水轮发电机组振动标准的探讨.doc

水轮发电机组振动标准的探讨
一、概述
水轮发电机组的振动由于其所具有机组在制造厂不能进行运行试验、各机组构造和支承条件各异的特点，设计单位和制造厂所编制的振动预测往往和机组的振动状态有着较大程度的差异。多年来国际电工委员会（IEC）和国际标准化组织（ISO）也曾组织制定过相关规程，有关国家先后提出过若干提案，但至今都未形成正式的国际标准。
1. 目前，在国内外广泛使用于水轮发电机组的振动判断标准如表1。
表1
标准代号
国家或组织
标准名称
说明
ISO 10816-5（2000）
国际标准化组织
《在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动 第 5部分：水力发电厂和泵站机组》
60～1800r/min
ISO 7919-5（2005）
《旋转机械转轴径向振动的测量和评定 第5部分：水力发电厂和泵站机组》
60～1800r/min
ISO DIS 20816-5(E)
《机械振动 — 机械振动的测量与评价 第5部分：水力电厂发电和抽水蓄能机组》
根据ISO 7919-5和ISO 10816-5修订
GB/T 11348.5-2008
中国机械振动与冲击标准化技术委员会
《旋转机械转轴径向振动的测量和评定 第5部分：水力发电厂和泵站机组》
相当于ISO 7919-5（2005）
GB/T 6075.5-2002
《在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动 第 5部分：水力发电厂和泵站机组》
相当于ISO 10816-5（2000）
GB/T 32584-2016
全国水轮机标准化技术委员会
水力发电厂和蓄能泵站机组机械振动的评定
适用于水力发电厂和蓄能泵站机组正常运行范围内机械振动评定
2.其他一些国家和地区具有代表性的用于水轮发电机组的振动评判标准如表2。
表2
标准代号
国家或组织
标准名称
说明
VDI 2056
德国工程师协会
《水力机组轴振动测量及评价规范》
≥428r/min
VDI 2059-1979 Blatts
德国工程师协会
《水轮发电机大轴振动评价规程》
是VDI 2059 Blatt5的第二方案
Rund提案(1980)
国际水力研究协会
《水电机组暂态运行的振动标准》
可用于抽水蓄能电站
IEC TC4
USSR
《水力机组振动允许水平》
前苏联提案
VDI-Z114(1972)
德国工程师协会
Schwirzer提案(1972)
适用于≥428r/min
技术报告 (11部)第142号
日本电气
学会
《关于水轮发电机轴振摆和振动的
调查研究》

NEMA MG5.2(1972)
美国全国电气制造商协会
《立式水轮发电机和抽水蓄能电站可逆式发电电动机的安装》

NEMA LG3(1979)
《立式水轮发电机的安装》
在NEMA MG5.2基础上改进
--
日本
大轴和固定部件振动允许值简介

гост-10595-80
前苏联
《发电机和水轮机》
已纳入提案
BS 4675
英国
旋转机械振动诊断标准
适用于10～10000Hz
CDA/MS/NVSH
107
加拿大
《维护振动极限》
美国齿轮制造协会(AGMA) 提出的“低频域(10 Hz) 以下以位移作为振动标准、中频域(10 Hz～1 kHz)以速度作为振动标准、高频域(1 kHz 以上) 则以加速度作为标准”也基本得到认可。
二、国际电工委员会（IEC）和国际标准化组织（ISO）汇集各国、各知名标准化协会提案提炼的相关标准铸就了水轮发电机组振动测量、评判标准系列的基石
1.ISO 10816-5（2000）《在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动 第 5部分：水力发电厂和泵站机组》是目前最具权威性的轴承座振动评定标准之一（目前，ISO 10816已替代了ISO 2372 和ISO 3945）。
GB/T 6075.5-2002《在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动 第 5部分：水力发电厂和泵站机组》实际上相当于ISO 10816-5（2000）的中译本，因此，完全可以GB/T 6075.5-2002替代国际标准化组织的相关标准ISO 10816-5（2000）。
相关的主要内容是：
1）对轴承座绝对振动的测量，通常用惯性传感器测量振动速度Vrms，单位为mm/s(对于300～1800r/min的中高速机组而言，低于300r/min机组建议测量振动位移SP-P，单位为μm)。在支架振动响应可以忽略的情况下，也可将位移传感器固定在刚性支架上，直接测量振动位移SP-P。
2）上下导轴承座均支撑于基础上的立式机组，水轮机工况的推荐值参见表3、图1。
表3
区域边界值
在所有主轴承处
位移峰-峰值（μm）
速度均方根值（mm/s）
A/B
30
1.6
B/C
50
2.5
C/D
80
4.0
3）下导轴承座支撑于基础上，上导轴承座支承于发电机定子上的立式机组，水轮机工况的推荐值参见表4、图2。
表4
区域边界值
测点位置1（见图1）
在所有其他主轴承处
位移峰-峰值（μm）
速度均方根值（mm/s）
位移峰-峰值（μm）
速度均方根值（mm/s）
A/B
65
2.5
30
1.6
B/C
100
4.0
50
2.5
C/D
160
6.4
80
4.0
注：全伞式机组也属于这一类，对主轴承的评定区域边界值也按此表。

