ISO 20816-3 完全指南：综合技术分析

导言

本标准根据以下测量结果，为评估工业设备的振动状况制定了指导原则：

1. 轴承、轴承座和轴承座的振动 在设备安装地点；;
2. 轴的径向振动 机器组。.

基于工业设备的操作经验，, 振动状况评价的两个标准 已建立：

• 标准一： 监测到的宽带振动参数的绝对值
• 标准二： 该值的变化（相对于基线值）

振动标准的演变：ISO 10816 和 ISO 7919 的融合

振动标准化的发展历程体现了从分散的、针对特定部件的指导方针逐步向整体机器评估转变的过程。历史上，机械评估分为两大类：

• ISO 10816系列： 专注于使用加速度计或速度传感器测量非旋转部件（轴承座、底座）
• ISO 7919系列： 主要采用非接触式涡流探头，研究旋转轴相对于轴承的振动问题。

这种分离往往导致 诊断歧义. 一台机器可能表现出可接受的壳体振动（根据 ISO 10816 的 A 区），同时遭受危险的轴跳动或不稳定（根据 ISO 7919 的 C/D 区），尤其是在涉及重型外壳或流体动压轴承的情况下，振动能量传递会衰减。.

第一部分——范围

本标准规定了评估振动状况的一般要求。 工业设备（以下简称"机器"） 根据振动测量结果，功率等级高于 15 kW，转速范围为 120 至 30,000 转/分钟。 非旋转部件 并且 旋转轴 在机器安装地点的正常运行条件下。.

评估是基于监测到的振动参数进行的，并且 变化 该参数适用于机器稳态运行。状态评估标准的数值反映了此类机器的运行经验；然而，在特定机器的特定运行条件和设计情况下，这些数值可能并不适用。.

本标准适用于：

1. 蒸汽轮机和发电机 功率最高可达 40 兆瓦（参见注释 1 和 2）
2. 蒸汽轮机和发电机 输出功率超过 40 MW，转速 以外 1500、1800、3000 和 3600 转/分钟（见注释 1）
3. 旋转式压缩机 （离心式，轴向式）
4. 工业燃气轮机 功率最高可达 3 MW（见注释 2）
5. 涡扇发动机
6. 各种类型的电动机 采用柔性轴联轴器。（当电机转子与ISO 20816系列标准中其他标准涵盖的机械刚性连接时，电机振动可根据该标准或本标准进行评估。）
7. 轧机和轧辊
8. 传送带
9. 变速联轴器
10. 风扇和鼓风机 （参见注释 3）

本标准不适用于：

11. 功率超过 40 MW 且转速分别为 1500、1800、3000 和 3600 转/分的蒸汽轮机、燃气轮机和发电机 → 使用 ISO 20816-2
12. 功率超过 3 兆瓦的燃气轮机 → 使用 ISO 20816-4
13. 水力发电站和抽水蓄能电站的机组 → 使用 ISO 20816-5
14. 往复式机械和与往复式机械刚性连接的机械 → 使用 ISO 10816-6
15. 内置或刚性连接驱动电机的旋转动力泵，其叶轮位于电机轴上或与其刚性连接 → 使用 ISO 10816-7
16. 往复式压缩机装置 → 使用 ISO 20816-8
17. 容积式压缩机（例如，螺杆压缩机）
18. 潜水泵
19. 风力涡轮机 → 使用 ISO 10816-21

应用范围详情

本标准的要求适用于以下测量： 宽带振动 在额定转速范围内，对处于稳态运行状态的机器的轴、轴承、轴承座和轴承座进行振动测试。这些要求适用于安装现场和验收测试期间的测量。既定的振动条件标准适用于连续监测系统和周期性监测系统。.

本标准适用于可能包含以下部件的机器： 齿轮传动装置和滚动轴承; 然而，它是 并非有意为之 用于评估这些特定部件的振动状况（齿轮箱参见 ISO 20816-9）。.

第二部分——规范性引用文件

本标准引用了下列标准作为规范性参考文献。对于注明日期的参考文献，仅适用所引用的版本。对于未注明日期的参考文献，适用最新版本（包括所有修改）：

这些标准为 ISO 20816-3 中应用的术语、测量方法和一般评价理念提供了基础。.

第三部分——术语和定义

就本标准而言，以下术语和定义适用： ISO 2041 申请。.

关键术语（摘自 ISO 2041）

• 振动： 描述机械系统运动或位置的物理量的大小随时间的变化
• 均方根 (RMS)： 在指定时间间隔内，某个量平方值的平均值的平方根
• 宽带振动： 振动包含分布在特定频率范围内的能量
• 固有频率： 系统的自由振动频率
• 稳态运行： 相关参数（速度、负载、温度）基本保持不变的运行条件
• 峰峰值： 极值（最大值和最小值）之间的代数差
• 传感器： 能够提供与输入量具有确定关系的输出量的装置

第五节——机器分类

5.1 总则

根据本标准规定的标准，机器振动状况的评估取决于：

1. 机器类型
2. 额定功率或轴高（另见 ISO 496）
3. 基础刚度

5.2 按机器类型、额定功率或轴高分类

由于机器类型和轴承设计的差异，所有机器都需要进行分类。 两组 根据额定功率或轴高而定。.

两组机器的轴可以水平放置、垂直放置或倾斜放置，并且支撑件的刚度可以不同。.

