ISO 20816-3：工业机械振动限值
交互式计算器和综合技术指南，用于按照 ISO 20816-3:2022 标准对工业机械进行振动区评估。内容包括外壳振动、轴振动、测量方法以及使用 Balanset-1A 进行现场平衡。.
⚙ 表 A.1 - 第 1 组机器（大型：>300 千瓦或高度>315 毫米）
| 区 | 刚性 - 速度(毫米/秒） | 刚性 - 分配 (μm) | 柔性 - 速度(毫米/秒） | 柔性 - 分配 (μm) |
|---|---|---|---|---|
| A - 良好 | < 2.3 | < 29 | < 3.5 | < 45 |
| B - 可以接受 | 2.3 - 4.5 | 29 - 57 | 3.5 - 7.1 | 45 - 90 |
| C - 有限 | 4.5 - 7.1 | 57 - 90 | 7.1 - 11.0 | 90 - 140 |
| D - 危险 | > 7.1 | > 90 | 11.0 | > 140 |
⚙ 表 A.2 - 第 2 组机器（中型：15-300 千瓦或 H=160-315 毫米）
| 区 | 刚性 - 速度(毫米/秒） | 刚性 - 分配 (μm) | 柔性 - 速度(毫米/秒） | 柔性 - 分配 (μm) |
|---|---|---|---|---|
| A - 良好 | < 1.4 | < 22 | < 2.3 | < 37 |
| B - 可以接受 | 1.4 - 2.8 | 22 - 45 | 2.3 - 4.5 | 37 - 71 |
| C - 有限 | 2.8 - 4.5 | 45 - 71 | 4.5 - 7.1 | 71 - 113 |
| D - 危险 | > 4.5 | > 71 | > 7.1 | > 113 |
⚙ 附件 B - 轴振动限值（位移）
| 区域边界 | 公式 | 每分钟 1500 转 | 每分钟 3000 转 | 每分钟 6000 转 |
|---|---|---|---|---|
| A/B | 4800 / √n | 124 | 88 | 62 |
| 公元前 | 9000 / √n | 232 | 164 | 116 |
| 光盘 | 13200 / √n | 341 | 241 | 170 |
振动区域评估计算器
输入机器参数和测量的振动值，以根据 ISO 20816-3 标准确定工况区域。
应用的区域边界
| 边界 | 速度（毫米/秒） | 位移（μm） |
|---|---|---|
| A/B | — | — |
| 公元前 | — | — |
| 光盘 | — | — |
轴振动极限（计算值）
| 边界 | 公式 | S(p-p) μm |
|---|---|---|
| A/B | 4800/√n | — |
| 公元前 | 9000/√n | — |
| 光盘 | 13200/√n | — |
1.范围和适用设备
ISO 20816-3:2022 制定了额定功率工业设备振动状况评估指南 15 千瓦以上 和转速从 120 至 30 000 转/分钟. .评估基于正常运行条件下对非旋转部件和旋转轴的振动测量。.
本标准适用于：
- 功率高达 40 兆瓦的蒸汽轮机和发电机
- 旋转式压缩机（离心式、轴流式）
- 功率高达 3 兆瓦的工业燃气轮机
- 带弹性联轴器的各类电机
- 轧机和轧辊
- 风扇和鼓风机（见下文注释）
- 输送机、变速联轴器、涡轮风扇发动机
特定设备说明
蒸汽/燃气轮机 >40 兆瓦 1500/1800/3000/3600 r/min → 使用 ISO 20816-2。. 燃气轮机 >3 兆瓦 → 使用 ISO 20816-4。. 粉丝们 标准一般仅适用于大于 300 千瓦或刚性基础上的风机。对于其他风机，应由制造商和客户商定标准（另见 ISO 14694）。.
本标准不适用于：
- 往复式机器 → ISO 10816-6 / ISO 20816-8
- 内置电机的旋转动力泵 → ISO 10816-7
- 液压动力站 → ISO 20816-5
- 容积式压缩机、潜水泵
- 风力涡轮机 → ISO 10816-21
关键限制
要求适用 仅由机器自身产生的振动引起。, 而不是通过地基传递的外部感应振动。始终核实并校正背景振动。.
2.机器分类
机器振动状况的评估取决于机器类型、额定功率或轴高度以及地基刚度。.
