ISO 20816-3: 産業機械の振動限界
ISO 20816-3:2022に準拠した産業機械の振動ゾーン評価のためのインタラクティブな計算機と包括的な技術ガイド。ハウジング振動、シャフト振動、測定方法、Balanset-1Aを使用した現場バランス調整を網羅しています。.
⚙ 表A.1 — グループ1マシン（大型：>300 kWまたはH>315 mm）
| ゾーン | 剛性 — 速度 (mm/s) | 剛性 — 分散 (μm) | フレキシブル — 速度 (mm/s) | フレキシブル — 分散度 (μm) |
|---|---|---|---|---|
| A - 良い | < 2.3 | 29歳未満 | < 3.5 | 45歳未満 |
| B — 許容できる | 2.3 – 4.5 | 29～57歳 | 3.5 – 7.1 | 45～90 |
| C — 限定 | 4.5 – 7.1 | 57～90 | 7.1 – 11.0 | 90～140 |
| D — 危険 | > 7.1 | 90歳以上 | 11.0 | > 140 |
⚙ 表A.2 — グループ2マシン（中規模：15～300 kWまたはH=160～315 mm）
| ゾーン | 剛性 — 速度 (mm/s) | 剛性 — 分散 (μm) | フレキシブル — 速度 (mm/s) | フレキシブル — 分散度 (μm) |
|---|---|---|---|---|
| A - 良い | < 1.4 | 22歳未満 | < 2.3 | 37歳未満 |
| B — 許容できる | 1.4 – 2.8 | 22～45歳 | 2.3 – 4.5 | 37～71 |
| C — 限定 | 2.8 – 4.5 | 45～71歳 | 4.5 – 7.1 | 71 – 113 |
| D — 危険 | > 4.5 | > 71 | > 7.1 | > 113 |
⚙ 付録B — 軸振動限界（変位）
| ゾーン境界 | 式 | 1500 rpmで | 3000 rpmで | 6000回転 |
|---|---|---|---|---|
| A/B | 4800 / √n | 124 | 88 | 62 |
| 紀元前 | 9000 / √n | 232 | 164 | 116 |
| CD | 13200 / √n | 341 | 241 | 170 |
振動ゾーン評価計算機
機械パラメータと測定された振動を入力して、ISO 20816-3に従って状態ゾーンを決定します。
ゾーン境界を適用
| 境界 | 速度（mm/s） | 変位（μm） |
|---|---|---|
| A/B | — | — |
| 紀元前 | — | — |
| CD | — | — |
シャフト振動限界（計算値）
| 境界 | 式 | S(pp) μm |
|---|---|---|
| A/B | 4800/√n | — |
| 紀元前 | 9000/√n | — |
| CD | 13200/√n | — |
1. 適用範囲および適用機器
ISO 20816-3:2022は、定格出力の産業機器の振動状態を評価するためのガイダンスを確立します。 15kW以上 回転速度は 120～30,000回転/分. 評価は、通常の動作条件下での非回転部品および回転軸の振動の測定に基づいています。.
この規格は以下に適用されます。
- 最大出力40MWの蒸気タービンと発電機
- ロータリーコンプレッサー（遠心式、軸流式）
- 最大出力3MWの産業用ガスタービン
- フレキシブルシャフトカップリングを備えたあらゆるタイプの電動モーター
- 圧延工場と圧延スタンド
- ファンと送風機（下記の注記を参照）
- コンベア、可変速カップリング、ターボファンエンジン
特定の機器に関する注意事項
蒸気/ガスタービン >40MW 1500/1800/3000/3600 r/minの場合 → ISO 20816-2を使用します。. ガスタービン >3MW → ISO 20816-4 を使用します。. ファン: 基準は、一般的に300kWを超えるファンまたは固定基礎に設置されたファンにのみ適用されます。その他のファンについては、製造業者と顧客の間で基準について合意してください（ISO 14694も参照）。.
