VDI 3839 Blatt 8-2004 Instructions on measuring and interpreting the vibrations of machines - Typical vibration patterns with reciprocating machines.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREHinweise zur Messung und Interpretationder Schwingungen von MaschinenTypische Schwingungsbilder bei KolbenmaschinenInstructions on measuring and interpretingthe vibration of machines Typical vibration patterns with reciprocating machinesVDI 3839Blatt 8 / Part 8Ausg. deutsch

2、/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch SchwingungstechnikVDI-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available from Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Rep

3、roduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 17.160Juni 2004June 2004The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.Inhalt SeiteVorbemerkungen . . . .

4、 . . . . . . . . . . . . . . 21 Geltungsbereich . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Allgemeine Grundlagen . . . . . . . . . . . . 32.1 Anregungen durch Massenkrfte . . . . . . 42.2 Anregungen durch Gaskrfte . . . . . . . . 52.3 Anforderungen an die Berechnung derMaschinen und Anlagen . . . . . . . .

5、. . 82.4 Angeregte Schwingungsarten . . . . . . . . 102.4.1 Starrkrperschwingungen . . . . . . 102.4.2 Elastische Schwingungen desMaschinengehuses und derSttzkonstruktion . . . . . . . . . . 112.4.3 Anregungen an der Kurbelwelle Dreh- und Lngsschwingungen . . . 142.4.4 Bauteilschwingungen. . . . . .

6、 . . . 163 Beispiele aus der Praxis . . . . . . . . . . . . 163.1 Anregungen durch Gaskrfte(Kolbenseitenkrfte) (Beispiele 1 bis 5) . . 163.2 Anregungen durch Massenkrfte undMassenmomente (Beispiele 6 bis 8) . . . . 223.3 Anregungen durch Unwuchtkrfte(Beispiele 9 und 10). . . . . . . . . . . . . 263.

7、4 Anregungen durch Resonanz mit Biegeeigenfrequenzen des Wellensystems(Beispiel 11). . . . . . . . . . . . . . . . . 283.5 Anregungen durch angetriebeneMaschinen (Beispiel 12) . . . . . . . . . . 293.6 Anregungen an der Kurbelwelle Dreh- und Lngsschwingungen(Beispiele 13 bis 15) . . . . . . . . . .

8、. . 304 Empfohlene Messgren, Messgerteund Messorte . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 Beurteilungsgren und Beurteilungs-kriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

9、 Scope of application . . . . . . . . . . . . . . 32 Basic principles . . . . . . . . . . . . . . . . 32.1 Excitation from inertia forces. . . . . . . . 42.2 Excitation from gas forces . . . . . . . . . 52.3 Calculation requirements for machinesand installations. . . . . . . . . . . . . . . 82.4 Typ

10、es of excited vibration . . . . . . . . . 102.4.1 Rigid-body vibration . . . . . . . . 102.4.2 Elastic vibration of the machinehousing and the support structure . . 112.4.3 Excitation at the crankshaft torsio-nal and longitudinal vibration . . . . 142.4.4 Component vibration . . . . . . . . 163 Prac

11、tical examples . . . . . . . . . . . . . . . 163.1 Excitation due to gas forces (piston side forces) (Examples 1 to 5) . . . 163.2 Excitation due to inertia forces andcouples (Examples 6 to 8) . . . . . . . . . 223.3 Excitation due to unbalance forces(Examples 9 and 10) . . . . . . . . . . . . 263.4

12、 Excitation due to resonance at the naturalbending frequencies of the shafting system(Example 11) . . . . . . . . . . . . . . . . 283.5 Excitation due to driven machines(Example 12) . . . . . . . . . . . . . . . . 293.6 Excitation at the crankshaft torsionaland longitudinal vibration(Examples 13 to

13、15) . . . . . . . . . . . . 304 Recommended measured variables, mea-suring equipment and measuring positions . 325 Evaluation quantities and assessmentcriteria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36VDI-Gesellschaft Entwicklung Konstruktio