图1 上下导轴承座均支撑于基础上 图2上导轴承座支承于发电机定子上
表3、4中表内区域划分应理解为：A为优良，B为合格，C区为不宜持续运行而须采取补救措施，D区则为振动严重足以损坏机组（参见附录2）。
4)泵工况和特殊运行工况的评价则缺乏足够的数据支持。
5）报警值在任何情况下均不得超过区域B上限的1.25倍。
6）停机值一般不得超过区域C上限值的1.25倍。
2.ISO 7919-5（2005）《旋转机械转轴径向振动的测量和评定 第5部分：水力发电厂和泵站机组》也是目前国际标准化组织的主要振动标准，GB/T 11348.5-2008 《旋转机械转轴径向振动的测量和评定 第5部分：水力发电厂和泵站机组》实际上相当于是ISO 7919-5（2005）的中译本。1997年颁布的第一版ISO7919-5经数据库不断扩大， 2005年进行改版为第二版的ISO7919-5，国内对应标准GB/T 11348.5也于2008年相应进行了改版。其中最大的变化即是将老标准的四个小分区A、B、C、D改为A-B和C-D两个大分区。其相关的主要内容是：
1）本标准适用于各类水轮机带动的所有机组，而水泵水轮机转轴振动幅值可以比正常规定略高。
2）在水轮机稳态负荷运行工况下，机组振动的位移幅值测量评定标准参见图2（转轴测量平面内的最大相对振动位移值的推荐值Smax）、图3（转轴测量平面上的相对振动位移峰-峰值推荐值（SP-SP）），Smax和（SP-SP）的界定参见附录1（A/B/C/D区域的划分、界定参见附录2）。
3）水轮机稳态负荷运行工况下的运行限值包括报警值和停机值，设置原则与ISO 10816-5（2000）（GB/T 6075.5-2002）相同。
4）如若转轴振动幅值变化大于区域B上限的25%（特别重要的是监测转速频率和2倍转速频率），则 不管其值是增大或减小，均应采取措施查明振动改变的原因，必要是应采取相应措施。
5）泵工况和特殊运行工况则因数据缺乏尚无明确的振动评价准则。

X—最大工作转速，r/min；
Y—转轴相对振动位移最大值，Smax,μm。
图2 水力机器或机组测量面内转轴相对振动位移最大轴（Smax）的推荐评价区域，适用于水轮机在合同许可的稳态流动区域运行

X—最大工作转速，r/min；
Y—转轴相对振动位移峰-峰值，（SP-SP）,μm。
图3 水力机器或机组转轴在测量方向上振动位移峰-峰值（SP-SP）的推荐评价区域，适用于水轮机在合同许可的稳态流动区域运行
6）轴振动一般要求采用非接触式传感器(例如电涡流式传感器)测量轴相对于机壳的振动值或轴的绝对振动值（参见图4），或在轴振触头的上面安装一个惯性传感器速度计或加速度计这样可以直接测量转轴的绝对振动。

