VDI 3839 Blatt 4-2010 Instructions on measuring and interpreting the vibrations of machines - Typical vibration patterns with fans and blowers for gases.pdf

1、 ICS 17.160 VDI-RICHTLINIEN Juni 2010June 2010VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Hinweise zur Messung und Interpretation der Schwingungen von Maschinen Typische Schwingungsbilder bei Ventilatoren und Geblsen fr Gase Instructions on measuring and interpreting the vibration of machines Typical vibration patt

2、erns with fans and blowers for gases VDI 3839 Blatt 4 / Part 4 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation.

3、 VDI-Gesellschaft Produkt- und Prozessgestaltung (GPP) Fachbereich Schwingungstechnik VDI-Handbuch Schwingungstechnik Frhere Ausgabe: 12.08Entwurf, deutsch Former edition: 12/08 Draft, inGerman only Vervielfltigung auch fr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use

4、 not permittedZu beziehen durch / Available atBeuthVerlagGmbH, 10772 BerlinAlleRechtevorbehalten/ All rights reserved VereinDeutscherIngenieuree.V., Dsseldorf 2010 Inhalt Seite Contents Page Preliminary note .2 Vorbemerkung . 2 Introduction 2 Einleitung. 2 1 Anwendungsbereich. 4 1 Scope .4 2 Normati

5、ve Verweise 4 2 Normative references4 3 Technical characteristics and classification of fans and blowers.5 3 Technische Kenndaten und Einteilung von Ventilatoren und Geblse. 5 3.1 Allgemeines . 5 3.1 General comments5 3.2 Bauformen, Antriebsarten und Regelung von Ventilatoren 6 3.2 Models, drive typ

6、es and control of fans.6 3.3 Bauformen und Antriebsarten von Geblsen. 8 3.3 Blower models and drive types 8 4 bersichten ber Schwingungsanregungen bei Ventilatoren und Geblsen 9 4 Overview of vibration excitations in fans and blowers .9 5 Mechanical vibration excitations and their manifestations 9 5

7、 Mechanische Schwingungsanregungen und ihre Erscheinungsbilder . 9 5.1 Unwucht als Anregung. 9 5.1 Imbalance as excitation 9 5.2 Besonderheiten von Unwuchten bei speziellen Bauformen. 11 5.2 Special features of imbalances with special designs11 5.3 Anregungen durch Ausrichtfehler oder Kupplungsfehle

8、r. 16 5.3 Excitations due to alignment errors or coupling faults16 5.4 Anregungen aus Wlzlagerschden hufigste Formen und ihr Erkennen. 20 5.4 Excitations from roller bearing damage commonest forms and their identification 20 6 Aeromechanisch erregte Schwingungen 21 6 Aeromechanically excited vibrati

9、ons21 6.1 Eigenschaften aeromechanisch erregter Schwingungen 21 6.1 Characteristics of aeromechanically excited vibrations .21 6.2 Schaufel-Passierfrequenz. 22 6.2 Blade passing frequency.22 6.3 Instabiler Betrieb im Pumpgebiet. 23 6.3 Unstable operation and pumping23 6.4 Strmungsabriss an Vorleitsc

10、haufeln. 24 6.4 Stall at inlet guide vanes.24 6.5 Parallelbetrieb Schwingungsprobleme an Maschinen in Anlagen. 24 6.5 Parallel operation vibration problems in machines in installations.24 6.6 Schaufelverstellungen 25 6.6 Blade adjustments 25 6.7 Rotating Stall an groen Axialventilatoren 26 6.7 Rotat

11、ing stall in large axial fans 26 6.8 Pulsationen durch Luftsulenschwingungen im Kanal 26 6.8 Pulsation due to air column vibrations in the ducting.26B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 2 VDI 3839 Blatt 4 / Part 4 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.

12、V., Dsseldorf 2010 Seite 7 Schwingungsanregungen aus dem Antrieb .27 7.1 Elektromagnetische Anregungen . 27 7.2 Mechanische Schwingungen bei Drehzahlregelung. 28 8 Schwingungsanregungen aus der Umgebung . 30 9 Typische Arten von Eigenschwingungen.31 9.1 Gesamtmaschine 31 9.2 Schaufelschwingungen. 31

13、 9.3 Schwingungen von Flchen und Rohrleitungen. 32 9.4 Rotorschwingungen . 33 9.5 Rahmenschwingungen . 34 9.6 Lagerbockschwingungen . 36 9.7 Schwingungen von Riemenantrieben. 36 10 Empfehlungen fr die Schwingungsmessung. 37 10.1 Allgemeines . 37 10.2 Mess- und Betriebsbedingungen 37 10.3 Mess- und K

14、enngren 39 10.4 Messeinrichtungen und Streinflsse. 40 10.5 Beurteilungskriterien und Grenzwerte . 41 10.6 Prinzipielles zur Ursachenerkennung und Diagnose . 42 11 Schwingungsberwachung .44 Schrifttum 45 Page 7 Vibration excitation from the drive 27 7.1 Electromagnetic excitation.27 7.2 Mechanical vi

