国家标准 GB/T32584一2016 水力发电厂和蓄能泵站机组机械振动的评定 Evaluationofmechamiealvibrationformaehinesetsinhydralicpower plantsandpumpstorageplants 2016-04-25发布 2016-11-01实施国家质量监督检验检疫总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB/T32584一2016 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由电器工业协会提出本标准由全国水轮机标准化技术委员会(SAC/TC175)归口本标准主要起草单位:水利水电科学研究院、哈尔滨电机厂有限责任公司、东方电气集团东方电机有限公司、哈尔滨大电机研究所、长江电力股份有限公司、水利部水利水电规划设计总院、长江勘测规划设计研究有限责任公司、电建集团华东勘测设计研究院有限公司,水利部农村电气化研究所、华中科技大学、雅暮江流域水电开发有限公司、中水北方勘测设计研究有限责任公司、电力投资集团电力科学院、国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院、国网湖南省电力公司电力科学研究院、国网甘肃省电力公司电力科学研究院、哈尔滨工业大学、 ,四川中赫科技有眼公司,国电科学技术研究院,国电大渡河检修安装有限公司、广西电网电力科学研究院、西华大学、贵州电力试验研究院本标准主要起草人;潘罗平,唐谢,钟苏、陈昌林,宫让勤、符建平,游超、罩大清,田子勤、陈顺义、徐伟、孙建平、商长松,李友平、何成连、王青华、张恩博、田海平、吴长利、马越,李向东、张海库,李臻、王洪杰、董开松、杨其忠、雷享、刘小兵、毛成、刘诗琪
GB/I32584一2016 水力发电厂和蓄能泵站机组机械振动的评定范围本标准规定了水力发电厂和蓄能泵站机组机械振动的测量方法和评价准则,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的评定本标准规定了两种机械振动的评价准则,一是利用测量的振动幅值进行评价;二是利用测量的振动幅值相对于振动基准值的变化量进行评价本标准适用于水力发电厂和蓄能泵站机组,其额定转速为50r/min1800r/min,发电机/电动机功率大于或等于1Mw 本标准适用于下列机组 a) 水轮机与水轮发电机(水轮发电机组); b) 水泵水轮机与发电电动机(可逆式抽水蓄能机组); 独立的水泵、水轮机与发电电动机(三机式抽水蓄能机组) 本标准不适用于以下机组热电厂或工业设备上的泵(见GB/T11348.3) 用滚动轴承的水力机械或机组 b 用水润滑轴承的水力机械或机组 d)除用于驱动蓄能泵以外的电动机用作同步冷凝器的水力发电机(使用压缩空气泄压涡轮机内的水) 水力发电厂和蓄能泵站机组的轴承座(支架)和主轴振动(摆度)测定的目的如下 a)预防振动过大引起机组损坏; b)监测振动特性的变化规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件.仅注日期的版本适用于本文件凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T2900.45电工术语水电站水力机械设备(GB/T2900.45一2006,IEC/TR61364:1999. MOD GB/T6075.1机械振动在非旋转部件上测量评价机器的振动第1部分;总则(GB/T6075.1 2012,ISO10816-1l:1995,IDT) GB/T11348.1旋转机械转轴径向振动的测量和评定第1部分;总则(GB/T11348.l一1999. ISO7919-1:1996,IDT) GB/T11348.3机械振动在旋转轴上测量评价机器的振动第3部分:耦合的工业机器 GB/T11348.3一2011,ISO7919-3;2009,IDT) GB/T13866振动与冲击测量描述惯性式传感器特性的规定 GB/T14412机械振动与冲击加速度计的机械安装(GB/T14412一2005,IsO5348:1998,IT) GB/T17189水力机械(水轮机、蓄能泵和水泵水轮机)振动和脉动现场测试规程(GB/T17189
GB/T32584一2016 2007,IEC60994:1991,MOD) GB/T21487.1转轴振动测量系统第1部分:径向振动的相对和绝对检测(GB/T21487.1 2008,ISO10817-1:1998,IDTy 术语和定义 GB/T2900.45,GB/T17189中界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 稳态运行工况steadym -stateoperatingconditionm 机组流量、水头(比能、转速、净吸出高度、导叶开度(或冲击式水轮机喷针开度)保持在平均数值的士1.5%以内的运行状态 3.2 振动基准值vibratioreferencevalues 新机组或机组消缺后的初期运行阶段.在稳态运行工况下测量得到的振动值 3.3 中位数medianvales 将统计数据排序后位置处于最中间的数据的数值当数据个数为奇数时,处于中间位置的数据值即为中位数;当数据个数为偶数时,中位数则为处于中间位置的2个数据值的平均值机组结构型式分类考虑机组轴承数量和支撑方式,以及振动测点位置,将机组结构型式分为以下4类第1类;卧式机组,其座式轴承或端盖轴承固定在刚性基础上第2类;卧式机组,其轴承座固定在水力机械的外壳或支架上; 第3类;立式机组,其上导和下导轴承支架固定在机坑基础上第4类;立式机组,其下导轴承支架固定在机坑基础上,上导轴承支架安装在发电机定子机座上图1一图5给出了每一类的示例图,图中数字为振动测量传感器安装位置说明 -组合轴承座振动测点; 发电机导轴承座振动测点两轴承结构的卧式独立水泵、水轮机的蓄能机组图1第1类.卧式机组,其座式轴承或端盖轴承固定在刚性基础上,机组转速通常在300r/min以上
