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GB/T 21487.1-2008 相关标准英文版PDF

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GB/T 21487.1-2008 380 GB/T 21487.1-2008 3秒自动 转轴振动测量系统　第1部分：径向振动的相对和绝对检测
   
基本信息
标准编号 GB/T 21487.1-2008 (GB/T21487.1-2008)
中文名称 转轴振动测量系统　第1部分：径向振动的相对和绝对检测
英文名称 Rotating shaft vibration measuring systems -- Part 1: Relative and absolute sensing of radial vibration
行业 国家标准 (推荐)
中标分类 J04
国际标准分类 17.160
字数估计 20,212
发布日期 2008-03-05
实施日期 2008-08-01
引用标准 GB/T 11348.1-1999; GB/T 11348.5; GB/T 14412; GB/T 20485.1; JJF 1059-1999; ISO 683-1; ISO 2041; ISO 4287; ISO 5347; ISO 7919-2; ISO 7919-3; ISO 7919-4; ISO 8042; IEC 60068-2-6; IEC 60068-2-29; IEC 60529-1989
采用标准 ISO 10817-1-1998, IDT
标准依据 国家标准批准发布公告2008年第3号(总第116号)
发布机构 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会
范围 GB/T 21487的本部分给出了如何得到可再现测量结果的细则, 以便根据GB/T 11348系列标准对转轴振动进行监测和评价。因此, 它主要与大型机器的转轴振动测量有关。GB/T 21487的本部分适用于转轴径向振动的绝对和相对检测系统。它包括检测装置、信号适调器、连接方法和校准程序。

GB/T 21487.1-2008: 转轴振动测量系统　第1部分：径向振动的相对和绝对检测 ICS １７．１６０ J０４ 中华人民共和国国家标准 GB/T ２１４８７．１-２００８／ISO １０８１７-１：１９９８ 转轴振动测量系统　第１部分： 径向振动的相对和绝对检测 （ISO １０８１７-１：１９９８，ＩＤＴ） ２００８-０３-０５发布 ２００８-０８-０１实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布 目次 前言 Ⅲ １　范围 １ ２　规范性引用文件 １ ３　术语和定义 ２ ４　转轴振动测量系统综述 ２ ５　检测系统 ３ ６　测量的不确定度 ７ ７　环境条件 １０ ８　校准 １０ 附录Ａ（资料性附录）　轴振动的力学 １２ 附录Ｂ（资料性附录）　测量量 １３ 参考文献 １６ GB/T ２１４８７．１-２００８／ISO １０８１７-１：１９９８ 前言 GB/T ２１４８７《转轴振动测量系统》由以下部分组成： ---第１部分：径向振动的相对与绝对检测； ---第２部分：信号处理。 本部分是GB/T ２１４８７的第１部分。 本部分等同采用ISO １０８１７-１：１９９８《转轴振动测量系统　第１部分：径向振动的相对和绝对检测》 （英文版）。 本部分等同翻译ISO １０８１７-１：１９９８。 为了便于使用，本部分作了下列编辑性修改： ---用“本部分”代替“本国际标准”； ---用小数点“．”代替作为小数点的逗号“，”； ---删去了国际标准的前言。 ---对ISO １０８１７-１：１９９８中引用的其他国际标准，有被等同采用为我国标准的，用我国标准代替 对应的国际标准，未被等同采用为我国标准的直接引用国际标准。 本部分的附录Ａ和附录Ｂ是资料性附录。 本部分由中国机械工业联合会提出。 本部分由全国机械振动与冲击标准化技术委员会归口。 本部分起草单位：郑州机械研究所、武汉理工大学。 本部分主要起草人：潘文峰、吴青、王珊燕、张刚、杨建国、严新平。 GB/T ２１４８７．１-２００８／ISO １０８１７-１：１９９８ 转轴振动测量系统　第１部分： 径向振动的相对和绝对检测 １　范围 GB/T ２１４８７的本部分给出了如何得到可再现测量结果的细则，以便根据GB/T １１３４８系列标准对 转轴振动进行监测和评价。因此，它主要与大型机器的转轴振动测量有关（例如：汽轮发电机组、燃气轮 机组、工业汽轮机组、水轮机组）。 GB/T ２１４８７的本部分适用于转轴径向振动的绝对和相对检测系统。它包括检测装置（即传感 器）、信号适调器、连接方法和校准程序。 ２　规范性引用文件 下列文件中的条款通过GB/T ２１４８７的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文 件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成 协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本 部分。 GB/T １１３４８．１-１９９９　旋转机械转轴径向振动的测量和评定　第１部分：总则（idt ISO ７９１９-１： １９９６） GB/T １１３４８．５　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 （GB/T １１３４８．５-２００２，idt ISO ７９１９-５：１９９７） GB/T １４４１２　机械振动与冲击　加速度计的机械安装（GB/T １４４１２-２００５，ISO ５３４８：１９９８， ＩＤＴ） GB/T ２０４８５．１　振动和冲击传感器的校准方法　第１部分：基本概念（GB/T ２０４８５．１-２００８， ISO １６０６３-１：１９９８，ＩＤＴ） ＪＪＦ１０５９-１９９９　测量不确定度表示指南（ＧＵＭ：１９９５，ＩＤＴ，ＢＩＰＭ，IEC ，ＩＦＣＣ，ISO ，ＩＵＰＡＣ， ＩＵＰＡＰ，ＯＩＭＬ） ISO ６８３-１　热处理钢、合金钢和易切削钢　第１部分：直接硬化非合金和低合金锻钢 ISO ２０４１　振动与冲击　术语 ISO ４２８７　产品几何技术规范（ＧＰＳ）　表面粗糙度：剖面法　术语、定义和表面粗糙度参数 ISO ５３４７　振动与冲击传感器的校准方法（所有部分） ISO ７９１９-２　非往复式机器的机械振动　在旋转轴上测量和评价准则　第２部分：陆地安装的大 型汽轮发电机组 ISO ７９１９-３　非往复式机器的机械振动　在旋转轴上测量和评价准则　第３部分：耦合的工业 机器 ISO ７９１９-４　非往复式机器的机械振动　在旋转轴上测量和评价准则　第４部分：燃气轮机组 ISO ８０４２　描述惯性式传感器特性的规定 IEC ６００６８-２-６　环境测试　第２部分：测试　Ｆｃ测试：振动（正弦） IEC ６００６８-２-２９　环境测试　第２部分：测试　Ｅｂ测试和指南：连续冲击 IEC ６０５２９：１９８９　包装提供的防护等级（ＩＰ规范） GB/T ２１４８７．１-２００８／ISO １０８１７-１：１９９８ ３　术语和定义 由ISO ２０４１给出的术语和定义适用于本部分。 ４　转轴振动测量系统综述 评价转轴径向振动的测量系统可看作是由几个不同的子系统组成：用于相对或绝对振动测量的单 个或多个传感器；信号适调器及连接电缆；在时域中，转轴上的测量位置相对于参考位置（例如鉴相器） 的相位；以规定格式输出测量的信号处理器；显示测量结果的输出装置。