图4 振动分类
3. ISO-IEC 20816-2016系将以上两个标准合二为一，并替换ISO 7919-5:2005 和ISO 10816-5:2000，已经合并及技术方面的修改主要变化是：
1）ISO 20816规定整个振动值的区域划分为3个区域，定义如下：
区域A-B：在这个振动幅度大范围内的机组被认为是可接受的不受限制长期运行。
区域C：需要对该区域中的振动值开展进一步调查，进行或采取一些补救措施以降低振动严重程度。
区域D：在该区和/或轴振动大于70%轴承径向冷态间隙的振动值已经非常严重，足以导致机器损坏，应立即采取措施查明高震级烈度的振动原因。
ISO 20816通过分析各类轴承座（支架）振动／主轴振动（摆度）数据库得到水轮机工况正常运行范围的中位数，列出了该中位数的1.6倍的限制值1和该中位数的2.5倍的限制值2推荐为其振动评定限制值。
设置报警值：在没有基准值的情况下，推荐设置的报警值初值为区域A-B/C 上限值。如果已知基准值，报警值推荐设置在基准值之上20％作为初始值。
设置停机值：不得超出区域2 (c/D) 上限值的1.25倍或Sp-p ≤ 70%的冷状态轴承径向间隙。
上述限制值不适用于部分负荷和超负荷运行工况，开、停机工况，紧急停机工况、甩负荷工况，以及水泵零流量工况、水泵水轮机的制动工况和水泵断电工况等特殊运行工况和瞬态工况。对于水泵水轮机泵工况运行时的主轴振动（摆度）和轴承座（支架）振动评价值，仅建议参考水轮机工况满负荷振动评价值。
4）如下表5、6分别对第三类（上部轴承支架固定在机坑基础上的立式机组）和第四类（上部轴承支架安装在发电机定子机座上的立式机组）的水轮机工况正常运行时主轴振动位移峰峰值和轴承座振动速度作了明确界定：
表5
机组类型
主轴振动位移 峰峰值SP-P/μm
轴承座（支架）振动速度 均方根值Vrms/(mm/s)
立式混流式机组
水导轴承
发电机驱动端轴承
发电机非 驱动端轴承
水导轴承
发电机驱动端轴承
发电机非 驱动端轴承
限制值1(A-B/C）
180
180
160
0.9
0.5
0.5
限制值2(C/D）
280
280
250
1.4
0.8
0.8
立式混流式机组稳定运行范围：70％额定出力～100%额定出力
立式抽水蓄能机组
水导轴承
发电机驱动端轴承
发电机非驱动端轴承
水导轴承
发电机驱动端轴承
发电机非驱动端轴承
限制值1(A-B/C）
170
160
220
1.9
0.7
0.9
限制值2(C/D）
260
250
350
3.0
1.1
1.5
立式抽水蓄能机组水轮机工况正常运行范围：70％额定出力～100％额定出力
表6
机组类型
主轴振动位移 峰峰值SP-P/μm
轴承座（支架）振动速度 均方根值Vrms/(mm/s)
立式混流式机组
水导轴承
发电机驱动端轴承
发电机非 驱动端轴承
水导轴承
发电机驱动端轴承
发电机非 驱动端轴承
限制值1(A-B/C）
180
180
160
0.9
0.5
0.8
限制值2(C/D）
280
280
250
1.4
0.8
1.3
立式混流式机组稳定运行范围：70％额定出力～100%额定出力
立式抽水蓄能机组
水导轴承
发电机驱动端轴承
发电机非驱动端轴承
水导轴承
发电机驱动端轴承
发电机非驱动端轴承
限制值1(A-B/C）
170
160
220
1.9
0.7
1.2
限制值2(C/D）
260
250
350
3.0
1.1
1.8
立式抽水蓄能机组水轮机工况正常运行范围：70％额定出力～100％额定出力
2016年11月1日，颁布了与ISO-IEC20816 ：2016 保持基本一致的最新的国家标准GB/T 32584-2016《水力发电厂和蓄能泵站机组机械振动的评定》。
四、ISO和IEC所接纳的相关水轮发电机组振动规程提案
1. 最早而又比较完整的标准是由赖斯朋(T. C. Rathbone>于1939年为汽轮发电机组提出、拟定后也被用于水轮发电机组的振动评价，该标准所确定的基本眼则及表达方式一直为原来的其它标准所沿用。
2. 前苏联1963年的IEC TC4提案
该提案是苏联（前）根据国内水轮发电机组运行状态，在测试分析和调查研究的基础上制定的主要用于导轴承和其他固定部件振动的标准，如图5所示。
1）导轴承振动
该提案适用于发电机上、下导轴承和水导轴承在水平、直角两方向及垂直等三个方向，也适用于频率不超过50Hz的振动幅值。提案中的允许值包括连续运行和短时间的过渡过程值，对短时间过渡区的允许值没做专门规定。该规程是以转轮直径为5m为基础制定的。非5 m直径的Dr要按下式换算成其允许值。

