泵的振動測量與評價方法

　　本標準等效采用國際標準ISO 2372-1974《評價機器振動的基礎》。
1　主題內容與適用范圍
　　本標準規定了對泵進行機械表面振動測量與評價方法。
　　本標準適用于除潛液泵、往復泵以外的各種型式泵和泵用調速液力偶合器，轉速范圍為600～12000r/min。

2　引用標準
　　GB 2298　　機械振動、沖擊名詞術語
　　GB 6075　　制訂機器振動標準的基礎

3　術語
3.1　位移幅值、速度幅值、加速度幅值
　　以上三項幅值運用簡諧振動的運動議程定義如下：
　　　s=^scos(ωt+ψ_s)　　　　　　　　(1)
　　　v=^vcos(ωt+ψ_v)　　　　　　　 (2)
　　　a=âcos(ωt+ψ_a)　　　　　　　　 (3)
式中：^s——位移幅值，mm；
　　　^v——速度幅值，mm/s；
　　　â——加速度幅值，mm/s²；
　　　s——位移瞬時值，mm；
　　　v——速度瞬時值，mm/s；
　　　â——加速度瞬時值，mm/s²；
　　　ω——角速度，rad/s；
　　　t——時間，s；
　　　ψ_s、ψ_v、ψ_a——初始相角，rad。
3.2　振動烈度
　　規定振動速度的均方根值（有效值）為表征振動烈度的參數。泵的振動不是單一的簡諧振動，而是由一些不同頻率的簡諧振動復合而成的周期振動或準周期振動，設它的周期是T，振動速度的時間域函數為：
　　　　　　v=v(t) 　　　　　　(4)
　　則它的振動速度的均方根值用下式計算：
　　　　　　　　　　(5)
　　設泵的振動由幾個不同頻率的簡諧振動所合成。由頻譜分析可知，加速度、速度或位移幅值（â、^v、^s，j=1,2,……n）是角速度ω_j的函數。根據加速度幅值â、位移幅值^s或速度幅值^v，可由下式計算出振動速度的均方根值：
　　　　　　　　(6)