この規格は以下に適用されません:
- 往復動機械 → ISO 10816-6 / ISO 20816-8
- モーター内蔵型ロータリーポンプ → ISO 10816-7
- 水力発電所 → ISO 20816-5
- 容積式コンプレッサー、水中ポンプ
- 風力タービン → ISO 10816-21
重大な制限
要件が適用されます 機械自体が生み出す振動のみ, 基礎を通して伝わる外部誘導振動ではなく、背景振動を常に検証し、補正してください。.
2. 機械分類
機械の振動状態は、機械の種類、定格出力またはシャフトの高さ、および基礎の剛性に応じて評価されます。.
パワー/シャフトの高さによる分類
グループ1 — 大型機械
- 出力定格 300kW以上, 、またはシャフトの高さを持つ電動機械 高さ > 315 mm
- 通常、ジャーナル（スリーブ）ベアリングを装備
- 動作速度120～30,000 r/min
グループ2 — 中型マシン
- 出力定格 15～300kW, 、または電気機械 160 < 高さ ≤ 315 mm
- 通常、転がり軸受を装備
- 動作速度は通常600 r/min以上
基礎の剛性による分類
財団とは 硬い 測定方向における機械基礎システムの最低固有振動数が主励起振動数を超える場合 少なくとも25%. その他は フレキシブル.
方向依存分類
基礎は、ある方向では剛性があり、別の方向では柔軟である場合があります。例えば、垂直方向は剛性ですが、水平方向は柔軟です。適切な制限を用いて、各方向を個別に評価します。.
3. ゾーンA～Dの理解
定性的な評価と意思決定のために、4 つの振動条件ゾーンが確立されています。
ゾーンA — 新規/優良
新規に稼働を開始した機械は通常、このゾーンに該当します。最適な動的状態を表します。すべての新規機械がゾーンAを達成するわけではありません。A/B未満で稼働を目指すと、コストが高く、メリットが最小限に抑えられる可能性があります。.
ゾーンB — 許容範囲
制限のない長期運転に適しています。定期的なモニタリングを継続してください。これは、適切にメンテナンスされた機器の通常の動作状態です。.
ゾーンC — 限定運用
長期にわたる連続運転には適していません。是正措置を計画してください。修理の機会が到来するまで、限られた期間のみ運転できます。監視頻度を増やしてください。.
ゾーンD — 危険
損傷を引き起こすほどの激しい振動が発生しています。直ちに振動を軽減するか、機械を停止してください。運転を継続すると、壊滅的な故障につながる恐れがあります。.
4. 評価基準
基準I — 絶対的な大きさ
測定された最大広帯域RMS振動（ハウジングの場合は速度、シャフトの場合は変位pp）を、指定された機械グループおよび支持タイプのゾーン境界値と比較します。この基準により、ベアリングへの過度の動的負荷、許容できないラジアルクリアランスの消費、および基礎への過度の振動伝達を防止します。.
基準II — ベースラインからの変化
振動がゾーン B に留まっている場合でも、確立されたベースラインからの大きな変化は問題が発生していることを示しており、調査が必要です。.
25%ルール
振動の変化が考慮される 重要な 超過した場合 B/C境界値の25%, 現在の絶対レベルに関係なく、増加と減少の両方に適用されます。.
例： グループ1の剛基礎の場合、B/C = 4.5 mm/sです。基準値から1.125 mm/sを超える変化は有意であり、調査が必要です。.
新しい機械の受け入れ基準
ゾーンの境界は ない 受入基準はデフォルトで適用されます。受入試験の限界値はサプライヤーと顧客の間で合意する必要があります。一般的な推奨事項：新しい機械の振動は、 1.25 × A/B境界.
