1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREHinweise zur Messung und Interpretationder Schwingungen von MaschinenTypische Schwingungsbilder bei Maschinenstzenin hydraulischen KraftwerkenInstructions on measuring and interpretingthe vibration of machinesTypical vibration patterns with machine setsin hydraulic power st
2、ationsVDI 3839Blatt 6 / Part 6Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch SchwingungstechnikVDI-RICHTLINIENICS 17.160Oktober 2007 October 2007Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . .
3、. . . . . . . . . . 32 Besonderheiten von Maschinenstzen in hydraulischen Kraftwerken . . . . . . . . . 42.1 Einsatzbereich. . . . . . . . . . . . . . . . 42.2 Betriebszustnde und Betriebsregime. . . . 63 Bauarten und konstruktive Besonderheiten . 103.1 Horizontale Maschinenstze auf starren Fundamen
4、ten . . . . . . . . . . . . 103.2 Horizontal oder schrg eingebaute Maschinenstze mit nachgiebiger Lagerung im Fundament . . . . . . . . . . . . . . . . 113.3 Vertikale Maschinenstze . . . . . . . . . . 123.4 Positionen und Bauformen der Traglager. . 154 Schwingungstechnische Dimensionierung. . 154.1
5、 Biegeeigenfrequenzen und Rotorgestalt . . 15 4.2 Anregungen und erzwungene Schwingungen. . . . . . . . . . . . . . . . 165 Charakteristische Schwingungsanregungen und ihre Schwingungsbilder . . . . . . . . . . 195.1 Mechanische Anregungen, Unwuchten . . . 195.2 Hydraulische Anregungen . . . . . . .
6、 . . 225.3 Elektromagnetische Anregungen . . . . . . 396 Empfohlene Messgren und Messorte . . . 44 6.1 Wellenschwingungen . . . . . . . . . . . . 446.2 Schwingungen der Lager, Gehuse und Fundamente . . . . . . . . . . . . . . . . . 457 Beurteilungskriterien . . . . . . . . . . . . . . 477.1 Normenwe
7、rke . . . . . . . . . . . . . . . . 477.2 Hinweise zur Schwingungsberwachung . . 48Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbi
8、ndlich. The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. Frhere Ausgabe:10.05 Entwurf,deutschFormeredition:10/05 Draft,inGermanonlyZu beziehen durch / Available atBeuth VerlagGmbH, 10772 Berlin AlleRechtevorbeh
9、alten / Allrights reserved VereinDeutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf2007Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Special features of machine sets in hydraulic power s
10、tations . . . . . . . . . . 42.1 Field of application . . . . . . . . . . . . . 42.2 Operating modes and operating regimes . . 63 Types and special design features . . . . . . 103.1 Horizontal machine sets on rigid foundations . . . . . . . . . . . . . . 103.2 Horizontal or inclined machine sets wit
11、h resilient bedding in the foundation . . 11 3.3 Vertical machine sets . . . . . . . . . . . . 123.4 Positions and designs of thrust bearings . . 154 Vibration-related design . . . . . . . . . . . . 154.1 Natural bending frequencies and rotor geometry . . . . . . . . . . . . . . . 154.2 Excitations
12、and forced vibrations. . . . . . 16 5 Characteristic vibration excitations and their vibration patterns. . . . . . . . . . . . . 195.1 Mechanical excitations, unbalances . . . . 195.2 Hydraulic excitations . . . . . . . . . . . . 225.3 Electromagnetic excitations . . . . . . . . 396 Recommended meas
13、ured variables and measuring points. . . . . . . . . . . . . . . . 446.1 Shaft vibrations . . . . . . . . . . . . . . . 446.2 Vibrations of bearings, housing and foundations . . . . . . . . . . . . . . . . . 457 Assessment criteria . . . . . . . . . . . . . . 477.1 Standards . . . . . . . . . . . .
