【国家标准(GB)】 旋转机械转轴径向振动的测量和评定 第5部分：水力发电厂和泵站机组

ICS17.160
中华人民共和国国家标准
GB/T11348.5--2008/IS07919-5:2005代替GB/T11348.5-—2002
旋转机械转轴径向振动的测量和评定第5部分：水力发电厂和泵站机组Mechanical vibrationEvaluation of machine vibration by measurements onrotating shafts-Part 5: Machine sets in hydraulic power generating andpumping plants
(ISO 7919-5 :2005,IDT)
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中国国家标准化管理委员会
2009-05-01实施
GB/T11348.5—2008/IS07919-5:2005前言
1范围
2规范性引用文件
测量方法
评定准则
在规定运行工况下水轮机组转轴相对振动的评定准则附录A（规范性附录）
附录B（资料性附录）
附录C（资料性附录）
附录D(资料性附录）
参考文献
水力机组转轴振动特性
分析步骤和应用的回归技术
GB/T11348.5再版的目的
GB/T11348.5—2008/ISO7919-5:2005GB/T11348《旋转机械转轴径向振动的测量和评定》分为以下五个部分：第1部分：总则；
——第2部分：50MW以上，额定转速1500r/min、1800r/min、3000r/min、3600r/min陆地安装的汽轮机和发电机；
第3部分：耦合的工业机器；
一第4部分：燃气轮机组；
第5部分：水力发电广和泵站机组。本部分为GB/T11348的第5部分。GB/T11348的本部分等同采用国际标准ISO7919-5:2005《机械振动转轴径向振动的测量和评第5部分：水力发电厂和泵站机组》(英文版)。本部分等同翻译ISO7919-5：2005。为便于使用，本部分与ISO7919-5：2005相比，做了如下编辑性修改：将“本国际标准”一词改为“本部分”；一删除国际标准的前言；
用小数点符号“。”代替小数点符号“，”；修改了原标准名称；
一对ISO7919-5：2005中引用的其他国际标准，有被我国等同采用的用我国标准代替对应的国际标准，未被等同采用为我国标准的直接引用国际标准。本部分是对GB/T11348.5-2002《旋转机械转轴径向振动的测量和评定第5部分：水力发电厂和泵站机组》的修订。与GB/T11348.5一2002相比，主要技术内容变化如下：修改了评价准则，用一种更宽划分，把整个评价区域划分为两个大区域，以代替以前的四个评价区域，以及改变了定义并用原B/C边界线划分进行评价。在两个新的大区A-B和C-D内，原A/B和C/D边界线仍然保留，用于表示基于统计的不同振动烈度等级。关于本版修订目的的更多信息在附录D中给出。
本部分自实施之日起代替GB/T11348.5—2002。本部分的附录A是规范性附录，附录B、附录C、附录D是资料性附录。本部分由全国机械振动、冲击与状态监测标准化技术委员会提出并归口。本部分负责起草单位：哈尔滨大电机研究所。本部分参加起草单位：郑州机械研究所、东方电机有限公司、湖北省电力试验研究院、武汉汽轮发电机厂、哈尔滨汽轮机厂有限公司。本部分主要起草人：胡建文、韩国明、姚大坤、陈昌林、张大国、饶红兵、刘书秀、张刚。本部分所代替标准的历次版本发布情况为：GB/T11348.5——2002。
1范围
GB/T11348.5--2008/1S07919-5:2005旋转机械转轴径向振动的测量和评定第5部分：水力发电厂和泵站机组GB/T11348的本部分给出的准则适用于正常运行条件下水力发电厂和泵站机组在轴承或靠近轴承处测量的转轴振动的评定。根据稳态运行工况下的振动值和这些值可能出现的幅值变化来提出这些准则。
