Допустимые вибрации для оборудования
Навигация по таблицам
- Таблица 1: Основные международные и национальные стандарты по вибрации
- Таблица 2: Классификация машин и допустимые уровни вибрации по ISO 20816/10816
- Таблица 3: Специфические нормы вибрации для различных типов оборудования
- Таблица 4: Методы измерения и оценки вибрации
- Таблица 5: Критерии оценки технического состояния
Таблицы по теме "Допустимые вибрации для оборудования"
Таблица 1: Основные международные и национальные стандарты по вибрации промышленного оборудования
Сравнение ключевых стандартов, регламентирующих допустимые уровни вибрации в промышленности
| Обозначение стандарта | Год принятия/ обновления | Область применения | Измеряемые параметры | Особенности методологии | Статус в отрасли |
|---|---|---|---|---|---|
| ISO 20816-1 | 2016 (замена ISO 10816-1) | Общие требования для всех типов машин | Виброскорость, виброперемещение | Измерения на неподвижных частях машины, разделение по зонам A, B, C, D | Действующий, базовый международный стандарт |
| ISO 20816-2 | 2017 | Паровые турбины и генераторы мощностью >40 МВт | Виброскорость, виброперемещение, относительное расширение | Измерения на валу и подшипниках, оценка по относительным и абсолютным значениям | Широко используется в энергетике |
| ISO 20816-3 | 2018 | Промышленные машины мощностью >15 кВт и скоростью 120-15000 об/мин | Виброскорость (RMS) | Разделение по типу крепления (жесткое/гибкое основание) | Часто применяется в обрабатывающей промышленности |
| ISO 10816-4 | 2009 | Газотурбинные установки, исключая авиационные | Виброскорость, виброперемещение | Учет специфики газовых турбин, особые требования к подшипникам | Применяется в нефтегазовой отрасли и энергетике |
| API 670 | 2014 | Системы мониторинга для роторного оборудования | Виброперемещение, виброскорость, осевое положение, температура | Фокус на непрерывном мониторинге, требования к системам защиты | Стандарт де-факто в нефтехимии и нефтепереработке |
| ГОСТ ИСО 10816-1 | 1997/2018 | Аналог ISO 10816-1 для России и стран СНГ | Виброскорость (RMS) | Адаптированная версия международного стандарта с учетом национальной специфики | Действующий в России и странах СНГ |
| ГОСТ 32106 | 2013 | Контроль состояния вращающихся машин по вибрации | Виброскорость, виброускорение | Специфические требования для российской промышленности | Применяется на предприятиях РФ |
Таблица 2: Классификация машин и допустимые уровни вибрации по ISO 20816/10816
Граничные значения зон оценки для различных классов машин
| Группа/класс машин | Характеристики | Тип крепления | Зона A (мм/с, RMS) |
Зона B (мм/с, RMS) |
Зона C (мм/с, RMS) |
Зона D (мм/с, RMS) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Группа 1 | Отдельные компоненты двигателей и машин, соединенные с полной машиной в нормальных рабочих условиях. (15-300 кВт) | Жесткое | 0 - 2.3 | 2.3 - 4.5 | 4.5 - 7.1 | > 7.1 |
| Группа 1 | Отдельные компоненты двигателей и машин, соединенные с полной машиной в нормальных рабочих условиях. (15-300 кВт) | Гибкое | 0 - 3.5 | 3.5 - 7.1 | 7.1 - 11.0 | > 11.0 |
| Группа 2 | Средние машины (15-75 кВт) без специальных фундаментов, или жестко установленные машины (до 300 кВт) на специальных фундаментах | Жесткое | 0 - 1.4 | 1.4 - 2.8 | 2.8 - 4.5 | > 4.5 |
| Группа 2 | Средние машины (15-75 кВт) без специальных фундаментов, или жестко установленные машины (до 300 кВт) на специальных фундаментах | Гибкое | 0 - 2.3 | 2.3 - 4.5 | 4.5 - 7.1 | > 7.1 |
| Группа 3 | Крупные первичные двигатели и другие крупные машины с вращающимися массами, установленные на жестких и тяжелых фундаментах (>300 кВт) | Жесткое | 0 - 2.3 | 2.3 - 4.5 | 4.5 - 7.1 | > 7.1 |