14、n VertriebAusschuss SchwingungsmessungenFrhere Ausgabe: 11.02 Entwurf,deutschFormer edition: 11/02 draft, in German onlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004 2 VDI 3839 Blatt 8 / Part 8VorbemerkungenIn den

15、Richtlinien der Reihe VDI 3839 werden Verfah-ren und Einrichtungen zur Messung der Schwingun-gen von Maschinen beschrieben. Sie erlutern die we-sentlichen Kriterien zur Bewertung der Messergeb-nisse und nennen die magebenden Beurteilungs-Richtlinien oder -Normen. Weiterhin werden Anlei-tungen zur An

16、alyse und Deutung gemessener Schwin-gungen gegeben, um bei Beanstandungen, Strungenoder Schden Hinweise auf deren Ursachen zu erhal-ten und Abhilfemanahmen einleiten zu knnen.Hierzu sind in VDI 3839 Blatt 2 bis Blatt 8 Beispielefr typische Schwingungsursachen und die sich erge-benden Schwingungsbild

17、er aufgenommen worden.Die Richtlinien der Reihe VDI 3839 sollen kein Fach-buch der Schwingungslehre ersetzen. Sie sind vorwie-gend gedacht als Leitfaden fr Ingenieure und Techni-ker in Entwicklungs-, Prf- oder Betriebsabteilungen,die keine gezielte Ausbildung auf dem Gebiet derMessung und Interpreta

18、tion von Schwingungen besit-zen. Sie sollen auch denen einen berblick verschaf-fen, die nur gelegentlich mit schwingungstechnischenProblemen befasst sind, beispielsweise in Str- oderSchadensfllen. Nicht zuletzt sollen dem Leser dieserRichtlinien Hinweise gegeben werden, wann es not-wendig wird, Expe

19、rten einzuschalten, welche speziel-les Fachwissen ber Konstruktion, Arbeitsverfahrenund schwingungstechnische Probleme bestimmterMaschinentypen haben.Vorgesehen sind zurzeit folgende Bltter, die alle dengemeinsamen Titel Hinweise zur Messung und In-terpretation der Schwingungen von Maschinen“ tra-ge

20、n:Blatt 1 Allgemeine GrundlagenBlatt 2 Schwingungsbilder fr Anregungen ausUnwuchten, Montagefehlern, Lagerungs-strungen und Schden an rotierendenBauteilenBlatt 3 Typische Schwingungsbilder bei Dampf-turbinen, Gasturbinen und Turboverdich-tern (in Vorbereitung)Blatt 4 Typische Schwingungsbilder bei V

21、entilato-ren und Geblsen (in Vorbereitung)Blatt 5 Typische Schwingungsbilder bei elektri-schen MaschinenBlatt 6 Typische Schwingungsbilder bei Maschi-nenstzen in hydraulischen Kraftwerken(in Vorbereitung)Blatt 7 Typische Schwingungsbilder bei Pumpen(in Vorbereitung)Blatt 8 Typische Schwingungsbilder

22、 bei Kolben-maschinenMit der Unterteilung in eine Reihe von Blttern unterder gleichen Kennnummer wird dem Nutzer diePreliminary noteIn the guidelines of the VDI 3839 series, the proce-dures and apparatus used for measuring machine vi-bration are described. They explain the main criteriaapplicable in

23、 evaluating measurement results and spec-ify the relevant evaluation guidelines or standards. Fur-thermore, instructions are given regarding the analysisand interpretation of measured vibration with a view toascertaining their causes in the event of complaints,faults or damages and enabling remedial

24、 measures tobe initiated. To this end, examples of typical causes ofvibration and the associated vibration patterns aregiven in VDI 3839 Part 2 to Part 8.The VDI 3839 series of guidelines is not intended toreplace specialist works on vibration theory. It is pre-dominantly intended to be used as a gu