5. 測定のベストプラクティス
センサーの位置
- マウントする ベアリングハウジングまたは台座 — 薄壁カバーや柔軟な表面では使用不可
- 用途 互いに直交する2つの放射方向 各ベアリングで
- 水平機械の場合、一方向は通常垂直方向である。
- 局所的な共鳴のある場所を避ける - 近くの地点の測定値を比較する
- ベアリングに直接アクセスできない場合は、剛性の機械接続を備えたポイントを使用します。
動作条件
- 測定単位 定常動作 公称速度と負荷で
- ローターとベアリングが届くようにする 熱平衡 （通常30～60分）
- 可変速/負荷機械の場合は、すべての特性動作点で測定し、最大値を使用します。
- 条件を文書化する：速度、負荷、温度、圧力
周波数範囲
| 応用 | 下限 | 上限 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 標準ブロードバンド | 10 Hz | 1000 Hz | ほとんどの産業機械（>600 r/min） |
| 低速（≤600 r/min） | 2 Hz | 1000 Hz | 1倍の走行速度をキャプチャする必要があります |
| シャフト振動 | — | ≥ 3.5 × fマックス | ISO 10817-1に準拠 |
| 診断 | 0.2 × f分 | 2.5 × f興奮する | 拡張、最大10,000 Hz |
背景振動
25% 背景ルール
停止中の機械の振動が 25%の動作振動 または ゾーンB/C境界の25%, 修正が必要です:
背景がこれらのしきい値を超える場合、単純な減算は無効です。外部ソースを調査してください。.
6. 住宅の振動限界（附属書A）
主な監視パラメータは RMS振動速度. グループ1および2のゾーン境界値は、上記の表A.1およびA.2に示されています。主な留意点：
- ローター速度が 600 r/min以下, 速度と変位の両方の基準が適用されます。周波数帯域は2～1000Hzです。.
- グループ1の変位 基準周波数12.5 Hzの速度から導出される
- グループ2の変位 基準周波数10Hzの速度から導出される
- について 最悪の事態ゾーン （速度または変位から）支配する
7. 軸振動限界（付録B）
近接プローブで測定された軸相対振動の場合、ゾーン境界は次のように表される。 ピークツーピーク変位S(pp) μm単位、√nに反比例：
紀元前： S(pp) = 9000 / √n
CD： S(pp) = 13200 / √n
ここで、n = 最大動作速度（r/min）、計算には最低600が必要です。
ベアリングクリアランス制限（付録C）
ジャーナルベアリングの場合、シャフトの振動領域の境界を実際のベアリングクリアランスと比較する必要があります。計算式で算出された限界値がクリアランスを超える場合は、クリアランスに基づく限界値を使用してください。
- A/B: 0.4 × クリアランス
- 紀元前： 0.6 × クリアランス
- CD： 0.7 × クリアランス
8. 警告とトリップアラームレベル
旅行 = ゾーンCまたはD内、通常≤1.25 × (C/D境界)
| レベル | 基礎 | 設定 | 調整可能? |
|---|---|---|---|
| 警告 | マシン固有のベースライン | ベースライン + B/Cの25% | はい - ベースラインの変更に合わせて調整します |
| 旅行 | 機械的完全性 | ゾーンC/D内、≤ 1.25 × C/D | いいえ、同様の機械でも同様です |
9. 過渡動作
ゾーン境界は定常運転時に適用されます。ランナップ時、惰力運転時、または危険速度通過時には、より大きな振動が予想されます。.
| 定格速度% | 住宅制限 | シャフト制限 | 備考 |
|---|---|---|---|
| < 20% | 注記を参照 | 1.5 × C/D | 変位が支配的になる可能性がある |
| 20% – 90% | 1.0 × C/D | 1.5 × C/D | 危険速度通過許可 |
| > 90% | 1.0 × C/D | 1.0 × C/D | 定常状態に近づいている |
動作速度に達した後も振動が依然として高い場合は、 持続的な障害, 一時的な共鳴ではありません。.
10. 物理学と信号処理
変位・速度・加速度
周波数f（Hz）での正弦波振動の場合：
加速度： Aピーク = (2πf)² × Dピーク = 2πf × Vピーク
- で 低周波 （<10 Hz）：変位が重要なパラメータである
- で 中周波数 （10～1000 Hz）：速度はエネルギーと相関する — 周波数に依存しない
- で 高周波 （>1000 Hz）：加速が支配的になる
RMSとピーク
Vpp = 2 × Vピーク ≈ 2.828 × VRMS
ブロードバンドRMS（全体）
この「全体」値は、振動アナライザーに表示される値であり、ISO 20816-3 ではゾーン評価に使用されます。.