| Группа 3 | Крупные первичные двигатели и другие крупные машины с вращающимися массами, установленные на жестких и тяжелых фундаментах (>300 кВт) | Гибкое | 0 - 3.5 | 3.5 - 7.1 | 7.1 - 11.0 | > 11.0 |
| Группа 4 | Крупные первичные двигатели и другие крупные машины, установленные на гибких фундаментах (>300 кВт, турбогенераторы, газовые турбины) | Гибкое | 0 - 4.5 | 4.5 - 9.3 | 9.3 - 14.7 | > 14.7 |
Таблица 3: Специфические нормы вибрации для различных типов промышленного оборудования
Дополнительные требования к конкретным типам оборудования
| Тип оборудования | Подкатегория | Допустимые значения | Отраслевой стандарт | Особые точки контроля | Характерные частоты |
|---|---|---|---|---|---|
| Насосы | Центробежные | 5.0 мм/с (для новых) 7.1 мм/с (предупреждение) |
ISO 10816-7 API 610 |
Подшипники, корпус насоса, точки на линии нагнетания | 1×, 2×, 5× оборотная частота, лопаточная частота |
| Насосы | Поршневые | 9.0-12.0 мм/с (горизонтальная) 7.0-9.0 мм/с (вертикальная) |
API 674 ISO 10816-8 |
Клапаны, кривошипы, точки на линии всасывания | 0.5×, 1×, 2× оборотная частота, частота хода поршня |
| Компрессоры | Винтовые | 4.5 мм/с (для новых) 7.1 мм/с (предупреждение) |
ISO 10816-3 | Корпус, подшипники, опоры двигателя | 1×, 2× оборотная частота, частота зацепления винтов |
| Компрессоры | Центробежные | 65 мкм (пик-пик для вала) 5.0 мм/с (RMS для корпуса) |
API 617 ISO 10816-3 |
Подшипники, опорная рама, фундамент | 1×, 2× оборотная частота, частоты субгармоник при помпаже |
| Вентиляторы | Промышленные (>300 кВт) | 6.3 мм/с (для новых) 10.0 мм/с (предупреждение) |
ISO 14694 AMCA 204 |
Подшипники, корпус, точки входа и выхода воздуха | 1×, кратные оборотные, лопаточная частота (число лопаток × об/мин) |
| Турбины | Паровые | 50 мкм (пик-пик для вала) 3.8 мм/с (RMS для корпуса) |
ISO 20816-2 ГОСТ 25364 |
Подшипники, опоры ротора, стыки корпусов | 1×, 0.5×, 2× оборотная частота, частоты гармоник лопаток |
| Турбины | Газовые | 65 мкм (пик-пик для вала) 5.0 мм/с (RMS для корпуса) |
ISO 10816-4 API 616 |
Подшипники, корпус турбины и компрессора, выхлопная часть | 1×, 2× оборотная частота, лопаточные частоты турбины и компрессора |
| Электродвигатели | Асинхронные | 3.5 мм/с (для новых) 5.6 мм/с (предупреждение) |
IEC 60034-14 NEMA MG-1 |
Подшипники, лапы/фланец, корпус статора | 1×, 2× оборотная частота, частота проскальзывания, частота питающей сети |
Таблица 4: Методы измерения и оценки вибрации промышленного оборудования
Оборудование и методы для оценки вибрационного состояния машин
| Тип датчика | Измеряемый параметр | Частотный диапазон | Типичное применение | Метод обработки сигнала | Представление результатов |
|---|---|---|---|---|---|
| Пьезоэлектрический акселерометр |
Виброускорение (м/с²) | 0.5 Гц - 20 кГц | Универсальный, широкий частотный диапазон, высокочастотный анализ | Спектральный анализ, огибающая спектра, временная форма сигнала | RMS, пик, пик-пик, спектр в дБ или м/с² |
| Датчик виброскорости | Виброскорость (мм/с) | 10 Гц - 1.5 кГц | Роторное оборудование средней скорости, общая оценка состояния | Общий уровень, спектральный анализ | RMS, пик, спектр в мм/с |
| Бесконтактный датчик перемещения (вихретоковый) | Виброперемещение (мкм) | 0 - 10 кГц | Измерение относительной вибрации вала, зазора, осевого сдвига | Временная форма сигнала, орбита вала, положение вала | Пик-пик в мкм, орбиты, центр линия вала |
| Лазерный виброметр | Виброскорость, виброперемещение |
0 - 50 кГц | Бесконтактные измерения, труднодоступные места, горячие поверхности | Спектральный анализ, модальный анализ | RMS, пик-пик, анимация форм колебаний |
