分析和處理，我們認為國產風機在整體支架的設計上有待進一 步改進，即對支架平衡性和配重的考慮上忽略了對震動的影響。另外，選用的減震 器在質量上一定要過關，否則會進一步影響設備的震動評估。2.3.3 立磨選粉機減速機的震動異常的分析在本項目做震動評估時，發(fā)現原料立磨選粉機的減速機震動值最高達到了1

24、1mm/s,根據ISO10816標準，此處的震動值應該控制在2.8mm/s以內?？紤]這么高的震動值可能會影響軸承壽命進而影響設備的壽命，因此立即進行了停機檢查。在立磨系統(tǒng)停車期間，為排除磨機震動的影響因素，進行了單轉選粉機傳動測 試，結果其減速機的震動值在 2.8mm/s以下，符合ISO10816標準要求。因此我們認 為，該立磨選粉機減速機的震動異常 是由立磨開機時的震動傳遞到了選粉機上而引起 的，這個結論得到了德國萊歇公司的支持，也得到了業(yè)主和咨詢公司的認可；同時 立磨生產廠家(德國萊歇)也出具此震動不影響設備正常運轉的澄清函，對此業(yè)主 表不認可。該立磨主電機為3000kW,安裝在混凝土基礎

25、上，按雙方原同意的主電機的報警值和跳停值分別為 4.5mm/s和7.1mm/s。由于磨機震動的影響，也使磨機主驅動電機的震動超出了標準。后經雙方依據國際標準和現場的實際情況協(xié)商同意，在最終設定主電機震動報警值和跳停值時使用了更高值，即報警值設定為7.1mm/s,跳停值設定為11mm/s。這是一個典型的環(huán)境震動影響設備震動評估的實例，在今后的項目實踐中是很 好的參照。3結語(1)運轉設備的震動是必然的，控制在表 1 B級范圍內是能夠保證設備的長期穩(wěn)定運行 的。但震動異常時會對設備軸承、支架等部件造成沖擊，從而直接影響設備的使用壽命，必須 查找原因并針對性采取措施進行處理。(2)按照ISO10816國際標準的相關方法、要求和評判標準，并結合項目各方的實際操作經驗，我們全面完成了沙特 YANBU日產100