25、ide for engi-neers and technicians in development, testing or engi-neering departments who are not specifically qualifiedor trained in the field of vibration measurement and in-terpretation. The guidelines should also provide anoverview for people who only occasionally have todeal with vibration-rel

26、ated problems for example,when damage or malfunctioning occurs. Last but notleast, the reader of these guidelines should find infor-mation on when it is advisable to call in experts whocan apply their specialised knowledge of design, work-ing principles and vibration-related problems of cer-tain mac

27、hine types.The guideline currently consists of the following parts;they all share the same title ”Instructions on measuringand interpreting the vibrations of machines“:Part 1 General principlesPart 2 Vibration patterns for excitation arisingfrom unbalance, incorrect assembly, bear-ing faults and dam

28、age to rotating compo-nentsPart 3 Typical vibration patterns with steam tur-bines, gas turbines and turbo-compressors(in preparation)Part 4 Typical vibration patterns with fans andblowers (in preparation)Part 5 Typical vibration patterns with electricalmachinesPart 6 Typical vibration patterns with

29、machinesets in hydraulic power stations (in prepara-tion)Part 7 Typical vibration patterns with pumps (inpreparation)Part 8 Typical vibration patterns with reciprocat-ing machinesThis subdivision into a series of separate parts withthe same code number will allow the user to selectB55EB1B3E14C22109E

30、918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004 VDI 3839 Blatt 8 / Part 8 3 Mglichkeit geboten, nur die fr seine Branche odersein Fachgebiet wichtigen Bltter anzuschaffen. Wei-terhin ist es ohne Aufwand mglich, die Reihe umweitere

31、 Maschinenarten oder Einsatzbereiche zu er-weitern, wenn hierfr ausreichend Kenntnisse undErfahrungen vorliegen.1 GeltungsbereichDie Richtlinie VDI 3839 Blatt 8 gibt Hinweise aufdie Schwingungsanregungen und Schwingungsbil-der, die aus den Anregungskrften von Kolben-maschinen an diesen selbst sowie

32、an den angetriebe-nen bzw. den antreibenden Maschinen auftreten kn-nen. Sie ist anwendbar auf Kolbenmaschinen mitLeistungen grer als 100 kW als Motoren in statio-nren Anlagen zur Energieerzeugung, als Antriebefr Verdichter, Pumpen und andere Maschinen in derVerfahrenstechnik sowie fr Schiffe und Sch

33、ienen-fahrzeuge. Sie ist auch anwendbar auf Kolbenkom-pressoren in diesem Leistungsbereich. Bei den in die-ser Richtlinie behandelten Kolbenmaschinen handeltes sich ausschlielich um Hubkolbenmaschinen. Sieist auf Drehkolbenmaschinen nicht anwendbar.Informationen zu den hier verwendeten Begriffen aus

34、der Mess- und Analysetechnik, zu den genanntenoder empfohlenen Mess- und Analysegerten und zuspeziellen Analyseverfahren finden sich in VDI 3839Blatt 1. Zu beachten ist weiterhin VDI 3839 Blatt 2mit einer bersicht ber die Schwingungsbilder frAnregungen aus Unwuchten, Montagefehlern, Lage-rungsstrung

35、en und Schden an rotierenden Bautei-len, das heit aus Anregungen, die bei allen Artenvon Maschinen mit rotierenden Massen auftretenknnen, unabhngig von deren Gre, Leistung undDrehzahl. In den meisten Fllen sind diese Schwin-gungen bei Kolbenmaschinen jedoch nur von sekun-drer Bedeutung gegenber denj

36、enigen, die von de-ren konstruktionsbedingten, typischen Anregungs-krften verursacht werden.2 Allgemeine GrundlagenDas Schwingungsverhalten von Anlagen mit Kolben-maschinen wird hauptschlich durch Krfte und Mo-mente aus folgenden Quellen bestimmt:freie Massenkrfte rotierender und oszillierenderBaute

