什麼是 ISO 14694？

快速解答

ISO 14694 (工業風機 — 平衡品質與振動等級規範）是針對 ISO 1940 G 級別 與 ISO 10816 振動分區 工業風機量身訂做的標準。它定義了 BV fan-application categories (BV-1 to BV-5). These categories are used for both balance-grade selection and vibration-limit selection. The standard default is BV-3 (G 6.3) 用於平衡，以及 specified limit (≤ 4.5 mm/s RMS) 用於振動驗收。

Fans are the most common rotating machine in industry, yet they have unique characteristics — large-diameter impellers, significant aerodynamic forces, often cantilevered rotor arrangements, and highly variable operating environments — that justify a dedicated standard. ISO 14694 removes the ambiguity of interpreting general-purpose standards for fans by providing application-specific BV categories and vibration-limit tables that are directly usable in purchase specifications and acceptance testing.

該標準涵蓋所有類型：離心式（徑流式）、軸流式、混流式及橫流式風機，適用於所有尺寸的固定式陸上用途。排除航空器、氣墊船及類似之特殊應用。

兩部分結構

ISO 14694 在邏輯上分為兩個互補的部分，對應其兩個類別系統：

  • 第一部分 — BV（平衡品質）： 規定 風機葉輪單獨在組裝前，允許的剩餘不平衡量。在 動平衡機.
  • Part 2 — vibration acceptance (Vibration Limits): 規定 完整組裝風機的最大運轉振動。根據 ISO 10816 方法論，在運轉期間透過軸承座測量進行驗證。

平衡品質要求（BV 類別）

BV 類別規定風機葉輪作為獨立組件時的最大允許剩餘 不平衡 不平衡量。每個 BV 類別直接對應一個 ISO 1940-1 G 級別。此對應關係是 ISO 14694 的關鍵貢獻：它透過提供針對風機的具體指導，消除了選擇正確 G 級別的猜測。

允許剩餘不平衡量（ISO 14694 / ISO 1940）
U每 = (9 549 × G × m) / n
U每 單位為 g·mm | G = BV 級別數值，單位 mm/s | m = 葉輪質量，單位 kg | n = 最大服務轉速，單位 RPM

選擇正確的 BV 類別

  • BV-1 (G 16)： Least demanding ISO 14694 category. Do not use it as shorthand for precision fans.
  • BV-2 (G 16)： General/basic category with the same balance quality grade as BV-1, but a different application/vibration context.
  • BV-3 (G 6.3)： 工業風機的 絕大多數 的標準 — 離心式與軸流式、HVAC 送風/回風、製程通風。若合約未指定 BV 類別，則以此為預設值。
  • BV-4 (G 2.5)： Higher-quality/critical fan category with stricter balance tolerance than BV-3.
  • BV-5 (G 1.0)： Most stringent category for precision applications. This is the tightest balance tolerance in ISO 14694.
使用服務轉速，而非動平衡機轉速

公差必須在 最大運轉速度。許多葉輪是在低速機上以 300–600 RPM 進行動平衡校正，但公差計算必須使用實際運轉速度（例如 1 480 RPM）。使用動平衡機的速度會產生危險地寬鬆的公差。

單平面與雙平面動平衡校正

ISO 14694 遵循 ISO 21940-12 的指引：窄葉輪（寬度/直徑 L/D < 0.5，大多數離心風機皆屬此類）需要 單平面 動平衡校正 — 完整 U每 適用於單一平面。寬葉輪或長軸流風機轉子（L/D ≥ 0.5）需要 雙平面動平衡校正 — U每 is divided between planes (equally for symmetric rotors, proportionally for asymmetric ones).

Operational Vibration Limits

vibration limits define the maximum allowable broadband RMS 振動速度 （mm/s），在設計速度與負荷下，於完整風機的軸承座上測得，頻率範圍為 10–1 000 Hz，依據 ISO 10816-1 方法論，在運轉期間透過軸承座測量進行驗證。

剛性與彈性基礎

與 ISO 10816 相同，ISO 14694 承認支撐結構對測得振動有關鍵影響：

  • 剛性： 風機安裝於大型混凝土或重型鋼結構上。風機-基礎系統的第一 自然頻率 高於 1× RPM。振動讀數較低。
  • 柔性： 風機安裝於彈簧隔振器、橡膠墊或輕型鋼平台。第一自然頻率低於 1× RPM。振動讀數較高 — 但傳遞至建築物的力較低。

Some specifications allow one BV vibration category higher for flexibly mounted fans (e.g., specified limit rigid → specified limit flexible for the same application).