低速問題（付録D）
一定速度 4.5 mm/s では、速度が低下するにつれて変位が劇的に増加します。
| 速度（rpm） | 周波数（Hz） | 速度（mm/s） | 変位（μmピーク） |
|---|---|---|---|
| 3600 | 60 | 4.5 | 12 |
| 1800 | 30 | 4.5 | 24 |
| 600 | 10 | 4.5 | 72 |
| 120 | 2 | 4.5 | 358 |
これが、この規格が要求する理由です 速度と変位の両方 ≤600 r/minの機械の基準。.
11. 影響係数のバランス
不均衡が診断された場合（1倍振動が高く、位相が安定している）、 影響係数法 正確な補正重みを計算します。
補正質量: Mcorr = −Vイニシャル / α
単面手順（3回実行）
- 初回実行: φ₀ = 45°でA₀ = 6.2 mm/sを測定
- 試用重量: 0°で20gを加える。φ₁ = 110°でA₁ = 4.1 mm/sを測定
- 計算: ソフトウェアは補正値を計算します = 215°で28.5 g
- 申請と確認: 試験片を取り外し、215°で28.5gを加える。最終速度：1.1 mm/s → ゾーンA
Balanset-1A はすべてのベクトル計算を自動的に実行し、技術者に各ステップをガイドします。.
12. ケーススタディ
二重測定による誤診の回避
機械： 5MW蒸気タービン、3000rpm、ジャーナルベアリング。.
状況： ハウジングの振動 = 3.0 mm/s（ゾーンB）。しかし、シャフトの振動 = 180 μm pp。附属書Bの制限B/C = 164 μm → シャフトはゾーンC！
根本的な原因： 油膜の不安定性（オイルワール）。重い台座がハウジングの動きを減衰させている。ハウジングの測定のみに頼っていたら、この状態を見逃していただろう。.
アクション： オイル供給圧力を調整し、ベアリングのシムを再調整しました。シャフトの振動は90μm（ゾーンA）に減少しました。.
✓ ゾーンA達成 - オイル渦が解消バランス調整により重要なファンを救出
機械： 200kW誘引通風ファン、980rpm、フレキシブルカップリング。.
イニシャル： 振動 = 7.8 mm/s（ゾーンD）。プラントは緊急停止（$50,000、3日間停止）を検討中。.
診断： FFTは1× = 7.5 mm/sを示しています。位相安定 → 不均衡であり、ベアリング損傷ではありません。.
アクション： Balanset-1Aを用いた2面バランス調整、現場で4時間。最終速度 = 1.6 mm/s（ゾーンA）。.
✓ $50,000節約 - 不要なシャットダウンを回避ゾーンDポンプ - バランス調整は役に立たない
機械： 200kW給水ポンプ、剛性基礎。RMS = 5.0 mm/s → ゾーンD。.
診断： FFTでは高調波の森と高いノイズフロアが見られます。ピークは全体に対して1倍低くなっています。アンバランスではありません。.
根本的な原因： ベアリングの劣化とキャビテーション。機械のオーバーホールが必要です。.
✗ 機械の故障のため、直ちにシャットダウンが必要です13. よくある間違い
避けるべき重大なエラー
1. 分類が間違っている。. H=280 mmの250 kWモータはグループ2（グループ1ではない）です。グループ1（より緩い）の制限値を適用すると、過度の振動が許容されます。.
2. 基礎タイプが間違っている。. コンクリート基礎はすべて「剛」であるとは限りません。コンクリート上のタービン発電機は、システムの固有振動数が運転速度に近い場合、柔軟になる可能性があります。計算または衝撃試験で検証してください。.
3. 背景の振動を無視する。. ポンプの測定値が3.5 mm/sで、隣接するコンプレッサーからの床面からの流量が2.0 mm/sの場合、実際のポンプの寄与は約1.5 mm/sです。必ず機械を停止した状態で測定してください。.
