王憲平

(上海福伊特水電設(shè)備有限公司，上海200240)

水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)和擺度標(biāo)準(zhǔn)分析和應(yīng)用探討

王憲平

(上海福伊特水電設(shè)備有限公司，上海200240)

現(xiàn)行的水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)和擺度ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)已在國(guó)際上廣泛采用多年。近年來，ISO和IEC也在將ISO7919—5和ISO10816—5合并成為一個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)ISO 20816—5:2016以取代舊標(biāo)準(zhǔn)并同時(shí)成為ISO和IEC的共同標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，國(guó)內(nèi)也有若干國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)機(jī)組的振動(dòng)和擺度有一些規(guī)定。針對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)編制的背景和應(yīng)用范圍進(jìn)行了詳細(xì)介紹，指出了這些標(biāo)準(zhǔn)之間的異同點(diǎn)，給出了在實(shí)際工程應(yīng)用上的建議，并為下一步標(biāo)準(zhǔn)的修訂和完善提供參考。

振動(dòng)和擺度；國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)；穩(wěn)定性試驗(yàn)：振動(dòng)和擺度評(píng)定；水輪發(fā)電機(jī)組

0 引 言

近二十年來，中國(guó)已經(jīng)成為世界水電大國(guó)，特別是大型、巨型機(jī)組和可逆式抽水蓄能機(jī)組，都已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平，并且逐步走向國(guó)際市場(chǎng)并在“一帶一路”沿線國(guó)家和地區(qū)開展國(guó)際合作和工程總承包業(yè)務(wù)。在編制招、投標(biāo)文件、合同談判、機(jī)組調(diào)試和進(jìn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)過程中都要應(yīng)用相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。然而，這些標(biāo)準(zhǔn)都有各自的適用范圍，還有一些矛盾和沖突的地方，在實(shí)際工程應(yīng)用上還有一定的局限性。了解和掌握這些標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)背景和適用范圍，對(duì)合理評(píng)估機(jī)組的穩(wěn)定性具有十分重要的意義。同時(shí)，也對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步修訂和完善奠定基礎(chǔ)。

1 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO

1997年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO(International Organization for Standardization)頒布了ISO 7919—5:1997[1]簡(jiǎn)稱ISO“主軸擺度標(biāo)準(zhǔn)”，提出了以A、B、C、D 4個(gè)區(qū)進(jìn)行分區(qū)的主軸擺度限制值曲線，如圖1所示；2000年又頒布了ISO 10816—5:2000[2]簡(jiǎn)稱ISO”固定部件振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)”，以表格的方式給出了振動(dòng)速度均方根和位移兩種量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，也是按照4個(gè)分區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)的。

2005年ISO7919—5:1997改版為ISO7919—5:2005[3]，1997版隨機(jī)廢止，其中最大的變化就是把老標(biāo)準(zhǔn)的4個(gè)小分區(qū)A、B、C、D改為了A—B(陰影部分)和C—D(非陰影部分)2個(gè)大分區(qū)，如圖2所示。但是ISO 10816—5:2000并沒有改版，還是A、B、C、D 4個(gè)區(qū)以表格的方式給出。

圖1 ISO 7919—5:1997主軸擺度標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)分區(qū)

圖2 ISO 7919—5:2005主軸擺度標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)分區(qū)

從2007年開始，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO和國(guó)際電工委員會(huì)IEC(International Electrotechnical Commission)聯(lián)合著手將兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)合并，成為ISO 20816—5:2016[4]，以替代ISO 7919—5:2005和ISO 10816—5:2000，合并后的標(biāo)準(zhǔn)給出了3個(gè)分區(qū)，即A—B區(qū)(可以無限制長(zhǎng)期運(yùn)行)，C區(qū)和D區(qū)，不再單獨(dú)分A區(qū)(原標(biāo)準(zhǔn)指新投產(chǎn)機(jī)組通常在該區(qū)域)。該標(biāo)準(zhǔn)近期(預(yù)計(jì)2017年)即將頒布。該標(biāo)準(zhǔn)歷經(jīng)長(zhǎng)達(dá)10年時(shí)間，在世界各地總共召開了15次國(guó)際會(huì)議，其中兩次在中國(guó)。

