ISO 13373-102024 机器的状态监测和诊断振动状态监测第10部分带液膜轴承的发电机的诊断技术标准立项发展报告

机器状态监测与诊断振动状态监测第10部分：带液膜轴承的发电机诊断技术标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ConditionMonitoringandDiagnosticsofMachines—VibrationConditionMonitoring—Part10:DiagnosticTechniquesforElectricalGeneratorswithFluid-FilmBearings摘要随着全球能源结构转型与电力工业向高参数、大容量方向快速发展，发电机组的安全可靠运行日益受到高度重视。作为旋转机械状态监测领域的核心基础标准，ISO13373系列标准为各类旋转机械的振动监测与故障诊断提供了系统化、规范化的技术框架。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2024年6月26日正式发布了ISO13373-10:2024《机器的状态监测和诊断振动状态监测第10部分：带液膜轴承的发电机的诊断技术》。本标准由ISO/TC108/SC2（机械振动与冲击技术委员会状态监测与诊断分技术委员会）归口制定，聚焦于带液膜轴承的发电机的振动诊断技术。本文系统介绍了该标准的立项背景、研制历程、核心技术与内容框架，详细阐述了标准的主要技术要素和应用实施路径。标准的发布填补了ISO13373系列在发电机专用诊断技术领域的空白，为发电行业的状态维修策略实施、故障早期预警以及跨领域诊断经验共享提供了统一的国际技术规范。最后，本文对该标准的推广应用前景及后续发展方向进行了展望。关键词：状态监测；振动诊断；发电机；液膜轴承；ISO13373；国际标准Keywords:Conditionmonitoring;Vibrationdiagnosis;Electricalgenerator;Fluid-filmbearing;ISO13373;Internationalstandard1引言1.1背景与意义旋转机械是电力、石化、冶金等流程工业的核心动力装备，其运行可靠性直接关系到整个生产系统的安全与经济性。在各类旋转机械中，发电机组因其结构复杂、运行工况多变、停机损失巨大，对状态监测与故障诊断技术提出了更高要求。振动信号作为设备运行状态的综合反映，是故障诊断中最有效、最可靠的信息载体之一。液膜轴承（又称滑动轴承、流体动压轴承）凭借其承载能力强、抗冲击性好、使用寿命长等显著优势，在大中型发电机中得到广泛应用。然而，液膜轴承的动力学特性复杂，其振动行为受油膜刚度、阻尼、转子不平衡、轴系对中、电磁力等多种因素耦合影响，故障机理与诊断方法具有鲜明的专业特色。通用的振动诊断标准难以完全覆盖该类设备的特殊需求，亟需制定专门的技术规范。国际标准化组织（ISO）下设的ISO/TC108（机械振动与冲击技术委员会）长期致力于振动监测与诊断领域的标准化工作。其下属SC2分技术委员会（状态监测与诊断）负责制定机械状态监测与诊断领域的系列标准。ISO13373系列标准是该领域最具影响力的国际标准体系之一，此前已发布了多个部分，但始终缺少针对发电机这一关键设备类型的专论。ISO13373-10的发布有效填补了这一空白。1.2标准基本信息ISO13373-10:2024《机器的状态监测和诊断振动状态监测第10部分：带液膜轴承的发电机的诊断技术》由国际标准化组织（ISO）于2024年6月26日正式发布，标准状态为现行。该标准作为ISO13373系列的第10部分，是在第1部分（一般方法）和第2部分（数据处理与特征提取）的基础上，针对带液膜轴承的发电机振动诊断技术制定的专项标准。该标准的发布周期约2年，编号顺序和发布时间之间存在一定的技术准备周期，体现了国际标准制定的科学性和严谨性。2标准研制背景2.1行业需求分析然而，在ISO13373-10发布之前，国际上尚缺乏专门针对发电机振动诊断的系统性标准文件。