ISO 20816-1 机器振动 评估标准
振动评估工具
ISO 20816-3 区域检测器、报警设定点计算器和振动单位转换器
什么是 ISO 20816-1？
ISO 20816-1:2016 （完整标题为《机械振动——机器振动的测量与评价——第1部分：通用指南》）是现行的国际标准，为机械振动的测量和评价提供了框架。该标准于2016年发布，取代了自20世纪90年代以来一直使用的两项较早的基础标准。.
最显著的变化是 统一 将两种先前各自独立的测量理念整合为一个统一的文件：
- ISO 10816-1 —涵盖振动测量 非旋转部件 （轴承座、机器外壳）使用地震传感器（加速度计）。
- ISO 7919-1 —涵盖振动测量 旋转轴 使用非接触式接近探针。
ISO 20816-1 将这两种方法结合在一个框架中，因为它认识到，全面的机器评估通常需要同时进行这两种类型的测量。例如，一台机器可能存在可接受的机壳振动，但轴的运动却很危险（表明存在转子动力学问题），反之亦然（表明存在结构/基础问题）。只有同时评估这两种方法，才能全面了解机器的状况。.
ISO 20816-1 是 一般准则 文档。它定义了 概念、方法和评估框架 （区域、标准、测量类型），但不包含具体的数值限值。特定机器类型的实际区域边界值见本系列的其他部分（ISO 20816-2 至 20816-9）。对于大多数工业机器， ISO 20816-3 提供这些数据。
标准涵盖的内容
- 范围和测量类型 — 定义了壳体和轴振动测量方法
- 仪器仪表要求 — 传感器类型、频率范围、校准、安装标准
- 评价标准 — 双标准方法（绝对限值 + 与基线的变化）
- 评估区 — 四区分类系统（A、B、C、D）
- 综合评估与接受 — 如何将两种测量类型结合使用，验收测试与运行监控
完整的 ISO 20816 系列
ISO 20816 是一项多部分标准。第 1 部分提供了总体框架；其他部分则针对不同的机器类别提供了具体的数值限值。
| 部分 | 标题/范围 | 替换 | 状态 |
|---|---|---|---|
| 20816-1 | 一般准则 | ISO 10816-1 + ISO 7919-1 | 发表于2016年 |
| 20816-2 | 陆基燃气轮机、蒸汽轮机、40兆瓦以上发电机 | ISO 10816-2 + ISO 7919-2 | 发表于2017年 |
| 20816-3 | 功率大于 15 kW、转速为 120–15000 RPM 的工业机械 | ISO 10816-3 + ISO 7919-3 | 出版于2022年 |
| 20816-4 | 燃气轮机驱动装置（不包括航空衍生装置） | ISO 10816-4 + ISO 7919-4 | 发表于2018年 |
| 20816-5 | 液压机械组（含泵）>15千瓦 | ISO 10816-5 + ISO 7919-5 | 发表于2018年 |
| 20816-6 | 功率大于100千瓦的往复式机械 | ISO 10816-6 | 发表于2016年 |
| 20816-7 | 旋转动力泵（工业用途，包括对旋转轴的测量） | ISO 10816-7 | 发表于2017年 |
| 20816-8 | 往复式压缩机系统 | ISO 10816-8 | 发表于2018年 |
| 20816-9 | 齿轮箱 | 全新（无前身） | 发表于2020年 |
| 20816-21 | 陆上风力涡轮机（水平轴，≥100 kW） | 新的 | 出版于2015年 |
ISO 10816-3:2009 在 ISO 20816-3:2022 发布后正式废止。然而，由于 ISO 10816-3 的区域边界已得到广泛认可，且大多数监测系统都基于这些边界进行配置，因此它们在工业界仍然被广泛使用。ISO 20816-3 中的壳体振动限值与 ISO 10816-3 非常相似（在许多情况下完全相同）。如果您现有的监测程序使用的是 ISO 10816-3 的值，则无需立即更改——但新安装的系统应参考 ISO 20816-3。
测量类型
ISO 20816-1正式统一了两种本质上不同的测量方法。理解二者的区别对于正确应用至关重要。
壳体振动（非旋转部件）
- 什么： 固定机械结构的振动——轴承座、底座、框架、外壳。
- 传感器： 地震传感器——压电加速度计（最常见）或速度传感器——安装在轴承座上。 ISO 5348.