式中：A5----5m转轮直径的振动允许值；
A--任意转轮直径的振动允许值。
图7中的右图为转轮直径为5m时各种转速的振动评价关系，分不合格、合格、良和优4个评价区；左图为转轮直径不等于5m时的换算图。
2)水轮机轴振动允许值（仅供参考）
δ= △ + 2AMAX
式中：△—水导双面间隙之和；
2AMAX--水导轴承双幅振动允许值。
图5 苏联IEC TC4提案
3) 运行条件
① 无负荷励磁和无负荷有励磁时，转速n=100%n0、115%n0和120%n0。
② 运行负荷为机组容量的25%、50%、75%和100%。
③ 过渡过程、起动、并网、负荷增加或减少时（25%、50%、75%、100%）以及负荷切断。
3.VDl 2056是德国工程师协会(Verein Deutscher Ingenieure，简称VDI )按赖氏标准的原则修正拟定的，由于1SO的推荐已经获得越来越广泛的用于评定各种机械轴承的振动水平。
1）Schwirzer提案(1972)
该提案综合了苏联提案中的水轮机部分、VDI 2056适合于转速≥428r/min的相关内涵(两者在n=300r/min以上的评价标准是一致的)，也融汇了日本东京电力、中部电力、北陆电力、关西电力和电源开发等5个公司的调查和分析。Schwirzer提案侧重考虑转速变化对允许值的影响，与IEC TC4相差不大，用于评价导轴承和其他固定部件振动。如表7：
表7
机组转速(r/min)
允许振动双幅值(mm)
65～100
0.16
150
0.15
200
0.14
375
0.112
2）VDl 2056-1979（G）被延伸应用到水轮发电机组（其对l0Hz以下的部分进行了线性修正的），参见图6-a虚线部分。VDI 2059-1979则是VDI2059 Blatt5的第二方案，它不仅适用于水力机械的轴振动评价（≥6Hz），而且对水力机械的过渡过程的振动评价也是很重要的。图6-b 引用了出现机率，图中A线为适应所有工况的临界值，其出现机率为100%；B线为短时间过渡过程的临界值，其出现机率为1～0.1% ；C线为罕见的运行状态临界值，其出现机率为十万分之一。图中Smax为轴轨迹最大振幅。为此，各测点要测试相互垂直(水平面上)两方向的振幅值，再从中选出最大的振幅值。
由于VDI系列标准相对于水轮发电机转速场的振动区域划分都是经过线性修正的，运用该系列标准是有一定局限性的。

图6 西德工程师协会的VDI标准
4.路德（Rund）提案(1980)
1）“出现机率（也称‘暴露率’）”的概念是美国的路德(F.O.Rund) 1972年首先提出的，其定义为：机组每年在暂态过程下运行时间之和与总时间之比。
2）Rund提案则主要针对抽水蓄能电站机组在正常运行和过渡过程中的轴振动允许值而言，抽水蓄能电站在电力系统中大多担任峰荷，起动和停机频繁，且担任部分负荷、机组大轴的振动幅值增大的机会多，在考虑正常运行时的振动幅值的同时，也要通过控制振幅极限值出现机率来进行振动的评价。
3）如图7所示，F.O.Rund在用于评价暂态工况振动的标准中按照“出现机率”的大小规定了不同的允许振动值（也是从3Hz起修正的）。其中，A线为1×100的出现机率，为连续运行的极限；B线为1 × 10-3的出现机率，一年内可出现9小时；C线为1×10-5的出现机率，一年内可出现30秒。
4）对于过渡过程，只允许出现B种情况。水电站过渡过程工况包括：机组正常起动、停机、紧急停机、水泵水轮机的工况转换、甩负荷、水泵水轮机作水泵运行时的断电等。

