VDI 3839 Blatt 5-2001 Instructions on measuring and interpreting the vibration of machines - Typical vibration patterns with electrical machines.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREHinweise zur Messung und Interpretationder Schwingungen von MaschinenTypische Schwingungsbilder bei elektrischenMaschinenInstructions on measuring and interpretingthe vibration of machinesTypical vibration patterns with electrical machinesVDI 3839Blatt 5 / Part 5Ausg. deuts

2、ch/englischIssue German/EnglishVDI-Gesellschaft Entwicklung Konstruktion VertriebAusschuss SchwingungsmessungenVDI-Handbuch SchwingungstechnikVDI-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available from Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, D

3、sseldorf 2001Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 17.160 September 2001The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be gi

4、ven with respect to the English trans-lation. Inhalt SeiteVorbemerkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Geltungsbereich. . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Charakteristische Schwingungsanregungenund ihre Erscheinungsbilder. . . . . . . . . . 42.1 Schwingungen als Folge von Unwuchten . . 42

5、.1.1 Einfluss der Rotor-Biege-eigenfrequenzen . . . . . . . . . . . . 42.1.2 Unwuchten durch Wlzlager-toleranzen . . . . . . . . . . . . . . . 72.1.3 Unwuchten durch falsch ausgewuchtete Anbauteile . . . . . . 72.1.4 Unwuchten durch thermische Verkrmmung . . . . . . . . . . . . . 82.2 Schwingungen a

6、ls Folge der elektro-magnetischen Radialkrfte im Luftspalt. . .112.2.1 Anregungen aus den Lufer- und Stnderfeldern . . . . . . . . . . . . .112.2.2 Anregungen aus Fertigungs- und Montagefehlern . . . . . . . . . . . .132.2.3 Anregungen aus Unsymmetrien imLufer als Folge von Fertigungs-mngeln oder Sc

7、hden . . . . . . . .152.3 Schwingungen als Folge der elektro-magnetischen Tangentialkrfte im Luftspalt.172.4 Schwingungen als Folge der elektro-magnetischen Axialkrfte im Luftspalt . . .202.5 Schwingungen als Folge von Anregungen aus der Lagerung . . . . . . . . . . . . . . .202.6 Schwingungen als F

8、olge von Ausricht- und Kupplungsfehlern sowie von Rotor-Anisotropien. . . . . . . . . . . . . .21Contents PagePreliminary comments . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope of application . . . . . . . . . . . . . . . 32 Characteristic vibration excitation and itsmanifestations . . . . . . . . . . .

9、. . . . . . . 42.1 Vibration as a consequence of unbalance . . 42.1.1 Influence of the rotor naturalbending frequencies . . . . . . . . . . 42.1.2 Unbalance resulting from roller bearing tolerances . . . . . . . . . . . 72.1.3 Unbalance resulting from incorrectlybalanced add-on components . . . . .

10、72.1.4 Unbalance arising from thermaldistortion. . . . . . . . . . . . . . . . 82.2 Vibration as a consequence of the electromagnetic radial forces in the air gap .112.2.1 Excitation from the rotor andstator fields . . . . . . . . . . . . . .112.2.2 Excitation from manufacturing andassembly errors .

11、 . . . . . . . . . . .132.2.3 Excitation from asymmetries in the rotor as a consequence of manu-facturing defects or damage. . . . . .152.3 Vibration as a consequence of the tangentialelectromagnetic forces in the air gap . . . .172.4 Vibration as a consequence of the electromagnetic axial forces in

12、 the air gap. .202.5 Vibration as a consequence of excitationfrom the bearing assembly . . . . . . . . . .202.6 Vibration as a consequence of alignment and coupling defects and also rotor anisotropies. . . . . . . . . . . . . . .21Frhere Ausgabe: 1.2000 Entwurf,deutschFormer edition: 1/2000 draft, i

13、n German onlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2001 2 VDI 3839 Blatt 5 / Part 5Seite3 Empfohlene Messgerte undKenngren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.1 Lager- und Gehuseschwingungen . . . . . 213.