BV Compliance ≠ vibration acceptance Compliance

完美動平衡校正的葉輪（符合 BV-3）並 不 guarantee the assembled fan meets specified limit. Operational vibration depends on many factors beyond impeller balance: shaft 不對心, 軸承狀況、基礎 共振, aerodynamic forces (inlet distortion, damper position), belt tension, and coupling condition. BV is necessary but not sufficient for vibration acceptance.

風機振動的空氣動力來源

與大多數旋轉機械不同，風機與氣流動態互動，產生風機特有的振動來源：

  • Blade pass frequency (BPF): 每臺風機都會在 BPF = 葉片數 × RPM ÷ 60 產生振動。過高的 BPF 振幅表示間隙問題、入口扭曲或導葉互動。
  • 入口扭曲： 靠近入口的彎頭、風門或障礙物會造成非均勻氣流 → 週期性葉片負載 → 諧波 軸速度的倍頻。
  • 失速與喘振： Operating far from the design point causes aerodynamic instability — blade stall or system surge, producing broadband vibration and noise.
  • 物料堆積： In dust collectors and cement plants, uneven deposits on blades create progressive unbalance. A fan that met BV-3 at commissioning may exceed specified vibration limits within weeks.

驗收測試 — 兩階段驗證

第一階段：葉輪動平衡驗證（BV）

葉輪在經校準的動平衡機上 組裝前進行動平衡校正。程序如下：

  1. 將葉輪安裝於動平衡機心軸或其自身軸承上
  2. 執行單平面或雙平面動平衡校正（取決於 L/D 比值）
  3. 將殘餘不平衡降至 U每 以下，以符合指定 BV 類別
  4. 記錄：初始不平衡、所加校正配重、最終殘餘不平衡
  5. 通過標準： 最終殘餘 ≤ U每 （指定 BV）

Stage 2: Operational Vibration Test (vibration acceptance)

組裝與安裝後，在運轉條件下測試風機：

  1. 在軸承座上安裝振動感測器 — 每個軸承三個正交方向（V、H、A）
  2. 以設計速度與工況點運轉風機；等待熱穩定（15–30 分鐘）
  3. 記錄 10–1 000 Hz 範圍內的寬頻 RMS 速度（mm/s）
  4. 通過標準： the highest single reading from any bearing in any direction ≤ BV vibration category limit
務必記錄完整頻譜

雖然驗收是基於整體 RMS，但始終要記錄 FFT 頻譜 在調試期間。如果風機日後出現問題，與基線頻譜的比較對於診斷極具價值。 Balanset-1A 會自動記錄整體 RMS 和完整頻譜。

風機葉輪的現場動平衡

Many industrial fans must be balanced in-situ — either because the impeller is too large to remove, or because balance was lost during operation due to material buildup, erosion, or blade damage. ISO 14694 implicitly supports field balancing as the practical way to maintain BV and vibration acceptance compliance throughout the fan's operating life.

何時需要現場動平衡

  • Fan vibration exceeds specified vibration limit and FFT spectrum shows dominant 1× (unbalance) component
  • 物料堆積已改變葉輪自調試以來的平衡狀態
  • 進行了葉片修復、葉片更換或防磨襯板更換
  • 葉輪無法在不進行重大拆卸的情況下拆除（渦殼內的離心風機）
  • 生產排程無法配合長時間停機以進行車間平衡

使用 Balanset-1A 的程序

  1. 設定： Mount vibration sensor on bearing housing (radial direction), laser tachometer aimed at shaft. Select single-plane (F2) or two-plane (F3) mode.
  2. 初始運轉： Record baseline vibration — amplitude and phase at 1× shaft speed. Example: 8.2 mm/s at 135°.
  3. 試重： 在可及的葉片或輪轂上安裝已知質量（例如 20 g）。再次運轉，記錄新向量。例如：5.5 mm/s，角度 210°。
  4. 校正： Software calculates required mass and angle. Example: "Add 35 g at 285°." Weight splitting available for blade mounting.
  5. 驗證： Final run confirms residual vibration below specified vibration limit. Typical result: 1.0–2.0 mm/s after one correction cycle.
現場單平面與雙平面平衡

大多數離心風機葉輪足夠窄，適合 單平面 平衡（Balanset F2 模式）。寬葉輪、多級風機和長軸流風機需要 雙平面 （Balanset F3 搭配兩個感測器）。快速測試：測量兩個軸承——如果振幅或相位有顯著差異，請使用雙平面。

案例研究 — ISO 14694 的實務應用

案例 1：HVAC 送風機 — 驗收測試

風機： 離心式 HVAC 送風機，22 kW，1 460 RPM，葉輪質量 38 kg，剛性混凝土基座上的直驅式。

規格： BV-3 (G 6.3), specified limit (≤ 4.5 mm/s).