14、. . . . . . 477.2 Notes on vibration monitoring . . . . . . . 48Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50VDI-Gesellschaft Entwicklung Konstruktion VertriebAusschuss SchwingungsmessungenB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutsc
15、her Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 2 VDI 3839 Blatt 6 / Part 6Preliminary noteThe content of this guideline has been developed un-der thorough consideration of the requirements and recommendations of guideline VDI 1000.We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline
16、. All rights reserved including those of reprinting, re-production (photocopying, microcopying), storage in data processing systems, and translation, either of the full text or of extracts. This VDI guideline can be used as a concrete project document without infringe-ment of copyright and with rega
17、rd to VDI notices 1 to 7. Information on this, as well as on the use in data processing, may be obtained by the VDI Guidelines Department at the VDI. IntroductionThe guidelines of the VDI 3839 series describe pro-cedures and apparatus used for measuring machine vibrations. They explain the main crit
18、eria applicable in evaluating measurement results and specify the rel-evant evaluation guidelines or standards. Further-more, instructions are given regarding the analysis and interpretation of measured vibrations with a view to ascertaining their causes in the event of com-plaints, faults or damage
19、 and enabling remedial measures to be initiated. To this end, examples of typ-ical causes of vibration and the associated vibration patterns are given in Part 2 to Part 8. The VDI 3839 series of guidelines is not intended to replace specialist works on vibration theory. It is pre-dominantly intended
20、 to be used as a guide for engi-neers and technicians in development, testing or en-gineering departments who are not specifically qualified or trained in the field of vibration measure-ment and interpretation. The guidelines should also provide an overview for people who only occasion-ally have to
21、deal with vibration-related problems for example, when damage or malfunctioning occurs. Last but not 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 design, working principles and vibration-related
22、problems of certain machine types. The VDI 3839 guideline series consists of several parts which all share the same title, namely “Instruc-tions on measuring and interpreting the vibrations of machines”. This subdivision into a series of separate parts with the same code number will allow the user V
23、orbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter sorg-fltiger Bercksichtigung der Vorgaben und Empfeh-lungen der Richtlinie VDI 1000.Allen, die ehrenamtlich an der Erstellung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei auf diesem Wege ge-dankt.Alle Rechte vorbehalten, auch das des Nachdrucks
24、, der Wiedergabe (Fotokopie, Mikrokopie), der Spei-cherung in Datenverarbeitungsanlagen und der ber-setzung, auszugsweise oder vollstndig. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie als konkrete Arbeitsunterlage ist unter Wahrung des Urheberrechtes und unter Be-achtung der VDI-Merkbltter 1 bis 7 mglich. Aus-
25、knfte dazu sowie zur Nutzung im Wege der Daten-verarbeitung erteilt die Abteilung VDI-Richtlinien im VDI.EinleitungDie Richtlinien der Reihe VDI 3839 beschreiben Ver-fahren und Einrichtungen zur Messung der Schwin-gungen von Maschinen. Sie erlutern die wesentli-chen Kriterien zur Bewertung der Messe
26、rgebnisse und nennen die magebenden Beurteilungs-Richtli-nien oder -Normen. Weiterhin werden Anleitungen zur Analyse und Deutung gemessener Schwingungen gegeben, um bei Beanstandungen, Strungen oder Schden Hinweise auf deren Ursachen zu erhalten und Abhilfemanahmen einleiten zu knnen. Hierzu sind in
27、 Blatt 2 bis Blatt 8 Beispiele fr typische Schwingungsursachen und die sich ergebenden Schwingungsbilder aufgenommen worden.Die Richtlinien der Reihe VDI 3839 sollen kein Fachbuch der Schwingungslehre ersetzen. Sie sind vorwiegend gedacht als Leitfaden fr Ingenieure und Techniker in Entwicklungs-, P
28、rf- oder Betriebsab-teilungen, die keine gezielte Ausbildung auf dem Ge-biet der Messung und Interpretation von Schwingun-gen haben. Sie sollen auch denen einen berblick verschaffen, die nur gelegentlich mit schwingungs-technischen Problemen befasst sind, beispielsweise in Str- oder Schadensfllen. N
29、icht zuletzt sollen dem Leser dieser Richtlinien Hinweise gegeben wer-den, wann es notwendig wird Experten einzuschal-ten, die spezielles Fachwissen ber Konstruktion, Ar-beitsverfahren und schwingungstechnische Probleme bestimmter Maschinentypen haben.Die Richtlinienreihe VDI 3839 soll aus mehreren
30、Blttern bestehen, die alle den gemeinsamen Titel Hinweise zur Messung und Interpretation der Schwingungen von Maschinen“ tragen. Mit der Un-terteilung in eine Reihe von Einzelblttern unter der B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutsche
31、r Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 VDI 3839 Blatt 6 / Part 6 3 to select just those parts which are of importance to his particular industry or specialist field. This ap-proach also makes it simpler for us to add additional machine types or areas of application to the series once sufficient knowledge