| Стробоскоп | Визуальное наблюдение вибрации | 0 - 25 кГц (зависит от частоты вспышек) | Визуальный осмотр вибрирующих частей, фазовый анализ | Визуальная оценка, синхронизация с частотой | Визуальное "замораживание" движения |
| Многоканальные системы мониторинга | Все параметры вибрации | 0 - 20 кГц (зависит от датчиков) | Непрерывный мониторинг ответственного оборудования, защита | Комплексный анализ, сравнение с порогами, тренды | RMS, пик, пик-пик, тренды, аварийная сигнализация |
| Портативные виброанализаторы | Зависит от подключенного датчика | 0.5 Гц - 40 кГц | Периодический мониторинг, диагностика, балансировка | Спектральный анализ, огибающая, порядковый анализ | RMS, пик, спектры, каскадные диаграммы |
Таблица 5: Критерии оценки технического состояния по результатам вибрационных измерений
Интерпретация результатов вибродиагностики и рекомендации
| Зона состояния | Описание состояния | Рекомендуемые действия | Критерии изменения | Интервалы измерений | Прогноз ресурса |
|---|---|---|---|---|---|
| Зона A (Хорошее) |
Уровни вибрации новых, только что введенных в эксплуатацию машин. Отсутствие признаков дефектов. | Нормальная эксплуатация. Поддержание текущего режима. | Значительное изменение относительно базового уровня (>25%). | В соответствии с графиком ППР (1-3 месяца). | Нормальный прогнозируемый срок службы. |
| Зона B (Удовлетворительное) |
Машины с вибрацией, допустимой для неограниченной длительной эксплуатации. Возможны начальные признаки развития дефектов. | Мониторинг тренда, анализ спектров на предмет развития дефектов. Проверка смазки и крепления. | Устойчивый рост тренда (>10% за месяц) или появление характерных частот. | Сокращенные интервалы (2-4 недели). | Возможное сокращение до 70-90% расчетного ресурса. |
| Зона C (Ограниченно допустимое) |
Машины с вибрацией, неудовлетворительной для длительной непрерывной эксплуатации. Наличие развивающихся дефектов. | Планирование ремонта. Анализ причин повышенной вибрации. Ограничение времени работы до ремонта. | Рост уровня с ускорением тренда, появление модуляций сигнала. | Частые измерения (ежедневно или еженедельно). | Сокращение до 30-50% расчетного ресурса. |
| Зона D (Недопустимое) |
Уровни вибрации, которые могут вызвать повреждение машины. Наличие критических дефектов с высокой вероятностью аварии. | Немедленная остановка или снижение нагрузки. Аварийный ремонт или замена узлов. | Любой уровень в зоне D считается критическим. | Непрерывный мониторинг до остановки. | Высокий риск аварийного выхода из строя, остаточный ресурс менее 20%. |
Полное оглавление статьи
1. Введение в проблематику вибрационной диагностики
Вибрация является одним из ключевых показателей технического состояния промышленного оборудования. Контроль уровней вибрации и соблюдение допустимых норм позволяет не только предотвратить аварийные ситуации, но и значительно продлить срок службы машин, оптимизировать расходы на техническое обслуживание и снизить энергопотребление.
Для различных типов оборудования характерны свои "нормальные" уровни вибрации, зависящие от конструкции, принципа действия, габаритов, скорости вращения и мощности машины. Международные и национальные стандарты устанавливают граничные значения для оценки вибрационного состояния оборудования, что позволяет унифицировать подход к оценке технического состояния машин и механизмов.
Важно: Допустимые уровни вибрации следует рассматривать как руководство к действию, однако каждый случай требует индивидуального подхода с учетом специфики конкретного оборудования, его истории эксплуатации и рекомендаций производителя.