- 范围： 宽带均方根速度 在 毫米/秒 （或在某些地区为 in/s）。
- 频率范围： 标准频率为 10–1000 Hz；低速机器频率为 2–1000 Hz（（<120 转/分）。
- 它告诉你什么： 振动能量传递到机器结构中，反映了作用在轴承上的力和结构响应，并与轴承疲劳和结构损伤风险直接相关。
- 设备： "(《世界人权宣言》) Balanset-1A 在其振动计模式 (F5) 下测量宽带 RMS 速度，使其直接适用于 ISO 20816 外壳评估。
轴振动（旋转部件）
- 什么： 轴相对于轴承座的动态位移——轴在其轴承间隙内实际移动的距离。
- 传感器： 非接触式涡流接近探头，通常按照 API 670 标准在每个轴承处成对（XY）安装。.
- 范围： 峰峰值位移 在 微米 （微米）或密耳（1 密耳 = 25.4 μm）。
- 频率范围： 主要包括轴同步 (1×) 和次同步部件。.
- 它告诉你什么： 转子的实际动态特性——轨道形状、涡旋方向、摩擦接触。这对于检测轴弯曲、油液涡旋、密封件接触以及可能无法有效传递到机壳的不对中至关重要。.
- 设备： 永久安装式接近探头（通常不是便携式仪器）。主要用于带有流体动压（滑动）轴承的大型涡轮机械。.
| 方面 | 外壳（非旋转部件） | 轴（旋转部件） |
|---|---|---|
| 传感器 | 加速度计/速度传感器 | 近场探头（涡流式） |
| 安装 | 轴承座（外部） | 轴承座内部（内部） |
| 参数 | 均方根速度（毫米/秒） | 峰峰值位移（μm） |
| 频率范围 | 10–1000 Hz（宽带） | 次同步至 1 倍转速 |
| 检测效果最佳 | 不平衡、不对中、松动、轴承缺陷、结构共振 | 轴弯曲、油膜涡动/鞭动、密封件摩擦、转子不稳定、轴颈轴承状况 |
| 典型机器 | 所有——风扇、水泵、电机、压缩机、一般工业设备 | 采用滑动轴承的大型涡轮机械 |
| 便携式测量 | 是的（Balanset-1A，便携式分析仪） | 仅限永久安装的探头 |
| 标准参考 | 原 ISO 10816，现 ISO 20816 | 原 ISO 7919，现 ISO 20816 |
一台机器可以有 壳体振动小，但轴位移大 ——力没有传递到结构上（例如，非常坚固的轴承座），但轴在轴承间隙内危险地移动。反之，, 轴位移正常时，壳体振动较大。 这表明问题可能出在结构方面（例如地基松动、共振），而非转子动力学方面。ISO 20816-1 建议尽可能同时评估结构和动力学方面的问题，以便进行全面诊断。
仪器要求
该标准规定，整个测量链——包括传感器、电缆、信号调理设备和分析仪——必须经过校准，并能够在所需的频率范围内进行精确测量。主要参考文献：
- 加速度计安装： 每 ISO 5348 — 螺柱安装是首选，磁性安装可用于日常监测，粘合剂可用于永久安装。
- 接近探头安装： 根据 API 670 标准——探头间隙、目标表面光洁度、正交对方向和电缆布线要求。
- 校准： 定期使用可追溯标准对整条链条进行校准。Balanset-1A 出厂时已完成校准，并可使用已知振动源进行验证。
评估区 A、B、C、D
四区划分系统是ISO振动标准中最广为人知的特征。它提供了一个通用的、颜色编码的框架，用于对振动严重程度进行分类并确定适当的措施。.