第一组——大型机械

• 功率等级 大于 300 千瓦
• 或轴高电机 H > 315 毫米
• 通常配备有 轴颈（滑动）轴承
• 运行速度范围为 120 至 30,000 转/分钟

第二组——中型机器

• 功率等级 15 – 300 千瓦
• 或轴高电机 160 毫米 < H ≤ 315 毫米
• 通常配备有 滚动轴承
• 运行速度通常大于 600 转/分钟

5.3 按基础刚度分类

根据在特定测量方向上的刚度，机器基础可分为以下几类：

1. 刚性基础
2. 柔性基础

这种分类的依据是机器刚度与基础刚度之间的关系。如果 "机器-基础"系统的最低固有频率 振动测量方向上的振幅超过了主激励频率（在大多数情况下，这是转子旋转频率）。 至少 25%, 那么，朝这个方向奠定的基础就被认为是 死板的. 所有其他基础均被视为 灵活的.

典型示例

刚性基础上的机器 通常是指大型和中型电动机，其转速通常较低。.

柔性基础上的机器 通常包括功率超过 10 MW 的涡轮发电机或压缩机，以及垂直轴方向的机器。.

如果无法通过计算确定"机器-基础"系统的特性，则可以这样做。 实验 （冲击试验、运行模态分析或启动振动分析）。.

附件A（规范性附件）——特定运行模式下非旋转部件的振动条件区域边界

经验表明 为了评估不同类型、不同转速机器的振动状况，需要测量以下参数： 单凭速度就足够了. 因此，主要监测参数是速度的均方根值。.

然而，如果不考虑振动频率而使用恒速准则，可能会导致 位移值过大，无法接受。. 对于转子旋转频率低于 600 转/分钟的低速机器，这种情况尤为常见，因为此时运行速度分量在宽带振动信号中占主导地位（见附录 D）。.

类似地，对于转子转速超过10,000 r/min的高速机械，或者当机械振动能量主要集中在高频范围内时，恒速准则会导致加速度值过大，无法接受。因此，振动条件准则可以根据转子转速范围和机械类型，以位移、速度和加速度为单位进行制定。.

表 A.1 和 A.2 列出了本标准涵盖的不同机器组的区域边界值。目前，这些边界仅以单位表示。 速度和位移.

振动频率范围为 10 至 1000 Hz 的振动条件区域边界通过均方根速度和位移值表示。对于转子转速低于 600 r/min 的机器，宽带振动测量范围为 2 至 1000 赫兹. 在大多数情况下，仅基于速度准则即可进行振动状况评估；但是，如果预计振动频谱包含明显的低频分量，则需根据速度和位移的测量结果进行评估。.

所有考虑组的机器都可以安装在刚性或柔性支架上（见第 5 节），表 A.1 和 A.2 中分别建立了不同的区域边界。.

表 A.1 — 第 1 组机器（大型：>300 kW 或 H > 315 mm）

表 A.2 — 第 2 组机器（中型：15–300 kW 或 H = 160–315 mm）

附件 B（规范性）——特定运行模式下旋转轴的振动条件区域边界

B.1 总则

振动条件区域边界是根据各行业的运行经验构建的，这表明： 随着旋转频率的增加，可接受的相对轴振动减小。. 此外，在评估振动状况时，必须考虑旋转轴与固定机器部件之间发生接触的可能性。对于采用滑动轴承的机器， 轴承最小可接受间隙 还必须考虑（见附件 C）。.

B.2 稳态运行中额定旋转频率下的振动

B.2.1 总则

标准一与以下方面相关：

1. 限制轴位移 从轴承可接受的动态载荷条件出发
2. 可接受的径向间隙值 轴承
3. 可接受的振动 传递至支撑结构和基础

将每个轴承中的最大轴位移与四个区域的边界进行比较（参见标准中的图 B.1），这些边界是根据机器的运行经验确定的。.

B.2.2 区域边界

丰富的轴振动测量经验，涵盖了各种类型的机器，使得我们能够建立振动条件区域边界，并通过以下方式表示： 峰峰值位移 S(pp)，单位为微米, 与转子旋转频率 n（单位为 r/min）的平方根成反比。.

对于使用接近式探头测量的轴相对振动，区域边界表示为 峰峰值位移 S(pp) 单位为微米，且随运行速度而变化：

在哪里 n 是最大运行速度 转/分钟, ，并且 S(pp) 在 微米.

计算示例

对于一台转速为 3000 转/分钟的机器：

• √3000 ≈ 54.77
• A/B = 4800 / 54.77 ≈ 87.6 微米
• B/C = 9000 / 54.77 ≈ 164.3 微米
• C/D = 13200 / 54.77 ≈ 241.0 微米

重要： 区域边界不应作为验收标准，验收标准应由供应商和客户协商确定。然而，通过数值边界值的指导，既可以避免使用明显状况不佳的机器，也可以避免对其振动施加过于严格的要求。.

在某些情况下，特定机器的设计特点可能需要应用不同的区域边界——更高或更低（例如，对于自调心倾斜瓦轴承），对于椭圆轴承的机器，可以针对不同的测量方向（朝向最大间隙和最小间隙）应用不同的区域边界。.

可接受的振动范围可能与轴承直径有关，因为通常情况下，直径较大的轴承间隙也较大。因此，同一轴系的不同轴承可能需要设定不同的振动区域边界值。在这种情况下，制造商通常需要解释更改边界值的原因，尤其需要确认根据这些更改允许的振动增加不会降低机器的可靠性。.

如果测量不是在轴承的直接附近进行的，并且是在机器运行的瞬态模式（如启动和滑行，包括通过临界速度）下进行的，则可接受的振动可能会更高。.

