ISO 10816-3：工业机器振动限值
ISO 10816-3:2009 实用概要，适用于对转速在 120 至 15,000 r/min 之间、功率大于 15 kW 的工业机组进行现场振动检查：振动速度与位移均方根值的评价区域 A 至 D、两个机器组、两种支承类别、振动变化准则，以及 ALARM 和 TRIP 设定指南。
Balanset-1A 等便携式仪器可在轴承座上测量宽频带振动速度均方根值，其默认频带 10 Hz 至约 1 kHz 与本文多数机器所用频带一致。读数需由您自行与下表比对，因为 Balanset 软件不会自动判定 ISO 10816-3 区域。
速查：振动烈度限值
ISO 10816-3:2009 附录 A 中的区域边界：第1组见表 A.1，第2组见表 A.2。所有数值均为宽频带均方根值，在机器稳定运行时于轴承座或轴承支座上沿径向测得。
频率范围：10–1000 Hz；转速低于 600 r/min 的机器为 2–1000 Hz。先确定机器组和支承类别，再查出所属区域。
评价准则 — 振动速度均方根值 (mm/s)
ISO 10816-3 工业机器区域边界值
| 机器组 | A/B 区边界 | B/C 区边界 | C/D 区边界 |
|---|---|---|---|
| 第1组 — 刚性 大于 300 kW（至 50 MW）或 H ≥ 315 mm 的电机；刚性支承 | 2.3 | 4.5 | 7.1 |
| 第2组 — 刚性 ★ 大于 15 kW 至 300 kW 或 160 ≤ H < 315 mm 的电机；刚性支承 | 1.4 | 2.8 | 4.5 |
| 第1组 — 柔性 大于 300 kW（至 50 MW）或 H ≥ 315 mm 的电机；柔性支承 | 3.5 | 7.1 | 11.0 |
| 第2组 — 柔性 大于 15 kW 至 300 kW 或 160 ≤ H < 315 mm 的电机；柔性支承 | 2.3 | 4.5 | 7.1 |
这些限值适用于任一轴承、轴承支座或轴承座上的径向读数，轴向读数仅适用于推力轴承。机器必须处于稳态运行，转速为额定转速或在允许转速范围内；转速或负载变化过程中测得的读数不按这些限值评价。对于特定机器或特殊支承，制造商与用户可商定其他数值。
新投入运行的机器通常处于这一振动水平。
通常认为可以不受限制地长期运行。
通常认为不适合长期连续运行。一般情况下，机器可在有限时间内继续运行，直至有适当时机进行处理。
这一水平的振动通常被认为足以导致机器损坏。
位移均方根值 (µm)
附录 A 在速度边界旁同时列出了位移边界。若两个量都进行了测量，以更严格的区域为准。
| 机器组 | A/B 区边界 | B/C 区边界 | C/D 区边界 |
|---|---|---|---|
| 第1组 — 刚性 | 29 | 57 | 90 |
| 第2组 — 刚性 ★ | 22 | 45 | 71 |
| 第1组 — 柔性 | 45 | 90 | 140 |
| 第2组 — 柔性 | 37 | 71 | 113 |
位移对低速机器最为重要：当转频分量占主导时，看似适中的速度值仍可能意味着位移过大。对于此类机器，评价应同时采用速度和位移。
英制单位 — 振动速度均方根值 (in/s)
适用于英制单位地区的等效数值（1 mm/s ≈ 0.03937 in/s）
| 机器组 | A/B 区边界 | B/C 区边界 | C/D 区边界 |
|---|---|---|---|
| 第1组 — 刚性 | 0.091 | 0.177 | 0.280 |
| 第2组 — 刚性 ★ | 0.055 | 0.110 | 0.177 |
| 第1组 — 柔性 | 0.138 | 0.280 | 0.433 |
| 第2组 — 柔性 | 0.091 | 0.177 | 0.280 |
⚡ 振动区域计算器
选择机器组和支承类别，输入测量值，即可依据 ISO 10816-3:2009 得出所属区域、变化判定以及 ALARM/TRIP 设定建议。
刚性：最低固有频率至少为激励频率的 1.25 倍。柔性：其他情况。
