Государственный стандарт РФ ГОСТ Р ИСО 7919-1-99 "Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на вращающихся валах. Общие требования" (введен в действие постановлением Госстандарта России от 17 декабря 1999 г. N 532-ст)

Mechanical vibration of non-reciprocating machines.
Measurements on rotating shafts and evaluation criteria.
General guidelines

Дата введения - 1 июля 2000 г.

Введен впервые

Введение

Современные машины работают в условиях повышенных скоростей и нагрузок, испытывая при этом жесткое воздействие окружающей среды. Это стало возможным, в большой степени, за счет более эффективного использования материалов, хотя и сопровождается иногда повышенной чувствительностью машин к ошибкам в их конструкции и неправильной эксплуатации. Для обеспечения более надежной и безопасной работы машин устанавливают более жесткие ограничения их вибрации.

ГОСТ ИСО 10816-1-97 устанавливает методы оценки вибрационного состояния машин по измерениям вибрации на невращающихся частях. Однако существует значительное число машин, для которых измерение вибрации только на корпусных элементах, например подшипниках, может оказаться недостаточным для полного представления о вибрационном состоянии машины. Такие машины обычно имеют несколько гибких роторов, вибрация которых может оказаться более чувствительной к изменению состояния машины. У машин, для которых предпочтительными являются измерения вибрации вала, жесткость и масса корпуса обычно существенно превосходят аналогичные характеристики ротора.

Для таких машин, как паровые и газовые турбины и турбокомпрессоры, каждая из которых может иметь несколько мод вибрации в диапазоне рабочих скоростей, измерения на невращающихся частях могут не дать точного представления о вибрационном состоянии машины. В этих случаях для контроля вибрационного состояния может потребоваться проведение измерений либо совместно на вращающихся и невращающихся частях, либо измерений только на вращающихся частях машин.

Метод оценки вибрационного состояния, установленный в настоящем стандарте, дополняет установленный в ГОСТ ИСО 10816-1-97. При совместном применении указанных стандартов окончательное решение принимают в соответствии с критерием, который устанавливает более жесткое ограничение дальнейшей эксплуатации машины.

Измерения вибрации валов используют в различных целях, начиная с обычного контроля за состоянием машин при эксплуатации и в процессе испытаний при приемке продукции и заканчивая диагностированием машин и проведением исследовательских экспериментов. Настоящий стандарт применяют при контроле состояния машин и в процессе их испытаний при приемке.

Количественные критерии оценки вибрации устанавливаются в стандартах на машины конкретных классов.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие требования к измерениям вибрации, проводимым непосредственно на вращающихся валах, и методы оценки вибрационного состояния машин с учетом:

- изменений в поведении машины;

- наличия чрезмерных динамических нагрузок;

- контроля радиальных зазоров в подшипниках.

Настоящий стандарт распространяется на измерения как абсолютной, так и относительной вибрации вала и не распространяется на осевую вибрацию и угловые колебания ротора.

Стандарт используют при контроле состояния машин в процессе их эксплуатации и при проведении испытаний при приемке продукции как на испытательном стенде, так и на месте эксплуатации.

В стандарте приведен метод установления ограничений функционирования машины в зависимости от уровня измеряемой вибрации.

Примечания

1 Критерии оценки для различных классов машин устанавливают в соответствующих стандартах по мере их разработки (например ГОСТ 27165, ГОСТ Р ИСО 7919-3, ГОСТ Р ИСО 7919-4). Методы определения таких критериев приведены в приложении А.

2 В настоящем стандарте применяется термин "вибрация вала", поскольку, в большинстве случаев, измерения проводят именно на валах машин, что не исключает возможности проведения измерений на других вращающихся частях, если это окажется более предпочтительным.

В настоящем стандарте предполагается, что контроль состояния машин проводят по измерениям вибрации, проведенным в условиях нормального режима работы машины.

Настоящий стандарт не распространяется на машины с возвратно-поступательным движением.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 27165-97 Агрегаты паротурбинные стационарные. Нормы вибрации валопроводов и общие требования к проведению измерений

ГОСТ ИСО 10816-1-97 Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Общие требования

ГОСТ Р ИСО 7919-3-99 Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на вращающихся валах. Промышленные машинные комплексы

ГОСТ Р ИСО 7919-4-99 Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на вращающихся валах. Газотурбинные агрегаты

ГОСТ Р ИСО 10817-1-99 Системы измерений вибрации вращающихся валов. Часть 1. Устройства для снятия сигналов относительной и абсолютной вибрации вращающихся валов.