这些子系统的相互关系如图１ 所示。ISO １０８１７-２包含对信号分析及处理器的要求。 测量装置输出的信号Ｓｅｘｔ可以由特殊系统和软件包处理，这些系统和软件包能提供分析和维修机 器所需要的数据。这些系统和软件包不属于本部分要规定的内容。 通常用非接触式传感器测量轴的相对振动。转轴绝对振动可以通过非接触式的相对振动传感器与 被放置在相对振动传感器位置上的绝对振动探头组合进行检测。这种绝对振动测量也可由惯性式传感 器（例如骑轴式传感器）检测。 本部分仅涉及信号检测模块，见图１。 图１　转轴测量系统结构 GB/T ２１４８７．１-２００８／ISO １０８１７-１：１９９８ ５　检测系统 ５．１　转轴相对振动检测系统 ５．１．１　引言 转轴相对振动传感器利用旋转轴上的某一位置与通常很靠近轴并与轴有距离的另一点之间的光程 长度、电容或电感的变化测定瞬时相对位移。这个参考点（即转轴相对振动传感器的安装点）常常受到 来自其他振源的振动影响。放置在非接触式传感器感应元件位置上的惯性传感器能够用来测定绝对振 动值（见５．２）。 ５．１．２　检测系统的一般结构 根据本部分的要求，转轴振动检测系统由相对位移传感器、电缆和合适的适调器组成（见图２）。 １---轴； ２---传感器与转轴之间的间距； ３---传感器； ４---适调器； ５---信号输出； ６---测量轨迹； ７---测量平面。 图２　在一平面内测量的轴振动测量系统 最好使用两个正交传感器来测定转轴的全部动态振动和平均位置（见图３）。两个传感器放置在同 一测量平面内的两个垂直的测量方向上。通常对于一组机器有几个测量平面，每个测量平面都有一对 测量装置。用于一个机组的所有测量设备组成的系统称作转轴振动测量系统。 １---轴振动轨迹； ２---参照轴系； Ｏ---轨迹的平均位置； K---轴心的瞬时位置； 珚狓，珔狔---轴位移平均值； 图３　轴的振动轨迹 GB/T ２１４８７．１-２００８／ISO １０８１７-１：１９９８ 依据测量方法，在传感器和信号处理仪器之间可能需要连接适调器。适调器既可以是一个独立的 单元也可以是与传感器或信号处理系统集成一体。 GB/T ２１４８７本部分对指示仪器和记录装置没有提出要求。 ５．１．３　运行范围 使用者至少应选用一个与GB/T １１３４８相应部分和（或）被评价的机器的技术要求相一致的传感器 系统。输出信号的允差在第６章中给出。 ５．１．４　特性说明 制造商应作如下说明： ---信号输出与被测目标和传感器之间的间隙成线性比例的范围； ---保持线性的作为频率函数的振幅与相位响应（见６．２）； ---对应每一测量范围的传感器的外形尺寸和螺纹（推荐顶端直径为５ｍｍ，８ｍｍ，１８ｍｍ和螺纹 为 Ｍ８×１，Ｍ１０×１和 Ｍ２０×１）； ---电缆长度（推荐５ｍ）； ---电源（推荐直流-２４Ｖ）； ---灵敏度（在适用的地方推荐：２ｍｍ范围内用８ｍＶ／μｍ，４ｍｍ范围用４ｍＶ／μｍ）； ---输出信号模式 （电压-电流）； ---输出信号最大值； ---输出阻抗和容许的负载阻抗； ---温度等级； ---防护等级［依据IEC ６０５２９：１９８９推荐ＩＰ６７（防尘，防临时浸没）］。 注：以上推荐的是通用工业标准。 ５．２　轴绝对振动测量系统 ５．２．１　简介 用来测量轴绝对振动的两种测量系统如下： ａ）　使用绝对振动和相对振动组合测量系统。这个系统是由安置在同一结构上的惯性式传感器和 轴相对位移传感器（非接触式的）组成。绝对振动和相对振动经适调输出求和后提供轴的绝对 振动测量。 ｂ）　惯性传感器安装在轴振触头上，能直接测量轴的绝对振动。 ５．２．