注1：所规定的数值不作为振动评价的唯一依据，因为评价机器的振动状态通常要考虑转轴振动和轴承座振动两个方面（见GB/T11348.1和GB/T6075.1)。本部分适用于水力发电厂和泵站机组，其额定转速为60r/min～1800r/min，轴瓦类型为筒式或分块瓦轴承，主机功率大于或等于1MW。轴线的位置可以是垂直、水平或与这两个方向成任意角度。本部分适用的机组有以下组合：a）水轮机与水轮发电机；
b）泵与作电动机运行的电机；
c）水泵-水轮机和电动机-发电机；d）水轮机、泵和电动发电机组（典型的蓄能机组）。包括辅助设备（如同轴线上的启动水轮机或励磁机）。本部分也适用于通过齿轮或径向弹性联轴器与发电机或电动机连接的水轮机或泵。注2：转速在1000t/min～1800r/min之间的电机按照GB/T11348.3规定的标准来评定。本部分不适用于以下机器：
a）热电厂或工业设备中的泵（这类机器见GB/T11348.3）；b）用滚动轴承的水力机器；
c）用水润滑轴承的水力机器。
按GB/T11348.1的规定，水力发电厂和泵站机组转轴振动测定的任务如下：a）任务A：振动特性的变化；
b）任务B：过大的动载荷；
c）任务C：径向间隙的监测。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过GB/T11384的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。
GB/T11348.1旋转机械转轴径向振动的测量和评定第1部分：总则（GB/T11348.1-1999，idt ISO 7919-1:1996,Mechanical vibration—-Evaluation of machine vibration by measurements on nonrotating parts-Part l:General guidelines)GB/T17189水力机械（水轮机、蓄能泵和水泵水轮机）振动和脉动现场测试规程(GB/T17189—2007,IEC60994:1991)GB/T21487.1旋转轴振动测量系统第1部分：径向振动的相对和绝对检测(GB/T21487.1一2008,ISO10817-1:1998,IDT)
GB/T11348.5—2008/IS07919-5:20053测量方法
3.1总则
测量的步骤方法和使用仪器，应按照GB/T11348.1和GB/T17189中的规定。3.2测量类型
水力机组转轴相对与绝对振动的测量采用非接触传感器。由于低转速的水力机器要求测量仪器很低的频段，所以骑轴式惯性传感器通常不能使用。对于相对振动测量，传感器最好直接安装在轴瓦或瓦块上。如果传感器安装在轴承支撑结构或轴承座上（对于立式机组通常如此），应注意到：轴瓦或瓦块和传感器之间的相对运动应比轴的运动小得多，否则，测量的信号不能代表轴和轴瓦间的相对运动。这个要求可以用结构的静态分析或附加测量来评估，后者通常困难而又昂贵。对于传感器支撑结构，要求其最低固有频率，特别是在位移传感器工作方向上能产生明显振动的最低固有频率，应大于转速频率的7倍以上，并且不能是转速频率的整数倍。支撑结构的绝对振动通常应使用惯性式传感器测量，其安装位置应尽可能靠近位移传感器，并与它同方向，从惯性式传感器得到的读数换算成位移来评估转轴的绝对位移。注：除了转轴的振动以外，轴承座的振动也要时常监视。然而，可能会对立式机组下导轴承处测量的振动产生误解。在轴承和刚性固定在基础上的轴承座测得的振动，有时是水力产生的，是水力机械经过基础直接传来的，而不是转轴的径向振动引起的。3.3
测量平面
测量任务A和B(见第1章）要求在机组的所有主轴承处进行测试，要尽可能把不同位置上的传感器安装在同一直线上。对于立式机组，推荐的测量方位是上游和沿旋转方向转90°处。对于卧式机组，为了便于实施，测量方向常选在与铅垂方向成士45°处。如果只是出于监测的目的，在某些情况下，特别是对于有4个以上轴承的机组，测量平面可减少至最重要的几个。测量平面的选择以振动特性分析为基础，模拟所有类型的事故和扰动，最佳的测量平面应是当干扰事件发生时转轴能产生明显振幅的地方。对于测量任务C(径向间隙的监测），要求传感器安装在水机密封、迷宫内或其附近，或装在对于所有相关的振型都能再现轴线弯曲的位置上。特殊情况下，恰当的测量应在机组的相关部位，它们可以得出不同测量平面的转化关系。