对于采用滑动轴承的立式机械，在确定极限振动值时，应考虑在间隙限制内，在没有与转子重量相关的稳定力的情况下，轴可能发生的位移。.

第四部分——振动测量

4.1 一般要求

测量方法和仪器必须满足 ISO 20816-1 的一般要求，并需考虑工业机械的特殊要求。以下因素不得对测量设备产生显著影响：

• 温度变化 — 传感器灵敏度漂移
• 电磁场 — 包括轴磁化效应
• 声场 — 高噪声环境中的压力波
• 电源变化 电压波动
• 电缆长度 某些接近式探头设计需要匹配的电缆长度
• 电缆损坏 — 间歇性连接或屏蔽破损
• 传感器方向 — 灵敏度轴对齐

4.2 测量点和方向

为了进行状态监测，需要对以下各项进行测量： 非旋转部件 或 轴, 或两者兼而有之。在本标准中，除非另有明确规定，轴振动是指其 相对于轴承的位移.

非旋转部件——轴承座尺寸测量

对非旋转部件的振动测量表征轴承、轴承座或其他结构元件的振动，这些结构元件会将轴承位置处的轴振动产生的动态力传递出去。.

典型测量配置： 测量采用以下方式进行： 两个传感器 在轴承盖或轴承座上，沿两个相互垂直的径向方向进行测量。对于卧式机械，通常其中一个方向为垂直方向。如果轴是垂直的或倾斜的，则应选择能够最大程度捕捉振动的方向。.

单点测量： 如果已知测量结果能够代表整体振动情况，则可以使用单个传感器。所选方向必须确保读数接近最大值。.

轴振动测量

轴振动（定义见 ISO 20816-1）是指轴的位移 相对于轴承. 首选方法是使用 一对非接触式接近探针 相互垂直安装，从而可以在测量平面上确定轴的轨迹（轨道）。.

4.3 仪器仪表（测量设备）

对于状态监测，测量系统必须测量 宽带均方根振动 在至少 10赫兹至1000赫兹. 对于转速不超过 600 转/分的机器，最低频率限制不得超过 2赫兹.

用于轴振动测量： 上限频率范围边界必须超过轴的最大旋转频率 至少 3.5 倍. 测量设备必须满足以下要求： ISO 10817-1.

对于非旋转部件的测量： 设备必须符合以下规定： ISO 2954. 根据既定标准，测量量可以是位移、速度或两者兼有（参见 ISO 20816-1）。.

如果使用以下方式进行测量 加速度计 （这在实践中很常见），输出信号必须是 融合的 获取速度信号。获取位移信号需要 双重积分, 但应注意噪声干扰可能增加的问题。为了降低噪声，可以采用高通滤波器或其他数字信号处理方法。.

如果振动信号还用于诊断目的，则测量范围应涵盖至少从以下频率开始的频率： 0.2 倍的轴转速下限 到 最大振动激励频率的2.5倍 （通常不超过 10,000 Hz）。更多信息请参见 ISO 13373-1、ISO 13373-2 和 ISO 13373-3。.

频率范围要求

测量参数

测量参数可能是 位移, 速度, 或者两者兼有，具体取决于评价标准（参见 ISO 20816-1）。.

• 加速度计测量值： 如果测量采用加速度计（最常用），则对输出信号进行积分即可得到速度。两次积分可得到位移，但要注意低频噪声会增加。可应用高通滤波或数字信号处理来降低噪声。.
• 轴振动： 上限频率必须至少 3.5倍最大轴转速. 仪器必须符合以下规定： ISO 10817-1.
• 非旋转部件： 仪器必须符合以下规定： ISO 2954.

4.4 连续和周期性监测

持续监测： 通常，对于大型或至关重要的机械设备，会在关键位置永久安装传感器，对振动指标进行连续测量，以进行状态监测和设备保护。在某些情况下，用于此目的的测量系统会集成到工厂通用设备管理系统中。.

定期监测： 对于许多机器而言，连续监测并非必要。通过定期测量即可获得有关故障发展（不平衡、轴承磨损、不对中、松动）的充分信息。只要测量点和仪器符合标准要求，本标准中的数值即可用于定期监测。.

轴振动： 仪器通常是永久安装的，但可以定期进行测量。.

非旋转部件： 传感器通常仅在测量时安装。对于难以接近的机器，可以使用永久安装的传感器，并将信号路由到易于接近的位置。.

4.5 机器运行模式

转子和轴承达到稳定状态后进行振动测量。 平衡温度 在由以下特性决定的稳态特定运行模式下：

• 额定轴转速
• 供电电压
• 流速
• 工作流体压力
• 加载

变速或变负载机械： 在所有具有长期运行特征的运行模式下进行测量。使用 最大值 在所有振动模式下均获得了振动状况评估结果。.

4.6 背景振动

如果在测量过程中获得的被监测参数值超过验收标准，并且有理由相信机器的背景振动可能较高，则需要对机器进行测量。 机器停止运转 评估外部因素引起的振动。.

4.7 测量类型的选择

本标准允许对机器的非旋转部件和旋转轴进行测量。选择哪种测量方式取决于机器特性和预期故障类型。.