4. RMS ではなくピーク。. ISO 20816-3ではRMSが求められます。ピーク値は1.414 × RMSです。ピーク値を直接使用すると、重大度が約40%過大評価されます。.
5. 基準 II を無視する。. ファン速度が1.5 mm/sから2.5 mm/sに急上昇（どちらもゾーンB）。変化 = 1.0 mm/s、閾値1.125 mm/s（B/Cの25% = 4.5）。閾値に近づいています。調査が必要です。
6. 周波数範囲が間違っています。. 10～1000Hzフィルター付き400rpmミル：動作周波数6.67Hzはフィルターの上限を下回っています。回転数が600rpm以下のマシンでは2～1000Hzを使用してください。.
7. 薄い壁の測定。. ファンケーシングの板金に取り付けられた加速度計は、実際のベアリング振動の10倍の測定値を示します。必ずベアリングキャップまたは台座に取り付けてください。.
14. 完全な評価ワークフロー
ステップバイステップの手順
- マシンを識別します: レコードの種類、モデル、定格出力、速度範囲
- 分類: 出力定格またはシャフト高さHからグループ（1または2）を決定します
- 基盤を評価する: fを測定/計算するn 機械基礎システムとf走る
- ゾーン境界を選択 グループ+基礎タイプの標準から
- 機器のセットアップ: ベアリングハウジングにセンサーを取り付け、周波数範囲を設定する
- 身元調査: 機械を停止した状態で振動を測定する
- 動作測定: 熱平衡、定常状態に達し、RMS速度を測定する
- 背景補正: 閾値を超えた場合はエネルギー減算を適用する
- ゾーン分類（基準I）： 最大RMSを境界と比較する
- 傾向分析（基準II）： ベースラインからの変化を計算し、25%ルールをチェックする
- スペクトル診断: 必要に応じてFFTを使用して障害の種類を特定します
- 是正措置: ゾーンA → ベースライン; B → 監視; C → 修復計画; D → 即時対応
- 不均衡と診断された場合のバランス: Balanset-1A影響係数法を使用する
- 書類： 前後のスペクトル、ゾーン分類、実行されたアクションを含むレポート
🔧 Balanset-1A — ポータブル振動アナライザー＆フィールドバランサー
について バランセット-1A 振動測定および評価に関する ISO 20816-3 要件を直接サポートする精密機器です。
- 振動測定： 速度（mm/s RMS）、変位、加速度 — すべてのISO 20816-3パラメータ
- 周波数範囲: 5 Hz～550 Hz（標準）、拡張可能 - 2～1000 Hzの要件をカバー
- 単面バランスと二面バランス: 振動をゾーンA/Bレベルまで低減
- 位相測定: バランス調整とベクトル解析の精度は±1°
- RPM範囲: 150～60,000 rpm — ISO 20816-3の範囲を完全にカバー
- FFTスペクトル： 障害の種類を特定する（1×、2×、高調波、ベアリングの欠陥）
- レポート生成: コンプライアンス記録のための測定値の文書化
15. 参照標準
規範的参照
| 標準 | タイトル |
|---|---|
| ISO 2041 | 機械振動、衝撃、状態監視 — 語彙 |
| ISO 2954 | 振動の激しさを測定するための機器の要件 |
| ISO 10817-1 | 回転軸振動測定システム - 相対および絶対センシング |
| ISO 20816-1:2016 | 機械振動 — 測定と評価 — 一般的なガイドライン |
ISO 20816シリーズ
| 標準 | 範囲 | 状態 |
|---|---|---|
| ISO 20816-1:2016 | 一般的なガイドライン | 出版 |
| ISO 20816-2:2017 | 蒸気/ガスタービン >40 MW、1500～3600 r/min | 出版 |
| ISO 20816-3:2022 | 産業機械 >15 kW、120～30,000 r/min | 公開済み（この文書） |
| ISO 20816-4:2018 | ガスタービン駆動セット | 出版 |
| ISO 20816-5:2018 | 水力発電所 | 出版 |
| ISO 20816-8:2018 | 往復動型圧縮機システム | 出版 |
| ISO 20816-9 | ギアユニット | 開発中 |
補完的な基準
| 標準 | タイトル | 関連性 |
|---|---|---|
| ISO 21940-11 | ローターバランス調整 - 手順と許容範囲 | 天びん品質等級G0.4～G4000 |
| ISO 13373-1/2/3 | 振動状態の監視と診断 | FFT、分析、障害シグネチャ |
| ISO 18436-2 | 振動分析者認定（カテゴリーI～IV） | 人材の能力 |
| ISO 14694 | 産業用ファン - 品質と振動のバランス | ファン固有の制限 |
GOST 対応 (付録 DA)
| ISO規格 | 対応 | GOST相当 |
|---|---|---|
| ISO 2041 | IDT | GOST R ISO 2041-2012 |
| ISO 2954 | IDT | GOST ISO 2954-2014 |
| ISO 10817-1 | IDT | GOST ISO 10817-1-2002 |
| ISO 20816-1:2016 | IDT | GOST R ISO 20816-1-2021 |
IDT = 同一の基準。.