２　检测系统的一般结构 依据GB/T ２１４８７的本部分的要求，轴的绝对振动测量系统是由两组惯性式传感器和非接触式传 感器（非接触测量）或者是两个骑轴式传感器（直接测量）以及合适的适调器组成（见图４和图５）。 两个传感器组件沿径向放置在一个测量平面内正交的两个测量方向上。通常，在一个机组中有几 个测量平面，每个测量平面内有一个或两个轴检测装置。 依据这种测量方法，传感器与信号处理仪表之间可能需要连接适调器。适调器既可以是一个独立 的单元也可以与传感器集成在一起。 GB/T ２１４８７．１-２００８／ISO １０８１７-１：１９９８ １---传感器与轴的间距； ２---测量轴线； ３---惯性式传感器； ４---非接触式传感器； ５---适调器； ６---方向１； ７---方向２； ８---信号输出； ９---转子截面中心的绝对进动轨迹； １０---轨迹的几何中心。 图４　在一个测量平面内用非接触式传感器和惯性式传感器组合的轴绝对振动检测系统 １---信号适调器； ２---惯性式传感器； ３---机器结构； ４---轴振触头； ５---轴； ６---信号输出。 图５　在一个测量平面内使用惯性式传感器和轴振触头组件的轴绝对振动检测系统 ５．２．２．１　惯性式和非接触式组合检测系统 惯性式和非接触式组合检测装置是由两组传感器组成。每组传感器由一个非接触相对位移传感器 （如５．１中描述的）和一个绝对惯性传感器组成，两个传感器紧密地安装在同一刚性结构上，两者的灵敏 轴线应当同轴或平行，以确保两个传感器经受相同的结构绝对振动。它们经适调后求和就可提供轴绝 GB/T ２１４８７．１-２００８／ISO １０８１７-１：１９９８ 对振动的测量。 轴绝对振动组合检测系统在每个测量方向至少有两个输出量： ａ）　相对轴振动传感器位移输出，与在５．１．１中的描述是一致的； ｂ）　惯性式传感器的输出量。该输出量与安装惯性传感器和非接触式传感器的结构的振动速度 或加速度成比例。 惯性传感器输出量应经过处理以得到位移信号（对输出的速度信号进行一次积分，或对输出加速度 信号两次积分）。 根据GB/T ６０７５系列标准，放置在非接触式传感器位置上的惯性传感器也可测定非旋转部件的绝 对振动值。 ５．２．２．２　轴绝对振动直接检测系统（轴振触头） 一个轴绝对振动直接检测系统由两个传感器组件组成，每一组件有一个安装在轴振触头机构上的 惯性式传感器，轴振触头机构能把轴振动传递给惯性式传感器。 轴绝对振动检测系统每个测量方向的输出应与其振动成比例，调理这个输出量能够准确地测量轴 的绝对位移。用这种方法不能测量轴相对于结构的平均位置。还应该注意到各种限制，例如：表面速度 和（或）轴振触头下方液体油膜的形成都限制了这种系统的频率范围。特别应注意确保轴振触头机构恰 当地安装在机器结构上。 ５．２．２．３　预防措施 用户宜选择最适于检测和解释机器的轴绝对振动的测量方法（非接触式或轴振触头）。传感器系统 应至少符合GB/T １１３４８．１-１９９９的要求，并且（或者）满足被测机器的测量要求。对于惯性式传感器， 应考虑传感器的附加质量对结构的影响（传感器质量与轴质量的关系）以及所用系统的最大不平衡。 用户应认识到： ａ）　由于磨损引起的与轴接触减少的可能性； ｂ）　由于轴表面不恰当的接触压力（最典型的原因是负载弹簧的减弱或由于轴承箱体内部压力产 生的反作用力）造成的与轴表面间断的或永久性的接触减少； ｃ）　杆的滑行振动； ｄ）　事实上不可能得到关于基本的轴中线位置的信息。 注：惯性式和非接触式组合检测系统由于两种测量电路可能发生的相位差常常出现错误。在实际中限制了这种组 合的使用次数。在速度（加速度）信号与位移信号叠加之前，存在与速度通道与位移通道传递函数的差异，用户 应考虑由此引起的可能出现的误差。 ５．２．