按功率/轴高分类
第一组——大型机械
- 功率等级 大于 300 千瓦, 或带轴高度的电动机械 H > 315 毫米
- 通常配备轴颈（套筒）轴承
- 运行速度 120 至 30,000 r/min
第二组——中型机器
- 功率等级 15 – 300 千瓦, 或具有以下功能的电机 160 < 高 ≤ 315 毫米
- 通常配备滚动轴承
- 运行速度通常大于 600 转/分钟
按地基刚度分类
地基是 死板的 如果机器基础系统在测量方向上的最低固有频率比主激励频率高出 至少 25%. .其他均为 灵活的.
方向相关分类
地基可能在一个方向上是刚性的，而在另一个方向上是柔性的。例如，垂直方向是刚性的，但水平方向是柔性的。使用适当的限制分别评估每个方向。.
3.了解 A-D 区
为定性评估和决策设立了四个振动条件区：
A 区 - 全新/卓越
新投产的机器通常属于这种情况。代表最佳动态条件。并非所有新机器都能达到 A 区 - 如果低于 A/B 区，可能会产生极小的效益，且成本高昂。.
B 区 - 可接受
适合不受限制地长期运行。继续进行日常监控。这是维护良好的设备的正常运行状态。.
C 区--有限运行
不适合长期连续运行。计划补救措施。可在有限的时间内运行，直到出现维修机会。增加监测频率。.
D 区 - 危险
振动严重，足以造成损坏。需要立即采取措施：减少振动或停止机器。继续运行有可能发生灾难性故障。.
4.评估标准
标准 I - 绝对值
测量到的最大宽带均方根振动（外壳的速度，轴的位移 p-p）与给定设备组和支架类型的区域边界值进行比较。该标准可防止轴承承受过大的动态载荷、不可接受的径向游隙消耗以及传递到地基的过大振动。.
标准二——与基线相比的变化
即使振动仍在 B 区，如果与既定基线相比出现显著变化，则表明问题正在发展，需要进行调查。.
25% 规则
振动变化被认为是 重要的 如果超过 B/C 边界值的 25%, 无论当前绝对水平如何，这都适用于上涨和下跌的情况。.
例子： 对于第一组刚性基础，B/C = 4.5 mm/s。与基线相比，变化大于 1.125 mm/s 具有重要意义，需要进行调查。.
新机器验收标准
区域界线为 不是 默认的验收标准。验收测试限制必须由供应商和客户商定。典型建议：新机器振动不应超过 1.25 × A/B 边界.
5. 测量最佳实践
传感器位置
- 安装在 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 每个轴承
- 对于卧式机器而言，通常有一个方向是垂直的。
- 避开有局部共振的地点 - 比较附近各点的读数
- 如果无法直接接触轴承，则使用具有刚性机械连接的点
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 (一般为 30-60 分钟）
- 对于变速/变负荷机器，应在所有特性工作点进行测量，使用最大
- 文件条件：速度、负荷、温度、压力
频率范围
| 应用 | 下限 | 上限 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 标准宽带 | 10赫兹 | 1000赫兹 | 大多数工业机械（>600 转/分钟） |
| 低速（≤600 r/min） | 2赫兹 | 1000赫兹 | 必须捕捉 1 倍的运行速度 |
| 轴振动 | — | ≥ 3.5 × f最大 | 根据 ISO 10817-1 |
| 诊断 | 0.2 × fmin | 2.5 × f兴奋 | 扩展，高达 10 000 赫兹 |
背景振动
25% 背景规则
如果停机振动超过 25% 运行振动 或者 B/C区边界的25%, 需要更正：
如果本底超过这些阈值，则简单的减法无效--调查外部来源。.
6.外壳振动限值（附件 A）
主要监测参数是 振动速度有效值. .第 1 组和第 2 组的区域边界值见上表 A.1 和 A.2。主要说明
- 对于转子转速 低于 600 r/min, 因此，速度和位移标准都适用。频带范围为 2-1000 Hz。.