不确定支承类别？来核查一下
区域边界直观对比
各区域的宽度比例显示了柔性支承机器和较大机器的限值如何放宽。
每段标注其上限（mm/s RMS），刻度最大为 15 mm/s。
什么是 ISO 10816-3？
ISO 10816-3 是 ISO 10816 系列标准的第 3 部分，该系列通过在非旋转部件上测量来评价机器振动。第 1 部分规定了通用方法；第 3 部分将其细化为具体准则，适用于标称转速 120 至 15,000 r/min、功率大于 15 kW 的工业机组的现场测量。本页介绍的是第二版 ISO 10816-3:2009，由 ISO 技术委员会 TC 108 分委员会 SC 2 编制。
2009 版取代了 1998 年的第一版。其主要变化是将泵排除在适用范围之外，因为叶片泵现已有专门的部分 ISO 10816-7。
振动从两个方面进行评价：振动幅值（准则 I，区域 A 至 D）以及相对已确立参考值的变化量（准则 II）。附录 A 以宽频带速度和位移均方根值给出区域边界，并按两个机器组以及刚性和柔性支承分别列出。
基本原理： ISO 10816-1
适用范围
使用表格前请先核对适用范围：这些限值仅适用于下列机器类型，且须在现场稳定运行条件下测量。
适用机器
额定功率大于 15 kW、转速在 120 至 15,000 r/min 之间的机组，包括：
- 功率不超过 50 MW 的汽轮机；
- 转速低于 1,500 r/min 或高于 3,600 r/min 的较大汽轮机组（大于 50 MW），即 ISO 10816-2 未涵盖的转速；
- 回转式压缩机；
- 功率不超过 3 MW 的工业燃气轮机；
- 发电机；
- 各类电动机；
- 鼓风机和风机。
对于风机，这些准则通常只适用于功率大于 300 kW 或非柔性支承的机组。其他风机，例如轻型钢板结构风机，需由供方和买方根据以往运行经验商定限值。
风机平衡与振动要求： ISO 14694
不适用的机器
ISO 10816-3:2009 不适用于：
- 陆地上功率大于 50 MW、转速为 1,500、1,800、3,000 或 3,600 r/min 的大型汽轮发电机组（ISO 10816-2）；
- 功率大于 3 MW 的燃气轮机组（ISO 10816-4）；
- 水电站和泵站中的水力机组（ISO 10816-5）；
- 与往复式机械相连的机器（ISO 10816-6）；
- 叶片泵，包括叶轮直接安装在或刚性固定在电机轴上的机组（ISO 10816-7）；
- 容积式回转压缩机，例如螺杆压缩机；
- 活塞式（往复式）压缩机和泵；
- 潜水电泵机组；
- 风力发电机组。
仅考虑源自机组本身的振动，不考虑从外部传递至机组的振动。带齿轮箱或滚动轴承的机器包括在内，但对这些齿轮或轴承状态的评估不属于本标准的内容。无论连续测量还是定期测量，验收试验和运行监测均采用相同准则。
功率范围
功率大于 15 kW 的机组。电机按轴中心高划分机器组；更小的机器不在本部分范围内。
转速范围
标称运行转速 120 至 15,000 r/min。读数在该范围内的稳态运行下测取。
测量位置
轴承、轴承支座或轴承座：外露、通常可接触、能反映轴承座振动且无局部共振的部位。若无法接触轴承座，应尽量靠近其测量。
测量参数
主要测量量为宽频带振动速度均方根值（mm/s）；预计存在低频成分时，增加位移（µm）。频带为 10–1000 Hz，转速低于 600 r/min 时为 2–1000 Hz，仪器应符合 ISO 2954。
RMS 的含义： 振动速度均方根值
机器分类：两个机器组与两种支承类型
ISO 10816-3 按机器类型、额定功率或轴中心高以及支承柔度对机器进行分类。机器分为两个组；每组机器的轴均可为卧式、立式或倾斜式，安装方式可为刚性或柔性。
| 组 | 额定功率 | 电机 | 典型设计 | 限值 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 大于 300 kW（表 A.1 注明至 50 MW） | 轴中心高 H ≥ 315 mm | 通常为滑动轴承；转速覆盖 120–15,000 r/min 全范围 | 表 A.1 |