1.1 ISO標(biāo)準(zhǔn)修訂的依據(jù)和原則

新標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)評(píng)價(jià)機(jī)組振動(dòng)應(yīng)該考慮兩個(gè)準(zhǔn)則：①測(cè)量的振動(dòng)幅值;②測(cè)量的振動(dòng)幅值的變化和相位。

新標(biāo)準(zhǔn)中的振動(dòng)幅值限值是基于收集到的現(xiàn)有機(jī)組“振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)庫(kù)”中數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)計(jì)算得出的。標(biāo)準(zhǔn)建議的振動(dòng)幅值限制不宜作為合同保證值的一個(gè)硬性指標(biāo)。評(píng)價(jià)機(jī)組振動(dòng)特性的好壞應(yīng)結(jié)合主軸的擺度、固定部件機(jī)座的振動(dòng)、主軸擺度相對(duì)于軸承冷態(tài)安裝總間隙的百分?jǐn)?shù)、軸瓦的溫度等進(jìn)行綜合分析。

當(dāng)振動(dòng)幅值較大時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的若干診斷措施，測(cè)量和進(jìn)一步分析造成振動(dòng)幅值大的原因及其可能會(huì)造成的影響，采取必要措施以保證機(jī)組可以無限制長(zhǎng)期運(yùn)行。

1.2 新標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)分區(qū)

新標(biāo)準(zhǔn)ISO 20816—5:2016分為3個(gè)區(qū)A—B、C和D，不再按照轉(zhuǎn)速細(xì)分，全部一個(gè)數(shù)值。

A—B區(qū):通常認(rèn)為振動(dòng)在此區(qū)域內(nèi)的機(jī)器可以無限制地長(zhǎng)期運(yùn)行，不再說明新交付使用的機(jī)組的振動(dòng)通常應(yīng)在A區(qū)內(nèi);大致相當(dāng)于老B區(qū)的一半左右。

C區(qū)：需要進(jìn)一步調(diào)查研究或采取一些措施減少振動(dòng)幅值。

D區(qū)：振動(dòng)幅值在這個(gè)區(qū)或主軸擺度超過70%軸承冷態(tài)間隙需要立即查明原因并采取必要措施減小振動(dòng)幅值避免對(duì)機(jī)組造成損壞的可能性。

1.3 振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)庫(kù)存在的問題

現(xiàn)有機(jī)組的“振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)庫(kù)”為討論方便可以分為ISO的“國(guó)際振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)庫(kù)”和國(guó)內(nèi)自己收集的“中國(guó)振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)庫(kù)”。

最新版的“國(guó)際振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)庫(kù)”涵蓋了全世界不同國(guó)家、不同時(shí)期、不同機(jī)型、不同結(jié)構(gòu)的機(jī)組，其中絕大部分是歐美國(guó)家機(jī)組的7 000多組測(cè)量數(shù)據(jù)，集中在200 MW左右或以下的機(jī)組，200～700 MW的機(jī)組數(shù)量有限；也包括了“中國(guó)振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)庫(kù)”的數(shù)據(jù)，500～700 MW的巨型機(jī)組主要集中在中國(guó)。而“中國(guó)振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)庫(kù)”，截至2014年9月19日，收集了國(guó)內(nèi)共計(jì)122個(gè)水電站(泵站)、306臺(tái)機(jī)組的振動(dòng)數(shù)據(jù)。其中混流式機(jī)組共計(jì)77個(gè)電站、185臺(tái)機(jī)組；可逆式機(jī)組共計(jì)15個(gè)電站、61臺(tái)機(jī)組；軸流式機(jī)組共計(jì)10個(gè)電站、22臺(tái)機(jī)組；燈泡貫流式機(jī)組共計(jì)9個(gè)電站、15臺(tái)機(jī)組；沖擊式機(jī)組共計(jì)5個(gè)電站、3臺(tái)立式機(jī)組、2臺(tái)臥式機(jī)組2；泵站6個(gè)、共18臺(tái)機(jī)組。