14、2 Wellenschwingungen . . . . . . . . . . . . 233.3 Lufer-Stnder-Zentrizitt undLuftspaltnderungen . . . . . . . . . . . . . 234 Beurteilungsgren und Beurteilungs-kriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244.1 Beurteilungskriterien fr Schwingungs-messungen bei Abnahmen. . . . . . . . . . 24

15、4.2 Beurteilungskriterien fr Schwingungs-messungen im Betrieb . . . . . . . . . . . . 25Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28VorbemerkungenDie Richtlinien der Reihe VDI 3839 beschreiben Ver-fahren und Einrichtungen zur Messung der Schwin-gungen von Maschinen. Sie erlutern die wes

16、ent-lichen Kriterien zur Bewertung der Messergebnisseund nennen die magebenden Beurteilungs-Richt-linien oder -Normen. Weiterhin werden Anleitungenzur Analyse und Deutung gemessener Schwingungengegeben, um bei Beanstandungen, Strungen oderSchden Hinweise auf deren Ursachen zu erhaltenund Abhilfemana

17、hmen einleiten zu knnen. Hierzusind in den Blttern 2 bis 8 Beispiele fr typischeSchwingungsursachen und die sich ergebendenSchwingungsbilder aufgenommen worden.Die Richtlinienreihe VDI 3839 soll kein Fachbuchder Schwingungslehre ersetzen. Sie ist vorwiegendgedacht als Leitfaden fr Ingenieure und Tec

18、hniker inEntwicklungs-, Prf- oder Betriebsabteilungen, diekeine gezielte Ausbildung auf dem Gebiet der Mes-sung und Interpretation von Schwingungen haben.Sie sollen auch denen einen berblick verschaffen,die nur gelegentlich mit schwingungstechnischenProblemen befasst sind, beispielsweise in Str- ode

19、rSchadensfllen. Nicht zuletzt sollen dem Leser dieserRichtlinien Hinweise gegeben werden, wann es not-wendig wird, Experten einzuschalten, welche spezi-elles Fachwissen ber die Konstruktion, Arbeitsver-fahren und die schwingungstechnischen Problemebestimmter Maschinentypen haben.Die Richtlinie VDI 3

20、839 besteht zur Zeit aus folgen-den Blttern, die alle den gemeinsamen Titel Hin-weise zur Messung und Interpretation der Schwin-gungen von Maschinen“ tragen:Blatt 1 Allgemeine GrundlagenBlatt 2 Schwingungsbilder fr Anregungen ausUnwuchten, Montagefehlern, Lagerungs-Page3 Recommended measuring instru

21、ments andcharacteristic quantities . . . . . . . . . . . . 213.1 Bearing and housing vibration. . . . . . . . 213.2 Shaft vibration . . . . . . . . . . . . . . . . 233.3 Rotor-stator centricity and air-gap changes. . . . . . . . . . . . . . . . 234 Evaluation quantities and assessmentcriteria. . . .

22、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244.1 Assessment criteria for vibration measurements during acceptance tests . . . 244.2 Assessment criteria for vibration measurements during operation . . . . . . . 25Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Preliminary commentsGuidelines in t

23、he VDI 3839 series provide descrip-tions of the methods and equipment used for measur-ing the vibration of machines. They explain the basiccriteria which apply to evaluation of measurement re-sults and specify which guidelines and standards thisevaluation should be based on. Furthermore, instruc-tio

24、ns are given regarding the analysis and interpreta-tion of measured vibration with a view to ascertainingtheir causes in the event of complaints, faults or dam-age, thereby enabling remedial measures to be initi-ated. To this end examples of typical causes of vibra-tion and the associated vibration

25、patterns are given inParts 2 to 8.The guidelines in the VDI 3839 series are not in-tended to replace specialist works on vibration the-ory. They are predominantly intended to be used asguides for engineers and technicians in development,testing or engineering departments who are not spe-cifically qu