歴史的背景
ISO 20816-3:2022は、 ISO 10816-3:2009 （住宅振動）と ISO 7919-3:2009 （軸振動）を統一的な評価枠組みに統合しました。ラスボーン（1939年）による先駆的な研究は、速度を主要な振動基準として使用する基礎を確立しました。.
16. よくある質問
ISO 20816-3:2022は、ISO 10816-3:2009およびISO 7919-3:2009の両方に取って代わり、代替するものです。主な違いは、ハウジングとシャフトの振動基準が1つの文書に統合されたこと、最近の運用経験に基づいてゾーン境界が更新されたこと、基礎の分類に関するガイダンスが明確になったこと、低速機械に関するガイダンスが拡張されたことです。仕様書でISO 10816-3を参照している場合は、ISO 20816-3に移行する必要があります。.
600 r/min以上のほとんどの機械では、, 速度 変位は主要な基準です。機械速度が600 r/min以下の場合（変位が制限要因となる可能性がある）、顕著な低周波成分が存在する場合、または軸の相対振動を測定する場合（常にピークツーピーク変位を使用）は、変位も加えて使用します。疑わしい場合は、両方の基準を確認してください。最悪ケースの領域が優先されます。.
最も正確な方法は、機械基礎システムの最低固有振動数を測定または計算することです。方法：衝撃試験（バンプテスト）、実稼働モード解析、またはFEA計算。簡単な推定：起動/停止時に機械がマウント上で目に見える動きをする場合は、フレキシブルである可能性が高いです。n ≥ 1.25 × 運転周波数 → 剛性、それ以外 → 柔軟。注：基礎は垂直方向には剛性であっても、水平方向には柔軟である場合があります。.
ゾーンCとは 長期連続運転には適さない, ですが、直ちに停止する必要はありません。原因を調査し、是正措置を計画し、急激な変化を頻繁に監視し、修理期限（次回の定期停止）を設定し、振動がゾーンDに近づかないようにする必要があります。継続の判断は、機械の重要度と故障の影響に応じて異なります。.
アンバランス 運転速度（1倍速）における過度の振動の最も一般的な原因です。Balanset-1Aを用いた現場バランス調整により、ゾーンC/DからゾーンA/Bへの振動を低減できます。本装置は、ISO 20816-3の要件に従って振動速度を測定し、補正質量を計算し、結果を検証し、適合記録のために前後のレベルを記録します。.
突然の増加（基準IIの発動）は、バランスウェイトの損失、ベアリングの損傷、カップリングの故障、構造的な緩み（基礎ボルトの緩み）、ローターの擦れ、またはプロセスの変化（キャビテーション、サージ）を示している可能性があります。B/C境界の25%を超える変化は、たとえ絶対値が許容範囲内であっても調査が必要です。.
ハウジングの振動がゾーンBを示しているが、シャフトの振動がゾーンCを示している場合、機械を次のように分類します。 ゾーンC （より制限の厳しい評価が優先されます）。シャフトの振動からハウジングの振動を、あるいはその逆を計算する簡単な方法はありません。常に、二重測定から得られる最悪ケースの領域を使用してください。.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
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SV 
TH 
TR 
UR 
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VI 