受ISO標(biāo)準(zhǔn)修改起草委員會(huì)的委托，瑞典工作組負(fù)責(zé)對(duì)上面提到的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行“數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析”，先是E版，后又是F版(當(dāng)時(shí)沒有“中國(guó)振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)庫(kù)”的數(shù)據(jù)，而是國(guó)外廠商統(tǒng)計(jì)供貨的中國(guó)機(jī)組的部分?jǐn)?shù)據(jù))，最后是J版，機(jī)組穩(wěn)態(tài)正常運(yùn)行范圍為：混流式，70%～100%額定負(fù)荷；軸流式，50%～100%額定負(fù)荷；貫流式，0～100%額定負(fù)荷。

值得一提的是，最后的J版數(shù)據(jù)庫(kù)雖然包含部分中國(guó)機(jī)組的數(shù)據(jù)，但由于一些填報(bào)數(shù)據(jù)與國(guó)際數(shù)據(jù)有差異不符合要求，比如固定部件振動(dòng)只有位移值um沒有速度均方根值mm/s，部件名稱不是軸承而是其他頂蓋、機(jī)架等無法按照軸承來統(tǒng)一，因而基本沒有被采納。

標(biāo)準(zhǔn)里面規(guī)定的振動(dòng)和擺度限值就是基于瑞典工作組數(shù)理統(tǒng)計(jì)的結(jié)果給出的建議值。由于數(shù)據(jù)庫(kù)本身和統(tǒng)計(jì)方法存在的局限性，包括：一些機(jī)組的數(shù)據(jù)庫(kù)樣本量有限，填報(bào)數(shù)據(jù)僅僅是某個(gè)工況的一個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分類是否合理，有沒有找到關(guān)鍵參數(shù)，比如按照出力大小或軸承間隙大小分段統(tǒng)計(jì)而不是混到一起統(tǒng)計(jì)，歐美中小機(jī)組數(shù)據(jù)多則掩蓋了中國(guó)數(shù)據(jù)少的大型和巨型機(jī)組的特殊性，再加上數(shù)據(jù)庫(kù)本身的問題，比如軸承間隙混亂或沒有數(shù)據(jù)的問題，統(tǒng)計(jì)結(jié)果自然得不到一個(gè)合理的相關(guān)性，從工程實(shí)踐上看明顯不合理。中國(guó)工作組按照“中國(guó)振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)庫(kù)”采用同樣的方法則得出了不同的結(jié)果“混流機(jī)組和軸流轉(zhuǎn)槳機(jī)組擺度國(guó)內(nèi)統(tǒng)計(jì)結(jié)果大于國(guó)外統(tǒng)計(jì)結(jié)果并略大于現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)”。原因是國(guó)內(nèi)大型和巨型機(jī)組多，軸承間隙自然大，統(tǒng)計(jì)結(jié)果就比國(guó)際數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果大?？梢姡瑢?duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行合理分類和分段再做數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析才能夠得出合理的符合邏輯的結(jié)果。