如果需要从两种测量类型中选择一种，则应考虑以下因素：

选择测量类型时需要考虑的因素：

• 轴转速： 与轴的测量相比，非旋转部件的测量对高频振动更敏感。.
• 轴承类型： 滚动轴承的间隙非常小；轴的振动会有效地传递到轴承座。通常，测量轴承座的尺寸就足够了。滑动轴承的间隙和阻尼较大；轴的振动通常可以提供额外的诊断信息。.
• 机器类型： 当轴承间隙与轴振动幅度相当时，需要对轴进行测量以防止接触。对于存在高次谐波（例如叶片通过、齿轮啮合、棒材通过）的机器，则通过高频壳体测量进行监测。.
• 转子质量/底座质量比： 轴的质量相对于底座质量较小的机器，传递到底座的振动也较小。轴的质量测量更为有效。.
• 转子灵活性： 柔性转子：轴相对振动可提供更多关于转子行为的信息。.
• 基座合规性： 柔性底座能为非旋转部件提供更大的振动响应。.
• 测量经验： 如果对类似机器上的某种测量类型有丰富的经验，则继续使用该类型。.

ISO 13373-1 中提供了测量方法选择的详细建议。最终决定应考虑可达性、传感器使用寿命和安装成本。.

测量位置和方向

• 测量 轴承座或底座 — 不适用于薄壁盖或柔性表面
• 使用 两个相互垂直的径向方向 在每个轴承位置
• 对于卧式机器而言，通常有一个方向是垂直的。
• 对于垂直或倾斜的机器，选择能够最大限度捕捉振动的方向。
• 轴向振动 推力轴承 采用与径向振动相同的限制条件
• 避开以下地点 局部共振 — 通过比较附近点的测量结果进行确认

工作条件

• 测量单位 稳态运行 在额定转速和负载下
• 允许转子和轴承到达 热平衡
• 对于变速/变负载机器，应在所有特征工作点进行测量，并使用最大值
• 记录条件：速度、负载、温度、压力、流量

第六节——振动状况评估标准

6.1 总则

ISO 20816-1 提供了评估不同类型机器振动状况的两个通用标准。其中一个标准适用于…… 绝对值 在宽频带内监测振动参数；另一个应用于 变化 在这个值中（无论变化是增加还是减少）。.

通常情况下，机器振动状态的评估是基于非旋转部件振动速度的均方根值，这主要是因为相应的测量操作较为简便。然而，对于许多机器而言，测量峰峰值相对轴位移也是可取的，如果能够获得此类测量数据，也可以将其用于评估机器振动状态。.

6.2 标准一——绝对值评估

6.2.1 一般要求

旋转轴测量： 振动状况通过宽带振动位移峰峰值的最大值来评估。该监测参数是通过测量两个指定正交方向上的位移而获得的。.

对于非旋转部件的测量： 振动状况通过轴承表面或其附近宽带振动速度的最大 RMS 值来评估。.

根据这一标准，确定了被监测参数的可接受限值，这些限值可从以下角度考虑：

• 轴承上的动态载荷
• 轴承径向间隙
• 机器传递到支撑结构和基础的振动

将每个轴承或轴承座处监测参数的最大值与给定机器组和支撑类型的极限值进行比较。根据第 1 节所述机器的振动观测经验，可以确定振动条件区域边界，在大多数情况下，遵循这些边界可以确保机器长期可靠运行。.

设定的振动工况区域旨在评估机器在特定稳态运行模式下（轴转速和负载均为额定值）的振动情况。稳态运行模式允许负载缓慢变化。评估是 未执行 如果运行模式与指定模式不同，或者在瞬态模式下，例如启动、滑行或通过共振区（见 6.4）。.

通常根据对非旋转和旋转机器部件的振动测量结果，得出关于振动状况的一般性结论。.

轴向振动 在连续振动状态监测中，通常不会测量滑动轴承的振动。此类测量通常在周期性监测或诊断过程中进行，因为轴向振动可能对某些故障类型更为敏感。本标准仅提供评估标准。 推力轴承的轴向振动, 它与可能造成机器损坏的轴向脉动相关。.

6.2.2 振动条件区

6.2.2.1 一般描述

为了对机器振动进行定性评估并制定必要的措施，已建立以下振动条件区域：

A区 — 新投入使用的机器通常都属于这一类。.

B区 — 属于此区域的机器通常被认为适合持续运行，不受时间限制。.

C区 — 属于此区域的机器通常被认为不适合长期连续运行。一般来说，此类机器只能运行有限的时间，直到出现合适的维修机会为止。.

D区 — 该区域的振动水平通常被认为足以造成机器损坏。.

6.2.2.2 区域边界数值

已确定的振动条件区边界数值为 不适用于作为验收标准, 这应由机器供应商和客户协商确定。然而，这些界限可作为一般性指导，有助于避免不必要的减振成本，并防止提出过于苛刻的要求。.

有时，机器设计特性或运行经验可能需要设定其他边界值（更高或更低）。在这种情况下，制造商通常会提供变更边界值的理由，尤其要确认，根据这些变更允许的振动增加不会降低机器的可靠性。.

6.2.2.3 验收标准

机器振动验收标准是 始终是协议的主题 供应商和客户之间必须就此达成一致，且必须在交货前或交货时（最好在交货前）以书面形式记录。如果是交付新机器或机器大修后返还，则可使用振动工况区域边界作为建立此类标准的依据。但是，区域边界的数值应明确规定。 不是 默认作为验收标准。.

典型建议： 新机器的监测振动参数应落在A区或B区内，但不得超出这两个区域的边界。 1.25倍. 如果依据是机器设计特点或类似机器类型的积累操作经验，则在制定验收标准时，可以不考虑此建议。.

验收测试是在严格规定的机器运行条件（产能、转速、流量、温度、压力等）下，在规定的时间间隔内进行的。如果机器是在更换主要部件或进行维护后到货的，则在制定验收标准时，会考虑机器脱离生产流程前所进行的工作类型和监测参数值。.