GB/T32584一2016 部一说明水导轴承座振动测点; 组合轴承座振动测点发电机导轴承座振动测点; -发电机导轴承座振动测点 b) 四轴承结构的卧式混流式水轮发电机组 E 血中真三轴承结构的卧式冲击式水轮发电机组说明: 水导轴承座振动测点发电机导轴承座振动测点; 3 发电机导轴承座振动测点图1(续)
GB/T32584一2016 Z 说明 -组合轴承座支架)振动测点水导轴承座(支架)振动测点第2类;卧式机组,其轴承座固定在水力机械的壳体或支架上图2
GB/I32584一2016 说明: -发电机上导轴承座(支架)振动测点; 发电机下导轴承座(支架)振动测点; 水导轴承座(顶盖)振动测点 3 图3第3类;立式机组,其上导和下导轴承支架固定在机坑基础上
GB/T32584一2016 说明 -发电机上导轴承座(支架)振动测点; 发电机推力轴承座(支架)振动测点 -水导轴承座顶盖)振动测点图4第3类;立式机组另一示例,其导轴承支架全部固定在机坑基础上,推力轴承支撑在顶盖上
GB/T32584一2016 说明: 发电机上导轴承座(支架)振动测点发电机下导轴承座(支)振动测点水导轴承座(顶盖)振动测点图5第4类;立式机组,其下导轴承支架固定在机坑基础上，上导轴承支架安装在发电机定子机座上测量方法和工况 5.1 概述 5.1.1轴承座(支架)振动测量测量应根据GB/T6075.1,GB/T17189,(GB/T13866,GB/T14412给出的基本准则,按5.25.5执行 5.1.2主轴振动(摆度)测量主轴振动(摆度)测量方法和使用的仪器应按GB/T1l348.1和GB/T17189给出的基本准则,按
GB/T32584一2016 5.25.5执行 5.2 测量类型 5.2.1轴承座支架)绝对振动轴承座(支架)绝对振动宜采用接触式传感器测量,根据机组转速选用相应的传感器类型,传感器性能指标应满足附录A有关规定对于振动位移测量,宜采用惯性式磁电传感器(带硬件积分功能、输出振动位移)测量,得到振动位移sp-p,单位为m 对于振动速度测量,宜采用惯性式磁电传感器(输出振动速度),得到振动速度 vm,单位为mm/s 在传感器安装支架振动响应可以忽略的情况下,也可采用非接触式位移传感器测量轴承座(支架绝对振动,将非接触式位移传感器固定在刚性支架上,直接测量振动位移Sp-p,评价宜基于测量的振动位移 5.2.2主轴径向振动 5.2.2.1概述水力机组主轴相对振动和绝对振动的测量应采用非接触式位移传感器测量,传感器性能指标应满足附录A有关规定 5.2.2.2相对振动测量在相对振动测量中,传感器通常安装在轴承座上，且尽量靠近导轴承安装传感器的测量支架应具有足够的刚度,其固有频率应至少高于机组额定转速频率的10倍以上,以避免安装支架出现共振现象传感器安装中,应满足制造商规定的技术要求,被测轴表面应无污点、划痕、凹痕或任何其他表面缺陷 5.2.2.3绝对振动测量在绝对振动测量中,传感器应安装在固定于基础的测量支架上,例如刚性支撑结构固定安装在发电机机坑壁上由于测量支架刚性支撑结构很难满足传感器安装要求,通常不测量主轴绝对振动 5.2.3轴向振动轴向振动可测量相对于主轴的轴向位移或相对于推力轴承支架的轴向振动,也可两者都测量由于缺少测量数据,轴向振动评价界限值目前还不能给出 5.3测量位置和方位 5.3.1概述机组振动测量的典型位置和方位见图1一图5 5.3.2主轴相对振动(摆度主轴相对振动的测量传感器应互成90"布置,测点应尽可能布置在能测量到最大振动幅值的位置对于卧式机组,应分别在每个轴承的径向设置2个互成90"的测点,测量方位宜与上部铅垂方向成士45",各轴承的测点方位应相同传感器安装位置如图6a)所示对于立式机组,应分别在每个导轴承的径向设置2个互成90°的测点,各轴承的测点方位应相同
GB/T32584一2016 传感器安装位置如图6b)所示卧式机组立式机组 b 图6主轴振动测量推荐的传感器安装位置 5.3.3轴承座支架)绝对振动对于卧式机组,测点应垂直或水平布置,且尽量靠近轴承处分别在每个轴承的轴承座处设置2个径向振动测点,径向测点应垂直和水平布置在轴承座上,相隔90(垂直于轴线) 止推轴承的轴承座处设置1个轴向振动测点(平行于轴线),如图7a)所示测点选择应避开轴承座的分半面或密封面对于低速卧式机组,如图2中所示的灯泡贯流式机组,应根据支承结构的刚度来确定测量位置和方向对于立式机组,分别在每个轴承的轴承座(支架)处,设置2个水平振动测点和1个一2个垂直振动测点,水平振动测点应互成90"径向设置测量方向宜为上游方向和与之相隔90°的方向,如图7b)所示各轴承座(支架)处布置的传感器应尽可能在同一垂直平面上卧式机组立式机组 b 图7轴承座(支架)振动测量方向示意图