| 公差带 | 颜色 | 机器状况 | 所需操作 |
|---|---|---|---|
| A | 绿色 | 新投入使用或翻新机器的振动情况。状况极佳。. | 正常运行状态。以此作为未来趋势分析的基准。维护后的目标状态。. |
| B | 黄色 | 适用于长期无限制运行。正常磨损状态。. | 继续运行。监测趋势——向C区移动需要调查。对于大多数运行中的机器而言，这是可以接受的。. |
| C | 橙色 | 不适于长期连续运行。出现故障或状况恶化。. | 制定纠正措施。. 增加监测频率。调查根本原因。安排在下次合适的时机进行维护。. |
| D | 红色 | 严重到足以造成损害。存在发生灾难性故障的风险。. | 立即采取行动。. 请考虑紧急停机。切勿继续运行——轴承、密封件和结构部件正在损坏。. |
区域边界值——套管振动（ISO 20816-3）
这些是具体的数值限制。 轴承座上的宽带均方根速度, 适用于功率大于 15 kW、转速在 120 至 15,000 RPM 之间的工业机械。这些数值最初在 ISO 10816-3 中制定，并在 ISO 20816-3:2022 中进行了少量更新后沿用。.
| 区域边界 | 第一组 大型、刚性 （>300千瓦） | 第二组 中型、刚性 （15–300千瓦） | 第三组 大而灵活 （>300千瓦） | 第四组 中等，灵活 （15–300千瓦） |
|---|---|---|---|---|
| A/B | 2.3 | 1.4 | 3.5 | 2.3 |
| B/C （警报） | 4.5 | 2.8 | 7.1 | 4.5 |
| C/D （跳闸） | 7.1 | 7.1 | 11.2 | 11.2 |
例子： 您测量一台固定在混凝土地面上的 55 kW 电机的 RMS 值为 3.2 mm/s。这属于第 2 组（中等功率，刚性基础）。A/B 边界值为 1.4，B/C 边界值为 2.8，C/D 边界值为 7.1。您的读数 3.2 超过了 2.8 (B/C) 但低于 7.1 (C/D)，因此该电机处于第 2 组。 C区 — 安排纠正措施。使用上面的计算器可以立即查看任何数值。.
区域边界值——轴位移（ISO 20816-2）
对于配备接近式探头的涡轮机械，轴位移限制与转速相关。该标准采用基于转速比平方根的公式。.
结果以微米级峰峰值表示 | 速度越快 → 限制越严格
| 区域边界 | k因子 | 转速 1500 转/分 | 转速 3000 转/分 | @ 6000 转/分 | @ 10000 转/分 |
|---|---|---|---|---|---|
| A/B | 50 | 122微米 | 87微米 | 61微米 | 47 微米 |
| B/C （警报） | 80 | 196微米 | 139 微米 | 98微米 | 76微米 |
| C/D （跳闸） | 100 | 245微米 | 173 微米 | 122微米 | 95微米 |
两项评价标准
ISO 20816-1 规定振动评估必须考虑 两个都 必须同时使用两项标准。仅使用其中一项会得出不完整的结论。
标准 1 — 绝对值
将测得的振动值与 ISO 20816 适用部分的固定区域边界进行比较。这可以告诉你机器相对于同类机器的一般状况。.
- 用于： 对新机器/维修机器进行验收测试、基线评估、设置跳闸警报、比较车队中的机器。
- 局限性： 一台一直保持在 4.0 毫米/秒（1 组 B 区）的机器可能完全正常——这是它的正常运行水平。仅凭标准 1 无法判断是否发生了变化。.