26、alified or trained in the field of vibrationmeasurement and interpretation. They should alsoprovide an overview for people who only occasion-ally have to deal with vibration-related problems for example, when damage or malfunctions occur.Last but not least, the reader of these guidelinesshould find

27、information on when it is advisable to callin experts who can apply their specialised knowledgeof the design, working principles and vibration-re-lated problems of certain machine types.The following Parts are currently envisaged; they allshare the same title ”Instructions on measuring andinterpreti

28、ng the vibration of machines“:Part 1 Basic principlesPart 2 Vibration patterns for excitation arising fromunbalance, incorrect assembly, bearing faultsB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2001 VDI 3839 Blat

29、t 5 / Part 5 3 strungen und Schden an rotierenden Bau-teilenBlatt 3 Typische Schwingungsbilder bei Dampftur-binen, Gasturbinen und TurboverdichternBlatt 4 Typische Schwingungsbilder bei Ventilato-ren und GeblsenBlatt 5 Typische Schwingungsbilder bei elektri-schen MaschinenBlatt 6 Typische Schwingung

30、sbilder bei Maschi-nenstzen in hydraulischen KraftwerkenBlatt 7 Typische Schwingungsbilder bei Pumpen Blatt 8 Typische Schwingungsbilder bei Kolbenma-schinenMit der Unterteilung in eine Reihe von Einzelbltternunter der gleichen Kennnummer wird dem Nutzer dieMglichkeit geboten, nur die fr seine Branc

31、he odersein Fachgebiet wichtigen Bltter anzuschaffen. Wei-terhin ist es ohne Aufwand mglich, die Reihe umweitere Maschinenarten oder Einsatzbereiche zu er-weitern, wenn hierfr ausreichend Kenntnisse undErfahrungen vorliegen.1 GeltungsbereichDieses Blatt 5 der Richtlinie VDI 3839 gibt einebersicht be

32、r die typischen Schwingungsbilder beielektrischen Maschinen mit Leistungen im Bereichzwischen 10 kW und einigen 100 MW. Es kann sichdabei um Drehstrom- oder Gleichstromgeneratorenhandeln, die in thermischen Kraftwerken oder klei-nen Wasserkraftwerken, auf Fahrzeugen oder aufSchiffen installiert sind

33、. Die Mehrzahl der Maschi-nen in diesem Leistungsbereich sind Synchron-,Asynchron- oder Gleichstrommotoren als Antriebeim Bergbau und der Httenindustrie, in der chemi-schen oder Petro-Industrie und der Verfahrenstech-nik. Nicht zuletzt gehren zu dieser Gruppe die An-triebe von Werkzeugmaschinen, Sch

34、iffen und Schie-nenfahrzeugen. Whrend die Drehstromgeneratorenin thermischen Kraftwerken vorwiegend mit Nenn-drehzahlen von 3000 min1bzw. 3600 min1laufen,knnen Gleichstromgeneratoren und alle Arten vonMotoren Nenn- oder Betriebsdrehzahlen haben, diezwischen wenigen Umdrehungen pro Minute und12 000 m

35、in1liegen. Drehzahlen im unteren und obe-ren Teil dieses Bereiches sind hufig bei groenGleichstrommotoren und bei Drehstrommotoren zufinden, die von Stromrichtern gespeist werden. Die indiesem Blatt 5 behandelten elektrischen Maschinensind mit den treibenden oder angetriebenen Maschi-nen hufig ber f

36、lexible Kupplungen verbunden undknnen auf relativ elastischen Fundamenten oderStrukturen stehen. Die Richtlinie VDI 3839 Blatt 5 gibt keine Hinweiseauf die speziellen Schwingungsbilder von Turbo-and damage to rotating componentsPart 3 Typical vibration patterns with steamturbines, gas turbines and t

37、urbo compressorsPart 4 Typical vibration patterns with fans andblowersPart 5: Typical vibration patterns with electrical ma-chinesPart 6: Typical vibration patterns with machine setsin hydraulic power stationsPart 7: Typical vibration patterns with pumps Part 8: Typical vibration patterns with recip