GB/T32584一2016 5.3.4附加主轴振动(摆度)测量需要进一步分析主轴振动特性时,可在两个轴承之间增加额外的主轴振动(摆度)测量位置,以确定沿轴线方向的主轴振动(摆度)幅值 5.4测量设备 5.4.1概述振动测量设备的频率范围下限应低于机组转频的1/4,振动数据采样时间至少应大于机组转动周期的10倍,以便完整采集因水轮机尾水管涡带引起的机组振动数据 5.4.2轴承座(支架)绝对振动测量测量设备性能应满足GB/T21487.1和GB/T17189的要求表1给出了轴承座(支架)绝对振动测量数据采集系统应满足的频率范围表1轴承座(支架)绝对振动测量数据采集系统应满足的频率范围单位为赫兹频率下限频率上限水轮机型式 0.25x. 混流式 3×fs1 水泵水轮机 0.25×f， 3×fR97 轴流式 0.25×f 3×Rs91 灯泡式 0,25×f 3× 冲击式 1×f，注1:.为对应于额定转速的转速频率注2./为水轮机动静干澈熊频率/w一mXZx. 注3:ZR为叶片数(或水斗数) 注4;m为转轮叶片通过频率的谐波阶次,m为任意整数,通常取3 对于振动频率低于2Hz的振动测量,选择传感器时要特别注意应了解环境因素对测试系统性能的影响,这些环境因素包括: a)温度变化; b)磁场声场供电电源电压波动传感器电缆长度; f 传感器安装方位注:对于其他特殊诊断目的的测试,应根据要求选择测量设备如卡门涡引起的共振,其频率上限会超过上述指定的频率范围,应选用更高频率上限的传感器》. 5.4.3主轴振动(摆度)测量测量设备性能应满足GB/T21487.1和GB/17189的要求测量设备应能同时测量直流信号(DC)和交流信号(AC),以确定轴的空间位置及其动态位移 10o
GB/T32584一2016 表2给出了主轴振动摆度)测量数据采集系统应满足的频率范围表2主轴振动测量数据采集系统应满足的频率范围单位为赫兹频率下限频率上限水轮机型式 mmaX 混流式 0,25× 3×ZR× 水泵水轮机 0.25× 3×ZR× 轴流式 0.25× 3×ZR× 0.25× 3×ZR× 灯泡式冲击式注1:f 为对应于额定转速的转速频率注2:ZR为叶片数(或水斗数) 测量系统的幅值范围(量程)至少应为附录B所规定的限值1(A/B区域界限值)的4倍非接触式位移传感器安装位置应设置在距离主轴等于一半量程的位置,以便能精确监测瞬态运行工况下的振动 5.4.4s与sp-,之间的关系根据测量得到的振动位移峰峰值sp,除以系数1.85可得到振动位移最大值s,系数1.85是按 GB/T6075.1定义的统计学方法得出的主轴振动(摆度)推荐的测量值为振动位移蜂蜂值sp,原因是单独的操动位移最大值s不足以识别主轴振动摆度)水平变化所需要的振动幅值和相位 5.5测试工况机组在稳态运行工况下运行,且发电机/电动机的定子、转子和各轴承已达到稳态运行温度后才能测试振动测量的评价准则概述 GB/T6075.1和GB/T11348.1提供了评定各种机组振动等级的两个评定准则评定准则I是利用测量的振动幅值进行评价;评定准则是利用测量的振动幅值相对于振动基准值的变化量进行评价 6.2准则I;利用振动幅值进行评价 6.2.1 概述机组在稳态运行工况下,要求振动幅值应在一定的限值内该振动幅值限值已考虑到支撑结构和基础可承受的动态载荷对于尚未建立机组稳态运行状态下的振动基准值的机组例如新投产机组). 准则I可作为机组评价的基础对于新机组或消缺后的机组应进行振动“基准测试”,建立机组振动基准值,作为准则评价的基础数据 6.2.2振动幅值评价区域同一轴承座(支架)的绝对振动、主轴相对振动(摆度)测点测得的最大幅值,根据下列规定的区域来进行评价
GB/T32584一2016 整个振动值的区域划分为3个区域,定义如下区域A;可接受区域机组的振动值是可接受的,主轴相对振动(摆度)幅值不超过轴承总间隙的 70%,没有出现轴承温度过高现象,可长期稳定运行区域B;机组振动值相对较大,需进一步观察或采取措施以降低振动值区域C;机组振动值较大,可能引起机组损坏,需立即采取措施,查明振动大的原因本标准所给出的限制值适用于各类水轮发电机组或水泵机组,与水头和功率无关附录B的表中给出了最常见各类型水轮机的限制值给出的限值与水头/扬程和流量无关,被测机组运行在每个表定义的稳定运行范围内对主轴振动和轴承座支架)振动进行评估,以便得到机组运行状态的准确评估,同时获得可能出现的故障概率图8为机组机械振动评定的流程图,提出了如何应用区域界限进行机组振动的评定,以及是否需要进一步的查找振动越限原因和采取措施轴叛动(摆度) 轴承座报动香否振动水平振动水平在A区内? 在A区内? 振动木平输振位移小于振动水平轴承间默的70%? 在B区内? 在区内？香仙承温应在众理的预期范围内? 否可以接受，不需要额外的检查需要额外的检查与处理措腋设备有损坏的危险，需要立即处理图8机组机械振动评定流程图 6.2.3评价区域界限的划分 6.2.3.1概述振动数据分析的目的是确定振动评价区域边界值,根据不同的区域边界值提出对应的建议措施,如进一步查找振动越限原因或立即停机以避免对机组造成损坏这些区域边界值还可以用来阐明实测振动值与当前机组状态的关系,当然也可通过零部件的疲劳度来识别机组部件老化的可能性振动数据库的统计分析表明,机组振动级别和设计参数(如机组转速、水头,转轮直径和径向轴承间隙)之间没有明显的相关性,振动数据呈离散性,但是振动数据统计的中位数是稳定的,这表明机组振动级别依赖于导轴承的位置; a b)水轮机类型; 12
GB/T32584一2016 主轴布置方式 c 对于某些机型,振动数据库中收集的振动数据量较少,对其进行精确的统计分析时,采用了概率分布对振动数据进行拟合统计数据符合Burr分布,由软件程序得到拟合曲线分析程序和应用回归技术的简单的描述参见附录C 振动数据库中的振动数据反映了存在振动故障机组的百分比,随着轴承座(支架)和主轴振动等级的增加而明显增加当机组振动幅值达到数据库统计数据中位数的1.6倍和2.5倍时,机组出现振动故障的概率显著增加因此,本标准采用这两个数值作为振动评价的区域边界值,以提示机组运行中的潜在风险等级附录B给出了振动区域评价表,并以此定义了各评价区域的边界值附录B中表B1表B4给出了不同机型、轴承位置以及主轴布置方式各类机组的振动评价区域A、区域B和区域C的分区推荐值,用于评价机组属于附录B中给出的振动级别对于流态相对较平稳的水力机组,如轴流转桨式机组,本标准给出的轴承座(支架)振动区域边界值要比其他类型的机组低如测量得到的振动值超过了附录B表中的振动区域边界值时,应采取处理措施如果机组在该振动幅值下能正常运行,历史上也未因振动发生过故障,且机组自启动调试以来其振动幅值未发生过显著变化,则该机组可以在该振动等级下连续运行;如果机组主轴振动摆度)和/或轴承座(支架)振动幅值发生了显著变化,或者机组在启动调试阶段出现了大的振动幅值,建议进行进一步检查产生较大振动幅值的可能原因分析参见附录D 