6.3 标准二——按幅度变化进行评估

该准则基于将稳态机器运行（允许运行特性存在一些微小变化）中监测到的宽带振动参数的当前值与先前建立的值进行比较。 基线（参考）值.

重大变化可能需要采取适当措施。 即使尚未达到B/C区边界. 这些变化可能是逐渐发生的，也可能是突然发生的，是机器运行中出现的损坏或其他干扰造成的后果。.

必须使用以下方法获得比较振动参数 相同的传感器位置和方向 在相同的机器运行模式下，一旦检测到显著变化，就会调查其可能的原因，以防止危险情况的发生。.

6.4 瞬态振动状态评估

附件 A 和 B 中给出的振动条件区域边界适用于振动 稳态机器运行. 瞬态运行模式通常伴随着更高的振动。例如，在启动或减速过程中，柔性支撑上的机器振动，振动增大与转子转速超过临界值有关。此外，由于配合旋转部件的不对中或转子在加热过程中发生弯曲，也可能观察到振动增大。.

在分析机器振动状况时，必须注意振动对运行模式和外部运行条件变化的响应。虽然本标准未考虑瞬态机器运行模式下的振动评估，但作为一般指导原则，可以认为在持续时间有限的瞬态模式下，如果振动不超过一定限度，则该振动是可以接受的。 C区上边界.

标准二——与基线相比的变化

即使振动仍然发生在B区， 与基线相比有显著变化 表明正在出现问题：

6.5 稳态运行中的振动限值

6.5.1 总则

通常情况下，对于设计用于长期运行的机器，会设定振动限值；在机器稳定运行状态下，如果振动超过该限值，则会出现各种类型的报警信号。 警告 或 旅行.

警告 — 此通知旨在提醒用户，所监测的振动参数值或其变化已达到可能需要采取补救措施的水平。通常情况下，当出现警告通知时，机器可以继续运行一段时间，同时调查振动变化的原因并确定应采取的补救措施。.

旅行 — 此通知表明振动参数已达到可能导致机器损坏的水平。当达到触发阈值时，应立即采取措施降低振动或停止机器运转。.

由于机器的动态载荷和支撑刚度存在差异，因此对于不同的测量点和方向，可以设定不同的极限振动水平。.

6.5.2 设置警告级别

不同机器的警告级别可能存在显著差异（可能升高也可能降低）。通常，该级别是相对于特定因素确定的。 基线水平 根据运行经验，针对每台特定机器实例，在指定点和指定测量方向上获得结果。.

建议将警告级别设置为高于基线值。 25% 上区 B 边界值. 如果基线水平较低，则警告级别可能低于 C 区。.

如果未定义基准水平（例如，对于新机器），则警告水平可根据类似机器的运行经验或与所监测振动参数的公认可接受值进行比较来确定。一段时间后，根据对机器振动的观察，建立基准线，并相应地调整警告水平。.

通常情况下，警告级别的设置是为了： 不超过 B 区上限边界的 1.25 倍.

如果基线水平发生变化（例如，机器维修后），则警告级别也必须相应调整。.

6.5.3 设置行程级别

TRIP 等级通常与保持机器的机械完整性相关，而机械完整性又取决于机器的设计特性及其承受异常动态力的能力。因此，TRIP 等级通常是 对于设计相似的机器也是如此 并且是 与基线无关.

由于机器设计的多样性，无法提供通用的跳闸液位设置指南。通常情况下，跳闸液位的设置方式如下： C区或D区内, 但不得高于这些区域之间的边界 25% 以上。.

6.6 其他程序和标准

有 没有简单的计算方法 轴承座振动是由轴振动引起的（反之亦然）。轴的绝对振动和相对振动之间的差异与轴承座振动有关，但通常情况下， 不等于它.

实际意义： 如果机壳振动表明属于 B 区（可接受），而轴振动表明属于 C 区（限制），则将机器归类为 C 区并制定补救措施。当有双重测量结果时，始终采用最坏情况的评估结果。.

6.7 基于信息向量表示的评估

即使振动中单个频率分量的振幅变化很显著，也仍然属于此类。 不一定伴随 通过宽带振动信号的显著变化来检测裂纹扩展。例如，转子裂纹的扩展可能导致旋转频率出现明显的谐波，但其振幅与部件运行速度下的振幅相比可能仍然很小。因此，仅凭宽带振动的变化无法可靠地追踪裂纹扩展的影响。.

为了获取后续诊断程序所需的数据，需要监测各个振动分量的振幅变化。 专用测量和分析设备, 通常更复杂，并且需要特殊的资质才能应用（参见 ISO 18436-2）。.

本标准所确立的方法是： 仅限于测量宽带振动 无需评估各个频率分量的幅值和相位。在大多数情况下，这足以满足机器验收测试和安装现场的状态监测需求。.

然而，在长期状态监测和诊断程序中的使用 矢量信息 对频率分量（尤其是运行速度及其二次谐波）的分析，能够评估机器动态行为的变化，而这些变化在仅监测宽带振动时是无法区分的。对各个频率分量及其相位之间关系的分析，在状态监测和诊断系统中得到了越来越广泛的应用。.

请注意： 本标准未提供基于矢量分量变化的振动状况评估标准。有关此问题的更详细信息，请参见 ISO 13373-1、ISO 13373-2、ISO 13373-3（另见 ISO 20816-1）。.

8. 瞬态运行

在启动、滑行或高于额定速度运行时，振动会比较大，尤其是在通过临界速度时。.