- 第 1 组位移 由参考频率 12.5 赫兹时的速度得出
- 第 2 组移位 由参考频率 10 赫兹时的速度得出
- "(《世界人权宣言》) 最坏情况区 (速度或位移）决定
7.轴振动限值（附件 B）
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) 在 μm 中，与 √n 成反比：
B/C： S(pp) = 9000 / √n
C/D： S(pp) = 13200 / √n
其中 n = 最大运行速度（r/min），计算时的最小值 600
轴承间隙限制（附件 C）
对于轴颈轴承，轴振动区域边界必须与实际轴承游隙进行核对。如果公式计算的限值超过游隙，则使用基于游隙的限值：
- A/B： 0.4 × 间隙
- B/C： 0.6 × 间隙
- C/D： 0.7 × 间隙
8.警报和 TRIP 警报级别
旅行 = 在 C 区或 D 区内，通常 ≤ 1.25 × (C/D 边界)
| 等级 | 基础 | 设置 | 可调节的？ |
|---|---|---|---|
| 警告 | 机器特定基线 | 基线 + 25% of B/C | 是 - 根据基线变化进行调整 |
| 旅行 | 机械完整性 | C/D 区内，≤ 1.25 × C/D | 否 - 同类机器相同 |
9.瞬态运行
区域界限适用于稳态运行。在升速、降速或通过临界转速时，预计振动会更大。.
| 额定速度的 % | 住房限额 | 轴极限 | 说明 |
|---|---|---|---|
| < 20% | 见注释 | 1.5 × C/D | 位移可能占主导地位 |
| 20% - 90% | 1.0 × C/D | 1.5 × C/D | 允许临界速度通过 |
| > 90% | 1.0 × C/D | 1.0 × C/D | 接近稳态 |
如果达到运行速度后振动仍然很高，则表明 持续故障, 而不是瞬时共振。.
10.物理与信号处理
位移-速度-加速度
频率为 f (Hz) 的正弦振动：
加速度： A顶峰 = (2πf)² × D顶峰 = 2πf × V顶峰
- 在 低频 (<10 Hz)：位移是关键参数
- 在 中频 (10-1000 赫兹）：速度与能量相关 - 与频率无关
- 在 高频 (>1000 Hz)：加速度占主导地位
有效值与峰值
V页 = 2 × V顶峰 ≈ 2.828 × V有效值
宽带有效值（整体）
这个 "总 "值就是振动分析仪显示的值，也是 ISO 20816-3 用于区域评估的值。.
低速问题（附件 D）
在 4.5 毫米/秒的恒定速度下，位移随着速度的降低而急剧增加：
| 转速（rpm） | 频率（赫兹） | 速度（毫米/秒） | 位移（μm峰值） |
|---|---|---|---|
| 3600 | 60 | 4.5 | 12 |
| 1800 | 30 | 4.5 | 24 |
| 600 | 10 | 4.5 | 72 |
| 120 | 2 | 4.5 | 358 |
因此，标准要求 既有速度又有位移 机器 ≤600 r/min 的标准。.
11.影响系数平衡
当诊断出不平衡时（高 1× 振动，相位稳定），则 影响系数法 计算精确的校正权重：
修正质量： M校对 = -V最初的 / α
单翼程序（3 次运行）
- 初始运行： 在 φ₀ = 45° 时测量 A₀ = 6.2 mm/s
- 试验体重： 在 0° 时添加 20 克。在 φ₁ = 110° 时测量 A₁ = 4.1 mm/s。
- 计算： 软件计算校正 = 28.5 g（215°）。
- 申请并验证： 去除试验，在 215°时加入 28.5 克。最终：1.1 mm/s → A 区
Balanset-1A 自动执行所有矢量数学运算，指导技术人员完成每个步骤。.
12.案例研究
通过双重测量避免误诊
机器： 5 兆瓦蒸汽轮机，3000 转/分，轴颈轴承。.
情况： 外壳振动 = 3.0 mm/s（B 区）。但轴振动 = 180 μm p-p。附件 B 限值 B/C = 164 μm → 轴在 C 区！
根本原因： 油膜不稳定（油旋）。重型基座阻尼了机壳运动。仅依靠壳体测量会漏掉这种情况。.
行动： 调整供油压力，重新固定轴承。轴振动降至 90 μm（A 区）。.
✓ 实现了 A 区 - 消除了油旋平衡节省关键风扇
机器： 200 千瓦引风机，980 转/分，弹性联轴器。.
最初： 振动 = 7.8 mm/s（D 区）。工厂考虑紧急停机（$50,000，停机 3 天）。.