| 2 ★ | 大于 15 kW，不大于 300 kW | 轴中心高 160 mm ≤ H < 315 mm | 通常为滚动轴承；转速高于 600 r/min | 表 A.2 |
轴中心高 H 在 ISO 496 中定义为轴中心线至机器自身安装平面的距离，在交货状态的机器上测量。对于无底脚、底脚抬高或立式安装的机器，采用相同机座号的卧式底脚安装型的轴中心高；若机座号未知，取机器直径的一半。
如何确定支承类别
支承类别是一种动态特性，与基础材料或质量无关。在给定测量方向上，若机器与支承系统的一阶固有频率比主激励频率（多数情况下即运行转速）至少高 25%，则支承视为刚性；其他情况均视为柔性。
同一安装在一个方向上可能是刚性的，在另一个方向上则可能是柔性的。橡胶或弹簧支座、混凝土基座或钢架本身并不能决定分类。应采用实测或计算的固有频率以及相应的运行激励。
典型情况：大中型电动机，尤其是低速电动机，通常采用刚性支承；而大于 10 MW 的汽轮发电机和压缩机以及立式机组通常为柔性支承。
如果图纸和计算无法确定，标准允许通过试验确定支承类别。实践中通常采用锤击试验或升速/降速测量来找出最低固有频率。
背景： 固有频率
实际应用指南
新机或修复后机器的验收试验与在役机器的监测采用相同准则，区别在于结果的使用方式。
新设备/修复设备的验收试验
区域边界是指导性数值，并非现成的验收规范：验收值由机器的供方与买方协商确定。作为参考，这些边界有助于既排除明显缺陷，又避免不切实际的要求。某些机器有理由采用不同的限值，更高或更低；此时制造商应说明理由，若允许更大振动，还应证明其不会危及机器。
在役设备的运行监测
运行中需回答两个问题：当前幅值处于哪个区域（准则 I），以及是否发生了显著变化（准则 II）。A区和 B区表明长期运行无需担忧，C区要求在下一个适当时机进行处理，D区则表示振动已严重到足以损坏机器。区域反映的是振动烈度，并不能指出原因。
准则 II 将读数与此前在相同传感器位置和方向、大致相同运行工况下确立的参考值进行比较。上升或下降超过 B区上限 25% 的变化视为显著，突然发生时更是如此，即使尚未进入 C区，也应开展诊断调查。25% 是指导值；根据特定机器的经验可采用其他数值。
示例：刚性支承的第2组机器，B区上限为 2.8 mm/s，因此超过 0.7 mm/s 的变化即为显著。一台多年运行在 1.0 mm/s 的电动机现读数为 2.2 mm/s，虽仍处于 B区，但 1.2 mm/s 的上升已需要进行检查。
测量方法
读数通常在每个轴承盖或轴承支座上沿两个相互垂直的径向方向测取。卧式机器通常为垂直和水平方向。立式或倾斜式机器中，两个方向之一必须是读数最大的方向，通常沿弹性轴线方向。传感器可布置在轴承座周向任意角度，所用位置和方向必须记录。
评价时，取每个测量平面上两个读数中的较大值与区域边界进行比较。只有在确知单个传感器能充分反映振动幅值时，才可每个平面只用一个传感器，因为它可能并未指向最大值方向。
径向承载轴承上通常不监测轴向振动。轴向振动主要在定期检测或故障诊断时测量，因为某些故障在该方向上表现得更明显；区域边界仅对推力轴承上的轴向读数适用。
应在转子和主轴承达到正常稳定运行温度、机器在规定工况（如额定转速和负载、电压、流量和压力）下运行时测取读数。若运行中转速或负载有变化，应在机器长时间运行的每种工况下测量，并取最大值。
若读数超过验收值且怀疑存在环境背景振动，应在停机状态下重复测量。若停机时的振动超过运行值的 25%，可能需要减小外部影响，或将其分离出来，例如通过频谱分析。
仪器应符合 ISO 2954，测量宽频带均方根值，且在不小于 10–1000 Hz 的范围内具有平坦响应；对于转速约 600 r/min 及以下的机器，频带下限应扩展至 2 Hz。传感器的安装不应使读数失真，并注意温度变化、磁场和声场、电源波动、电缆长度以及传感器方向的影响。
现场实践，不属于 ISO 10816-3 的内容：诊断时对比各方向的振动有助于缩小可能原因的范围。