9. 背景振动

如果测得的振动值超过可接受限值且怀疑存在背景振动，则应在机器停止运转的情况下进行测量。如果背景振动值超过以下任一限值，则需要进行校正：

• 25% 操作期间测量值，或
• 该机器类别的 B/C 边界为 25%

附件C（资料性附件）——区域边界和方位净空

适用于以下机器 滑动（流体动压）轴承, 安全运行的基本条件是油楔上的轴位移不得与轴承壳体接触。因此，附录B中给出的相对轴位移区域边界必须与此要求相符。.

特别是对于间隙较小的轴承，可能需要…… 降低区域边界值. 减小的程度取决于轴承类型以及测量方向与最小间隙方向之间的角度。.

例如：大型蒸汽轮机（3000 转/分，滑动轴承）

• 计算得到的B/C值（附件B）：S(pp) = 9000/√3000 ≈ 164 μm
• 实际轴承直径间隙：150 μm
• 由于 164 > 150，因此使用基于间隙的限制：
• A/B = 0.4 × 150 = 60微米
• B/C = 0.6 × 150 = 90微米
• C/D = 0.7 × 150 = 105微米

应用说明： 这些调整后的数值适用于测量轴振动。 在轴承内或附近. 在其他径向间隙较大的轴位置，可采用标准附录 B 公式。.

附件D（资料性附件）——恒速准则对低速机械的适用性

本附件阐述了为何不宜对低频振动（低于 120 转/分）的机器应用基于速度测量的标准。对于低速机器，基于以下因素的标准： 位移测量 使用合适的测量设备可能更为合适。然而，本标准并未考虑此类因素。.

速度准则的历史基础

利用振动的提议 速度 以非旋转机器部件的测量结果为基础来描述振动状况，该描述是基于大量测试结果的概括而制定的（例如，参见 Rathbone TC，1939 年的开创性工作），并考虑了某些物理因素。.

鉴于此，多年来人们一直认为，如果10至1000赫兹频率范围内的均方根速度测量结果一致，则从状态和振动效应的角度来看，两台机器是等效的。这种方法的优势在于，无论振动的频率组成或机器的旋转频率如何，都可以使用相同的振动状态标准。.

反之，如果以位移或加速度作为振动状况评估的基础，则需要构建与频率相关的标准，因为位移与速度之比与振动频率成反比，而加速度与速度之比与振动频率成正比。.

速度常数范式

振动的应用 速度 主要参数是基于广泛的测试和观察得出的，即如果机器在 10–1000 Hz 范围内表现出相同的 RMS 速度，则这些机器在状况方面是"等效的"。, 无论频率成分如何.

优势： 简单易行。一套速度限制适用于很宽的速度范围，无需进行与频率相关的修正。.

低频问题： 位移与速度之比与频率成反比：

在极低频率下（< 10 Hz），接受恒定速度（例如，4.5 mm/s）可能会允许过大的 位移, 这可能会对连接部件（管道、接头）造成压力，或者表明存在严重的结构问题。.

图示（见附件D）

考虑以 4.5 毫米/秒的恒定速度运行，并改变运行速度：

观察： 随着转速降低，位移会急剧增大。即使转速"在可接受范围内"，120 rpm 时的 358 μm 位移也可能导致联轴器过载或滑动轴承中的油膜破裂。"

图D.1反映了不同转速下恒速运动与变位移之间的简单数学关系。但同时，它也表明，随着转速的降低，恒速运动准则的使用会导致轴承座位移增大。尽管作用于轴承的动态力仍在可接受的范围内，但轴承座的显著位移可能会对连接的机械部件（例如油路）产生不利影响。.

适用于低速机器的 Balanset-1A 配置

测量转速≤600 rpm的机器时：

• 设置频率范围下限为 2赫兹 （不是 10 Hz）
• 两者显示 速度（毫米/秒） 和 位移（μm） 指标
• 将这两个参数与标准/流程中的阈值进行比较（将它们输入计算器）。
• 如果只测量了速度并且速度合格，但位移未知，则评估结果为： 未完成
• 确保传感器在 2 Hz 以下具有线性响应（查看校准证书）

12. 瞬态运行：启动、滑行和超速

附件A和B中的区域边界适用于 稳态运行 在额定转速和负载下。在瞬态工况（启动、停机、转速变化）期间，预计振动会更大，尤其是在通过时。 临界速度 （共鸣）。

表 1 — 瞬态过程中的推荐限值

注意：速度低于 20% 时： 在极低速度下，速度标准可能不适用（见附录D）。排量成为关键因素。.

实用诠释

• 机器在加速/减速过程中可能会短暂超出稳态极限。
• 允许轴振动达到 C/D 边界值的 1.5 倍（最高转速达 90%），以允许通过临界转速。
• 如果达到运行速度后振动仍然很高，则表明 持续故障, 并非瞬态共振

Balanset-1A 运行分析

Balanset-1A 包含一个"RunDown"图表功能（实验性），用于记录滑行减速期间的振动幅度与转速的关系：

• 识别关键速度： 振幅的尖峰表明存在共振。
• 验证快速通过： 狭窄的峰值表明机器快速通过（良好）
• 检测与速度相关的故障： 振幅随速度持续增大表明存在空气动力学或工艺问题。

该数据对于区分瞬态尖峰（根据表 1 可以接受）和稳态过度振动（不可以接受）非常有价值。.

13. ISO 20816-3 合规性的实用工作流程

14. 高级主题：影响系数平衡理论

当机器被诊断出不平衡（1倍振动幅度大，相位稳定）时，Balanset-1A 会使用 影响系数法 计算精确的校正权重。.