图7 暂态工况允许振动
5）运用该提案还是有局限性的。例如，其与VDI 2059比较正常运行的允许值和过渡过程的极限值在出现机率均为0.1%时相差竟达3～4倍（参见表8），显然是值得探讨、辩析的。
表8
机组转速（r/min）
2AS（mm）
60
100
180
300
480
600
正常运行
VDI 2059
0.25
0.25
0.25
0.25
0.20
0.18
Rund提案
0.20
0.20
0.20
0.13
0.10
0.07
过渡过程
VDI 2059
0.40
0.40
0.40
0.40
0.32
0.28
Rund提案
2.14
2.14
2.14
1.20
1.10
0.90
5. 美国全国电气制造商协会(NEMA)制订的立式水轮发电机大轴摆动的规程，不仅美国采用，日本有关公司及一些国家和公司也执行此规程。主要是：
1) 《立式水轮发电机和抽水蓄能电站可逆式发电电动机的安装》（NEMA MG5 .2-1972)
其特点是将大轴的制造安装弯曲值也计入大轴的振动值中，大轴径向摆动极限值计算公式为：0.05L/D（mm）
式中，L----从推力轴承表面到测点的距离，(mm)；
D----推力轴承外径，(mm)。
我们注意到，由于机组型式不同其计算结果也是有差异的，这是因为伞式机组L/D小，悬式L/D大；同时，随着机组转速增大，摆动双幅值也必然相应加大。因此，该计算式也是有局限性的。所以，NEMA MG5.2-1972还要求，同时，当机组以额定转速和额定功率运行时，大轴的摆动还应满足下述条件：
①大轴摆动双幅值不得超过轴承径向间隙的70～80%。
②轴承的温度不超过75℃。
另外，对弹簧式推力轴承，直接测试推力轴承垂直方向的振幅时，其极限值的计算公式则为：0.005L/D（mm）。
2) 《立式水轮发电机的安装》（NEMA LG3-1979)
本规程是在NEMA5 . 2基础上改进的，除考虑大轴摆动的极限值以外，还规定了大轴曲度极限值。将大轴中心两端连线，各测点的轴心偏差不得超过0.075mm，即该测点的径向摆动双幅值不超过0.15mm。同时，还必须满足NEMA MG5规定。
6. 统计了日本10个电力公司和6个厂家的水轮发电机组的大轴摆动(包括大轴曲度)和固定部件振动允许值（参见表、表），可归纳为：
1）各电力公司轴摆动管理标准大致在0.05mm(双幅值)以下，其中：
① A和I公司发电机大轴法兰外径处的摆动允许值为0.04mm，轴承为0.03～0.05mm，其他部位(大轴连接法兰外径、水轮机法兰外径、大轴、转轮外径)为0.05mm；但大型机组轴承一律在0.05mm以下。
② F公司的目标值为0.05mm，判别标准为0.07mm；B公司0.05mm以下为良好，对0.05～0.10mm要进行检查。
③ B公司要求振动双幅值为0.05mm。
2）制造厂家的轴摆动管理标准则考虑了转速影响,认为600r/min以下机组轴振动双幅值宜控制在0.15～0.20mm，其中：
① K、M及N公司是以NEMA的MGS.2--1972为依据，即摆动双幅值不超过0.05×L/Dmm，其中L为从推力轴承轴瓦滑动面沿大轴方向距测试点距离(mm)；D为推力轴承瓦外径(mm)。
② L公司规定的摆度值为0.10×L/Dmm，比上一组规定的允许值增大一倍，与采用立轴机组弹簧式推力轴承相比，支点式推力轴承具有较大裕度。
③ O公司的轴摆度动允许值为0.04mm以下，P公司采用0.07mm以下，其目标值是0.05mm。
3）日本电协研标准规定导轴承处的轴振动应不大于50%轴承间隙值。
日本各电力公司的要求比制造厂家公司相对要高，连续运行时，振动双幅值一般控制
在0.05～0.lmm，而制造厂家公司则考虑了转速影响，当转速小于600r/min时振动双幅值多控制在0.15～0.20mm。
7.苏联гост-10595-80《发电机和水轮机》规程也适用于立式水轮发电机组带导轴承的机架水平振动双幅值或横轴机组轴承垂直方向的振动双幅值，同时：
1）对正常转速下的所有工况提出表9所示的规定：
表9
转速nr(r/min)
100
187.5
375
750
振动双幅值（mm）
0.18
0.15
0.10
0.07
2）水轮机设备（推力轴承、顶盖、支座基础）的振动评价如图8-a)所示。