| 方向 | 缩写 | 常见可检出缺陷 |
|---|---|---|
| 水平（垂直于轴） | H | 不平衡、松动、轴承磨损 |
| 垂直 | V | 不平衡、结构共振 |
| 轴向（平行于轴） | A | 不对中、轴弯曲、推力轴承故障 |
ISO 10816-3 评价的是宽频带振动，不考察单个频率分量或相位。这通常足以满足验收试验和日常监测的需要，但它只能表明发生了变化，而不能说明原因。单个分量的幅值和相位对于长期状态监测和故障诊断很有价值，但相关准则不在本标准范围内。
查找原因： 频谱分析
实例
按 ISO 10816-3 区域准则逐步进行评价。
机器： 电动机，75 kW，轴中心高 280 mm
支承： 混凝土基础；在测量方向上最低固有频率远高于转频的 1.25 倍，因此为刚性支承
分类： 第2组（160 mm ≤ H < 315 mm 的电机），刚性支承
实测振动： 驱动端轴承座水平方向 3.5 mm/s RMS：两个径向读数中的较大值
第2组边界： A/B = 1.4 mm/s · B/C = 2.8 mm/s · C/D = 4.5 mm/s
3.5 mm/s 介于 B/C 边界（2.8）与 C/D 边界（4.5）之间。在此振动水平下，电动机不应长期连续运行，但通常可在计划处理期间继续运行一段有限时间。需借助频谱分析排查的典型原因有不平衡、不对中和轴承早期磨损。
机器： 离心风机，驱动功率 500 kW，1480 r/min；大于 300 kW，因此适用本部分的风机准则
支承： 弹簧隔振器上的钢架；在测量方向上最低固有频率低于转频的 1.25 倍，因此为柔性支承
分类： 第1组（大于 300 kW），柔性支承
实测振动： 2.0 mm/s RMS，驱动端轴承两个径向读数中的较大值
第1组柔性支承边界： A/B = 3.5 mm/s · B/C = 7.1 mm/s · C/D = 11.0 mm/s
2.0 mm/s 低于 3.5 mm/s 的 A/B 边界，属于新投运机器的典型水平。风机能否通过验收仍取决于供方与用户商定的数值。
机器： 电动机，45 kW，轴中心高 225 mm
支承： 橡胶支座；在测量方向上最低固有频率低于转频的 1.25 倍，因此为柔性支承
分类： 第2组，柔性支承
基线振动： 3.0 mm/s RMS（6 个月前确立）
当前振动： 6.8 mm/s RMS
第2组柔性支承边界： A/B = 2.3 mm/s · B/C = 4.5 mm/s · C/D = 7.1 mm/s
6.8 mm/s 介于 4.5 与 7.1 mm/s 之间，因此幅值处于 C区。3.8 mm/s 的上升远超 1.125 mm/s 的指导值（4.5 mm/s B/C 边界的 25%），因此按准则 II 也需要开展诊断调查。以 3.0 mm/s 的基线值计算，建议的 ALARM 应为 4.125 mm/s。
关键概念与最佳实践
指导值，而非合同条款
区域边界是参考值。验收限值由供方与用户协商确定，而 ALARM 和 TRIP 设定值则取决于机器的基线值和设计。
支承类别很重要
同一读数对于第1组和第2组、刚性和柔性支承可能落入不同区域。查表前应先对机器及其各方向的支承进行分类。
关注变化
一台稳定运行在 2.5 mm/s 的机器，比一台从 1.0 突升至 2.5 mm/s 的机器更让人放心。对于刚性支承的第2组机器，按准则 II，任何超过 0.7 mm/s 的变化都视为显著。
筛查，而非诊断
本标准评价的是宽频带总振动：它能表明存在问题，但不能说明是什么问题。要查明根本原因，应使用振动分析仪进行频谱分析、时域波形分析和相位测量。
运行限值：ALARM 和 TRIP
对于长期运行，ISO 10816-3 规定了两种运行限值。ALARM 用于警示振动已达到设定值或发生了显著变化；此时机器通常可以继续运行，同时调查原因。TRIP 表示超过该水平继续运行可能损坏机器；一旦超过，应立即降低振动或停机。不同测量位置和方向的限值可以不同。
设定 ALARM
