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V rms，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S P-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S P-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的推荐值参见表4、图2。

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S max ）、图3（转轴测量平面上的相对振动位移峰-峰值推荐值（S P -S P ）），S max 和（S P -S P ）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，S max,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（S max）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，（S P-S P）,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（S P-S P）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S p-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62016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D r 要按下式换算成其允许值。

55rD A A式中：A 5----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= △ + 2A MAX式中：△—水导双面间隙之和；2A MAX --水导轴承双幅振动允许值。

转速(r/min)水轮机转轮直径（m ）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%n 0、115%n 0和120%n 0。

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72）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S max 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。

315200125805031.52012.55(Hz)频率0458振动单振幅（μm )202540506096150210380600960150024003800转速(r/min)最大轴位移S m a x 单振幅（μm ）a) VDI 2056(G)b) VDI 2059-1979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。