图8 前苏联规程发电机组振动评价
3）定子铁芯在对称性负荷下,100Hz的允许振动幅值≤0.03mm，发电机振动评价如图8-b)， （其中A-优；B-良；C-可；D-不可；E-不允许）。
8.由于英国《机械振动诊断标准》（BS 4675）、加拿大《维护振动极限》（CDA/MS/NVSH107）仅适合用于10～10000Hz，而不宜采用于水轮发电机系列。
9.法国ALSTOM对惠蓄500r/min机组的规定是“机组空载大轴双幅摆度小于210μm，机组在50%～100%额定负荷运行范围内大轴的双幅摆度小于140μm”，应是具有一定的代表性的。
五、中国相关标准
1. 早在原水利电力部编制的《电力建设施工及验收技术规范》水轮发电机组篇SDJ-79中规定了允许振动值，只是一个水电安装部门向电站管理部门移交时应达到的部颁标准，当时运行电厂也采用这一规定。1986年，有关方面对SDJ-79联合进行修订，规定其中的振动标准可用于单机容量万kW及以下的机组。
2.《大中型水轮发电机基本技术条件》（SL321-2005）以及被其所替代的《大中型水轮发电机基本技术条件》（SD152-87）。
3.以上SDJ-79 、SD152-87、SL321-2005以及《进口水轮发电机（发电/电动机）设备技术规范》（DL/T 730－2000）、《大型水轮发电机产品质量分等》（JB/T 56081-1994）和《大型发电机产品质量分等》（DS/ZJ 011-2002）所涵盖的振动标准均基本等同于《水轮发电机组安装技术规范》（GB/T8564-2003）的相关规定：
1）对于转轴，遵循“NEMA MG5.2(1972)关于“当机组以额定转速和额定功率运行时，大轴的摆动要满足下述条件：a.轴摆动双幅值不得超过轴承径向间隙的70～80%。b．轴承的温度不超过75℃。”的规定，在“15.3.1 机组机械运行检查”之“d)”规定：测量机组运行摆度 (双幅值)，其值应不大于 75%的轴承总间隙。
2）对于非旋转部件，在“15.3.1 机组机械运行检查”之“e)”规定：测量机组振动，“其值不应超过表41的规定”，参见下表10（规范之“表41”）。
表10 水轮发电机组各部位振动允许值 单位：mm
型式
项目
额定转速n r/min
n＜100
100≤n＜250
250≤n＜375
375≤n＜750
立式机组
水机
顶盖水平振动
0.09
0.07
0.05
0.03
顶盖垂直振动
0.11
0.09
0.06
0.03
发电机
带推力轴承支架的垂直振动
0.08
0.07
0.05
0.04
带导轴承支架的水平振动
0.11
0.09
0.07
0.05
定子铁芯部位机座水平振动
0.04
0.03
0.02
0.02
定子铁芯振动（100Hz双振幅值）
0.03
0.03
0.03
0.03
卧式机组
各部轴承垂直振动
0.11
0.09
0.07
0.05
注：振动值系指机组在除过速运行以外的各种稳定运行工况下的双振幅值
六、随着大尺寸、大容量机组的增多,以及雨后春笋般抽水蓄能电站的建设，机组设计、制造、安装和运行都对其振动规程提出了更严格的要求。由于抽水蓄能机组具有水头高、转速高及双向旋转的特点，其轴承及转轴振动（摆度）的极限值与机组结构和转速攸息相关，如表5及表6推荐的极限值也还是有必要予以细化、区别对待的。
1.建议对于375～428.6～500r/min抽水蓄能机组轴承及转轴振动（摆度）推荐如表11的“试行标准”：
表11
项目名称
标准
等级
额定转速（r/min）
n=375
n=428.5
n=500
顶盖水平振动
优良
0.04
0.03
0.02
合格
0.05
0.04
0.03
顶盖垂直振动
优良
0.04
0.03
0.02
合格
0.05
0.04
0.03
带推力轴承支架的垂直振动
优良
0.05
0.04
0.03
合格
0.06
0.05
0.04
带导轴承支架的水平振动
优良
0.06
0.05
0.04
合格
0.07
0.06
0.05
定子铁芯部位机座水平振动
优良
0.02
0.01
0.01
合格
0.03
0.02
0.02
注：振动值系指机组在除过速运行以外的各种稳定运行工况下的双振幅值。
2.以ISO 7919-5（）和VDI 2056（G）、VDI 2059-1979为基准对转速375、428.6和500r/min的抽水蓄能机组转轴振摆幅值进行评价。
1）对于正常运行工况，拟确定以下原则：
① A区为优良，B区为合格。
② 在C区域内机组振幅偏高，必须针对具体的设计和运行条件作出能否允许长期运行的判定；D区被认为机组振动严重，需要停机。
③ 报警值=基线值+区域B上限值的25%（基线值为机组正常、稳态工况下，经多次测量各测点振动的统计平均值）或区域B上限值，两者中取小值（不得超过B区上限的125%）。
④ 停机值不能超过B区上限的200%或C区上限值的1.25倍。
⑤ （SP-SP）约为Smax的1.7～1.85，拟定为1.8。
2）按照转速375、428.6和500r/min 分别在图2、3、6上标示所对应的转轴振幅值，如图9、10所示。