计算和分析可帮助识别机组出现振动幅值增大的可能原因,振动幅值过大可能会导致机组部件的疲劳破坏,影响机组部件的使用寿命此外,对一台机组振动状态进行全面的评价,应同时测量机组转轴的相对振动(摆度)和非旋转部件尤其是轴承座(支架)的绝对振动,并进行综合分析评价 6.2.3.2水轮机运行工况的轴承座(支架)振动影响轴承座(支架)振动测量的可能因素如下对于低转速的机组(<70r/min),因水轮机转轮产生的径向力引起的振动成分很难准确测量例如,水轮机尾水管涡带所激振的低于0.3倍机组转频的振动就很难采集到 b对于高水头机组,水导轴承座(支架)处的径向振动与压力脉动有密切关系,而与水轮机转轮径向力无关这些振动表现频率较高、振动速度较大、振动位移较小和结构应力较低等特征对于水泵水轮机组,由于转轮设计兼顾水轮机工况和水泵工况,可能会发生轴承座(支架)振动振幅增加的现象,附录B中给出的振动评价区域边界值比常规机组要大一些 6.2.3.3水轮机运行工况的主轴振动摆度) 对于轴流定桨式水轮机、混流式水轮机和水泵水轮机,由于尾水管涡带的径向力作用,在附录B中给定的稳定运行范围以外的运行区,可能会出现较大的主轴振动(摆度)幅值 6.2.3.4水泵运行工况目前振动数据库中还没有足够的振动数据可用来制定机组在泵运行工况下的振动评价准则,附录B 中给出的泵工况分区界限值仅供参考对于水泵水轮机,在泵工况运行,主轴振动(摆度)和轴承座支架)振动评价值,建议参考水轮机工况满负荷振动评价值 6.2.3.5特殊运行工况机组可能会产生较大振动幅值,应注意下列运行工况部分负荷和超负荷运行工况,以及开、停机工况 b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 13
GB/T32584一2016 对这些特殊运行工况的振动评价,要比在指定负荷范围内稳态运行工况的振动评价困难得多现在还没有足够的数据和经验来建立这些特殊运行工况的振动评价限制值越偏离设计工况,水力机械内的水流受到的扰动越大,如脱流和涡带等的扰动会产生强烈的随机激振由于水的密度大,水轮机随机激振力要比汽轮机大得多在指定负荷范围以外区域运行时,通常质量不平衡产生的轴承或结构的振动会被随机振动覆盖在特殊运行工况下对机组振动进行评价时,由于存在较大的随机分量,应较少地依赖瞬时振动值,而应更多地依赖在有代表性的测量周期内测得的平均值对于主轴振动(摆度),也应该较少地依赖瞬时振动值S或Sp一尸,而更多地依赖平均值,以上平均值至少是采集了机组转动 0周的数据计算得到的平均值准则I利用振动幅值变化值进行评价 6.3 6.3.1 评价准则准则】考虑了振动幅值相对于已建立的振动基准值的变化趋势，趋势分析应基于机组在稳态条件下运行所测得的振动幅值对于新机组或消缺后的机组,在投运初期应进行振动“基准测试”,建立机组振动基准值,作为准则I评价的基础数据振幅随时间有显著变化时,尽管未达到准则中的报警值(见6.4),但也要采取措施这种变化可能是突变的,也可能是浙变的,它可能表示事故已发生或预示即将发生应用准则I进行振动评价时，应选择相同的传感器方向和位置,且在相同的运行工况下进行测量与比较不管振动幅值大小,当振动测量值发生显著变化时都应进行检查,因为它预示了可能对机组造成损坏或引起危险的一些潜在因索当振动幅值发生显著变化时,应进行原因分析并采取处理措施振动幅值无论是增大还是减小,相对于基准值25%的变化量应认为是显著的应用准则】进行振动评价,应事先掌握机组在所有可能的运行工况下的振动特性关于这一要求的详细信息可参见附录E 6.3.2振动监测要求识别振动幅值是否发生显著变化应满足以下必要条件: a)振动监测应在相同的运行工况下进行; b振动监测系统应能识别振动的分频幅值和相位变化 6.4运行限值机组从某一个运行工况过渡到另一个运行工况,压力脉动是引起机组振动的一个主要原因因此. 在评估机组振动幅值是否发生变化时,振动监测系统应同时记录和存储至少两个运行参数,如水头和流量或导叶开度 6.4.1概述为了保证机组长期安全运行,应设定机组振动报警值和停机值报警值:警示振动已经达到规定值,或者发生了重大的变化,这时可能需要采取处理措施出现报警情况后,机组通常还可以继续运行一段时间,以便查明振动改变的原因并确定处理措施停机值:超过这个规定振动值继续运行会导致机组损坏如果振动超过停机值,应立刻采取措施以降低振动,例如改变负荷或者立刻停机而且应立即分析导致振动超过停机值的原因考虑到支承刚度和动载荷的差别,对不同的测量位置和方向可以规定不同的报警值和停机值(水轮机、水泵. 14
GB/T32584一2016 6.4.2设置报警值对于不同的机组,报警值可以有较大的差别通常是相对于基准值来设定报警值此基准值是根据特定机组测量的经验而确定的在没有基准值的情况下,推荐设置的报警值初值为区域A上限值如果已知基准值,报警值推荐设置在基准值之上25%作为初始值如果稳态的基准值发生改变(如机械大修后),报警值设定也需要相应的修改注:如果主轴振动和轴承座(支架)振动测量方法都适用于该机组,则推荐两者信号同时用于报警功能的初始设置 6.4.3设置停机值停机值与机组的机械完整性有关,并且取决于某些特定的设计性能,这个性能是指机组能够经受非常规的动载荷的能力一般来说,停机值应处于区域C,但是它不能超出区域B上限值的1.25倍(这个上限值是附录B中定义的轴承座(支架)振动的数值或大于轴承径向安装间隙70%的主轴摆度) 