标准 2 — 与基线相比的变化
将当前振动值与既定的参考（基线）值进行比较。基线值通常在调试后、维护后或稳定运行期间的统计平均值中测量得出。
- 用于： 基于趋势的预测性维护、早期故障检测、检测劣化程度（无论绝对水平如何）。.
- 关键见解： 一个重要的 改变 振动——即使绝对值仍在A区或B区——通常也是 最早、最可靠的指标 正在形成的故障。
设想： 一台泵的基线振动速度为 1.0 毫米/秒。三周后，振动速度上升至 2.5 毫米/秒。根据标准 1（第 2 组），2.5 毫米/秒仍处于 B 区——"可接受"范围内。但根据标准 2，振动已达到标准。 增加了 2.5 倍 与基线相比，这是一个显著的变化，表明故障正在发展（可能是轴承磨损或不对中）。如果没有标准 2，您将错过此警报，直到机器进一步恶化到 C 区或 D 区。
| 方面 | 标准 1 — 绝对值 | 标准 2 — 与基线相比的变化 |
|---|---|---|
| 参考 | 来自标准的固定区域边界 | 机器自身建立的基准线 |
| 最适合 | 验收测试、车队对比、行程警报 | 预测性维护、早期故障检测、趋势分析 |
| 警报触发 | 值超过 B/C 边界 | 数值超过基线值的 2.0–2.5 倍 |
| 优势 | 客观、通用的基准 | 对变化敏感，特定于机器 |
| 弱点 | 无法检测到与"正常"基线的变化 | 需要建立基线；如果基线不稳定，则可能出现误报 |
| 在 ISO 20816 中 | A/B/C/D区边界 | "显著变化"阈值（标准建议为 2.0–2.5 倍） |
机器组（ISO 20816-3）
ISO 20816-3（及其前身 ISO 10816-3）根据以下因素将机器分为四类： 功率等级 和 基础类型由于柔性基础上的大型机器的振动自然比刚性基础上的小型机器要大，因此每组机器的区域边界都不同。
| 组 | 功率 | 地基 | 典型机器 | A/B | B/C | C/D |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 第一组 | 大于300千瓦 | 刚性的 | 大型电机、发电机、涡轮压缩机，均安装在混凝土基座上 | 2.3 | 4.5 | 7.1 |
| 第二组 | 15-300 千瓦 | 刚性的 | 标准电机、水泵、风机，安装在混凝土或重型钢框架上 | 1.4 | 2.8 | 7.1 |
| 第三组 | 大于300千瓦 | 柔性的 | 钢结构、海上平台、高层平台上的大型机械 | 3.5 | 7.1 | 11.2 |
| 第四组 | 15-300 千瓦 | 柔性的 | 中型机器，采用柔性框架和撬装式设备 | 2.3 | 4.5 | 11.2 |
刚性地基： 基础的最低固有频率远高于机器的运行速度。实际结构为：厚重的混凝土块，厚钢底板灌浆固定在混凝土上。基础不会放大或改变机器的振动。.
柔性地基： 基础的固有频率接近或低于机器的运行速度。实际应用包括：架空钢平台、轻型框架、弹簧式滑橇、上层安装。基础可以放大或衰减特定频率的振动。.
如有疑问，可进行一项简单的测试：测量机器旁边基础表面的振动。如果振动明显低于轴承座的振动，则基础很可能是刚性的。如果振动相近，则基础可能起到柔性支座的作用。.
报警和跳闸设定点
ISO 20816 在监测系统中的实际应用需要进行设置 警报 （警报）和 危险 （行程）设定点。该标准对绝对设定点和相对设定点均提供了指导。.
绝对设定值（来自准则 1）
- 警报 = B/C 区边界值。当振动超过此值时，应加强监测，调查根本原因，并制定纠正措施。.
- 跳闸 = C/D 区边界值。当振动超过此值时，将自动关机（如有）或立即采取人工措施以防止损坏。.