4　測量振動烈度的一般準則
4.1　測量儀器
　　應當正確選用振動烈度測量儀器來指示和記錄被測泵的振動。在進行振動測量之前應細心地檢查，保證測量儀器在主要的環境條件下（例如溫度、磁場、表面粗糙度等）、在所要求的頻率范圍和速度范圍之內能精確地工作，應當知道在整個測量范圍之內儀器的響應和精度。
　　所用的振動烈度測量儀應經過計量部門檢定認可，在使用前對整個測量系統進行校準，保證其精度符合要求。對測量用傳感器應當細心地、合理地進行安裝，并保證它不會明顯地影響泵的振動特性。
4.2　泵的安裝與固定
　　機器的固定對所測得的機器振動值有很大的影響。對于泵不應在軟安裝或固定在軟安裝底板上測振動，應安裝在固定的結構基礎上測量。在這種情況下，必須注意只有基礎（包括安裝用導軌、土壤或混凝土）具有類似的動力學特性，才能對同類泵的振動烈度作正確地比較。如果這些條件不滿足，只能對某種特定情況測定其振動烈度，此時，應汪明基礎和固定方法，作為比較振動烈度時參考。
　　泵在試驗室作性能試驗時，要同時進行振動測量和評價。此時對泵的基礎固定要嚴格要求。泵在試驗時屬臨時安裝，當安裝質量不如它在工作現場時，允許以在工作現場測得的振動烈度為準。
4.3　泵的運行工況
　　在測量離心泵、混流泵、軸流泵等葉片泵的振動時，應在規定轉速（允許偏差±5%）以及允許用到的小流量、規定流量、大流量三個工況點上進行測量。對于降低轉速試驗的振動測量，不能作為評價的依據。
　　對齒輪泵、滑片泵、螺桿泵等容積泵（往復泵除外）應在規定轉速（允許偏差±5%）、規定工作壓力的條件下進行測量。
　　對液力偶合器應分別在負載、空載以及在調速范圍內均勻地取10個轉速點進行測量。這十個點通常是最大轉速的100%、90%、……10%（由于空載調速范圍限制，能夠測到的轉速點允許不足10個。在負載試驗時，對應最高轉速時應達到額定負載）。
4.4　測點與測量方向
　　每臺泵至少存在一處或幾處關鍵部位，為了了解泵的振動，我們把這些部位選為測點，這些測點應選在振動能量向彈性基礎或系統其他部件進行傳遞的地方，泵通常選在軸承座、底座和出口法蘭處。把軸承座處和靠近軸承處的測點稱為主要測點；把底座和出口法蘭處的測點稱為輔助測點。
　　立式泵主要測點（標號是“1”）是具體位置應通過試測確定，即在測點的水平圓周上試測，將測得的振動值最大處定為測點（圖8除外）。
　　每個測點都要在三個互相垂直的方向（水平、垂直、軸向）進行振動測量。
　　典型泵測點位置的選擇如圖1～10所示。對未涉及到的類型可參照這10個圖例確定其測點位置。
　　圖1為單級或兩級懸臂泵，主要測點選有懸架（或托架）軸承座部位，標號是“1、2”。輔助測點是標號“3”的泵腳處（對沒有泵腳的選在底座處）。
　　圖2為雙吸離心泵（包括各種單級、兩級兩端支承式離心泵），主要測點選在兩端軸承座處，標號是“1、2”。輔助測點在靠近聯軸器側面的底座處，標號是“3”。
　　圖3為多級離心泵，兩個主要測點在兩端軸承座上，標號是“1、2”，輔助測點在靠近聯軸器側面泵腳上，標號是“3”，沒有泵腳的泵，輔助測點在底座上。
　　圖4為齒輪泵、滑片泵、臥式螺桿泵，主要測點標號是“1、2”，輔助測點標號是“3”。
　　圖5為液力偶合器，主要測點選在輸入和輸出軸承座上，標號“1、2”，輔助測點選在底座處，標號是“3”。
　　圖6為立式離心泵，分為以下三種：
　　a.立式多級泵，主要測點選在泵與支架聯接處，標號是“1”，輔助測點在出口法蘭處和地腳處，標號是“2、3”；
　　b.立式船用離心泵，主要測點選在泵與支架聯接處，標號是“1”，輔助測點在出口法蘭處和支承地腳處，標號是“2、3”；
　　c.立式離心吊泵，主要測點標號是“1”，輔助測點標號是“2、3”。
　　圖7為立式混流泵、立式軸流泵，分為以下三種：
　　a.單層基礎，主要測點選在泵座與電機聯接處，標號是“1”，輔助測點標號是“2、3”；
　　b.雙層基礎，主要測點選在泵座最高處，標號是“1”，輔助測點標號是“2、3”；
　　c.泵座與電動機間有聯接支架，主要測點選在支架與泵座聯接處，標號是“1”，輔助測點標號是“2、3”。
　　圖8為立式雙吸泵，主要測點選在兩端軸承座處，標號是“1、2”，輔助測點標號是“2、3”；
　　圖9為長軸深井泵，主要測點在泵座上，標號是“1”，輔助測點在出口法蘭處及泵座地腳步處，標號是“2、3”。
　　圖10為立式螺桿泵，主要測點標號是“1”，輔助測點標號是“2、3”。
　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖1
　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖2
　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖3
　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖4
　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖5
　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖6
　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖7
　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　圖8　　　　　　　　圖9　　　　　　　圖10
4.5　泵的振動烈度
　　比較主要測點，在三個方向（水平X、垂直Y、軸向Z）、三個工況（允許用到的小流量、規定流量、大流量）上測得的振動速度有效值，其中最大的一個定為泵的振動烈度。
　　輔助測點的振動值不能作為評價的依據。輔助測點的振動大于或接近主要測點的振動值時，只能說明泵的固定或裝配有問題。