３　运行范围 对于以额定转速及被推荐的频率范围内的绝对轴振动及相对轴振动的振动幅值的评定准则在ISO ７９１９的第２部分至第５部分中给出，分别针对大型汽轮发电机组、耦合的工业机器、燃气轮机组和水力 发电厂和泵站机组。 在可能的情况下，测量系统的频率范围应包括有关机组的所有激励谱，幅值范围应是在正常工况下 预计值的大约五倍，以便满意地监视瞬时运行状态。 实际中，下述一般特性与GB/T １１３４８第２部分至第５部分的基本要求一致： ---相对位移传感器频率范围０Ｈｚ～１．５ｋＨｚ；幅值范围２ｍｍ或４ｍｍ（见５．１．４）； ---惯性式传感器频率范围：５Ｈｚ～５ｋＨｚ； ---灵敏度范围是额定值的±１０％。 注：对５Ｈｚ以下的频率，参照生产厂家的说明书。当用轴振触头时，测量系统的上限频率限制在几百赫兹。 ５．２．４　特性规定 ５．２．４．１　惯性式与非接触式组合检测系统 轴的相对振动传感器特性在５．１．４中规定，惯性式传感器特性在ISO ８０４２中规定。安装惯性传感 GB/T ２１４８７．１-２００８／ISO １０８１７-１：１９９８ 器的特点和建议在GB/T １４４１２中规定。在机器上用于固定传感器的支架或是连接装置应当不影响系 统固有频率，否则将影响测量精度。 ５．２．４．２　轴绝对振动直接检测系统（轴振触头） 在ISO ８０４２中详细规定的特性可适用于测量元件。 该系统的频率限值主要由轴振触头机构的设计特性决定。 为了进行这些已知精度的测量，应当采用ISO ５３４７系列中规定的方法。 注：对轴相对振动和绝对振动测量系统，测量路径应计入由于正常轴向振动以及不均匀热膨胀导致的整个轴位置 的改变。在机器完全正常状态下，传感器检测元件安装位置应避开几何突变（例如键槽、润滑油通路、螺纹、轴 径的改变、刻印的标志、链痕、腐蚀）的影响。如同对于非接触式传感器，不应受金属不均匀性或者是局部剩磁 的影响，这些影响会产生虚假的信号。 ６　测量的不确定度 ６．１　测量原理 读数的准确度依赖于对测量原理的理解和测量系统的精确度。 通常，轴振动测量原理是基于机器轴的外表和传感器之间的相互关系。不管测量原理如何，轴横截 面圆度偏差以及测量轨迹的偏心都能影响读数。 此外，对于非接触式电测量，要考虑由于材料、表面特性、局部剩磁以及轴表面测量轨迹区域内的构 造差异对测量信号的影响（通常称之为“偏摆”）。在轴表面的测量轨迹上不宜有涂层（例如，当用感应或 涡流法时轴表面的铬涂层）。这些涂层对测量值可能有不利的影响。如果轴被涂覆，校准传感器时应特 别仔细。 由轴表面的影响所引起的虚假轴振动，不宜超出在：GB/T １１３４８．１-１９９９中３．３．２（也可见６．２．１） 说明的限值。 ６．２　对测量系统的精度要求 ６．２．１　测量不确定度 测量不确定度的限值同读数或测量系统输出量偏差的最大值（正或负）一致。可是，这些限值形成 了一个在标准的条件下不应超过的公差带和在偏离条件下考虑了影响量的扩展公差带。 GB/T ２１４８７的本部分对测量系统的模拟输出定义了测量不确定度的限值。然而这些限值未考虑 在６．１中描述的测量轨迹不规则性的影响或者对任何测量装置的限制。 术语“测量的不确定性”指的是与在现场测定轴振动振幅的测量系统的被评价的扩展不确定度，不 包括那些在前一节中讲过的不确定源导致的不确定度分量。扩展的不确定度可依据“不确定表示指南 （ＧＵＭ）”中描述的方法用Ａ类和Ｂ类不确定度分量以及包含因子K＝２来计算。 非惯性式测量系统的标准条件如下： ---测量目标平面的平均表面粗糙度R狔＝４μｍ（见ISO ４２８７．１）； ---依据ISO ６８３-１规定的材料４２ＣｒＭｏ４钢； ---在两个测量方向上，频率是８０Ｈｚ，振幅是满刻度的１０％～１００％，在０°～９０°的任意相位的正 弦振动； ---传感器与适调器之间的电缆长度５ｍ； ---环境温度２０℃。 测量系统的测量不确定度限值不应超过表１中给出的值。