工程实践中，诊断人员往往依赖个人经验和分散的案例积累，导致诊断结果的一致性和准确性难以保证。随着发电机组装机容量的持续增长和状态检修（CBM）理念的深入推广，行业对统一、权威的发电机振动诊断技术标准的需求日益迫切。2.2技术发展现状近年来，振动信号处理技术、人工智能诊断方法以及在线监测系统取得了长足进步。高精度电涡流传感器、光纤传感器等新型传感技术实现了对转子轴振、轴承座瓦振等多参数的同时测量；时频分析、阶比跟踪等先进信号处理方法为复杂工况下的振动特征提取提供了有效工具；机器学习、深度学习等智能诊断算法的引入，使故障识别的自动化和智能化水平大幅提升。这些技术发展为制定更高水平的诊断标准奠定了坚实基础。与此同时，IEC60034系列标准对发电机的设计、试验与运行提出了明确的技术要求。例如，IEC60034-14规定了旋转电机机械振动的测量与评定限值，IEC60034-32明确了大型电机在安装、运行和维护过程中关于扭振的特定要求。ISO13373-10在制定过程中，充分参考并协调了上述标准的相关规定，确保振动监测技术与电机设计与运行要求之间的衔接一致性。此外，ISO13373-1（一般方法）和ISO13373-2（数据处理与特征提取）为第10部分的制定提供了方法论基础。这些标准的协调统一，为构建完整的发电机振动诊断标准体系提供了条件。2.3标准制定组织与流程ISO13373-10由国际标准化组织（ISO）负责制定，具体由ISO/TC108（机械振动与冲击技术委员会）下属的SC2（状态监测与诊断分技术委员会）归口管理。中国作为ISO的正式成员国，由中国机械工业联合会组织的国内技术对口单位积极跟踪并参与了该标准的制定工作。标准制定历经WD（工作组草案）、CD（委员会草案）、DIS（国际标准草案）、FDIS（最终国际标准草案）等各阶段严格评审，最终于2024年6月26日正式发布。3标准内容概述3.1标准范围与定位ISO13373-10:2024规定了带液膜轴承的发电机振动状态监测与故障诊断的技术要求和方法指南。标准适用于汽轮发电机、水轮发电机、燃气轮发电机等各类采用液膜轴承的交流同步发电机，同时也可为大型电动机的振动诊断提供参考。标准侧重于振动信号的分析、故障特征识别与诊断结论的形成，涵盖从传感器布置、数据采集到诊断评价的完整技术链条。3.2主要技术要素3.2.1振动监测参数与测点布置标准明确了发电机振动监测的关键参数体系，包括轴振（相对振动）、瓦振（绝对振动）、轴向位移、相位角等核心参数。标准统一了各类参数的物理量纲和测量方式进行统一，以确保测量结果的准确性和可比性。在测点布置方面，标准推荐在发电机的各轴承座（含励端和汽端/透平端）、轴承壳体和关键结构部位布置测点。同时，标准特别强调了对轴承盖振动和轴振动的同步测量，确保监测数据能反映出发电机振动信号中关键特征分量的变化。3.2.2诊断技术与方法标准系统性地归纳了适用于带液膜轴承发电机的主要振动诊断技术，包括：-频谱分析：通过对振动信号的FFT变换，识别各频率分量的幅值和相位特征。典型的转子故障频率特征包括：转子不平衡（1×转频）、不对中（2×转频）、油膜涡动（约0.4×~0.48×转频）、油膜振荡（1×转频附近）等。-轴心轨迹分析：通过相互垂直的两个方向振动信号的合成，获得转子轴心运动轨迹。标准给出了不同故障类型对应的典型轴心轨迹形态特征，如椭圆形（不平衡）、香蕉形（不对中）、内八字形（碰磨）等。-趋势分析与工况相关性分析：通过对振动特征参数的长期趋势跟踪，识别振动的缓慢变化和突变特征。标准特别强调发电机振动与有功功率、无功功率、励磁电流、冷却介质温度等运行参数的相关性分析，这是诊断发电机电气类故障（如匝间短路、气隙不均等）的关键技术手段。-启停机过程分析：通过分析机组启停机过程中的振动变化规律（如波德图、三维频谱图），识别转子的临界转速、结构共振特性及动静碰磨特征。3.2.3故障类型与诊断逻辑标准将带液膜轴承发电机的典型振动故障归纳为以下主要类型：机械类故障：包括转子不平衡（原始不平衡、渐变不平衡、转子thermalbending热弯曲等）、转子不对中、轴系失稳（油膜涡动/振荡）、动静件碰磨、基础松动或结构共振等。