3 Измерения вибрации

3.1 Измеряемые величины

3.1.1 Виброперемещение

Предпочтительной величиной, используемой при измерениях вибрации вала, является виброперемещение. Единица измерения - микрометр (1 мкм =  м).

Примечание - Виброперемещение - векторная величина, поэтому сравнение двух виброперемещений может потребовать учета фазовых соотношений (см. приложение D).

Оценку вибрационного состояния машины получают по результатам измерений как относительного виброперемещения (виброперемещение вала относительно некоего конструктивного элемента машины, например корпуса подшипника), так и абсолютного виброперемещения (виброперемещение вала относительно некоторой инерциальной системы отсчета). При установлении вибрационных критериев необходимо четко указывать, какое виброперемещение имеется в виду: относительное или абсолютное.

При измерении как абсолютного, так и относительного виброперемещений определяют:

- размах виброперемещения в направлении измерений;

- максимальное виброперемещение вала относительно среднего положения в плоскости измерений.

Соотношение между данными параметрами показано на рисунках В.1 и В.2.

Примечание - В настоящее время при применении критериев оценки состояния используют максимальное из двух размахов виброперемещения по измерениям в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Впоследствии, по мере накопления экспериментальных данных, более предпочтительным может оказаться использование параметра определенного на рисунке В.2.

3.1.2 Диапазон частот измерений

Измерения относительной и абсолютной вибраций вала следует проводить в широкой полосе частот, полностью охватывающей значимую часть частотного спектра вибрации машины.

3.2 Виды измерений

3.2.1 Измерения относительной вибрации

Измерения относительной вибрации проводят, как правило, с помощью датчиков бесконтактного типа, воспринимающих виброперемещение между валом и элементом конструкции машины, например корпусом подшипника. Требования к датчикам - по ГОСТ Р ИСО 10817-1.

3.2.2 Измерения абсолютной вибрации

Измерения абсолютной вибрации проводят одним из следующих методов:

а) при помощи контактного датчика-зонда, на который устанавливают датчик инерционного типа (датчик скорости или акселерометр), непосредственно измеряющий абсолютную вибрацию вала;

б) при помощи бесконтактного датчика, который измеряет относительную вибрацию вала, в сочетании с датчиком инерционного типа (датчиком скорости или акселерометром), который измеряет вибрацию опоры. Оба датчика должны быть установлены в непосредственной близости друг от друга, чтобы на них воздействовали одни и те же абсолютные колебания в направлении измерений. Сумма сигналов этих датчиков в векторном виде является абсолютной вибрацией вала.

3.3 Проведение измерений

3.3.1 Общие положения

Датчики устанавливают в точках, позволяющих измерять поперечные колебания вала на наиболее важных участках. Рекомендуется при измерениях как относительной, так и абсолютной вибрации устанавливать по два датчика на каждом подшипнике или в непосредственной близости от него. Эти датчики располагают в радиальном направлении, желательно в одной поперечной плоскости, перпендикулярной к оси вала, так, чтобы их оси чувствительности отстояли от радиального направления не более чем на 5°. Датчики устанавливают под углом 90°5° относительно друг друга на одной половине подшипниковой опоры.

Вместо двух перпендикулярно расположенных датчиков допускается в каждой плоскости измерений использовать один датчик при условии, что это позволит получать достаточно полную информацию о вибрации вала.

Рекомендуется проведение специальных измерений для определения биений вала невибрационной природы, обусловленных неоднородностью материала поверхности вала, локальным остаточным намагничиванием или механическими биениями. Следует иметь в виду, что в случае асимметричного ротора влияние силы тяжести может вызвать появление ложного сигнала биения.

Описания средств измерений и рекомендации по их использованию приведены в приложении С.

3.3.2 Измерения относительной вибрации

Датчики относительной вибрации бесконтактного типа обычно устанавливают в резьбовых отверстиях в корпусах подшипников или рядом с подшипниками при помощи жестких кронштейнов. Собственные частоты кронштейна не должны оказывать влияние на результаты измерений вибрации вала. Если датчик установлен в самом подшипнике, его расположение не должно вызывать изменений в масляном клине подшипника.