15、brations with speed regulation28 8 Vibration excitations from the environment.30 9 Typical kinds of natural vibration 31 9.1 Entire machine31 9.2 Blade vibrations31 9.3 Vibrations from surfaces and pipes.32 9.4 Rotor vibrations33 9.5 Frame vibrations.34 9.6 Bearing block vibrations 36 9.7 Vibrations

16、 from belt drives.36 10 Recommendations for vibration measurement.37 10.1 General comments37 10.2 Measuring and operating conditions 37 10.3 Measured and characteristic quantities.39 10.4 Measuring equipment devices and disturbing influences 40 10.5 Evaluation criteria and limit values41 10.6 Basic

17、information about cause identification and diagnosis42 11 Vibration monitoring.44 Bibliography.45 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unterBeachtung der Vorgaben und Empfehlungen derRichtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronisch

18、en Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung derLizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), diein den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich

19、 an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (

20、photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to ex

21、press our gratitude to all honorary contributors to this guideline. Einleitung Richtlinien der Reihe VDI 3839 beschreiben Ver-fahren und Einrichtungen zur Messung derSchwingungen von Maschinen. Sie erlutern diewesentlichen Kriterien zur Bewertung der Messer-gebnisse und nennen die magebenden Beurtei

22、-lungsrichtlinien oder -normen. Weiterhin werdenAnleitungen zur Analyse und Deutung gemessenerSchwingungen gegeben, um bei Beanstandungen,Introduction The guidelines of the VDI 3839 guideline series describe the procedures and apparatus used for measuring machine vibrations. They explain the main cr

23、iteria applicable in evaluating measurement results and specify the relevant evaluation guide-lines or standards. Furthermore, instructions are given regarding the analysis and interpretation of measured vibrations with a view to ascertaining B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - St

24、and 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 VDI 3839 Blatt 4 / Part 4 3 Strungen oder Schden Hinweise auf deren Ursa-chen zu erhalten und Abhilfemanahmen einleitenzu knnen. Hierzu sind in Blatt 2 bis Blatt 8 der Richtlinienreihe Beispiele fr typische Schwin-gungsu

25、rsachen und die sich ergebenden Schwin-gungsbilder aufgenommen worden. Richtlinien der Reihe VDI 3839 sollen kein Fach-buch der Schwingungslehre ersetzen. Sie sindvorwiegend gedacht als Leitfaden fr Ingenieureund Techniker in Entwicklungs-, Prf- oder Be-triebsabteilungen, die keine gezielte Ausbildu

26、ngauf dem Gebiet der Messung und Interpretationvon Schwingungen besitzen. Sie sollen auch deneneinen berblick verschaffen, die nur gelegentlichmit schwingungstechnischen Problemen befasstsind, beispielsweise bei Str- oder Schadensfllen.Nicht zuletzt sollen dem Leser dieser RichtlinienHinweise gegebe

27、n werden, wann es notwendigwird, Experten einzuschalten, die spezielles Fach-wissen ber Konstruktion, Arbeitsverfahren unddie schwingungstechnischen Probleme bestimmterMaschinentypen besitzen. Die Richtlinienreihe VDI 3839 besteht aus mehre-ren Blttern. Mit der Unterteilung in eine Reihevon Einzelbl

28、ttern unter der gleichen Kennnummerwird dem Nutzer die Mglichkeit geboten, nur diefr seine Branche oder sein Fachgebiet wichtigenBltter anzuschaffen. Weiterhin ist es ohne Auf-wand mglich, die Reihe um weitere Maschinenar-ten oder Einsatzbereiche zu erweitern, wenn hier-fr ausreichend Kenntnisse und

29、 Erfahrungen vor-liegen. Blatt 1 Allgemeine Grundlagen Blatt 2 Schwingungsbilder fr Anregungen ausUnwuchten, Montagefehlern, Lagerungs-strungen und Schden an rotierendenBauteilen Blatt 3 Typische Schwingungsbilder bei Dampf-turbinen, Gasturbinen und Turboverdich-tern (in Vorbereitung) Blatt 4 Typisc

30、he Schwingungsbilder bei Ventila-toren und Geblsen fr Gase Blatt 5 Typische Schwingungsbilder bei elektri-schen Maschinen Blatt 6 Typische Schwingungsbilder bei Maschi-nenstzen in hydraulischen Kraftwerken Blatt 7 Typische Schwingungsbilder bei Kreisel-pumpen (in Vorbereitung) Blatt 8 Typische Schwi

31、ngungsbilder bei Kolben-maschinen Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieserRichtlinienreihe ist im Internet abrufbar unterwww.vdi.de/3839. their causes in the event of complaints, faults or damage and enabling remedial measures to be initiated. To this end, examples of typical causes of vibrat

32、ion and the associated vibration patterns are given in VDI 3839 Part 2 to Part 8. The VDI 3839 guideline series is not intended to replace specialist works on vibration theory. It is predominantly intended to be used as a guide for engineers and technicians in development, testing or engineering dep