注：在判断整个机器性能时，为了得到沿整个轴线的振幅分布信息，在离轴承一段距离（例如法兰）处也进行测量是重要的。如果轴承面离振动节点很近，振动特性和轴线真实变形会被低估。3.4测量设备
测量设备性能应符合GB/T21487.1和GB/T17189的要求。测量设备的频率范围应该适合水力机械转轴振动较宽的激励谱。它应该从机器额定转速频率的1/4到水斗或叶片过流频率的2倍。测量系统的幅值范围至少应该是主要区域A-B和区域C-D之间界限值的4倍（见附录A.2），以便能精确监测瞬态运行工况下的振动。4评定准则
4.1水轮机运行工况
在水轮机运行工况下，机组的振动幅值和振动幅值变化的评定准则列于附录A。鉴于立式水轮机转轴振动轨迹的特殊性，推荐的测量值是相对振动位移的最大值Sm。由于大多数测量系统以测量方向上的振动位移峰-峰值Sp-p显示（见GB/T11348.1），所以位移幅值评定准则由两种测量值确定。这些准则适用于额定转速在60r/min～1800r/min的机组，在合同许可的稳态负荷2
工况内运行。
GB/T11348.5--2008/ISO7919-5:2005除了第1章规定的不适用机器外，本准则适用于在稳态工况下各种水轮机带动的机组，不论何种类型，什么水头及多大功率。
必须注意由于来自转轮旋流出口的径向力，轴流定浆式水轮机、混流式水轮机和水泵水轮机偏离设计最优工况运行时，可能出现较高的轴振动。影响范围通常用水轮机流量低于在每个水头下相应最大效率时流量的80%来确定。
对于水泵水轮机，由于转轮设计兼顾了水轮机和水泵转轮的最优设计，因此转轴振动幅值可以比正常规定的值更高一些。对于运转平稳的水轮机（如水斗式水轮机，轴流转桨式水轮机），转轴振动幅值通常会更低。
4.2泵的运行工况
目前还没有足够的数据可用来制定机组在泵运行工况下的准则，GB/T11348的这部分将增补在将来的版本中。
4.3特殊运行工况
必须注意下列运行工况：
a）低负荷和超负荷的稳态运行工况，以及频繁的开机和停机过程中的瞬态运行工况；b）稀少的运行工况，例如紧急停机工况、甩负荷、泵和水泵-水轮机在投人机械制动时的运行。这些运行过程的评价比在指定的负荷范围内运行评价困难得多。现在还没有足够的数据和经验来建立这些特殊的运行工况的限制曲线。越低于额定工况，水力机械内的水流受到的扰动越大。象脱流和涡动那样的扰动会产生强烈的随机激振。由于水的密度大，水轮机随机激振力要比汽轮机大得多。然而，在指定的负荷范围以外区域运行时，通常质量不平衡产生的转轴振动完全被随机振动分量掩盖。由于特殊运行工况下，存在这些巨大的随机分量，所以应该较少地依赖于瞬时振动值Smx或Sp-P，而更多地依赖平均值，此平均值至少是转动10圈以上所采集数据的平均值。应该注意到，总体来说，机器振动状态的总体评价是基于上面定义的转轴的相对振动和非转动部件上的振动测量两个方面作出的（见GB/T6075.5）。3
GB/T11348.5-2008/IS07919-5:2005附录A
（规范性附录）
在规定运行工况下水轮机组转轴相对振动的评定准则A.1引言
在水力机组轴承或靠近轴承处测量的转轴的相对振动，应以下面两项准则为基础进行评定：准则I：正常运行工况时，机器可靠安全的运行要求振动幅值应该控制在一定限值之下，此限值是与可接受的动载荷和机器有足够裕度的径向间隙相适应的。对于那些尚未充分地了解其运行性能的机器（如新机型），这个准则将作为评价机器的基础。准则Ⅱ：振动幅值相对于参考值的变化不允许超过一定的限值。这是因为即使没有超出准则规定的限值，振动幅值的变化也可以反映初始损伤或某些其他异常情况。A.2准则I：稳态运行工况下额定转速时的振动幅值A.2.1总则