对于惯性式系统见ISO ５３４７系列标准。 ６．２．２　影响因素引起的测量偏差 如果没有给出标准条件，由影响因素引起的附加偏差应不超过根据表２及图６、图７中扩展的测量 不确定度限值。 未规定的影响量，例如正弦测量信号、压力、湿度、加速度、冲击、噪声及附属的电源，这些因素的影 GB/T ２１４８７．１-２００８／ISO １０８１７-１：１９９８ 响不会超过满刻度值的２％。 振幅频率响应是随频率而变的相对传递因子的函数，这里相对传递因子定义为传递因子与标准条 件下传递因子之比。依据本标准第４章，传递因子在本部分理解成是输出量与输入量Sｍａｘ之比。测量 条件在表２中说明。公差带对输入量在满量程读数时是有效的。 表１　标准条件下测量不确定度限值 被测量和参数 测量不确定度限值 其他标准条件 参数 ＭＶ的３％＋ＦＳＶ的１％ 珚狓１＝珚狓２＝０ 位移值 ＭＶ的３％＋ＦＳＶ的１％ 珚狓１＝珚狓２＝０ 直流分量 工作位移范围内犪Ａ 的３％ ＭＶ＝被测值；ＦＳＶ＝满量程值；符号参见图７的注。 注：如下参数被定义为轴振动参数（见图Ｂ．１）： Sｍａｘ表示转轴最大总位移（参数Ａ）； S（Ｐ-Ｐ）ｍａｘ表示转轴较大总位移（参数Ｂ）； 这两个参数之一已足以评估运行状态。 ａ）　运行频率范围１Ｈｚ～２５０Ｈｚ ｂ）　运行频率范围５Ｈｚ～１５００Ｈｚ 图６　振动参数的幅频特性的公差范围 GB/T ２１４８７．１-２００８／ISO １０８１７-１：１９９８ 犪Ａ---工作位移范围； 犪Ｎ---标称距离（犪Ｎ＝犪０＋０．５犪Ａ）； 犪０---剩余距离； 图７　两个测量方向之一的转轴振动测量系统的位移特性曲线 表２　不同于标准条件下较宽的不确定度限值 影响因素 不确定度限值 参数 位移等级 恒定值 与标准条件不同的条件 运行位移范围犪Ａ 内 ＭＶ的６％＋ ＦＳＶ的３％ ＭＶ的６％＋ ＦＳＶ的３％ 犪Ａ 的５％ 恒定振动位移幅值相当于在两个测 量方向相继施加的最小测量范围的 满量程 传感器和信号适调器在 任意值下的环境温度 ＭＶ的８％＋ ＦＳＶ的４％ ＭＶ的８％＋ ＦＳＶ的４％ 犪Ａ 的５％ 珚狓１＝珚狓２＝０ 恒定振动位移幅值相当于在两个测 量方向相继施加的最小测量范围的 满量程 在运行频率范围内的 轴振动频率 ＭＶ的１３％＋ ＦＳＶ的３％ （见注１） ＭＶ的１３％＋ ＦＳＶ的３％ （见注２） 珚狓１＝珚狓２＝０ 电缆长度 ＭＶ的６％ ＭＶ的６％ 犪Ａ 的６％ 对于振动参数和时间函数，恒定振动 位移幅值对应于在两个测量方向最 低量程的满刻度值 ＭＶ＝被测值；ＦＳＶ＝满量程值。 注１：输出信号的实际值是它的随时间变化的叠加后的调制峰值。 注２：叠加后的轴振动信号的阻尼依据第８章。 ６．３　关键机械的监测 由于系统的完整性与可靠性很重要，监测关键机械应连续监测传感器系统运行状态。应能清楚显 示传感器状况（正常运行状态与故障状态）。为了增强系统的完整性，监测仪器可包括这样一些功能：通 道之间的表决逻辑，传感器出故障时的报警旁路，传感器系统误差补偿（如由于温度变化）以及传递函数 分析。 GB/T ２１４８７．１-２００８／ISO １０８１７-１：１９９８ ７　环境条件 ７．１　传感器 ７．１．１　运行温度范围 运行温度范围是指在运行时长期能接受的环境温度，有四种温度等级，见表３。 表３　温度等级 温度等级 １ ２ ３ ４ 运行温度范围／℃ ０～７０ ０～１２５ ０～１８０ ０以下～１８０以上 系统运行在０℃之下或在１８０℃之上需要特别注意校准和安装（应参考制造厂的文件记录）。 ７．１．２　防护 依据IEC ６０５２９：１９８９，防护等级至少是ＩＰ６７（防尘，防临时浸没）。传感器也应能防水，防润滑油， 防液压油以及分解脂类的清洗剂。在有要求的地方，传感器应本质安全可靠。 ７．１．３　耐振动与冲击性能 耐振动与冲击性能应至少符合I......