33、artments who are not specifi-cally qualified or trained in the field of vibration measurement and interpretation. The guidelines should also provide an overview for people who only occasionally have to deal with vibration-related problems for example, when damage or malfunctioning occurs. Last but n

34、ot least, the reader of these guidelines should find information on when it is advisable to call in experts who can apply their specialised knowledge of the design, working principles and vibration-related problems of certain machine types. The VDI 3839 guideline series consists of several parts. Th

35、is subdivision into a series of separate parts with the same code number will allow the user to select just those parts which are of impor-tance to his particular industry or specialist field. This approach also makes it simpler for us to add additional machine types or areas of application to the s

36、eries once sufficient knowledge and experi-ence has been accumulated. Part 1 General principles Part 2 Vibration patterns for excitation arising from unbalance, incorrect assembly, bear-ing faults and damage to rotating compo-nents Part 3 Typical vibration patterns with steam tur-bines, gas turbines

37、 and turbo-compressors (in preparation) Part 4 Typical vibration patterns with fans and blowers for gases Part 5 Typical vibration patterns with electrical machines Part 6 Typical vibration patterns with machine sets in hydraulic power stations Part 7 Typical vibration patterns with centrifugal pump

38、s (in preparation) Part 8 Typical vibration patterns with reciprocat-ing machines A catalogue of all available parts of this guideline series can be accessed on the internet at www.vdi.de/3839. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 4 VDI 3839 Blatt 4 / Part 4 Alle Rech

39、te vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 1 Anwendungsbereich Die vorliegende Richtlinie gibt eine bersicht ber die spezifischen Schwingungsprobleme an Venti-latoren und Geblsen fr Gase, die in Anlagen undGerten eingesetzt werden. Diese knnen Antriebs-leistungen im Kilowatt- bi

40、s Megawatt-Bereich undmehr als 100 mm Laufrad-Auendurchmesser ha-ben. Allgemeine Informationen zur Messung undAnalyse von Maschinenschwingungen und zu denSchwingungsproblemen, die an allen rotierendenMaschinen auftreten knnen, werden in VDI 3839 Blatt 1 und Blatt 2 gegeben und bilden die Grund-lage

41、fr Blatt 4. Auf diese allgemeinen Informa-tionen wird hier nur in soweit eingegangen, wie esnotwendig ist, die Besonderheiten bei Ventilatoren und Geblsen darzustellen. Viele der hier beschriebenen Phnomene knnenauch bei anderen Strmungsmaschinen auftreten,z. B. bei Turboverdichtern. Auf diese soll

42、in der geplanten Richtlinie VDI 3839Blatt 3 eingegangen werden. Schrauben- und Kolbenverdichter zeigenanderer Schwingungsbilder aufgrund ihrer anderenArbeitsprinzipien und konstruktiven Gestaltungen;deshalb werden diese hier nicht behandelt. Spezifi-sche Hinweise dazu finden sich in VDI 3836 undVDI

43、3838. In dieser Richtlinie sollen dem Hersteller der Ma-schinen, dem Anlagenbauer und dem BetreiberHinweise zum Erkennen der Ursachen strenderSchwingungen und zu Abhilfemanahmen gege-ben werden. Strende Schwingungen treten oft erstvor Ort whrend des Betriebs der Maschine aufund mssen schnell analysi

44、ert werden, um Be-triebsstrungen zu vermeiden. Die strendenSchwingungen werden in den meisten Fllen voneinigen wenigen typischen Ursachen erzeugt. MitAbstand am hufigsten sind das Unwuchten, Fehl-ausrichtungen und Wlzlagerschden. Aber auchEigenschwingungen und aerodynamische Anre-gungen treten fter

45、auf. Bei den selteneren Sonder-fllen gibt es dagegen eine Vielzahl weiterer unter-schiedlicher Ursachen. Im Folgenden sollen in derPraxis angetroffene, typische und auch spezielle Schwingungsprobleme an Beispielen erlutert und ihre Erscheinungsbilder und Ursachen systema-tisch dargestellt werden. 1

46、Scope The present guideline provides an overview of the specific vibration problems occurring with fans and blowers for gases which are used in installa-tions and equipment. These fans and blowers may have drive power levels in the kilowatt to mega-watt range and the external diameter of their impel

47、-lers may exceed 100 mm. General information about the measurement and analysis of machine vibrations and the vibration problems which can arise in all rotating machines is given in VDI 3839 Part 1 and Part 2 and forms the basis for Part 4. This general information will not be repeated here unless t

48、his is necessary in describing the special features of fans and blowers. Many of the phenomena described here can also occur with other fluid kinetic machines, such as, for example, turbo-compressors. These are to be dealt with in the scheduled guideline VDI 3839 Part 3. Screw and piston compressors

49、 are not cov-ered here since they work on different principles and have a different type of mechanical design. Specific information about this may be found in VDI 3836 and VDI 3838. This guideline is intended to provide the machine manufacturer, the plant engineer and the operator with information on identifying the causes of trou-blesome vibrations and on remedial measures. In many cases problematic vibrations do not occur until the machine is actually operating i