相对设定点（来自准则 2）
- 相对警报 = 基线值 × 倍数（通常为 2.0–2.5 倍）。振动幅度较基线值翻倍或更多表明存在正在发展的故障。.
- "(《世界人权宣言》) 有效警报设定点 应该是以下任何一种 降低 介于绝对警报和相对警报之间。这确保了第一个被违反的条件会触发警报。.
机器： 75 kW 电机，刚性基础（第 2 组）。调试后基准：1.2 mm/s RMS。.
绝对警报 （B/C边界，第2组）：2.8毫米/秒
相对警报 （基线值 × 2.5）：1.2 × 2.5 = 3.0 毫米/秒
有效警报 = 2.8 毫米/秒（两者中较低的那个）
跳闸 （C/D边界）：7.1毫米/秒
如果该电机的振动频率达到 2.9 毫米/秒，则两个标准均被违反——必须采取措施。.
验收测试与运行监控
ISO 20816-1 明确区分了两种评估环境：
验收测试
用于新机器调试或大修后机器验收。通常要求振动幅度在一定范围内。 A区或B区. 这是一个严格的合格/不合格标准——交付到 C 区的新机器通常会被拒收。.
- 测量条件必须严格控制（速度稳定、满载、热平衡）。.
- 每个测量点进行多次读数。.
- 结果已记录在正式验收报告中。.
运行监控
用于对在役机器进行持续状态评估。重点从合格/不合格转变为 趋势和变化检测 （准则2）警报和触发设定点是主要工具。
- 便携式路线数据采集（Balanset-1A）或永久在线监测。.
- 为了进行有效的趋势比较，需要一致的测量点、条件和程序。.
- 根据绝对区域和趋势方向做出行动决策。.
从 ISO 10816 迁移到 ISO 20816
许多机构的规程、监控数据库和规范中仍然引用 ISO 10816 标准。以下是您需要了解的过渡信息。.
| 老标准 | 新标准 | 对区域价值的影响 |
|---|---|---|
| ISO 10816-1:1995 | ISO 20816-1:2016 | 一般准则——无需更改具体数值 |
| ISO 10816-2:2009 | ISO 20816-2:2017 | 针对现代涡轮机械，一些限制条件进行了修订 |
| ISO 10816-3:2009 | ISO 20816-3:2022 | 套管速度限制基本不变；新增轴速度限制。 |
| ISO 10816-4:2009 | ISO 20816-4:2018 | 根据轴位移标准进行了更新 |
| ISO 10816-5:2000 | ISO 20816-5:2018 | 适用于液压机械 |
| ISO 10816-6:1995 | ISO 20816-6:2016 | 往复式机械的小幅更新 |
| ISO 10816-7:2009 | ISO 20816-7:2017 | 更新后的泵评估标准 |
| ISO 10816-8:2014 | ISO 20816-8:2018 | 往复式压缩机——微小变化 |
| ISO 7919-1 至 -5 | 并入 20816 系列 | 轴位移标准现已与套管位移标准放在同一文件中。 |
对于现有的监测计划： 如果您的系统配置采用 ISO 10816-3 标准的区域值，则 ISO 20816-3 标准中的外壳振动限制基本不变。无需紧急重新配置。请在方便时更新文档中的参考编号。
对于新安装项目： 指定 ISO 20816-3 (2022) 作为参考标准。考虑在适用情况下（例如采用滑动轴承的大型机械）增加轴位移监测。
有关规格和合同： 在新采购订单和维护合同中，将"ISO 10816"更新为"ISO 20816"。在相关情况下，应同时包含套管和轴的标准。.