诊断： FFT 显示 1× = 7.5 mm/s。相位稳定 → 不平衡，非轴承损坏。.
行动： 使用 Balanset-1A 进行两平面平衡，现场工作 4 小时。最终 = 1.6 mm/s（A 区）。.
✓ 节约 $50,000 - 避免不必要的停机D 区泵 - 平衡无济于事
机器： 200 kW 给水泵，刚性地基。RMS = 5.0 mm/s → D 区。.
诊断： FFT 显示谐波森林和高噪声本底。相对于总数，峰值低 1 倍。并非不平衡。.
根本原因： 轴承退化 + 气蚀。需要进行机械大修。.
✗ 需要立即停机 - 机械故障13.常见错误
需避免的关键错误
1.错误分类。. H=280 mm 的 250 kW 电机属于第 2 组（而非第 1 组）。使用第 1 组限制（更宽松）会导致过度振动。.
2.地基类型错误。. 并非所有混凝土地基都是 "刚性 "的。如果系统固有频率接近运行速度，混凝土上的涡轮发电机可能是柔性的。请通过计算或冲击测试进行验证。.
3.忽略背景振动。. 泵的读数为 3.5 mm/s，相邻压缩机通过地板的读数为 2.0 mm/s：泵的实际贡献率仅为 ~1.5 mm/s。始终在机器停止的情况下进行测量。.
4.峰值而不是有效值。. ISO 20816-3 要求有效值。峰值 ≈ 1.414 × 有效值。使用峰值会直接高估严重程度约 40%。.
5.忽视标准 II. 风扇从 1.5 mm/s 跳至 2.5 mm/s（均为 B 区）。变化 = 1.0 mm/s 对临界值 1.125 mm/s（25% 的 B/C=4.5）。接近临界值 - 调查！
6.频率范围错误。. 带 10-1000 Hz 滤波器的 400 rpm 磨机：运行频率 = 6.67 Hz 低于滤波器！对于 ≤600 r/min 的机器，使用 2-1000 Hz。.
7.在薄壁上测量。. 风扇外壳金属板上的加速度计读数比实际轴承振动高 10 倍。一定要安装在轴承盖或基座上。.
14.完成评估工作流程
步骤
- 识别机器： 记录类型、型号、额定功率、速度范围
- 分类： 根据额定功率或轴高度 H 确定组别（1 或 2
- 评估基础： 测量/计算 fn 机器基础系统的运行
- 选择区域边界 从组别 + 地基类型的标准
- 安装仪器： 在轴承座上安装传感器，配置频率范围
- 背景调查： 停机测量振动
- 运行测量： 达到热平衡，稳态，测量速度有效值
- 背景更正： 如果超过阈值，则应用能量减法
- 区域分类（标准一）： 将最大有效值与边界进行比较
- 趋势分析（标准二）： 计算与基线相比的变化，检查 25% 规则
- 光谱诊断 如有必要，使用 FFT 确定故障类型
- 纠正措施： A 区→基线；B 区→监测；C 区→计划修复；D 区→立即行动
- 如果诊断出不平衡，则进行平衡： 使用 Balanset-1A 影响系数法
- 文档： 报告包括前后光谱、区域划分和采取的行动
🔧 Balanset-1A - 便携式振动分析仪和现场平衡器
"(《世界人权宣言》) 平衡仪-1a 是一款直接支持 ISO 20816-3 振动测量和评估要求的精密仪器：
- 振动测量： 速度（毫米/秒有效值）、位移、加速度 - 所有 ISO 20816-3 参数
- 频率范围： 5 Hz - 550 Hz（标准），可扩展 - 满足 2-1000 Hz 的要求
- 单平面和双平面平衡： 将振动降至 A/B 区水平
- 相位测量： 用于平衡和矢量分析的 ±1° 精确度
- 转速范围： 150 至 60,000 rpm - 完全符合 ISO 20816-3 标准的范围
- FFT 频谱 识别故障类型（1×、2×、谐波、轴承缺陷）
- 报告生成： 为合规记录提供测量文件
15.参考标准
规范性参考资料
| 标准 | 标题 |
|---|---|
| ISO 2041 | 机械振动、冲击和状态监测——词汇表 |
| ISO 2954 | 测量振动严重程度的仪器要求 |
| ISO 10817-1 | 旋转轴振动测量系统 - 相对和绝对传感 |
| ISO 20816-1:2016 | 机械振动 - 测量和评估 - 一般准则 |
ISO 20816系列
| 标准 | 范围 | 地位 |