1.4 關(guān)于擺度大小和軸承間隙的問題

“國(guó)際振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)庫(kù)”雖然也列出了軸承間隙的統(tǒng)計(jì)要求，但是填報(bào)的數(shù)據(jù)非?；靵y，既有理論設(shè)計(jì)間隙(dv-design value)，也有測(cè)量間隙(mv-measured value)，還有熱態(tài)間隙(h-hot)和冷態(tài)間隙(c-cold)，很多數(shù)據(jù)無法了解到底是什么數(shù)據(jù)，而且很多電站并沒有填寫任何數(shù)據(jù)或有明顯的錯(cuò)誤；理論上，設(shè)計(jì)間隙一定是熱態(tài)間隙，而測(cè)量間隙一定是機(jī)組安裝時(shí)或停機(jī)以后測(cè)量的冷態(tài)間隙。熱態(tài)間隙是無法測(cè)量的。數(shù)據(jù)庫(kù)大多是mv-測(cè)量間隙值，也有一些dv-設(shè)計(jì)間隙，還有一些熱態(tài)測(cè)量間隙，等等?！爸袊?guó)振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)庫(kù)”則沒有任何軸承間隙的數(shù)據(jù)，全部空白。

因此，據(jù)此進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)分析自然無法找到主軸擺度與軸承間隙之間任何規(guī)律性的東西。

作為機(jī)組導(dǎo)軸承設(shè)計(jì)的間隙選擇通用原則，圖3給出了參考范圍。

圖3 各種導(dǎo)軸承設(shè)計(jì)總間隙和軸領(lǐng)直徑的關(guān)系

圖中冷態(tài)安裝調(diào)整間隙，按照軸領(lǐng)直徑10 μm/(m·℃)膨脹量、溫差10 ℃估算，通常由廠家給定標(biāo)注在圖紙上，安裝期間初步設(shè)定，根據(jù)調(diào)試時(shí)軸承溫度測(cè)量結(jié)果最終決定是否調(diào)整軸承間隙。

從圖中還可以看出，老標(biāo)準(zhǔn)給出的A區(qū)擺度限制值在水輪機(jī)最優(yōu)運(yùn)行工況附件按照轉(zhuǎn)速大小不同大致在130～160 μm之間(約70%×200=140 μm)，B區(qū)則大致在220～280 μm( 約70%×320=224 μm)之間，新標(biāo)準(zhǔn)的A—B區(qū)則為180～220 μm。

因此，這主要是中小機(jī)組、軸領(lǐng)直徑約1.6～2.0 m以下的機(jī)組適用，這即和安裝時(shí)的冷態(tài)間隙有關(guān)，也和實(shí)際軸瓦運(yùn)行溫度有關(guān)。對(duì)于大型和巨型機(jī)組，軸領(lǐng)直徑1.6～2.0 m以上甚至達(dá)到3.5 m，軸承的設(shè)計(jì)間隙特別是冷態(tài)的安裝間隙本身就很大，總間隙0.5～0.7 mm，個(gè)別情況下甚至達(dá)到0.8～1.0 mm，因此擺度值(對(duì)應(yīng)70%～80%雙邊間隙)達(dá)到0.5～0.8 mm經(jīng)常會(huì)遇到，特別是在空載和部分負(fù)荷(45%～70%)工況。

由此可見，ISO標(biāo)準(zhǔn)給出的機(jī)組的擺度限制值對(duì)大型、巨型機(jī)組和采用筒式瓦的機(jī)組偏小。因此，標(biāo)準(zhǔn)的最終版本采納了中方的意見并在振動(dòng)和擺度限值表下面給出了如下說明：“主軸相對(duì)振動(dòng)限值不適用于筒式瓦軸承(總間隙大于0.8 mm)和軸領(lǐng)直徑大于2.0 m的大型機(jī)組，因?yàn)楝F(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)缺乏足夠的數(shù)據(jù)”。

另外，擺度大小是否合理還和軸承溫度和機(jī)組軸線安裝姿態(tài)有關(guān)。如果擺度大、軸承溫度也高，可能是油循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題和或冷卻器容量不夠，需要分析原因和調(diào)整。很多情況下，擺度雖然較大，但是溫度較低，說明軸承間隙偏大，可以調(diào)整，但由于種種原因沒有調(diào)整則較大的擺度值不應(yīng)成為影響安全運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵要素，擺度檢測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警跳機(jī)整定值就需要重新考慮，避免帶來不必要的頻繁報(bào)警和跳機(jī)故障。