2. Стандарты нормирования вибрации
2.1. Международные стандарты
Международная организация по стандартизации (ISO) разработала серию стандартов, регламентирующих допустимые уровни вибрации для различных типов машин. Ключевым здесь является семейство стандартов ISO 20816 (ранее ISO 10816), которое устанавливает общие принципы оценки вибрации машин по измерениям на невращающихся частях.
Стандарт ISO 20816-1:2016 заменил ISO 10816-1 и обеспечивает общие указания по измерению и оценке вибрации машин. Он вводит концепцию четырех зон оценки, которые позволяют классифицировать техническое состояние оборудования:
- Зона A (хорошее): Вибрация новых введенных в эксплуатацию машин.
- Зона B (удовлетворительное): Машины, пригодные для неограниченной длительной эксплуатации.
- Зона C (ограниченно допустимое): Машины, непригодные для длительной непрерывной эксплуатации, но работа возможна до планового ремонта.
- Зона D (недопустимое): Уровни вибрации опасны для дальнейшей эксплуатации.
Американский нефтяной институт (API) разработал свои стандарты для нефтегазовой промышленности. Особо важным является API 670, который устанавливает требования к системам мониторинга и защиты роторного оборудования, включая газовые и паровые турбины, компрессоры, насосы и другие критические машины.
2.2. Национальные стандарты
В России и странах СНГ действуют собственные стандарты, часто гармонизированные с международными. ГОСТ ИСО 10816-1-97 (обновлен в 2018 году) является аналогом ISO 10816-1 и устанавливает процедуру оценки вибрации машин при измерениях на невращающихся частях.
ГОСТ 32106-2013 "Контроль состояния и диагностика машин. Мониторинг состояния оборудования опасных производств" вводит дополнительные требования для оборудования, эксплуатируемого на опасных производственных объектах.
Примечание по применению: При выборе нормативных значений вибрации всегда следует руководствоваться наиболее строгим из применимых стандартов, а также рекомендациями производителя оборудования.
3. Классификация машин по вибрационным характеристикам
3.1. Критерии классификации
Стандарты ISO 20816/10816 классифицируют машины по нескольким критериям:
По мощности и размеру:
- Малые машины (обычно электродвигатели мощностью до 15 кВт) – Группа 1
- Средние машины (электродвигатели 15-75 кВт или машины до 300 кВт) – Группа 2
- Крупные машины с вращающимися массами на жестких опорах (>300 кВт) – Группа 3
- Крупные машины с вращающимися массами на гибких опорах (>300 кВт) – Группа 4
Классификация учитывает также скорость вращения машины, тип конструкции и области применения. Например, для турбомашин (газовые и паровые турбины, турбокомпрессоры) могут использоваться отдельные стандарты из-за их конструктивных особенностей и высоких скоростей вращения.
3.2. Влияние типа монтажа на допустимые уровни
Тип монтажа машины (жесткое или гибкое основание) значительно влияет на допустимые уровни вибрации. Согласно стандартам ISO, для машин на гибких основаниях допускаются более высокие уровни вибрации по сравнению с машинами на жестких основаниях.
Жестким основанием считается фундамент, собственная частота которого в направлении измерения вибрации превышает основную частоту возбуждения машины (обычно частоту вращения) не менее чем в 1,5 раза. Гибкое основание имеет собственную частоту ниже основной частоты возбуждения или сравнимую с ней.
Разница в допустимых уровнях может составлять до 60% между жестким и гибким основанием для одной и той же группы машин. Например, для машин группы 2 предельное значение зоны A/B составляет 1,4 мм/с для жесткого основания и 2,3 мм/с для гибкого основания.
Внимание: Неправильная классификация типа основания машины может привести к неверной оценке ее технического состояния. При отсутствии информации о жесткости основания рекомендуется проведение модального анализа для определения собственных частот системы.
4. Особенности нормирования для различных типов оборудования
4.1. Вращающееся оборудование
Для центробежных насосов нормирование вибрации производится в соответствии с ISO 10816-7 и API 610. Помимо общих требований к виброскорости (RMS), для насосов важным параметром является оценка вибрации на лопаточной частоте, которая может указывать на проблемы с гидравликой, кавитацию или износ лопаток рабочего колеса.