数学基础

转子的振动响应被建模为 线性系统 增加质量会改变振动矢量：

三步平衡程序（单平面）

1. 初始运行（运行 0）：
   • 测量振动：A₀ = 6.2 mm/s，φ₀ = 45°
   • 向量：V₀ = 6.2∠45°
2. 试验体重运行（运行 1）：
   • 添加试验质量：M_审判 = 20 g，角度为 θ_审判 = 0°
   • 测量振动：A₁ = 4.1 mm/s，φ₁ = 110°
   • 向量：V₁ = 4.1∠110°
3. 计算影响系数：
   • ΔV = V₁ − V₀ =（向量减法）
   • α = ΔV / (20 g ∠ 0°)
   • α 表示"每增加一克质量，振动会发生多少变化"。"
4. 计算修正值：
   • M_校对 = −V₀ / α
   • 结果：M_校对 = 28.5 g，角度 θ_校对 = 215°
5. 应用更正并核实：
   • 移除试验重量
   • 在 215° 时加入 28.5 克（从转子上的参考标记测量）。
   • 测量最终振动：A_最终的 = 1.1 毫米/秒（目标：A 区 <1.4 毫米/秒）

为什么这种方法有效

不平衡会产生离心力 F = m × e × ω²，其中 m 是不平衡的质量，e 是其偏心率，ω 是角速度。该力会产生振动。通过在特定角度添加精确计算的质量，我们可以产生…… 相等且相反 离心力抵消了原有的不平衡。Balanset-1A 软件会自动执行复杂的矢量计算，并指导技术人员完成整个过程。.

11. 物理学和公式参考

信号处理基础

位移、速度和加速度之间的关系

为了 正弦振动 在频率为 f (Hz) 时，位移 (d)、速度 (v) 和加速度 (a) 之间的关系由微积分决定：

关键见解： 速度与频率和位移成正比。加速度与频率的平方和位移成正比。原因如下：

• 在 低频 (< 10 Hz），位移是关键参数
• 在 中频 在 10–1000 Hz 范围内，速度与能量密切相关，且与频率无关。
• 在 高频 （> 1000 Hz），加速度成为主导因素

均方根值与峰值

"(《世界人权宣言》) 均方根 (RMS) 该值代表信号的有效能量。对于纯正弦波：

为什么选择均方根值？ RMS 与 力量 和 疲劳应力 施加于机器部件上的振动信号 V_有效值 = 4.5 毫米/秒 可传递相同的机械能，而与波形复杂程度无关。.

宽带均方根值计算

对于包含多个频率分量的复杂信号（例如实际机械中的信号）：

其中每个 V_RMS，i 表示特定频率（1倍频、2倍频、3倍频等）下的均方根振幅。这是振动分析仪显示的"总体"值，用于ISO 20816-3区域评估。.

Balanset-1A 信号处理架构

实际示例：诊断流程演练

设想： 一台 75 kW 离心泵，转速为 1480 rpm (24.67 Hz)，安装在刚性混凝土基础上。.

第一步：分类

• 功率：75千瓦 → 第二组 （15–300千瓦）
• 基础：刚性（经冲击试验验证）
• 根据您的标准副本/规格确定 A/B、B/C、C/D 阈值，并将其输入计算器

步骤 2：使用 Balanset-1A 进行测量

• 将加速度计安装在泵轴承座上（外侧和内侧）
• 进入"振动计"模式（F5）
• 设置频率范围：10–1000 Hz
• 记录整体 RMS 速度： 6.2 毫米/秒

步骤 3：区域评估

将测量值（例如，6.2 mm/s RMS）与您输入的阈值进行比较：高于 C/D → D区; 介于 B/C 和 C/D 之间 → C区, ， ETC。.

第四步：光谱诊断

切换到FFT模式。频谱显示：

• 1×分量（24.67 Hz）： 5.8 毫米/秒 — 主导
• 2×分量（49.34 Hz）： 1.2 毫米/秒 — 轻微
• 其他频率： 微不足道

诊断： 高1倍振动，相位稳定 → 不平衡

步骤 5：使用 Balanset-1A 进行平衡

进入"单平面平衡"模式：

• 初始运行： A₀ = 6.2 mm/s，φ₀ = 45°
• 试验体重： 以 0°（任意角度）加入 20 克
• 试运行： A₁ = 4.1 mm/s，φ₁ = 110°
• 软件计算结果： 修正质量 = 28.5 克，角度 = 215°
• 已应用更正： 移除试重，在215°C下加入28.5克
• 验证运行： A_最终的 = 1.1 毫米/秒

步骤六：合规性验证

1.1 毫米/秒 < 1.4 毫米/秒（A/B 边界）→ A区 — 状态极佳！

该泵现已符合 ISO 20816-3 标准，可进行长期无限制运行。请生成报告，记录泵运行前（6.2 mm/s，D 区）和运行后（1.1 mm/s，A 区）的流量情况，并附上频谱图。.

为什么速度是首要标准

在很宽的频率范围内，振动速度与振动强度具有良好的相关性，原因如下：

• 速度与 活力 传递至地基及周围环境
• 速度是相对的 与频率无关 典型工业设备
• 在极低频率（<10 Hz）下，位移成为限制因素。
• 在极高频率（>1000 Hz）下，加速度变得非常重要（尤其是在轴承诊断方面）。

静态挠度和固有频率

用于判断地基是刚性还是柔性：

临界速度估算

简单转子的第一临界转速：

15. ISO 20816-3 应用中的常见错误和陷阱

16. 与更广泛的状态监测策略的整合

ISO 20816-3振动限值是 必要但不充分 用于全面的机械设备健康管理。将振动数据与以下数据集成：

• 油品分析： 磨损颗粒、粘度下降、污染
• 热成像技术： 轴承温度、电机绕组热点、不对中引起的发热
• 超声波： 轴承润滑故障、电弧放电的早期检测
• 电机电流特征分析（MCSA）： 转子棒缺陷、偏心、载荷变化
• 工艺参数： 流量、压力、能耗——将振动峰值与工艺扰动关联起来

Balanset-1A 提供 振动柱 运用此策略。利用其存档和趋势分析功能构建历史数据库。将振动事件与维护记录、油样采集日期和运行日志进行交叉比对。.