6.4.4特殊运行工况附录B给出了稳定工况下机组运行的数值机组在正常负荷范围以外运行或在过渡过程工况运行时,应当临时解除报警和停机功能,如采用延时装置如果在这些过程中机组也要监测,应按照机组试运行时可接受的最大振动值选择第二组报警值和停机值一般来说,第二组报警值和跳机值是稳定运行工况下的2倍一3倍,并且需要使用不同的延时 6.5主轴振动(摆度)和轴承座(支架)振动结果比较目前还没有一个简单的方法可以把轴承座振动和主轴振动联系起来因此,在应用本标准的准则评价振动等级时,应同时各自独立测量主轴振动和轴承座振动如果采用不同的准则对机组振动进行评价得到不同的结果,最终评价结果应采用较严格的评价等级 6.6以振动矢量信息为基础的评定本标准所考虑的评价仅限于混频振动幅值,而没有考虑振动矢量信息(如分频幅值和相位等) 大多数情况下,这对验收试验和运行监测是足够的然而对长期监测和诊断,振动矢量信息的使用对监测和确定机组动态变化是有用的某些情况下如仅用混频振动幅值,不能监测这些变化,这类测量准则的制定已超出本标准的范围 15
GB/T32584一2016 附录A 规范性附录传感器选型 A.1摆度和键相传感器摆度和键相传感器应采用非接触式位移传感器,宜选用电涡流传感器或电容式位移传感器键相传感器也可选用光电传感器摆度和键相传感器主要性能指标要求如下 a)频响范围;0Hz~1000H2; 线性范围:>2mms b 幅值非线性度;<士2%; e 温度漂移0.1%/C; d) 工作温度;一10C十60C. A.2振动传感器振动传感器应采用惯性式电动传感器,输出量可以是位移也可以是速度位移输出传感器主要性能指标要求如下: a频响范围:0.5Hz~200Hz; b)线性测量范围:0m 1000Mm(峰峰值); 幅值非线性度:<士5%; 工作温度;一10C十60C 速度输出传感器主要性能指标要求如下频响范围:0.5Hz200Hz; a b幅值非线性度;士5%; 工作温度:一10笔十60C C A.3轴向位移传感器轴向位移(或抬机量)传感器应采用非接触式位移传感器,通常为大直径电涡流传感器,量程应满足机组轴向位移(或抬机量)限值的要求 16
GB/T32584一2016 附录 B 规范性附录评价区域边界值 B.1概述某些机组可能经过特殊的设计,能够在B区和C区连续安全运行这种情况下,本标准推荐的振动评定限制值不是强制性的但是,这些机组能否在B区和C区连续安全运行需得到机组制造厂商的确认对新机组或改造机组,用户和机组制造商协商后,本附录中某些限制值可以单独选择 B.2振动限制值表B.1表B.4列出了推荐的振动评定限制值,这些限制值是在对现场测量数据进行统计分析的基础上得到的当机组轴承座(支架)振动和/或主轴振动(摆度)持续达到或超过本标准规定的限制值,将可能导致机组损坏,应进行进一步分析原因,或者采取措施以降低机组轴承座(支架)振动和/或主轴振动(摆度),以避免机组损坏主轴振动(摆度)宜采用峰峰值进行评定,轴承座(支架)振动宜采用振动速度均方根进行评定,峰峰 /min的值和均方根取值推荐方法见附录F,评定限制值见表B.1表B.4 额定转速低于或等于300r 机组,可采用振动位移峰峰值进行评定,评定限值见表B.5. 表B.1表B.4中给出的限制值只在水轮机正常运行范围内有效,对于其他运行工况,如果水轮发电机组的说明书规定可以运行,表明该水轮发电机组已经做过专门的设计以适应这些特殊的运行工况注1:这些限制值是在统计分析测量数据(见附录E)的基础上,而不是评价单台机组运行特征(比如发生故障时)得到的不过,这些收集数据的统计结果表明,如果超过限制值运行,机组损坏的风险将增加. 注2;振动测量的频率范围和时域推荐值参见5.4 表B.1第一类;带有座式轴承或端盖轴承的卧式机组主轴振动位移轴承座(支架)振动速度机组类型峰峰值Sp-p"/am 均方根值V /mm/s) rms 发电机非发电机驱动发电机驱动发电机非水导轴承水导轴承卧式混流式机组端轴承驱动端轴承端轴承驱动端轴承限制值1(A/B分区界限) 280 130 l10 .6 1.0 1.0 限制值2(B/c分区界限) 430 200 170 2.5 1.5 1.5 卧式混流式机组正常运行范围,70%额定出力~100%额定出力发电机驱动发电机非发电机驱动发电机非卧式水斗式机组水导轴承水导轴承驱动端轴承端轴承驱动端轴承端轴承限制值1(A/B分区界限 2.0 120 140 100 l.6 1,6 限制值2(B/C分区界限 190 210 160 2.5 3.0 2.5 卧式水斗式水轮机正常运行范围:0100%额定出力 17
GB/T32584一2016 表B.1(续) 主轴振动位移轴承座(支架)振动速度机组类型峰峰值Sp-p/m 均方根值V n/mm/s) 电动机驱动电动机非电动机驱动电动机非卧式水泵机组水导轴承水导轴承端轴承驱动端轴承端轴承驱动端轴承限制值1(A/B分区界限) 310 120 100 1.6 1.6 限制值2(B/C分区界限》 490 180 150 2.5 2.5 注表中卧式水斗式机组的限制值为100%额定出力时的参考限制值在这种工况下,水斗通过频率应该是轴承座(支架)振动速度(mm/s均方根值)的主频,否则应按振动值超过B/c区域分界线的措施进行进一步分析表B.2第二类;轴承支撑在水轮机管型座上的卧式机组主轴振动位移轴承座(支架)振动速度机组类型峰峰值Sp-p/m 均方根值Vm/mnm/s) 发电机驱动发电机非发电机驱动发电机非水导轴承水导轴承双调式灯泡贯流式机组端轴承驱动端轴承端轴承驱动端轴承限制值1(A/B分区界限 100 230 220 2.5 0.6 0.6 限制值2(B/C分区界限) 150 350 340 4.0 1.0 1.0 灯泡贯流机组正常运行范围.35%额定出力100%额定出力(协联工况表B.3第三类:上部轴承支架固定在机坑基础上的立式机组主轴振动位移轴承座(支架)振动速度机组类型峰峰值Sp-p/m 