2 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)[5]

國(guó)內(nèi)關(guān)于機(jī)組振動(dòng)和擺度的標(biāo)準(zhǔn)分為兩大類。一類是翻譯后等同采用ISO的標(biāo)準(zhǔn)，包括①GB/T 11348.5—2008《旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸徑向振動(dòng)的測(cè)量和評(píng)定 第5部分：水力發(fā)電廠和泵站機(jī)組》；②GB/T 6075.5—2002《在非旋轉(zhuǎn)部件上測(cè)量和評(píng)價(jià)機(jī)器的機(jī)械振動(dòng) 第5部分：水力發(fā)電廠和泵站機(jī)組》；③GB/T 32584—2016《水力發(fā)電廠和蓄能泵站機(jī)組機(jī)械振動(dòng)的評(píng)定》，但該標(biāo)準(zhǔn)主要參照前期正在討論中的ISO 20816—5:2016并結(jié)合國(guó)內(nèi)機(jī)組安裝標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)情況后成文的。該標(biāo)準(zhǔn)急需盡快修訂，以便與ISO 20816—5:2016保持基本一致以及完善其他方面的問題。

第二類標(biāo)準(zhǔn)則是國(guó)內(nèi)相關(guān)單位編制的標(biāo)準(zhǔn)，包括：①GB/T 8564—2003《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》；②GB/T15468—2006《水輪機(jī)基本技術(shù)條件》；③GB/T22581—2008《混流式水泵水輪機(jī)基本技術(shù)條件》；④GB/T7894—2009《水輪發(fā)電機(jī)基本技術(shù)條件》；⑤GB/T7894—2009《水輪發(fā)電機(jī)基本技術(shù)條件》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)第1號(hào)修改單XG1—2015；⑥GB/T 18482—2010《可逆式抽水蓄能機(jī)組啟動(dòng)試運(yùn)行規(guī)程》；⑦DL/T 507—2014 《水輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)試驗(yàn)規(guī)程》；⑧GB/T 17189—2007《水力機(jī)械(水輪機(jī)、蓄能泵和水泵水輪機(jī))振動(dòng)和脈動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》，等。

這些標(biāo)準(zhǔn)均源于GB/T 8564—2003《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的振擺要求。新近修訂出版的DL/T 507—2014標(biāo)準(zhǔn)在“表1水輪發(fā)電機(jī)組各部位振動(dòng)允許值(雙振幅)”中則給出了固定部件的振動(dòng)限值，并在括號(hào)內(nèi)特意指出了是通頻值還是轉(zhuǎn)頻值，相對(duì)于之前的其他標(biāo)準(zhǔn)，振動(dòng)限值略微進(jìn)行了修改。

這些標(biāo)準(zhǔn)主要是根據(jù)已建電站的工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)歸納的實(shí)用性標(biāo)準(zhǔn)，30多年來對(duì)我國(guó)的水電建設(shè)起到了非常重要的技術(shù)規(guī)范作用。

關(guān)于擺度，《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》的9.5.7中“表13機(jī)組軸線的允許擺度值(雙振幅)”給出了機(jī)組在安裝盤車時(shí)的擺度值，并在注4特別注明了“以上均指機(jī)組盤車擺度，并非運(yùn)行擺度”。