BV 公差： U每 = 9 549 × 6.3 × 38 / 1 460 = 1 566 g·mm 總計 → 每平面 783 g·mm。

平衡檢查： 工廠證書：殘餘不平衡 420 g·mm — 遠低於 1 566 g·mm 限值。✅

vibration acceptance test: Highest reading: 3.8 mm/s (horizontal, drive-end bearing). Within specified limit limit of 4.5 mm/s. ✅

基線頻譜： 24.3 Hz 處有清晰的 1×，170 Hz 處有微小的 BPF（7 片葉片）。風機狀況良好。

案例 2：集塵風機 — 因堆積導致的漸進性不平衡

風機： 徑向葉片集塵風機，30 kW，1 750 RPM，葉輪 40 kg，剛性基座。

問題： Vibration grew from 3.5 mm/s at commissioning to 9.8 mm/s after 6 months. specified BV-3 vibration limit → 超過.

診斷： Balanset-1A FFT：29.2 Hz 處有主導的 1× 峰值 = 軸轉速。2× 或其他諧波極小。根本原因：葉片上粉塵堆積不均。

處置： 清潔葉片，使用 Balanset-1A進行現場動平衡。試重 15 g，計算出的校正配重為 195° 處的 28 g。平衡後： 1.3 mm/s。✅

建議： 為物料處理風機安排季度清潔與重新平衡。

案例 3：屋頂排風機 — 葉片通過頻率共振問題

風機： 離心式屋頂排風機，15 kW，2 940 RPM，葉輪 8 kg，彈簧隔振器（柔性）。

問題： 整體振動 12.5 mm/s。現場動平衡將 1× 從 7.0 降至 1.5 mm/s，但整體僅降至 10.8 mm/s。

診斷： FFT 顯示 343 Hz 處有強烈的 7× 峰值 = 8.5 mm/s（BPF，7 片葉片 × 49 Hz）。風機機殼 自然頻率 在約 340 Hz 處 — 共振。

根本原因： 進氣口前緊接著 90° 彎頭 → 進氣速度不均 → BPF 激振 → 機殼共振放大。

解決方案： 安裝進氣導葉並將彎頭移至更上游。BPF 降至 2.1 mm/s。整體： 3.2 mm/s。✅

This case illustrates why BV compliance alone does not guarantee vibration acceptance compliance — aerodynamic factors produce vibration independently of balance quality.

與其他標準之關係

ISO 14694 並非孤立存在——它引用並建立在多項國際標準之上：

  • ISO 1940-1 / ISO 21940-11: BV 類別所引用的 G 等級系統。ISO 14694 為每種風機類型選擇適當的 G 等級。
  • ISO 10816-1 / ISO 20816-1: General vibration measurement methodology. vibration limits are derived from and compatible with ISO 10816 zones.
  • ISO 10816-3: 15–300 kW 工業機械。此範圍內的風機可使用任一標準，但 ISO 14694 提供更具體的風機指導。
  • ISO 5801： Fan performance testing. vibration acceptance tests reference operating conditions from this standard.
  • ISO 13347： 風機聲學（噪音）。相關但獨立——降低振動通常會減少噪音傳播。
  • AMCA 204： 北美風機振動標準。範圍相似；符合其中一項者通常也符合另一項。
符合 ISO 14694 的 Vibromera 設備

The Balanset-1A 便攜式平衡儀提供：雙通道振動測量（同時測量兩個軸承）、內建 ISO 1940 / ISO 14694 公差計算器、單平面與雙平面 動平衡校正 模式、葉片安裝配重的校正配重分割， FFT spectrum analysis for fault diagnostics, and vibrometer mode for vibration acceptance measurement. The Balanset-4 將此擴展至四通道，適用於複雜的多軸承風機組件。

官方標準： ISO 14694 於 ISO Store →

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