Центробежные компрессоры оцениваются по стандартам API 617 и ISO 10816-3. Для крупных компрессоров критическим параметром является также относительная вибрация вала, измеряемая бесконтактными датчиками. Предельно допустимые значения составляют обычно 65 мкм (пик-пик).
Для паровых турбин применяются специфические требования ISO 20816-2, учитывающие большую массу роторов, высокие скорости вращения и влияние температурного расширения. Оценка состояния включает как абсолютную вибрацию корпуса, так и относительную вибрацию вала, а также осевое положение ротора.
4.2. Возвратно-поступательные машины
Поршневые компрессоры и насосы имеют принципиально иной характер вибрации из-за возвратно-поступательного движения. Для таких машин международный стандарт ISO 10816-8 устанавливает специальные критерии, учитывающие пульсации давления и силы инерции движущихся частей.
Допустимые уровни вибрации для поршневых машин обычно выше, чем для роторных аналогичной мощности. Для горизонтального направления могут допускаться значения до 9,0-12,0 мм/с (RMS), в то время как для вертикального направления нормы строже (7,0-9,0 мм/с).
При оценке вибрации поршневых машин важно анализировать не только общий уровень, но и характерные частотные составляющие, связанные с кинематикой механизма:
- Частота вращения коленчатого вала (1× оборотная)
- Частота хода поршня (для одноцилиндровой машины совпадает с оборотной)
- Кратные гармоники оборотной частоты (2×, 3×, 4× и т.д.)
- Частоты, связанные с работой клапанов
5. Методы измерения и анализа вибрации
5.1. Типы датчиков и их применение
Выбор типа датчика зависит от измеряемого параметра, частотного диапазона и условий эксплуатации:
Акселерометры измеряют виброускорение и являются наиболее универсальными датчиками с широким частотным диапазоном (от 0,5 Гц до 20 кГц). Они хорошо подходят для диагностики дефектов подшипников качения, зубчатых передач и других высокочастотных проблем.
Датчики виброскорости оптимальны для общей оценки вибрационного состояния роторных машин в среднечастотном диапазоне (от 10 Гц до 1,5 кГц). Они напрямую измеряют виброскорость, которая является основным параметром для оценки по большинству стандартов.
Бесконтактные датчики перемещения (проксиметры) используются для измерения относительной вибрации и положения вала в подшипниках скольжения. Они незаменимы для крупных турбомашин, где важно контролировать не только вибрацию корпуса, но и движение ротора относительно статора.
5.2. Обработка сигналов
Для комплексной оценки вибрационного состояния используются различные методы обработки сигналов:
Измерение общего уровня вибрации (Overall) – наиболее распространенный метод, используемый в большинстве стандартов. Выражается как среднеквадратичное значение (RMS) в диапазоне от 10 Гц до 1000 Гц для виброскорости.
Спектральный анализ позволяет выделить отдельные частотные составляющие вибрации и идентифицировать конкретные дефекты (дисбаланс, несоосность, дефекты подшипников и т.д.). Современные стандарты рекомендуют использовать спектральный анализ как дополнение к измерению общего уровня.
Анализ огибающей спектра эффективен для выявления дефектов подшипников качения, зубчатых передач и других источников импульсных ударных воздействий на ранних стадиях развития.
При выборе метода измерения и анализа необходимо учитывать тип оборудования, его критичность, режим работы и экономическую целесообразность применения различных методов диагностики.
Источники информации
- ISO 20816-1:2016 "Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Часть 1: Общие требования"
- ISO 10816-3:2009 "Вибрация. Оценка состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Часть 3: Промышленные машины номинальной мощностью более 15 кВт и номинальной скоростью от 120 об/мин до 15000 об/мин"
- API 670 "Machinery Protection Systems"
- ГОСТ ИСО 10816-1-97 "Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Часть 1. Общие требования"
- Технические справочники и руководства по вибрационной диагностике ведущих производителей оборудования
Отказ от ответственности: Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и не может заменить профессиональную консультацию специалистов по вибродиагностике. Приведенные значения и рекомендации могут различаться в зависимости от конкретного типа оборудования, условий эксплуатации и требований производителя. Перед принятием решений по эксплуатации оборудования необходимо ознакомиться с актуальными редакциями соответствующих стандартов и технической документацией производителя.