17.监管和合同方面的考虑

验收测试（新机器）

重要： 区域边界通常用于指导状况评估，而 验收标准 新机器的规格由合同/规范规定，并由供应商和客户协商确定。.

Balanset-1A 的作用： 在工厂验收测试 (FAT) 或现场验收测试 (SAT) 期间，Balanset-1A 会验证供应商声明的振动水平，并生成证明符合合同限值的书面报告。.

保险和责任

在某些司法管辖区，操作机械 D区 如果发生灾难性故障，可能会导致保险失效。符合 ISO 20816-3 标准的评估文件表明在设备维护方面已尽到应有的注意义务。.

18. 未来发展：ISO 20816 系列扩展

ISO 20816系列标准仍在不断发展。即将推出的版本和修订包括：

• ISO 20816-6： 往复式机械（取代 ISO 10816-6）
• ISO 20816-7： 旋转动力泵（取代 ISO 10816-7）
• ISO 20816-8： 往复式压缩机系统（新型）
• ISO 20816-21： 风力涡轮机（取代 ISO 10816-21）

这些标准将采用类似的区域边界理念，但会根据具体设备进行调整。Balanset-1A凭借其灵活的配置和宽广的频率/振幅范围，在这些标准发布后仍将保持兼容性。.

19. 案例研究

案例研究 1：通过双重测量避免误诊

机器： 5兆瓦蒸汽轮机，3000转/分，滑动轴承

情况： 轴承座振动频率为 3.0 mm/s（B 区，可接受）。但操作人员报告有异常噪音。.

调查： Balanset-1A 连接至现有接近式探头。轴振动 = 180 μm pp。计算得到的 B/C 极限（附件 B）= 164 μm。轴在 C区!

根本原因： 油膜不稳定（油膜涡旋）。由于底座质量较大，阻尼轴的运动较大，因此壳体振动较小。仅依靠壳体测量会忽略这种危险情况。.

行动： 调整轴承供油压力，通过重新垫片减小间隙。轴振动减小至 90 μm（A 区）。.

案例研究 2：平衡控制挽救关键风扇

机器： 200千瓦引风机，980转/分，柔性联轴器

初始条件： 振动 = 7.8 毫米/秒（D 区）。工厂考虑紧急停机和轴承更换（$50,000，停机 3 天）。.

Balanset-1A 诊断： FFT 显示 1× = 7.5 mm/s，2× = 0.8 mm/s。相位稳定。. 不平衡, 未造成损坏。.

场平衡： 现场进行了双平面平衡，耗时 4 小时。最终振动 = 1.6 毫米/秒（A 区）。.

成果： 避免了停机，节省了 $50,000 美元。根本原因：磨蚀性粉尘导致叶片前缘腐蚀。已通过动平衡解决；计划在下次计划停机时进行叶片翻新。.

20. 结论和最佳实践

过渡到 ISO 20816-3:2022 这代表着振动分析的成熟，它要求采用基于物理学的双重视角方法来评估机械设备的健康状况。主要结论：

"(《世界人权宣言》) Balanset-1A 系统 该产品与 ISO 20816-3 标准高度契合。其技术规格——包括频率范围、精度、传感器灵活性和软件工作流程——不仅能够帮助维护团队诊断不合规情况，还能通过精准平衡主动纠正。Balanset-1A 将诊断频谱分析与校正平衡功能相结合，使可靠性工程师能够将工业资产维护在 A/B 区范围内，从而确保设备的使用寿命、安全性和不间断生产。.

参考标准和书目

规范性引用文件（ISO 20816-3 第 2 节）

ISO 20816系列相关标准

互补标准

历史背景（已过时的标准）

ISO 20816-3:2022 取代了以下标准：

• ISO 10816-3:2009 — 通过测量非旋转部件来评估机器振动 — 第 3 部分：额定功率大于 15 kW 且额定转速在 120 r/min 至 15,000 r/min 之间的工业机械
• ISO 7919-3:2009 — 机械振动 — 通过旋转轴测量评估机器振动 — 第 3 部分：耦合工业机械

将壳体振动（10816）和轴振动（7919）整合到一个统一的标准中，消除了以前的歧义，并提供了一个连贯的评估框架。.

附件 DA（资料性附件）——引用的国际标准与国家和州际标准的对应关系

应用本标准时，建议使用相应的国家标准和州际标准，而不是引用的国际标准。下表列出了第 2 节中引用的 ISO 标准与其国家对应标准之间的关系。.

请注意： 本表中采用以下约定俗成的对应程度表示方法：

• 智能设计 — 相同的标准

各国标准发布日期可能不同，但均与所引用的ISO标准保持技术等效性。请务必查阅最新版本的国家标准，以了解最新要求。.

参考书目

以下文件在 ISO 20816-3 中被引用，仅供参考：

历史注释：参考文献 [16] (Rathbone, 1939) 代表了开创性工作，为使用速度作为主要振动标准奠定了基础。.