图9 375、转速428.6和500r/min标示值（ISO 7919-5）

图10 转速375、428.6和500r/min标示值（VDI 2056和VDI 2059）

图11 转速375、428.6和500r/min标示值（F.O.Ruud 提案）
汇总正常运行工况相应双振幅值如下表12。
表12 单位：μm
标准及分类
375r/min
428.6 r/min
500r/min
优良
合格
优良
合格
优良
合格
ISO 7919-5--Smax
79
142
78
140
77
138
ISO 7919-5--（SP-SP）
146
240
144
238
142
236
VDI 2056--Smax
65
153
57
135
49
120
VDI 2059--Smax
118

108

100

F.O.Ruud--Smax
100

90

80

3）据此，综合考虑上述标定数据，建议正常运行工况执行如下标准（表13）：
表13 单位：μm
标准及分类
375r/min
428.6 r/min
500r/min
优良
合格
优良
合格
优良
合格
Smax
≤80
＜150
≤70
＜140
≤60
＜130
（SP-SP）
≤145
＜270
≤125
＜250
≤110
＜235
报警值（SP-SP）
≤340
≤315
≤300
停机值
≤540
≤500
≤470
4）对于抽水蓄能机组而言，机组每年在暂态过程下运行时间之和与总时间之比，即其出现机率为1～0.1%，为图8-b)和图9所示的B线过渡过程临界值。在375～500r/min转速区域，建议选用F.O.Ruud的B区上限提案值，参见下表14。
表14
标准及分类
375r/min
428.6 r/min
500r/min
A
B
C
A
B
C
A
B
C
VDI 2059--Smax
118
182
290
108
170
263
100
156
250
VDI 2059--（SP-SP）
215
330
525
195
319
475
180
280
450
F.O.Ruud Smax
46
325
1210
43
300
1050
38
250
900
F.O.Ruud（SP-SP）
85
585
2150
80
540
1900
70
450
1620
Smax建议值
325
300
250
（SP-SP）建议值
580
540
450

总体而言，由于大型机组具有相对较大刚度和阻尼的转子轴承、机座，往往对轴承上测得的振动值会起较大的衰减作用，其所测得的振值并不能正确反映出转子振动的幅值。而竖轴水轮发电机的轴承振动和轴振动是有一定差异性的，因此，轴承座的测量值可以作为评价机组振动大小的依据，而不宜作为“标准”评判，尤其对于大型机组则更适于采用轴相对于轴承的位移值来制订振动标准。同时，采用频率分析方法，将频谱中的主振动频率幅值大小及各频率在频域中的分布等信息作为评价机组故障状态的依据，也应分别不同频率与相应的允许值进行比较，特别是在故障情况下，转频振动往往不总是最重要的振动量。
同时还应指出，现有的标准对机组型式，如伞式、半伞式、悬吊式及轴承数量等对机组振动的影响还没有加以考虑、论证或说明。