38、rocatingmachinesThis subdivision into a series of guideline parts withthe same code number will allow the user to selectjust those parts which are of importance to his partic-ular industry or specialist field. This approach alsomakes it simpler for us to add additional machinetypes or areas of appli

39、cation once sufficient knowl-edge and experience has been accumulated.1 Scope of applicationThe present Part 5 of the guideline VDI 3839 gives anoverview of the typical vibration patterns encoun-tered in electrical machines with outputs between10 kW and a few hundreds of MW. These machinesmay be thr

40、ee-phase alternating current generators ordirect-current generators installed in thermal powerstations, or small hydro-electric power plants, in ve-hicles or aboard ship. The majority of machines inthis power range are synchronous, asynchronous ord.c. motors in service as drives in the mining and me

41、t-allurgical industry, in the chemical or petrochemicalindustry and in process engineering. This group alsoincludes drives for machine tools, ships and rail vehi-cles. While three-phase alternating current generatorsin thermal power stations predominantly run at nom-inal operating speeds of 3000 min

42、1or 3600 min1,direct-current generators and all types of motor canhave rated or operating speeds ranging between just afew revolutions per minute and 12 000 min1. Speedsin the lower and higher parts of this range are fre-quently encountered in large d.c. motors and a.c.motors which are supplied by p

43、ower converters. Theelectrical machines with which Part 5 is concernedare frequently connected via flexible couplings to thedriving or driven machine and may stand on relativelyelastic foundations or structures. VDI 3839 Part 5 does not provide information aboutthe special vibration patterns of turb

44、ine-driven gener-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2001 4 VDI 3839 Blatt 5 / Part 5generatoren mit Wasserstoffkhlung oder wasserge-khlten Stnder- und Rotorwicklungen. Die Genera-toren oder Motoren in groen W

45、asserkraftwerkensollen im Blatt 6 behandelt werden, da auf Grund derstarren Kupplung der Wellenstrnge und des starkenEinflusses der Maschinenaufstellung eine Trennungzwischen der hydraulischen und der elektrischenMaschine nicht sinnvoll ist. Entsprechendes gilt frelektrische Maschinen, die starr mit

46、 Kolbenmaschi-nen (Motoren oder Kompressoren) gekuppelt sind.Sie werden in das Blatt 8 aufgenommen.2 Charakteristische Schwingungsanregungen undihre ErscheinungsbilderBei elektrischen Maschinen ist zu unterscheiden zwi-schen Anregungen, die ausschlielich am Rotor an-greifen, wie Unwuchten oder Kuppl

47、ungsfehler, undsolchen, die zwischen dem Rotor und dem Stator wir-ken. Zu den Letzteren gehren die elektromagneti-schen Radial- und Tangentialkrfte im Luftspalt derMaschine. Von untergeordneter Bedeutung sind imAllgemeinen Schwingungsanregungen aus derMagnetostriktion der Stator-Blechpakete, welche

48、nuram Stator wirken. 2.1 Schwingungen als Folge von UnwuchtenEine wesentliche Quelle fr Wellen- und Lager-schwingungen bei elektrischen Maschinen sind Un-wuchten infolge unzureichender Auswuchtung derRotoren, infolge thermischer Verkrmmung oder in-folge der Montage falsch ausgewuchteter Anbauteile.E

49、inzelheiten hierzu werden im Abschnitt 2 vonBlatt 2 der Richtlinie VDI 3839 erlutert. 2.1.1 Einfluss der Rotor-Biege-eigenfrequenzenDie Auswirkung von Unwuchten hngt sehr starkvom Typ der elektrischen Maschine, der Rotorbau-form und der Lage der Biegeeigenfrequenzen desRotor-Lager-Fundamentsystems im Betriebszustandab. Da beim Lauf mit Drehzahlfrequenzen im Be-reich der Biegeeigenfrequenzen durch Resonanz ver-strkte, kritisch“ groe Schwingungen auftretenknnen, werden die z