电气类故障：包括转子匝间短路（典型特征为振动随励磁电流增大而增大，且以1×转频为主，并伴有2×转频分量变化）、定子铁芯松动、气隙不均匀（产生2×转频振动分量）、转子绕组热变形等。流体类故障：包括冷却介质流场异常引发的振动、密封系统失稳等。针对每类故障，标准给出了详细的诊断逻辑树和判据，包括故障特征、确认方法和易混淆故障的区分方法，为现场诊断工程师提供了明确的技术指引。3.2.4振动评价准则标准参考了ISO20816-2（机械振动——转子振动测量与评价——第2部分：汽轮机和燃气轮机）等现行有效的振动评价标准，给出了带液膜轴承发电机在稳态运行和瞬态过程中的振动限值建议。标准强调了振动评价应考虑机组容量、轴承型式、测点位置等因素，并推荐采用振动趋势和历史基线对比的方法进行综合评估，以避免简单的绝对阈值判断可能导致的误判。3.3与其他标准的关系ISO13373-10:2024在技术体系上与以下标准形成协调配套关系：-ISO13373-1:2021（状态监测与诊断——振动状态监测——第1部分：一般方法）：提供振动监测的通用流程和方法框架。-ISO13373-2:2016（状态监测与诊断——振动状态监测——第2部分：振动数据的处理、分析与表达）：提供振动信号处理和特征提取的技术方法。-ISO20816-2（机械振动——转子振动测量与评价——第2部分：汽轮机和燃气轮机）：规定了振动测量与评价的限值要求。-IEC60034-14（旋转电机——第14部分：机械振动测量与评价）：规定了电机振动测量的通用要求。-IEC60034-32（旋转电机——第32部分：大型电机的扭振测量与评价）：涉及发电机轴系扭振的相关要求。4主要参与起草单位介绍ISO13373-10:2024的制定工作凝聚了来自全球多个国家的专家学者和行业机构的智慧。其中，德国西门子能源公司（SiemensEnergy）作为该标准制定的重要贡献单位，在标准起草过程中发挥了关键性的技术引领作用。西门子能源是全球领先的能源技术企业，在发电设备的设计、制造、运行维护领域拥有超过150年的技术积淀。在燃气轮机、汽轮发电机、高压直流输电等核心业务领域，西门子能源均处于全球市场领先地位。公司总部位于德国慕尼黑，在全球90多个国家和地区设有分支机构，拥有约9.2万名员工。在发电机振动诊断技术领域，西门子能源积累了数十年的工程实践经验。其下属的旋转机械诊断中心长期为全球数百台大型发电机组提供远程振动监测与故障诊断服务，建立了庞大的振动故障案例数据库。基于对液膜轴承发电机振动特性的深刻理解和丰富的故障诊断实践，西门子能源的专家团队在ISO13373-10的框架设计、技术内容编写以及案例验证等环节中发挥了核心作用。具体而言，西门子能源的专家主导了如下技术内容的编制：1.发电机电气类故障振动特征的归纳与总结：基于其大量的现场诊断案例，系统性地提炼了匝间短路、气隙不均等电气故障的振动特征模型。2.负载相关性分析方法：提出了振动特征参数与发电机运行工况（有功、无功、励磁电流等）关联分析的系统方法。3.诊断流程与决策逻辑：设计并验证了面向现场工程师的分步诊断流程。除西门子能源外，法国电力公司（EDF）、日本东芝能源系统公司、中国电力科学研究院等多家国际知名企业和研究机构的专家也积极参与了标准的制定工作。中国专家在标准讨论过程中，结合国内大型发电机组振动监测与诊断的丰富实践经验，提出了多项建设性修改意见。5标准实施与应用前景5.1实施意义ISO13373-10:2024的发布具有多重重要意义。首先，它填补了ISO13373系列标准体系中发电机专项诊断技术的空白，使该系列标准形成了从通用方法、信号处理到专项设备诊断的完整层次结构。其次，标准将分散于学术文献、企业内部规范中的发电机振动诊断经验进行了系统化整合和规范化表达，有利于成熟诊断技术的推广应用。再次，统一的诊断方法和评价准则有助于不同机构之间诊断经验的交流和比较，促进整体行业技术水平的提升。最后，标准为状态检修（CBM）策略的实施提供了技术支撑，有助于发电企业优化检修策略、降低运维成本、提高设备可用率。