37、ileGaskrfteDie folgenden Ausfhrungen gelten im Wesentlichenfr Kolbenmaschinen als Motoren. Vieles ist aberauch auf Kolbenmaschinen als Kompressoren ber-tragbar.just those parts which are of importance to his partic-ular industry or specialist field. This approach alsomakes it simpler for us to add a

38、dditional machinetypes or areas of application to the series once suffi-cient knowledge and experience has been accumu-lated.1 Scope of applicationGuideline VDI 3839 Part 8 provides informationabout vibration excitation and vibration patternswhich, arising from the excitation forces of recipro-catin

39、g piston engines, can occur in these enginesthemselves or in machines driving or driven by them.This Part is applicable to reciprocating machines withpower ratings in excess of 100 kW as engines in sta-tionary systems for the purpose of generating energy,as drives for compressors, pumps and other ma

40、chinesin process technology, in ships and in railtrack vehi-cles. It is also applicable to reciprocating compres-sors in this power output range. Reciprocating ma-chines dealt with in this guideline are withoutexception reciprocating piston machines. The guide-line does not apply to rotary piston ma

41、chines.Information about the terminology from the fieldmeasurement and analysis used here, about measure-ment and analysis equipment mentioned or recom-mended, and about special analytical methods maybe found in VDI 3839 Part 1. Reference should stillbe made to VDI 3839 Part 2 which provides an over

42、-view of vibration patterns for excitation arising fromunbalance, incorrect assembly, bearing faults anddamage to rotating components in other words,from excitations which can occur with all kinds ofmachines with rotating parts, irrespective of theirsize, power rating and speed. With reciprocating m

43、a-chines, however, these vibrations are in most casesonly of secondary importance compared with thosewhich are caused by their typical, design-determinedexcitation forces.2 Basic principlesThe vibratory behaviour of installations with recipro-cating machines is primarily determined by forcesand mome

44、nts from the following sources:residual external forces of rotating and oscillatingcomponentsgas forcesThe following information basically applies to recip-rocating machines in the form of engines althoughmuch of it will also apply to reciprocating machinesas compressors.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43E

45、DB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004 4 VDI 3839 Blatt 8 / Part 82.1 Anregungen durch MassenkrfteJede Krpfung einer Kurbelwelle besteht aus rotieren-den und oszillierenden Massen. Die rotierenden Mas-sen werden gebildet durch die Krpf

46、ung selbst (Hub-zapfen, Wangen), die Gegengewichte und den rotie-renden Anteil der Treibstange. Die oszillierendenMassen setzen sich zusammen aus den Gewichten vonKolben plus Bolzen, Kolbenstange (falls vorhanden)und dem oszillierenden Anteil der Treibstange. Bei Kurbelwellen mit mehreren Krpfungen

47、setzensich die Krfte pro Krpfung zu Gesamtkrften oder -momenten zusammen. Ihre Art und Gre hngen abvon der Anzahl und der Anordnung der Zylinder (Rei-henanordnung, V-Anordnung, W-Anordnung usw.)und der Kurbelfolge (Zndfolge).Es gibt die ueren oder freien Massenkrfte und-momente, bei denen durch vekt

48、orielle Summationber die Gesamtheit der Zylinder die freie Wirkungfr die Gesamtmaschine errechnet wird. Diese Krfteund Momente versuchen die Maschine in ihrer Lagezu verschieben bzw. zu verdrehen. Sie wirken unmit-telbar auf die Fundamentierung. Bei bestimmtenKrpfungszahlen und/oder -anordnungen tre

49、ten keinefreien Krfte oder Momente auf.Daneben gibt es die inneren Biegemomente. Frderen Berechnung wird die Kurbelwelle an beliebigenStellen geschnitten und dann die Momente aus derWirkung der einzelnen Zylinder jeweils bis zu derSchnittstelle aufsummiert. Zu Beginn der Operationist das innere Biegemoment Null, am Ende der Durch-rechnung ber die gesamte Kurbelwellenlnge ent-spricht es dem freien Moment. Das innere Biegemo-ment versucht das Maschi