機(jī)組在運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)和擺度又是如何規(guī)定的呢？GB/T 8564—2003在第15章“水輪發(fā)電機(jī)組試運(yùn)行”的15.3“機(jī)組空載試運(yùn)行”里面的15.3.1里面給出了以下規(guī)定：“d)測(cè)量機(jī)組擺度(雙振幅)，其值應(yīng)不大于75%的軸承總間隙?！?；“e)測(cè)量機(jī)組振動(dòng)，其值不應(yīng)超過表41的規(guī)定，如果機(jī)組的振動(dòng)超過表41的規(guī)定，應(yīng)進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)?！憋@然，這里的文字說明規(guī)定的是“機(jī)組空載試運(yùn)行”時(shí)的振動(dòng)和擺度標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于擺度，這里的75%軸承總間隙，原則上是正確的。但是，實(shí)際上軸承的間隙是和軸承溫度(包括軸系安裝質(zhì)量、軸承冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)和冷卻器容量)密切相關(guān)的。機(jī)組安裝有記錄的安裝冷態(tài)總間隙，空載調(diào)試時(shí)，軸承溫度較低，間隙較大，大軸擺度就大；當(dāng)溫度升高穩(wěn)定以后，間隙變小，接近設(shè)計(jì)熱態(tài)間隙，取決于軸承的溫度和擺度大小，間隙可能需要再調(diào)整，最終運(yùn)行時(shí)的熱態(tài)間隙具體數(shù)值是多少則又無法測(cè)量，可按熱態(tài)設(shè)計(jì)間隙附近粗略估算。通常，75%的軸承總間隙理解為冷態(tài)安裝總間隙，也即標(biāo)準(zhǔn)給出的擺度值是機(jī)組調(diào)試期間空載運(yùn)行的最大值。有些情況下，機(jī)組調(diào)試時(shí)由于瓦溫高，軸瓦間隙調(diào)整就大，造成擺度大。

對(duì)于振動(dòng)，表41最后一行“注：”里面又提到了“振動(dòng)值系指機(jī)組在除過速運(yùn)行以外的各種穩(wěn)定運(yùn)行工況下的雙振幅值”，可以理解為正常穩(wěn)定運(yùn)行(含空載)及在50%～100%負(fù)荷下的限制值。但機(jī)組全工況實(shí)測(cè)的振擺特性顯示，這些限值有些不適用于空載運(yùn)行工況和低負(fù)荷運(yùn)行工況。用于滿負(fù)荷附近基本上沒有問題。

與最新的ISO 20816-5:2016相比，國(guó)內(nèi)這些標(biāo)準(zhǔn)均沒有固定部件振動(dòng)的速度量均方根限值，“中國(guó)的振動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)”沒有速度量，與國(guó)際不接軌，無法與“國(guó)際振動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)”進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，因此，很遺憾未被采納。國(guó)內(nèi)這些標(biāo)準(zhǔn)都是按照額定轉(zhuǎn)速大小分檔給出的固定部件的振動(dòng)限值，還有垂直振動(dòng)限制和定子機(jī)座水平和垂直振動(dòng)限制，而國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)則不再按照轉(zhuǎn)速分檔，也沒有這些垂直振動(dòng)和定子振動(dòng)的限值。

GB/T 15468—2006《水輪機(jī)基本技術(shù)條件》和GB/T 22581—2008《混流式水泵水輪機(jī)基本技術(shù)條件》在5.5.3另外給出了擺度值按照ISO標(biāo)準(zhǔn)“B區(qū)上限線，且不超過軸承間隙的75%”。如前所述，如果機(jī)組在穩(wěn)態(tài)正常運(yùn)行工況，則這里便是熱態(tài)總間隙，取決于軸承的溫度，具體數(shù)值是多少則無法測(cè)量；如果采用冷態(tài)總間隙，則數(shù)值非常大，實(shí)際上就是按照B區(qū)上限線(大致就是熱態(tài)設(shè)計(jì)間隙的75%)，而該值在原標(biāo)準(zhǔn)里面是指70%～100%負(fù)荷的數(shù)值，不含45%(混流式)～50%(水泵水輪機(jī))～70%區(qū)間，也不包括空載運(yùn)行工況。