5.2应用场景该标准可在以下典型场景中发挥直接的指导作用：-新建机组的振动监测系统设计与验收：标准中的测点布置和监测参数要求可作为系统设计的技术依据。-在役机组的日常振动监测与趋势管理：提供振动特征参数提取和异常识别的标准方法。-故障诊断与原因分析：当机组出现异常振动时，标准提供的诊断逻辑树可作为系统排查的技术路线。-振动数据管理与知识积累：标准统一的参数定义和数据表达方式有利于构建企业级振动数据库和诊断知识库。-智能运维系统的开发与验证：可为基于人工智能的自动诊断算法的训练和验证提供标准化标签体系。5.3推广策略建议为推动ISO13373-10在我国发电行业的有效实施，建议采取以下策略：1.加快标准转化：建议全国机械振动、冲击与状态监测标准化技术委员会（SAC/TC53）尽快启动该标准的采标工作，完成国家标准或行业标准的转化。2.加强宣传培训：通过技术研讨会、专题培训班等形式，面向发电企业、检测机构和设备厂商开展标准的宣传和解读工作。3.建立示范应用：选择典型发电企业开展标准应用的示范工程，积累实施经验和最佳实践。4.促进经验反馈：建立标准实施的反馈机制，收集应用过程中的问题和建议，为标准的后续修订提供输入。6结论与展望ISO13373-10:2024《机器的状态监测和诊断振动状态监测第10部分：带液膜轴承的发电机的诊断技术》的正式发布，是国际旋转机械振动监测与诊断标准化进程中的重要里程碑。该标准在充分吸收工业界实践经验的基础上，系统性地规定了带液膜轴承发电机振动监测的参数体系、测点布置、分析方法、故障诊断逻辑及评价准则，为全球发电行业的振动状态监测与故障诊断工作提供了统一的技术规范。标准的实施将有效促进发电机振动诊断技术的规范化和经验共享，对提升发电设备运行可靠性、推动状态检修模式的深入应用产生深远影响。展望未来，随着新能源大规模接入带来的调峰运行常态化，发电机组将面临更加复杂多变的运行工况，振动诊断技术也需持续发展。在现有标准框架基础上，可预期以下发展方向：一是向智能化诊断方向延伸，将机器学习等人工智能技术与标准化的故障特征体系相结合，发展智能辅助诊断技术规范；二是向轴系扭振诊断、声发射监测等新兴技术领域拓展；三是与数字化运维平台深度融合，构建基于标准的数据交换接口和知识表达模型。这些方向有望成为ISO13373系列标准未来修订和完善的重点领域，持续为全球旋转机械状态监测技术的发展提供标准支撑。参考文献[1]ISO13373-10:2024,Conditionmonitoringanddiagnosticsofmachines—Vibrationconditionmonitoring—Part10:Diagnostictechniquesforelectricalgeneratorswithfluid-filmbearings[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2024.[2]ISO13373-1:2021,Conditionmonitoringanddiagnosticsofmachines—Vibrationconditionmonitoring—Part1:Generalmethods[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2021.[3]ISO13373-2:2016,Conditionmonitoringanddiagnosticsofmachines—Vibrationconditionmonitoring—Part2:Processing,analysisandpresentationofvibrationdata[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2016.[4]ISO20816-2:2017,Mechanicalvibration—Measurementandevaluationofmachinevibration—Pa