均方根值Vm/mm/s 发电机驱动发电机非发电机驱动发电机非立式混流式机组水导轴承水导轴承端轴承驱动端轴承端轴承驱动端轴承限制值1(A/B分区界限) 180 180 160 1.0 0,6 0.6 限制值2(B/C分区界限》 280 280 250 1.5 1.0 1.0 立式混流式机组稳定运行范围.70%额定出力~100%额定出力发电机驱动发电机非发电机驱动发电机非立式抽水蓄能机组水导轴承水导轴承端轴承驱动端轴承端轴承驱动端轴承限制值1(A/B分区界限 170 160 220 2.0 1.0 1,0 限制值2(B/C分区界限 260 250 350 3.0 l.5 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%额定出力发电机驱动发电机非发电机驱动发电机非立式轴流转桨式机组水导轴承水导轴承端轴承驱动端轴承端轴承驱动端轴承 1l0 170 170 限制值1(AB分区界限) 1.3 1.0 1.0 限制值2(B/C分区界限 170 260 260 2.0 1.5 1.5 立式轴流转桨式机组正常运行范围;35%额定出力100%额定出力(协联工况 18
GB/T32584一2016 表B.3(续》主轴振动位移轴承座(支架)振动速度机组类型峰峰值Sp-p/m 均方根值Vm/mm/s 发电机驱动发电机非发电机驱动发电机非立式水斗式机组水导轴承水导轴承端轴承驱动端轴承端轴承驱动端轴承限制值1(A/B分区界限) 140 150 180 1.0 1,0 1.0 270 限制值2(B/C分区界限》 210 230 l.5 l.5 1.5 式水斗式机组正常运行范围;25%额定出力~100%额定出力电动机驱动电动机非电动机驱动电动机非立式水泵机组水导轴承水导轴承驱动端轴承端轴承驱动端轴承端轴承限制值1(A/B分区界限 0.2 0,6 0.6 200 170 180 限制值2(B/C分区界限 300 270 280 0.3 1.0 1.0 表B.4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主轴振动位移轴承座(支架)振动速度机组类型均方根值V 峰峰值sp-p/m" 7/(mm/s (rms) 发电机驱动发电机非发电机驱动发电机非立式混流式机组水导轴承水导轴承端轴承驱动端轴承端轴承驱动端轴承限制值1(A/B分区界限 180 180 160 1.0 0,6 1,6 限制值2(B/C分区界限) 280 280 250 l.5 1.0 2.5 立式混流式机组正常运行范围:70%额定出力~100%额定出力发电机驱动发电机非发电机驱动发电机非立式抽水蓄能机组水导轴承水导轴承端轴承驱动端轴承端轴承驱动端轴承限制值1(A/B分区界限 160 220 170 2.0 1.0 限制值2(B/C分区界限y 260 250 350 3.0 1.5 2.5 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%额定出力发电机驱动发电机非发电机驱动发电机非立式轴流转桨式机组水导轴承水导轴承端轴承驱动端轴承端轴承驱动端轴承 1l0 170 170 限制值1(A/B分区界限 1.3 2.0 限制值2(B/C分区界限 170 260 260 1.5 2.5 立式轴流转桨式机组正常运行范围;35%额定出力~100%额定出力(协联工况发电机驱动发电机驱动发电机非发电机非立式水斗式机组水导轴承水导轴承驱动端轴承端轴承端轴承驱动端轴承限制值1(A/B分区界限 140 150 180 1.0 限制值2(B/C分区界限 210 230 270 1.5 1.5 2.5 立式水斗式机组正常运行范围;25%额定出力100%额定出力 19
GB/T32584一2016 表B4(续》主轴振动位移轴承座(支架)振动速度机组类型峰峰值Sp一p/m 均方根值Vrm/(mm/s 电动机驱动电动机非电动机驱动电动机非立式水系机组水导轴承水导轴承端轴承驱动端轴承端轴承驱动端轴承限制值1(A/B分区界限) 200 170 180 0.2 0.6 1.6 270 280 限制值2(B/C分区界限 300 0.3 1.0 2.5 根据机组类型和主轴布置方向对机组进行分类,通过分析每个分类对应的轴承座(支架)振动/主轴振动(摆度)数据库,得到每一类各机型振动数据样本的中位数,表B.1表B.4中给定的限制值1(A/B 分区界限)为该中位数的1.6倍,限制值2(B/C分区界限)为该中位数的2.5倍限制值1(AB分区界限);如果测量得到的轴承座(支架)振动或主轴振动(摆度)超过了上述参考中位数的1.6倍,就需要采取下列措施进行进一步分析强制性措施 a)对轴承座(支架)振动进行FFT分析 b测量轴承间隙,主轴振动(摆度)幅值不得超过轴承间隙的70%; 进行轴心轨迹分析检查轴承支座的强度目视检查基础和支撑结构检查基础的紧固件松紧程度检查轴瓦温度; g 检查轴承油槽温度检查传感器安装情况检查测量主轴振动(摆度)时的运行工况为进一步了解主轴振动(摆度)幅值超限值的原因,应采取下列可选的辅助措施: 测量流道的压力脉动; a b)对轴承中的油进行油化分析; 发电机或发电机/电动机的静态和动态气隙测量; d 检查轴线; 检查轴的空间运行姿态; 检查轴承的同心度检查轴的垂直度在发电机或发电机/电动机有励磁和无励磁情况下进行振动测量; h 在不同负荷条件下测量振动,分析负荷对振动测量数据的影响在机组转速降低(机组转速低于正常值但风闸尚未顶起)时测量振动 k检查测量传感器的电气接口; 对噪声进行测量分析限值2(B/C分区界限;如果轴承座(支架)振动或主轴振动摆度)超过了上述参考中位数的 2.5倍,应该采取下列措施进行额外(超过限值1时的额外措施)的检查强制性措施" 对电站进行全面的目视检查,包括: 1放水后,检查水轮机全流道; 心