GB/T 17189—2007《水力機(jī)械(水輪機(jī)、蓄能泵和水泵水輪機(jī))振動(dòng)和脈動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》以及2016年的修訂討論稿規(guī)定了現(xiàn)場(chǎng)的各種試驗(yàn)工況，既有穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況也有空載工況和暫態(tài)過渡過程工況(如起動(dòng)、停機(jī)、增減負(fù)荷、工況轉(zhuǎn)換、過速、在水輪機(jī)運(yùn)行工況下甩負(fù)荷、在水泵運(yùn)行工況下突然斷電等)；然而現(xiàn)有的ISO振動(dòng)和擺度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值則實(shí)際上是(70%～100%負(fù)荷)穩(wěn)態(tài)工況的，沒有空載、部分負(fù)荷和過渡過程工況。ISO和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)還存在工況范圍等定義不一致、振擺限值有較大差異的問題。這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)振擺測(cè)試結(jié)果出來以后如何評(píng)判是個(gè)需要研究的問題。一些穩(wěn)定性試驗(yàn)報(bào)告則誤將標(biāo)準(zhǔn)給出的在特定穩(wěn)態(tài)工況范圍內(nèi)的振擺限值應(yīng)用到了機(jī)組的全工況，不合理地給出了所謂的“振動(dòng)運(yùn)行區(qū)”、“臨界運(yùn)行區(qū)”和“穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)”，擴(kuò)大了振動(dòng)區(qū)的范圍，不必要地人為限制了機(jī)組的運(yùn)行區(qū)域。

3 結(jié)論和建議

概括起來講，新標(biāo)準(zhǔn)ISO20816—5:2016的適用范圍為：①混流式和水泵水輪機(jī)組滿負(fù)荷附近穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況，大致70%～100%額定出力；②軸流式機(jī)組50%～100%額定出力穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況；③200～300 MW以下機(jī)組，軸領(lǐng)直徑小于約2.0 m；④固定部件振動(dòng)僅指水輪機(jī)頂蓋、發(fā)電機(jī)上下機(jī)架軸承座的水平振動(dòng)，并且只有速度量沒有位移量，對(duì)高水頭水泵水輪機(jī)頂蓋的2或3倍葉片過流頻率引起的高頻分量需要過濾處理[5- 6]。

不適用范圍或僅供參考的情況：①混流式(水泵水輪機(jī))機(jī)組的部分負(fù)荷工況45%(50%)～70%出力；②空載工況和小于45%出力超低負(fù)荷工況；③軸領(lǐng)直徑大于約2.0 m的大型和巨型機(jī)組，大致500～800 MW；④固定部件水輪機(jī)頂蓋、發(fā)電機(jī)上下機(jī)架軸承座的垂直振動(dòng)；⑤定子機(jī)座的水平和垂直振動(dòng)；⑥水泵水輪機(jī)的抽水工況和調(diào)相工況；⑦暫態(tài)運(yùn)行工況如啟動(dòng)、過速和飛逸、水泵水輪機(jī)的工況轉(zhuǎn)換等。

由此可見，新的ISO20816—5:2016在實(shí)際工程應(yīng)用上還有很大的局限性，無法很好地用于機(jī)組實(shí)際運(yùn)行需要的全工況的振動(dòng)評(píng)定和保護(hù)設(shè)定，特別是對(duì)于國(guó)內(nèi)大型和巨型機(jī)組以及大容量和高轉(zhuǎn)速的抽水蓄能機(jī)組。

國(guó)內(nèi)的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)屬于根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)得出的實(shí)用性的標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)存在一些差異，其適用范圍(如空載和部分負(fù)荷工況)還需要進(jìn)一步收集數(shù)據(jù)、分析和驗(yàn)證。在工程應(yīng)用上不宜不分適用范圍而將不同的標(biāo)準(zhǔn)體系混合在一起使用并采用最高要求。