Поверхность вала в месте установки датчика с учетом температурных расширений должна быть гладкой и свободной от любых отклонений в геометрической форме (вызванных, например, шпоночными канавками, резьбами, каналами для смазки), неоднородностей материала и остаточного намагничивания, способных привести к искажениям сигнала. Если поверхность вала была гальванизирована или металлизирована, то измерительную систему следует откалибровать специально для данной поверхности. Рекомендуется, чтобы биения электрической и механической природы, измеренные с помощью данного датчика, не превышали большего из следующих значений: 25% значения виброперемещения, принятого за допустимое, или 6 мкм. Для высокооборотных машин характерна повышенная чистота обработки поверхности вала, поэтому для машин с рабочей скоростью более 10000  вместо 6 мкм следует брать значение мкм, где n - скорость вращения ротора, .

Если измерения проводят на машине, находящейся в эксплуатации, для которой измерения вибрации вала запланированы не были, вопрос допустимости тех или иных биений должен быть рассмотрен особо.

3.3.3 Измерения абсолютной вибрации с использованием датчиков инерционного и бесконтактного типов

При использовании сочетания датчиков инерционного и бесконтактного типов абсолютную вибрацию получают векторным сложением сигналов этих датчиков. Требования к бесконтактным датчикам и к их креплению аналогичны указанным в 3.3.2. Датчик инерционного типа жестко закрепляют на конструкции машины (например на корпусе подшипника) как можно ближе к датчику бесконтактного типа для того, чтобы оба датчика воспринимали одну и ту же абсолютную вибрацию в направлении измерений со стороны опоры. Оси чувствительности бесконтактного и инерционного датчиков должны быть параллельны, чтобы в процессе векторного сложения сигналов этих датчиков не было дополнительных погрешностей при измерении абсолютной вибрации.

3.3.4 Измерения абсолютной вибрации с использованием датчиков инерционного типа и контактных датчиков-зондов

Датчики инерционного типа (датчики скорости или акселерометры) должны быть установлены на датчиках-зондах в радиальном направлении. Следует исключить возможное дребезжание или заедание зонда, что может повлиять на снимаемый сигнал датчика. Установку зондов проводят согласно требованиям 3.3.1.

Поверхность вала в месте контакта с зондом с учетом тепловых расширений должна быть гладкой и свободной от любых отклонений в геометрической форме, таких как шпоночные канавки или резьбы. Рекомендуется, чтобы механические биения вала не превышали большего из следующих значений: 25% значения виброперемещения, принятого за допустимое, или 6 мкм. Для рабочих скоростей более 10000  вместо 6 мкм следует брать значение мкм, где n - скорость вращения ротора, .

Метод измерения вибрации с помощью зонда может иметь ограничения, связанные со скоростью движения поверхности вала или другими обстоятельствами, например формированием под зондом гидродинамической масляной пленки, которая может внести искажения в снимаемый сигнал. Данные ограничения должны быть указаны в сопроводительной документации на датчики.

3.4 Режимы работы машины

Измерения вибрации вала следует проводить в заданном режиме работы машины после того, как температурные и другие эксплуатационные характеристики достигнут указанных значений. В случае проведения дополнительных измерений для других условий работы машины, например при медленном проворачивании ротора, прогреве или на критических скоростях вращения, оценка результатов таких измерений может потребовать использования методов, не указанных в настоящем стандарте.

3.5 Фундамент и конструкция машины

Тип фундамента и конструктивные особенности машины (например наличие подсоединенных труб) могут оказать существенное влияние на ее вибрацию. Сравнение вибрации машин одного вида будет корректным только в случае, если динамические характеристики фундамента и конструкции этих машин одинаковы.

3.6 Наведенная вибрация и проверка измерительной системы

Перед началом измерений вибрации в рабочем режиме машины следует с помощью тех же средств измерений и в том же месте провести измерения вибрации для неработающей машины. Если значение параметра вибрации для неработающей машины будет превышать треть значения, полученного для машины, работающей в заданном режиме, необходимо принять меры по исключению влияния наведенной вибрации.