GB/T32584一2016 2)检查发电机和水轮机的机械部分 b)对关键部件进行非破坏性试验对轴承负荷进行测量,比如: 1) 在轴承中安装测量用负荷传感器; 2) 在支撑结构中粘贴应变片进行测量 3 提出了一种新的轴承负荷测量技术,可用于确定机械结构的受力情况,详见附录F 确认机械部件是否承受较高应力对部件进行疲劳分析,以确认部件的疲劳寿命延缓机械部件过早失效的额外措施 a 对每一个轴承支架进行模态分析(试验和数值计算分析); b)对部件的动载荷进行分析,研究部件疲劳寿命的应力情况; 按6.4的流程进行趋势分析表B.5振动位移峰峰值评定限值额定转速 n/r/min 项 100 >100250 >250 顶盖水平振动/mm 0.09 0,07 0.05 顶盖垂直振动/mm 0.l1 0.09 0.06 立式水轮发电机组推力轴承支架的垂直振动/mm 0.05 0,08 0.07 导轴承支架的水平振动/nmm 0.ll1 0.09 0,07 轴承座(支架)的水平振动/mm1 0.08 0.07 0.05 卧式水轮发电机组 0.ll 0.07 轴承座(支架)的垂直振动/" mm 0.09 推力轴承支架的轴向振动/mm 0.10 0.08 灯泡贯流式机组导轴承座(支架)的径向振动/mm" 0.12 0.10 灯泡头的径向振动/mm 0.12 0.10 推力轴承支架的水平振动/mm 0.10 0.08 0,.07 立式泵站机组导轴承支架的水平振动/mm 0.14 0.12 0.10 卧式泵站机组各部轴承座(支架)的振动/mm" 0.16 0.14 0.12 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振动峰峰值 21
GB/T32584一2016 附录 c 资料性附录数据库,分析程序和统计评估 C.1主轴和轴承座(支架)振动测量数据的收集评价区域界限值的确定是基于由Iso/Tc108sC2和IEC/Tc4联合工作组JwG1专家开发的国际振动数据库及其统计分析该振动数据库包含了全球7000多台机组长期运行的振动数据及附加信息,振动数据涉及各类型水力发电厂机组和蓄能泵机组该振动数据库包含了不同功率,不同转速的机组数据,并开发了统计评估程序,用于获得相关性和结论,并确定机组长期安全运行在可接受的振动幅值等级,以保证机组持续安全和无故障运行振动数据和其他可用的运行参数一起录人到该数据库中,以便分析振动幅值等级和报告的机械破坏程度是否存在关联 C.2统计评估 JwG1工作组的目标是找到一个能够符合测量数据的概率函数一个好的概率分布允许一个数据库在数据不是很充足的条件下照常使用每一个被测量的振动数据都被假设是一个随机变量,因此能够组成一个连续的分布样本这个样本通过指定的等间距概率值被离散化,从而构建直方图显然所有样本都有一个正偏态,以至于在右边的部分比左边的部分长,并且大多数的数据落在均值的左侧曲线拟合可以通过软件程序得到,从图C.1可以看出Burr分布的拟合效果最好 Burr分布在很多地方都被用到,比如可靠性研究和失效时间建模等与其他失效时间分布 weibull和Rayleigh)不同,Burr分布包含两个形状参数,这就使得Burr分布在对一个样本进行拟合时显得更加通用图C.1为Burr分布对振动速度的拟合,以及均值和中位数的定义众数 2.2 中位数(Gr,;置信概判 2 1.8- 6 1.6 1.4 1.2 算术平均似 0.8- 0.6 0.4 0.2 2.5 mm/s 图C.1均值和中位数的定义 22
GB/T32584一2016 中位数是一个测量值,它将测量数据中的数据分为大于它和小于它的两部分均值为测量数据统计样本的算术平均值众数和中位数的值从Bu分布的概率密度丽数得到只要分布是一个正偏态、众数(分布曲线的峰值)就将落在中位数的左侧数据库中被标记为有振动故障的机组的百分比随着主轴和轴承座(支架)振动等级的增大而增大当数值为中位数的2.5倍时,可以发现故障机组的数量显著增加图c.2显示的是1.6倍和2.5倍中位数的边界限制值在此将主轴的振动和振动速度的50%概率值定义为中位数的值 1.6倍中位数(60%置信概率 0.18 0.16 .5悄中位数(60%.置信概本 2. 0.14 0.12 三 0.1 0.08 0.06 0.04- 0.02 200 400 600 800 1000 1200 注1，振动的限值可以从1.6倍和2.5倍的中位数中选取,相当于对应的75%和90%置信概率(2010年瑞典工作团队的调查结果注2;研究显示,以2.5倍中位数为限值时,超过该限值的机组中,有20%以上的机组存在振动故障,见图c.3 图C.2边界限制值立式混流、轴流机组立式混流、轴流机组 GGBS TGBS 00- -l00% 300 r100%s 250 250 80"% -80% 200 200- 609%e 1正常数批 -60"% 1正常数据复 50- 戴 150- 问版数据 1问题数据 40% 40"% 100 100- 中位值中位值 209% 50 -20% 1.6倍中位值 50 -16倍中位值问版数据所且% m 问版张帮所士0% 占百分比占百分比 100200300400500600700 100200300400500600700 S组(um) S组(Im) 图c.3边界限制值的确定 23
GB/T32584一2016 通过这种方法得到的Bur分布的准确率大于90% 为了确保机组安全稳定运行,振动值应当保持在某一限定值之下本标准确定区域边界值为1.6倍和2.5倍的中位数,2.5倍中位数相当于水轮机振动增加导致机组振动状态发生本质变化的边界值 24