图A.1中给出了在测量平面上相对位移最大值Smx的推荐值。图A.2中给出了在测量平面上相对位移峰-峰值Sp-p的推荐值。这两个值是最大工作转速的函数。它们是按照4.1的定义，稳态运行工况下额定转速时在主要承载轴承处或靠近该轴承处，沿径向方向测得的转轴的振动值。在其他的测量点和附录B描述的工况下，允许出现更大的振动值。在图A.1和图A.2中，振动幅值的整个区域被划分成2个主要范围，其定义如下：大区A-B：振动值在此大区域内的机器被认为可以无限制长期运行；大区C-D：振动值在此大区域内的机器具有较高的振幅。在每种情况下，必须考虑具体的设计和运行条件，判别振动值是否允许长期连续运行。在所有工况下，需要通过比较轴的相对振动值与轴承运转径向间隙和油膜厚度来做出评价。在图A.1和图A.2中的值是基于从世界各地收集的各种类型、转速和功率的900多台机器的振动数据的统计分析得来的。测量是在机器运转时进行的，这些机器长期正常运行没有故障，因而，被用来建立两个大的区域A-B和C-D的分界线。分析过程见附录C。注1：在现有的数据库中，大区域A-B和C-D之间的粗实线代表92.5%的累积概率分布，即所分析的机器中，92.5%的机器的振动值位于粗实线以下。在两个大区A-B和C-D内，保留原A/B和C/D边界线，用于表示基于统计的不同振动烈度等级。区域A：振动值低于A/B边界线（连同低的轴偏心率）的机组可能具有很小的质量、水力和电磁不平衡，并具有高质量的机械对中，以及所要求的轴承圆度和优良的运行工况。注2：A和B之间的虚线边界表示在数据库中50%的累积概率分布。区域D：出于分析和维修的目的，振动值高于C/D边界线的机器通常需要停机，因为它们的振动被认为相当严重，而且可能导致机器损坏。注3：C和D之间的虚线边界表示在数据库中98%的累积概率分布。区域界限规定的数值不准备作为验收规范。验收规范由机器制造厂和用户商定。但是，区域的界限值提供的准则可确保避免严重的缺陷和不切实际的要求。另外，对于特殊机器，可能需要使用不同的界限值（较高或较低）。在这种情况下，机器制造厂有责任解释其理由，尤其要确保机器以较高振动运行的安全。
注4：对于增加出力后重新投运的机组，通常要标明“超额定出力”记号，其振动值可以位于区域A或区域B内。而选择区域A或区域B，依赖于新激振力与新部件及留用部件经受长期动载荷的能力之间的关系。4
A.2.2运行限值
GB/T11348.5—2008/ISO7919-5:2005为了长期运行，通常的做法是确定运行振动限值，这些限值采用报警和停机的形式：报警：警示振动已经达到规定值或者发生了重大的变化，这时可能需要采取补救措施。一般出现报警后，机组还可以继续运行一段时间，以便查明振动改变的原因并确定补救措施。停机：超过这个规定振动值继续运行会导致机器损坏。如果振动超过停机值，应该立刻采取措施降低振动或者立刻停机，
考虑到支撑刚度和动载荷的差别，对不同的测量位置和方向可以规定不同的运行限值，A.2.3报警值的设定
对于不同的机器，报警值可以有很大的变化。通常是相对于基线值来设定报警值。此基线值是根据特定机器测量的经验而确定的。推荐设置的报警值应该比基线值高某一数值，此数值相当于大区域A-B上限值的25%，如果基线值较低，报警值可能在大区域C-D以下。在没有基线值的情况，例如新机组，初始报警值的设置应根据同类机器的经验或者商定的验收值。运行一段时间后，建立起稳定状态下的基线值后，再相应地调整报警值。不论何种情况，报警值不能超出大区域A-B上限的1.25倍。对于同一台机器，考虑到支撑刚度和动载荷的不同，在不同的测量位置和方向可以规定不同的报警值。如果稳态的基线值改变了（如机器大修后），报警值设定需要相应的修改。A.2.4停机值的设定
停机值与机器的机械完整性有关，并且取决于机器能够经受非常规动载荷的能力的具体设计性能。所以，对于类似设计的所有机器，这个值一般是相同的，而且通常与用来设定报警值的稳定状态下的基线值无关。
然而，对于不同设计的机器，停机值是不一样的，而耳不可能给出设定绝对停机值的确切准则。一般来说，停机值将落在大区域C-D内，但是建议停机值不能超出大区域A-B上限的2倍。A.2.5特殊运行工况
当机器在正常负荷范围以外运行和在瞬态工况运行时，报警和停机功能必须被解除。如果在这些工况运行期间机器也要监测，必须按照机器试运转时可接受的最大振动值选择第二组报警值和停机值。A.3准则Ⅱ：振动幅值变化