附录1《如何定义S(P-P)MAX和Smax》
在传感器A平面内位移峰-峰值（SA(P-P)）定义为传感器A测得的最大位移和最小位移之差,类似的可定义传感器B的SB(P-P)。一般来说，SA(P-P)和SB(P-P)将明显地不相等，并且在其他径向上进行类似测量得到的这些值也将不相等。因此，位移峰-峰值取决于测量方向。

x，y--固定参考轴线；0--轨迹时间积分平均位置；--轴位移时间积分平均值；k--轴中心瞬时位置；P--离时间积分平均位置最大位移的轴的位置；S1--轴位移的瞬时值；Smax--离时间积分平均位置0的轴位移的最大值；SA1、SB1--传感器A和B方向上的轴位移的瞬时值；S(P-P)MAX--位移峰-峰值的最大值；SA(P-P)、SB(P-P)--传感器A和B方向上的轴位移的峰-峰值。
图B2 轴运动轨迹位移的定义
位移峰-峰值已经成为最常用的监测旋转机器振动的测量量。
虽然在任何给定的两个正交方向上通过测量可以得到位移峰-峰值，但如图B2所示的最大位移峰-峰值和角度位置却难以直接求出，实际上允许使用其他测量量近似得到最大位移峰-峰值，对于更精确的测量需要更详细地研究轴心轨迹，例如使用示波器。为得到满意的近似,最常用的三种方法在B3.2.1～B3.2.3中描述。
1）方法A：取两个正交方向上所测的位移峰-峰值的合成值
S(P-P)MAX值可由如下方程近似得到：

2）方法B：取两个正交方向上所测的位移峰-峰值的最大值
S(P-P)MAX值可由如下方程近似得到：
S(P-P)MAX=SA(P-P)或者SB(P-P)两者中较大者。
目前，以此作为图B2中所定义的S(P-P)ma x的评定指标可能是更好的选择。
3）方法C：Smax的测量
轴位移的瞬时值可以通过S1来定义，如图B2所示，它可通过传感器测量SA1和SB1求得其平方根。在轨迹上有如图B2所确定的点P，该点离开轴平均位置的位移为最大。对应于这个位置的S1值表示成Smax，定义为位移的最大值。

在轨迹上点Smax未必与SA和SB在最大值的点相重合，显然，一个轨迹对应一个Smax值。而且在轨迹平均位置0不变化的条件下与测量传感器的位置无关。
4）近似的S(P-P)MAX值可取2Smax，但本文中的S(P-P)MAX=1.8 Smax似乎更其合理。

附录2《振动值分区的说明》
图2、3的值是基于从世界各地收集的各种类型、转速和功率的900多台机组的振动数据统计分析所得，振动幅值整个区域是划分成2个大区、四个小区的。其中：
1.大区A-B：振动值在此大区域内的机组被认为可以无限制长期运行。
2.大区C-D：振动值在此大区域内机组振幅偏高，必须针对具体的设计和运行条件作出能否允许长期运行的判定。
3.其中，A-B和C-D之间的粗实线代表92.5%的累计概率分布，即所分析的机组中，有92.5%的振动值位于粗实线以下。
4.区域A：机组质量、水力和电磁不平衡都很小，轴线和中心调整质量高，轴承圆度、运行工况优良。
5.A和B之间的虚线边界表示在数据库中50%的累计概率分布。
6.区域D：振动值高于C/D边界的机组被认为振动严重，需要停机。
7.C和D之间的虚线边界表示在数据库中98%的累计概率分布。
8.区域界限规定的数值是否作为验收规范，仍应由制造厂和用户商定

附录3《轴相对振动值与轴承间隙值的关系》
由于受油膜厚度、各导轴承的不同心度、不平行度、轴承的长度以及转动部分轴线的偏移等各种因素的影响或约束,轴的相对振动值要小于轴承的间隙值。即：
2Smax≤kδ
式中2Smax 代表轴的相对振动双振幅；δ为导轴承的实际总间隙；k为小于1的系数,通常为0.5～0.8。
如若是轴的(相对于基础的)绝对振动,则要计及轴承水平振动（2A）的影响。其极限情况是轴的相对振动值与轴承径向振动值之和,即轴的绝对振动值为：
2Smax≤kδ+2A

附录4 国内GB及部颁各相关标准
1.GB/T7894-2009 《水轮发电机基本技术条件》基本等同于GB/T8564-2003，只是延展了机组转速范围：
1）对于转轴，在“9.9”规定：“在正常运行工况下，水轮发电机导轴承处测得的轴的相对运行摆度值(双幅值)应不大于75%的轴承总间隙值。”
2）对于非旋转部件，在“9.8”