|---|---|---|
| ISO 20816-1:2016 | 一般准则 | 已发布 |
| 国际标准化组织 20816-2:2017 | 蒸汽/燃气轮机 >40 MW，1500-3600 r/min | 已发布 |
| ISO 20816-3:2022 | 工业机械 >15 kW，120-30,000 r/min | 已发布（本文档） |
| ISO 20816-4:2018 | 燃气轮机驱动机组 | 已发布 |
| ISO 20816-5:2018 | 液压发电站 | 已发布 |
| ISO 20816-8:2018 | 往复式压缩机系统 | 已发布 |
| ISO 20816-9 | 齿轮箱 | 开发中 |
互补标准
| 标准 | 标题 | 相关性 |
|---|---|---|
| ISO 21940-11 | 转子平衡 - 程序和公差 | 天平质量等级 G0.4-G4000 |
| ISO 13373-1/2/3 | 振动状态监测和诊断 | FFT、分析、故障特征 |
| ISO 18436-2 | 振动分析师认证（Cat I-IV） | 人员能力 |
| ISO 14694 | 工业风机 - 平衡质量和振动 | 风扇特定限值 |
GOST 通信（附件 DA）
| ISO标准 | 通信 | GOST 同等标准 |
|---|---|---|
| ISO 2041 | 智能设计 | GOST R ISO 2041-2012 |
| ISO 2954 | 智能设计 | ISO 2954-2014 |
| ISO 10817-1 | 智能设计 | GOST ISO 10817-1-2002 |
| ISO 20816-1:2016 | 智能设计 | GOST R ISO 20816-1-2021 |
智能设计 = 相同的标准。.
历史背景
ISO 20816-3:2022 取代了 ISO 10816-3:2009 (外壳振动）和 ISO 7919-3:2009 (轴振动），将两者整合到一个统一的评估框架中。Rathbone （1939 年）的开创性工作为使用速度作为主要振动标准奠定了基础。.
16.常见问题
ISO 20816-3:2022 取代 ISO 10816-3:2009 和 ISO 7919-3:2009。主要区别：将外壳和轴振动标准整合到一份文件中，根据最新的运行经验更新了区域边界，对地基分类提供了更明确的指导，并扩展了对低速机器的指导。如果您的规范参考了 ISO 10816-3，则应过渡到 ISO 20816-3。.
对于大多数转速超过 600 r/min 的机器而言、, 速度 是首要标准。当机器速度≤600 r/min（位移可能是限制因素）、存在大量低频成分或测量轴的相对振动（始终使用峰-峰位移）时，应额外使用位移。如有疑问，请根据这两个标准进行检查 - 以最坏情况区为准。.
最准确的方法是测量或计算机器基础系统的最低固有频率。方法：冲击测试（碰撞测试）、运行模态分析或有限元分析计算。快速估算：如果机器在启动/关闭过程中明显在支架上移动，则很可能是柔性的。如果n ≥ 1.25 × 运行频率 → 刚性；否则 → 柔性。注意：地基可能在垂直方向上是刚性的，但在水平方向上是柔性的。.
C 区指 不适合长期连续运行, 但不需要立即停机。您应该：调查原因，计划补救措施，经常监控快速变化，设定维修期限（下一次计划停机），并确保振动不会接近 D 区。.
不平衡 这是在运行速度（1×）下造成过度振动的最常见原因。使用 Balanset-1A 进行现场平衡可将 C/D 区的振动减小到 A/B 区。该仪器按照 ISO 20816-3 的要求测量振动速度，计算校正质量，验证结果，并记录前后水平，以便进行合规记录。.
突然增加（触发标准 II）可能表明：平衡重量损失、轴承损坏、联轴器故障、结构松动（基础螺栓松动）、转子摩擦或过程变化（气蚀、浪涌）。任何 B/C 边界 >25% 的变化都需要进行调查，即使绝对水平仍可接受。.
如果外壳振动显示为 B 区，但轴振动显示为 C 区，则将机器归类为 C区 (以限制性较强的评估为准）。没有简单的方法可以通过轴振动计算壳体振动，反之亦然。始终使用双重测量的最坏情况区域。.