有时振动幅值发生较大的变化（即变化比较快），即使没有超出A.2中规定的限值也要采取措施，因为它表明某个部件可能有移动或失效，也可能是一个严重失效的预兆。因此，准则Ⅱ以稳态和可重复运行条件下可能出现的总的振动幅值的变化为基础，规定了振动幅值变化的准则，但它不适用于预期的变化和由于运行工况改变而发生的变化。准则Ⅱ用于总的振动，如果转轴振动幅值的变化大于大区域A-B上限的25%，那么不管振动幅值是增大或减小，都应该采取措施查明振动改变的原因。如有必要，应采取相应的措施。同时应考虑到振动的最大值和确定机组是否在新的条件下已稳定下来，然后再作出停机的决定。必须注意到此准则有使用限制，因为个别频率分量可能在幅值和比率上有很大变化，但这些变化的重要性在总振动信号中并没有反应出来。虽然监测总的振动改变值给出了一一些潜在问题的指示，但是需要用比正常监测仪器更复杂的测量仪和分析仪作进一步分析，这些仪器能够确定振动信号中个别频率分量发生矢量改变的趋向。特别重要的是监测转速频率和2倍转速频率矢量。应用这些仪器通常需要专门的知识，这类测量准则的制定已超出本标准的范围，详见GB/T11348.1和GB/T17189。5
GB/T11348.5--2008/IS07919-5：2005Y
x-—最大工作转速，r/min;
Y-转轴相对振动位移最大值，Smax，μum。D
图A.1水力机器或机组测量面内转轴相对振动位移最大值（S）的推荐评价区域，适用于水轮机在合同许可的稳态流动区域运行（见4.1）o
x一最大工作转速，i/min;
Y-转轴相对振动位移峰-峰，Sp-P，μm。200
GB/T11348.52008/IS07919-5：2005500
2水力机器或机组转轴在测量方向上振动位移峰-峰值（Sp-p）的推荐评价区域，图A.2
适用于水轮机在合同许可的稳态流动区域运行（见4.1）7
GB/T11348.5—2008/IS07919-5:2005B.1引言
附录B
（资料性附录）
水力机组转轴振动特性
转轴振动的机械原理已在GB/T11348.1中作了解释，它们主要以宽频振动理论和对卧式机器的试验研究为根据。然而，至今对立式机器的研究并不多，水力机组多数却是立式的，对于水力机器，转轴振动可以在很宽的频率范围内发生。可能引起振动的原因在B.2至B.5中讨论。
B.2机械原因
原因有轴线不对中、轴承各向异性、油膜不稳定、摩擦力以及转轮或叶轮、发电机或者励磁机转子的残余不乎衡。
可能出现的频率为转速频率及其谐振频率。注：由于安装缺陷或者轴承变形而产生的较大轴承静载荷，不能通过测量轴承内转轴的运动来检查。B.3电气原因
原因为转子的不平衡磁拉力或者耦合电机的不均匀气隙。可能出现的频率为转速频率及其谐振频率。B.4水力原因
B.4.1通过流道的水流（水力不平衡）可能出现的频率为转速频率、叶片和水斗的过流频率（叶片数或导叶数与转速频率的乘积)以及这些频率的各种组合。
B.4.2尾水管压力脉动（水流不稳定）对于混流式水轮机，在最佳出力范围外，即使在稳态运行工况也会产生尾水管压力脉动。可能出现的频率低于转速频率，通常低至转速频率的1/3～1/4。它可能激起水力结构（管道）或者导叶的共振，从而加剧压力脉动。
B.4.3空蚀
由于转轮或转轮叶片周围不合理的流态引起，通常发生在较高负荷区。可能出现的频率通常为高频，象爆裂时的频率。B.4.4流体弹性振动
由于水流经过的部件(如叶片、导叶、固定导叶等)出水边的形状不当造成的可能出现的频率从低于100Hz至数千赫兹（取决于断面尺寸和流速），通常可以发现有敲击声的现象。
B.4.5自激振动
发生在机械部件(如密封、迷宫等)的移动能够影响流经它的水流的部位。可能出现的频率略高于转速频率，常与转动系统的弯曲固有频率一致。B.5附加激励
在开机和关机这些常规的瞬态运行工况下，附加激振力与转轮相互作用，导致较宽的频谱和较高的8
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