4 Средства измерений

Выбор средств измерений следует осуществлять с учетом:

- возможности их работы в условиях повышенных температуры и влажности;

- наличия коррозионной среды;

- скорости движения поверхности вала;

- материала, из которого изготовлен вал, и качества его поверхности;

- рабочей среды (вода, масло, воздух или пар), контактирующей с датчиком;

- возможных воздействий вибрации и удара (по трем основным осям), акустического шума, магнитных полей;

- наличия металлических масс вблизи наконечника датчика;

- флуктуации напряжения питания.

Желательно, чтобы измерительная система имела встроенное устройство калибровки считывающего устройства и изолированные выходы, позволяющие при необходимости проводить дальнейший анализ полученных данных.

5 Критерии оценки

5.1 Оценку вибрационного состояния машины получают по результатам измерений абсолютной или относительной вибрации вала.

5.2 В случае, когда в качестве критерия оценки выбирают изменение вибрации вала, то:

а) если вибрация поверхности, на которой установлен датчик относительного виброперемещения, менее 20% относительной вибрации вала, в качестве измеряемой величины может быть принято как относительное, так и абсолютное виброперемещение;

б) если вибрация поверхности, на которой установлен датчик относительного виброперемещения, не менее 20% относительной вибрации вала, измеряют абсолютное виброперемещение вала, и, если оно окажется больше относительного виброперемещения, принимают его в качестве измеряемой величины.

5.3 В случае, когда в качестве критерия оценки выбирают динамическую нагрузку на подшипники, то в качестве измеряемой величины принимают относительное виброперемещение вала.

5.4 В случае, когда в качестве критерия оценки выбирают зазор между статором и ротором, то:

а) если вибрация поверхности, на которой установлен датчик относительного виброперемещения, менее 20% относительной вибрации вала, в качестве меры изменения зазора принимают относительное виброперемещение;

б) если вибрация поверхности, на которой установлен датчик относительного виброперемещения, не менее 20% относительной вибрации вала, но ее можно рассматривать как полную вибрацию статора, в качестве меры изменения также принимают относительное перемещение. В противном случае необходимо использовать другие методы установки датчика вибрации.

5.5 Классификация вибрации вала зависит от размеров и массы вибрирующего тела, характеристик опоры машины, ее выходной мощности и назначения. Таким образом, при определении различных диапазонов для классификации вибрации вала машин данного класса необходимо принимать во внимание назначение машины и условия ее эксплуатации.

5.6 Методы определения критериев оценки вибрационного состояния по измерениям вибрации вала для машин различных классов приведены в приложении А. Данные критерии относятся только к вибрации, создаваемой самой машиной, а не передаваемой на нее извне. Они могут быть дополнены критериями оценки по измерениям вибрации на невращающихся частях по ГОСТ ИСО 10816-1. При совместном применении критериев обоих видов оценку вибрационного состояния машины получают в соответствии с критерием, который устанавливает более жесткое ограничение эксплуатации машины.

Критерии для машин конкретных классов должны быть установлены в соответствующих стандартах.

5.7 Методы оценки вибрационного состояния, определяемые в настоящем стандарте, основаны на измерении вибрации в широкой полосе частот без анализа отдельных частотных составляющих и фазовых соотношений. В большинстве случаев такой подход оказывается достаточным для испытаний при приемке продукции и контроля состояния. Однако в некоторых случаях при оценке вибрации машин определенных классов желательно представление информации в векторном виде. Данные об изменении векторных составляющих вибрации используют для обнаружения и определения причин изменений динамического состояния машин, которые могут быть не обнаружены на основе измерений только широкополосной вибрации (см. приложение D).

Использование изменения векторных составляющих в качестве критерия оценки вибрационного состояния в настоящем стандарте не рассматривается.

5.8 Вибрация некоторых машин может оказаться чувствительной к изменениям установившегося режима работы. В ряде случаев этим можно пренебречь, но может оказаться, что вибрация конкретной машины будет оценена как удовлетворительная при измерениях в одном установившемся режиме и как неудовлетворительная при измерениях в другом режиме.

Рекомендуется, чтобы вопросы, связанные с чувствительностью вибрации машины к режиму ее работы, были согласованы между изготовителем и потребителем с указанием, при необходимости, объема дополнительных испытаний или теоретических исследований.