GB/T32584一2016 附录D 资料性附录水力机组轴承座(支架)和主轴的振动特性 D.1概述轴承座(支架)振动和主轴振动(摆度)的机械原理主要以混频振动理论和对卧式机组的试验研究为根据对于水力机组,轴承座(支架)振动和主轴振动(摆度)可以在很宽的频率范围内发生振动,可能引起振动的原因讨论如下 D.2机械原因可能出现的振动频率为机组转频及其谐振频率,其机械原因有: a)轴线不对中; b 轴承各向异性" c)油膜不稳定; d 摩擦力; e)转轮或叶轮的残余质量不平衡发电机或励磁机转子的残余质量不平衡 f 注;由于安装缺陷或者轴承变形而产生的较大轴承静载荷,不能通过测量轴承内转轴的运动来检查 D.3电气原因可能出现的振动频率为机组转频及其谐振频率,其电气原因有: a)磁拉力不平衡; b) 发电机气隙不均匀,当频率为转频的整数倍时,会引起轴承座(支架)振动由于磁拉力不平衡,定子铁心会产生2倍工频(100Hz极频)的振动,这部分力很少会被传递到转动系统,但是当上导轴承由定子机座支撑时(第4类机组),这部分力会传递到发电机非驱动端轴承支架上 D.4水力原因 D4.1通过流道水流的水力不平衡可能出现的振动频率为机组转频,叶片或水斗的过流频率(叶片数或导叶数与转速频率的乘积)以及这些频率的各种组合 D,4.2尾水管压力脉动(水流不稳定对于混流式水轮机,在最优工况范围外,即使在稳态运行工况也会产生尾水管压力脉动. 可能出现的频率低于机组转频,通常低至机组转频的1/3至1/4 一旦超负荷运行,压力脉动的频率将处于转频附近,它可能激起水力结构(管道)或者导叶的共振,从而加剧压力脉动 25
GB/T32584一2016 D.4.3空化由于转轮或转轮叶片周围不合理的流态引起的,通常发生在较高负荷区可能出现的频率通常为高频 D.4.4自激振动机械部件(如密封,导叶等)的运动或损坏,会影响流经水流的流态,可能引起自激振动可能出现的频率接近转动系统的横向固有频率 D,4.5水力激振立式机组带部分负背或超负背运行时,由于涡流作用,会发生较大的振动如果机组最初就是为道合在这些具有较大振动等级的特殊运行工况下维持运行而设计的,那么在受限制的运行工况下,出现较高的振动等级是可以接受的 D.5附加激励与热电机组不同,水力机组可以经常启停机,功率可以迅速频繁地改变所以,水力机组常用来调峰、调频或控制功率运行由于这些运行也包含频繁启停机并且常常从一个工况快速变化到另一个工况,此时机组的振动,应力和疲劳会增大对于调峰或抽水蓄能机组,瞬态运行状况出现得更频繁,以至于机组振动增大的运行时间之和大于整个运行时间的10% 因此有必要在生产厂家和用户经验的基础上,对机组轴承和其他有关部件的附加应力和疲劳问题进行评定在开机和关机这些常规的瞬态运行状况下,附加激振力与转轮相互作用,导致较宽的频谐和较高的振幅在这些瞬态状况下,径向力将会增大,从而导致主轴振动(摆度)位移增大在极端瞬态运行状况下,如事故紧急关机时,这种宽频谱的激振强度甚至会增加更多在甩负荷过程中,轴流转浆式水轮机,会受尾水管压力脉动的影响而产生较大的次同步轴承振动在类似的条件下(特别是转子仅有两个径向轴承时),当减速到某一速度时,可观察到类共振现象,其转子振动含一个或多个对应于瞬时转速的转子固有频率水力机组的各种激振产生的轴心轨迹曲线通常是不封闭的甚至在稳态运行工况下,连续出现的径向水推力可以导致螺旋形或多边形轨迹,其形状和大小在一定限值内变化 26
GB/T32584一2016 附录 E 资料性附录振动监测一趋势分析的前提条件通过机组振动监测系统长期监测可以获取大量的机组振动数据由于机组振动与其运行工况相关如出力,水头和过机流量等),在不考虑机组运行工况条件下,仅仅将监测系统中存储的离散振动数据进行分析,难以得到机组振动规律,得出具有指导意义和代表性的机组振动特性,只有将机组振动数据与运行工况相关联才能揭示机组振动规律,对机组进行振动评估图E.1为一组长期监测获得的机组振动数据,给出了水泵水轮机的主轴振动(摆度)与有功功率的关系图E.2为另一组机组振动数据,该数据为水轮机工况运行下水泵水轮机轴承座(支架)振动与运行水头的关系水轮机工况水梨工况混枞幅值 1倍转频幅值涡带频半帮值 2倍转频幅值 3倍转频幅值 P 200 300 -300 -200 -100 100 -30o 300 有功功率(w 图E.1水泵水轮机主轴振动摆度)与功率/入力的关系水导轴承座(支架发电机上导轴承座(支架发电机下导轴承座(支架) 250 270 290 310 330 350 水头/m 图E.2水泵水轮机在水轮机工况下的轴承座(支架)振动与运行水头的关系 27

水力发电厂和蓄能泵站机组机械振动的评定GB/T32584-2016

1. 标准的适用范围

GB/T32584-2016是适用于水力发电厂和蓄能泵站机组的机械振动评价。其目的是确定机组工作状态下的振动状况，以便评估安全性和可靠性，并提供维护措施的依据。

2. 振动评价方法

GB/T32584-2016采用了多种方法来评价机组的机械振动状况，包括：

测量振动速度、加速度和位移等参数；
计算振动指数，例如有效值、峰值、峭度、峰度等；
评定振动水平，根据振动指数与标准限值的对比结果，确定机组振动水平的等级。

3. 评价结果的判定

GB/T32584-2016将机组振动水平分为四个等级：A、B、C、D。其中，A级表示机组振动水平非常低，可接受；D级表示机组振动水平非常高，需要立即停机检修。

除了提供机组振动水平的等级评定外，GB/T32584-2016还规定了机组振动监测报告中需要包括的内容，例如振动监测数据、评估方法和结果、结论及建议等。

4. 结论

GB/T32584-2016是针对水力发电厂和蓄能泵站机组机械振动评价的标准，其采用多种评价方法对机组的振动状况进行评估，并将机组振动水平分为四个等级。通过此标准，可以保证机组的安全性和可靠性，提高设备的使用寿命。