32、 and experience has been accumulated. So far these parts have appeared: Part 1 General principles Part 2 Vibration patterns for excitation arising from unbalance, incorrect assembly, bear-ing faults and damage to rotating compo-nentsPart 5 Typical vibration patterns with electrical machines Part 8 T
33、ypical vibration patterns with reciprocat-ing machines Currently in process: Part 4 Typical vibration patterns with fans and blowers In preparation:Part 3 Typical vibration patterns with steam tur-bines, gas turbines and turbo-compressors Part 7 Typical vibration patterns with pumps 1ScopeThe presen
34、t guideline provides an overview of the typical vibration patterns found with machine sets in hydraulic power stations for energy generation and in pumping installations, for example, for the drinking water supply. These machine sets consist of turbines and generators, of pump-turbines and motor-gen
35、era-tor sets, possibly with starting motors, or of electric motors and high-pressure pumps. Pump-storage ma-chine sets also include machine sets consisting of tur-bines, motor-generator sets and pumps which can be coupled or uncoupled. As a rule the various machines are connected rigidly together an
36、d often share the same bearings. Their shafting can be horizontal, ver-tical or also be inclined at any angle. Guideline VDI 3839 Part 6 does not, however, pro-vide information about the special vibration patterns of pumps in industrial installations. These will be dealt with in Part 7. If the hydra
37、ulic machines we have mentioned are connected with generators or electric motor via radi-ally flexible couplings and each has its own bearings, gleichen Kennnummer wird dem Nutzer die Mg-lichkeit geboten, nur die fr seine Branche oder sein Fachgebiet wichtigen Bltter anzuschaffen. Weiter-hin ist es
38、ohne Aufwand mglich, die Reihe um zu-stzliche Maschinenarten oder Einsatzbereiche zu er-weitern, wenn hierfr ausreichend Kenntnisse und Erfahrungen vorliegen.Erschienen sind bisher:Blatt 1 Allgemeine GrundlagenBlatt 2 Schwingungsbilder fr Anregungen aus Unwuchten, Montagefehlern, Lagerungs-strungen
39、und Schden an rotierenden BauteilenBlatt 5 Typische Schwingungsbilder bei elektri-schen MaschinenBlatt 8 Typische Schwingungsbilder bei Kolben-maschinenIn Bearbeitung ist zurzeit:Blatt 4 Typische Schwingungsbilder bei Ventilato-ren und GeblsenIn Vorbereitung:Blatt 3 Typische Schwingungsbilder bei Da
40、mpf-turbinen, Gasturbinen und Turboverdich-ternBlatt 7 Typische Schwingungsbilder bei Kreisel-pumpen1 AnwendungsbereichDie vorliegende Richtlinie gibt eine bersicht ber die typischen Schwingungsbilder bei Maschinenst-zen in hydraulischen Kraftwerken zur Energieerzeu-gung und in Pumpenanlagen, z. B.
41、fr die Trinkwas-serversorgung. Diese Maschinenstze bestehen aus Turbinen und Generatoren, aus Pumpturbinen und Motorgeneratoren, eventuell mit Anfahrmotoren, oder aus E-Motoren und Hochdruckpumpen. In Pumpspeicheranlagen finden sich auch Maschinen-stze, die aus Turbinen, Motorgeneratoren und an- ode
42、r auskuppelbaren Pumpen zusammengesetzt sind. Die unterschiedlichen Maschinen sind in der Regel starr miteinander gekuppelt und haben oft gemein-sam genutzte Lager. Ihr Wellenstrang kann horizon-tal, vertikal oder auch mit beliebigem Winkel geneigt angeordnet sein.Die Richtlinie VDI 3839 Blatt 6 gib
43、t keine Hinweise auf die speziellen Schwingungsbilder von Pumpen in industriellen Anlagen. Diese sollen in Blatt 7 behan-delt werden.Wenn die genannten hydraulischen Maschinen mit Generatoren oder E-Motoren ber radial elastische Kupplungen verbunden sind und jeweils eigene B55EB1B3E14C22109E918E8EA4
44、3EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 4 VDI 3839 Blatt 6 / Part 6the information in this guideline will only apply to the hydraulic machines. Information applicable to the coupled generators or motors will be found in Part 5. 2
45、 Special features of machine sets in hydraulic power stations 2.1 Field of applicationMachine sets in hydraulic power stations are used in a very broad environment and thus vary greatly in their designs. On the one hand, they are used for base load coverage and are then often in service for months o
46、n end under similar (load) conditions. On the other hand, standard operation over the entire load range with rapid load changes is always permissible with machine sets in hydraulic power stations. Start-ups and shutdowns are frequent and can be performed without time restrictions. For this reason ma
47、chine sets in hydraulic power stations are often used for system regulation and as a reserve in the event of in-cidents typical for machine sets in pump-storage machine sets and high-pressure installations with Pelton turbines. These specific operating conditions have a great influence on the mechan
48、ical strain on the rotors and stationary components, on the vibration state and thus on the ageing of all components. This is considerably different from machine sets in thermal power stations which should be run at the most con-stant load possible. However, even with hydraulic machines there are lo
49、ad ranges which are to be pre-ferred as regards efficiency, excitation of vibration and possible cavitation damage. These can be read off from the specific graph flow plotted against head for the design in question. By way of example, Fi-gure 1 shows the chart for a Francis turbine with lines of equal efficiency and with part-load limits for incipient entry cavitation. These graphs are also known as hill charts. Significant differences may be observed even in the operating speeds and t