5　泵的振動評價
5.1　評價振動烈度的尺度
　　在10～1000Hz的頻段內速度均方根值相同的振動被認為具有相同的振動烈度。表1相鄰兩檔之比為1:1.6，即相差4dB，4dB之差代表大多數機器振動響應的振動速度有意義的變化。
　　用泵的振動烈度（見本標準4.5條）查表1振動烈度級范圍(10～1000Hz)，確定泵的烈度級。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1

5.2　泵的分類
　　為了評價泵的振動級別，按泵的中心高和轉速把泵分四類，見表2。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表2

　　臥式泵的中心高規定為由泵的軸線到泵的底座上平面間的距離h,mm。
　　立式泵本來沒有中心高，為了評價它的振動級別，取一個相當尺寸當做立式泵的中心高；即把立式泵的出口法蘭密封面到泵軸線間的投影距離，如圖6～10所示h(mm)，規定為它的相當中心高。
5.3　評價泵的振動級別
　　泵的振動級別分為A、B、C、D四級，D級為不合格。
　　泵的振動評價方法是首先按泵的中心高和轉速查表2確定泵的類別，再根據泵的振動烈軍屬度級查表3，就可以得到評價泵的振動級別。
　　雜質泵的主動評價方法，如按表2在第一類的泵，用表3第二類評價它的振動級別，依此類推。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表3

6　記錄內容與格式
6.1　記錄內容
　　a.泵的型號、性能參數、制造廠、出廠編號；
　　b.測量場所、泵的安裝與固定條件；
　　c.使用儀器名稱、型號、規格、規定單位、規定日期；
　　d.測點位置示意圖，或標明按GB 10889中的圖×布置的測點；
　　e.不同測點、不同測量方向上的振動速度的均方根值；
　　f.按GB 10889第×類評價為A（或B、C、D）級振動。
6.2　振動測試報告的格式
　　　　　　　　　　　　　　　　　　泵的振動測試報告
　　產品型號______________制造廠____________________出廠編號_______________
　　測量場所______________測量者____________________測量日期_______________
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　泵的振動測量記錄

　　　　　　　　　　　　　　　　　　評價泵的振動級別

　　　　　　　　　　　　　　　　　　測量中使用的儀器

　　　　　　　　　　　　　　　　　　測點位置示意圖
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（略）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　附　錄　A
　　　　　　　　　　　由振動速度的均方根值及主頻率計算位移幅值
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（參考件）
A1　在許多標準中通常用速度均方根值作為振動的表征量，然而在某些情況下，知道所測得的振動頻譜中主頻率的位移幅值是很重要的。另外，在一些老標準中還用位移幅值作為振動的表征量，因此，需要把振動速度的均方根值換算成位移幅值。
　　只有單頻率的正弦波才能從振動速度的均方根值轉換為振動位移幅值。當已知該頻率的振動速度時，可用下式計算位移幅值：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(A1)
式中：^sf——位移幅值（單峰值）；
　　　vf——主頻率為f的振動速度的均方根值；
　　　ωf——角頻率，ωf=2πf。
　　應注意位移幅值與位移均方根值的區別。在近代的測量儀表上，不但可以測出速度均方根值，而且可以同樣測出位移均方根值、加速度均方根值。
　　實例：
　　某一泵的振動烈度（速度均方根值）為3.0mm/s，即在10～1000Hz的頻段內泵的最大振動速度均方根值不超過3.0mm/s，頻譜分析說明其主頻率為25Hz，用式(A1)計算其位移幅值為：
　　^sf=0.225·3.0/25=0.027(mm)
　　圖A1中繪出了上述關系的圖線，即速度均方根值v_rms與位移幅值^s換算圖。
　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖A1

附加說明：
　　本標準由沈陽水泵研究所歸口并負責起草。
　　本標準主要起草人王景會。