Balanset-1A 的实际应用
"(《世界人权宣言》) Balanset-1A 便携式振动分析仪通过其内置的测量模式直接支持 ISO 20816 外壳振动评估。
振动计模式（F5）
测量 宽带均方根速度 — ISO 20816 标准规定的壳体振动精确参数。显示屏显示：
- V1 （整体振动）——直接与区域边界比较
- V1o （1×转速分量）——表示总振动中由不平衡引起的比例。
- 同时测量近场和远场两个通道——一次测量即可完成。
频谱分析仪（F1 / F8）
显示FFT频谱，以便识别 来源 高振动（1倍频不平衡、2倍频不对中、特征频率下的轴承缺陷）。参见 振动分析指南 用于光谱解析。
平衡模式
如果振动被诊断为不平衡（主要峰值为 1 倍转速），Balanset-1A 可以立即进行现场平衡以纠正不平衡——将振动从 C 区或 D 区降低到 A 区或 B 区。参见 现场动态平衡指南 完整流程。
工作流： 测量（F5）→诊断区域→如果区域 C/D 和 1× 占主导地位→分析频谱（F1）→平衡→在区域 A/B 中验证。
常见问题
ISO 20816 和 ISO 10816 有什么区别？
ISO 20816 取代了 ISO 10816，将壳体振动（原 ISO 10816）和轴振动（原 ISO 7919）合并为一个统一的标准。ISO 20816-3 中壳体振动的区域边界值与 ISO 10816-3 中的非常相似。主要改进之处在于将两种测量方法整合到同一文件中。
ISO 10816 标准现在还有效吗？
ISO 10816 的部分内容已正式撤销，因为它们已被相应的 ISO 20816 部分内容取代。然而，振动限值已广泛应用于现有的监测系统和合同中。套管振动的数值基本保持不变，因此，现有的基于 ISO 10816 的程序在实践中仍然有效。
我应该测量哪个参数——速度还是位移？
对于采用滚动轴承的一般工业机械，使用外部测量方法（便携式仪器）进行测量： 均方根速度（毫米/秒）. 对于带有滑动轴承和已安装接近传感器的大型涡轮机械： 轴位移峰峰值（单位：μm）如果两者都可用，请同时评估——它们提供互补的信息。
如何确定机器组别？
两个因素：额定功率（高于或低于 300 kW）和基础类型（刚性或柔性）。一台 75 kW 的电机用螺栓固定在混凝土基座上 = 第 2 组。一台 500 kW 的压缩机安装在钢平台上 = 第 3 组。请参阅上文“机器组”部分。
B 区的机器是否仍有可能发生故障？
是的——这正是第二条标准存在的意义。如果一台机器的基线速度为 0.8 毫米/秒，上升到 2.2 毫米/秒，它仍然属于第二组的 B 区（低于 2.8 毫米/秒），但比基线速度高出 2.75 倍表明存在严重的潜在问题。.
平衡后我应该将振动水平控制在什么范围内？
现场平衡后，目标是 A区 （低于您所在机器组的 A/B 边界）。对于 2 组机器，这意味着低于 1.4 毫米/秒。 平衡指南 详细介绍了整个流程。
宽带均方根速度涵盖哪些频率范围？
根据 ISO 20816-1 标准，标准频率范围为 10–1000 Hz。该范围涵盖最常见的故障特征：对于转速为 1000 RPM（约 17 Hz）的机器，频率范围为 1 倍至约 60 倍；对于转速为 3000 RPM（50 Hz）的机器，频率范围为 1 倍至约 20 倍。低速机器（<120 RPM）使用 2–1000 Hz 的扩展范围。
我需要购买 ISO 20816-1 文件才能使用区域值吗？
ISO 20816-1 本身并不包含具体的区域值，它只定义了方法论。区域边界编号位于 ISO 20816-3 （适用于通用工业机械）。如需包含所有程序和附件的完整官方文件，请从以下渠道购买： ISO 存储. 本指南中公布的区域值均来自公开资料，并在行业中广泛使用。
相关文章
根据 ISO 20816 标准测量振动
Balanset-1A 测量宽带 RMS 速度——这是 ISO 20816 标准中规定的用于壳体振动评估的精确参数。它具有双通道、FFT 频谱和内置平衡功能。
查看 Balanset-1A 设备 →