ALARM 应相对于该机器在该位置和方向上的稳态基线值设定：基线值加上 B区上限的 25%。ALARM 通常应不超过该上限的 125%，基线值较低时可低于 C区。尚无基线值的新机器可依据类似机器的经验或商定的验收值设定；在确立稳定基线值后调整设定值，基线值发生变化时（例如大修后）再次调整。
设定 TRIP
TRIP 限值取决于机器的机械完整性和设计，因此对设计相近的机器通常相同，与基线值无关。标准未给出固定的 TRIP 值。TRIP 通常位于 C区或 D区，且不应高于 C区上限的 125%。
设定值上限，mm/s RMS
由速度边界推导：B/C 的 25% 和 125%，C/D 的 125%
| 机器组 | 显著变化 | ALARM 最大值 | TRIP 最大值 |
|---|---|---|---|
| 第1组 — 刚性 | 1.125 | 5.625 | 8.875 |
| 第2组 — 刚性 ★ | 0.700 | 3.500 | 5.625 |
| 第1组 — 柔性 | 1.775 | 8.875 | 13.750 |
| 第2组 — 柔性 | 1.125 | 5.625 | 8.875 |
示例：刚性支承的第2组机器，基线值为 1.2 mm/s，则 ALARM 为 1.2 + 0.7 = 1.9 mm/s，远低于 3.5 mm/s 的上限；TRIP 不高于 5.625 mm/s。
确立参考值： 振动基线值
与其他标准的关系
ISO 10816-3 的通用指南依据 ISO 10816-1，振动烈度测量仪器的要求依据 ISO 2954，轴中心高依据 ISO 496。本部分不适用的机器由该系列其他部分规定：ISO 10816-2（陆地电站大型汽轮机和发电机）、ISO 10816-4（燃气轮机组）、ISO 10816-5（水电站和泵站）、ISO 10816-6（往复式机器）和 ISO 10816-7（叶片泵）。
轴承座振动准则可辅以按 ISO 7919-3 测量的轴振动。轴承座振动与轴振动之间没有简单的换算关系，因此两者须分别测量；若两套准则得出不同的评价结果，以更严格者为准。ISO 此后已废止 2009 版，其修订版为 ISO 20816-3:2022。
相关页面： ISO 7919-1 · ISO 20816-3
常见问题
轴中心高不小于 160 mm 且小于 315 mm 的电机属于第2组。刚性支承时，其 A/B、B/C 和 C/D 边界分别为 1.4、2.8 和 4.5 mm/s RMS（22、45 和 71 µm）；柔性支承时分别为 2.3、4.5 和 7.1 mm/s（37、71 和 113 µm）。
这一区分是动态的，并且针对每个测量方向分别确定。若机器与支承系统的最低固有频率比主激励频率至少高 25%，则支承为刚性，其他情况均为柔性。基础材料或是否装有隔振器本身并不能决定支承类别。
ISO 将 ISO 10816-3:2009 列为已废止，其修订版为 ISO 20816-3:2022。本页介绍的是 2009 版。
不能。ISO 10816-3 适用于功率大于 15 kW 的机组，更小的机器不在其范围内。对于这类机器，应依据制造商给出的限值或其他适用准则，并以安装后记录的基线值为参照跟踪振动变化。
不适用。2009 版已将泵排除在适用范围之外。叶片泵（包括电机一体式设计）由 ISO 10816-7 规定，往复泵和潜水电泵则被排除在外。
ALARM 设定为稳态基线值加上 B区上限的 25%，通常不高于该上限的 125%。TRIP 取决于机器设计，一般位于 C区或 D区，且不应超过 C区上限的 125%。
日常无需测量。评价基于每个轴承的两个径向方向。轴向读数主要用于定期检测和故障诊断，区域限值仅对推力轴承上的轴向读数适用。
ISO 官方标准
本页所述文件的目录条目： iso.org 上的 ISO 10816-3:2009
本页是为教学目的用我们自己的语言撰写的独立概要，并未复制标准原文；规范性要求请以官方文件为准。
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