現(xiàn)階段評(píng)定振動(dòng)和擺度大小時(shí)宜以現(xiàn)有的ISO和GB/T標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)值(混流式機(jī)組適用于70%～100%負(fù)荷范圍)、國(guó)內(nèi)的機(jī)組安裝標(biāo)準(zhǔn)GB/T和機(jī)組調(diào)試試運(yùn)行規(guī)程為基礎(chǔ)，結(jié)合機(jī)組調(diào)試實(shí)測(cè)的全工況振動(dòng)特性并參考類似機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)經(jīng)專業(yè)的綜合分析后給出，建議如下：

(1)特殊工況。包括開機(jī)、空載運(yùn)行、發(fā)電工況混流式45%(水泵水輪機(jī)50%)以下負(fù)荷和工況轉(zhuǎn)換過程；以實(shí)測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ)，適當(dāng)考慮一定的裕量。

(2)部分負(fù)荷工況。按照混流式45%(水泵水輪機(jī)50%)～70%負(fù)荷考慮。以A—B區(qū)上限線為基礎(chǔ)，適當(dāng)考慮一定的裕量。

(3)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況。按照70%～100%負(fù)荷考慮(包括滿負(fù)荷抽水工況)。這也是ISO標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)以及行標(biāo)實(shí)際適用的范圍。以A—B區(qū)上限線為基礎(chǔ)，適當(dāng)考慮一定的裕量。

一般情況下，大部分機(jī)組也可以小于原A區(qū)上限線和國(guó)內(nèi)的機(jī)組安裝標(biāo)準(zhǔn)GB/T和機(jī)組調(diào)試試運(yùn)行規(guī)程規(guī)定的限值。報(bào)警和跳機(jī)保護(hù)整定值可以按照上述結(jié)果，按照比如1.25和1.6倍設(shè)置；根據(jù)機(jī)組的中長(zhǎng)期運(yùn)行狀況和檢修后的狀況還可以調(diào)整。

[1] ISO 7919-5—1997 Mechanical vibration-Evaluation of machine vibration by measurements on rotating shafts-Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants[S]．

[2] ISO 10816-5—2000 Mechanical vibration-Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts—Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants[S]．

[3] ISO 7919-5—2005 Mechanical vibration-Evaluation of machine vibration by measurements on rotating shafts-Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants[S]．

[4] ISO-IEC 20816-5 Mechanical vibration-Measurement and evaluation of machine vibration-Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants[S]．

[5] 王憲平，趙江. 可逆式抽水蓄能機(jī)組振動(dòng)測(cè)量、 評(píng)估和保護(hù)設(shè)定研究[J]. 水電與抽水蓄能， 2017， 3(3): 6- 16．

[6] 魏炳漳. 廣蓄二期工程抽水蓄能機(jī)組的振動(dòng)評(píng)估[J]. 水力發(fā)電， 2001(11): 48- 49．

AnalysisofInternationalandChineseStandardsonMechanicalVibrationsofHydropowerUnitsandRecommendationofApplication

WANG Xianping

(Voith Hydro Power Generation Shanghai, Ltd., Shanghai 200240, China)

ISO 7919-5 (relative shaft vibration) and ISO 10816-5 (stationary part vibration) have been applied worldwide for many years. In recent years, ISO and IEC are working jointly to integrate ISO 7919-5 and ISO 10816-5 into a new standard called ISO 20816-5: 2016 which will replace them after then. Meanwhile, some Chinese standards have also stipulated the vibration limits. This paper will present their background and scope of applications, discrepancies and limitations of application. Recommendations are made for project application and for the next revisions of the standards．

vibration; international and Chinese standards; tests of operational stability; evaluation of vibration; hydropower unit

TK734

A

0559- 9342(2017)09- 0065- 05

2017- 06- 27

王憲平(1963—)，男，河北邯鄲人，副總裁，總工程師，主要從事水電站動(dòng)力設(shè)備和機(jī)組設(shè)計(jì)、制造，技術(shù)管理工作．

(責(zé)任編輯高 瑜)