ISO 20816-5:2018

Mechanical vibration - Measurement and evaluation of machine vibration - Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pump-storage plants

ISO 20816-5:2018 This document provides guidelines for evaluating the vibration measurements made at the bearings, bearing pedestals or bearing housings and also for evaluating relative shaft vibration measurements made on machine sets in hydraulic power generating and pump-storage plants when the machine is operating within its normal operating range. The normal operating ranges for each type of turbine covered by this document are defined in Annex A.
This document is applicable to machine sets in hydraulic power generating plants and in pump-storage plants with typical rotational speeds of 60 r/min to 1 000 r/min fitted with shell or pad (shoe) type oil-lubricated bearings.
NOTE The current database includes machine speeds ranging from 60 r/min to 750 r/min (with a very small sample of 1 000 r/min machines).
This document defines different limit values of bearing housing and shaft vibration depending on the type of turbine, the orientation of the shaft (i.e. horizontal or vertical) and for each of the bearing locations.
This document is based on statistical analysis and provides criteria for the most common types of turbines, pump-turbines and pumps. For specific information on which types of units are covered in this document, see Annex A.
Machine sets covered by this document can have the following configurations:
a) generators driven by hydraulic turbines;
b) motor-generators driven by pump-turbines;
c) motor-generators driven by hydraulic turbines and separate pumps;
d) pumps driven by electric motors.
This document is not applicable to the following unit configurations, parameters and operating conditions:
— hydraulic machines with water-lubricated bearings;
— hydraulic machines or machine sets having rolling element bearings (for these machines, see IEC 62006 and/or ISO 10816‑3);
— pumps in thermal power plants or industrial installations (for these machines, see ISO 10816‑7);
— electrical machines operating as motors except for the use of these machines in pump-storage applications;
— hydro generators operating as synchronous condensers (with the water in the turbine depressed by compressed air);
— assessment of absolute bearing housing vibration displacement;
— assessment of axial vibration;
— assessment of transient conditions;
— non-synchronous operation;
— assessment of vibration of the generator stator core or the stator frame level.
Measurements made of the bearing housing vibration and shaft vibration occurring in machine sets in hydraulic power generating and pump-storage plants can be used for the following purposes:
1) Purpose A: to prevent damage arising from excessive vibration magnitudes;
2) Purpose B: to monitor changes in vibrational behaviour in order to allow diagnosis and/or prognosis.
The criteria are applicable for the vibration produced by the machine set itself. Special investigation is needed for vibration transmitted to the machine set from external sources, e.g. transmitted to the machine via the station foundations.

Vibrations mécaniques - Mesurage et évaluation des vibrations des machines - Partie 5: Groupes de machines équipant des centrales hydroélectriques et des stations de pompage et de stockage

ISO 20816-5:2018 Le présent document donne des lignes directrices pour l'évaluation des mesurages de vibrations réalisés au niveau des paliers, des chaises de palier ou des carters de palier, ainsi que pour l'évaluation des mesurages de vibrations relatives de l'arbre réalisés sur des groupes de machines équipant des centrales hydroélectriques et des stations de pompage et de stockage lorsque la machine est exploitée dans sa plage de fonctionnement normal. Les plages de fonctionnement normal pour chaque type de turbine couvert par le présent document sont définies en Annexe A.
Le présent document est applicable aux groupes de machines équipant des centrales hydroélectriques et des stations de pompage et de stockage dont les vitesses de rotation typiques vont de 60 tr/min à 1 000 tr/min et qui sont équipées de paliers à demi-coussinets ou à coussinets lubrifiés à l'huile.
NOTE La base de données actuelle inclut des vitesses de machine allant de 60 tr/min à 750 tr/min (avec un très petit échantillon de machines fonctionnant à 1 000 tr/min).
Le présent document définit différentes valeurs limites de vibrations de carters de palier et d'arbres en fonction du type de turbine, de l'orientation de l'arbre (horizontale ou verticale) et de chaque emplacement des paliers.
Le présent document est basé sur une analyse statistique et fournit des critères pour les types de turbines, turbines-pompes et pompes les plus courants. Pour des informations spécifiques sur les types d'unités couverts par le présent document, voir l'Annexe A.
Les groupes de machines couverts par le présent document peuvent présenter les configurations suivantes:
a) générateurs entraînés par des turbines hydrauliques;
b) groupes convertisseurs entraînés par des turbines-pompes;
c) groupes convertisseurs entraînés par des turbines hydrauliques et des pompes séparées;
d) pompes entraînées par des moteurs électriques.
Le présent document n'est pas applicable aux configurations d'unités, paramètres et conditions de fonctionnement suivants:
— machines hydrauliques comportant des paliers à lubrification à eau;
— machines hydrauliques ou groupes de machines possédant des paliers à roulement (pour ces machines, voir l'IEC 62006 et/ou l'ISO 10816‑3);
— pompes dans les centrales thermiques ou les installations industrielles (pour ces machines, voir l'ISO 10816‑7);
— machines électriques utilisées comme moteurs, sauf pour l'utilisation de ces machines dans des applications de pompage et de stockage;
— générateurs hydrauliques utilisés comme compensateurs synchrones (avec l'eau de la turbine dépressurisée par de l'air comprimé);
— évaluation du déplacement vibratoire absolu des carters de palier;
— évaluation des vibrations axiales;
— évaluation des conditions transitoires;
— fonctionnement non synchrone;
— évaluation des vibrations du noyau du stator du générateur ou du bâti du stator.
Les mesurages des vibrations sur les carters de palier et les arbres qui se produisent dans les groupes de machines équipant des centrales hydroélectriques et des stations de pompage et de stockage peuvent être utilisés aux fins suivantes:
1) objectif A: éviter les dommages émanant d'amplitudes de vibrations excessives;
2) objectif B: surveiller les changements dans le comportement des vibrations afin de pouvoir réaliser un diagnostic et/ou un pronostic.
Les critères sont applicables aux vibrations produites par le groupe de machines même. Un examen spécial est nécessaire pour les vibrations transmises au groupe de machines et provenant de sources externes, par exemple les vibrations transmises via les fondations de la station.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 19-Jul-2018
• ICS: 01 - GENERALITIES. TERMINOLOGY. STANDARDIZATION. DOCUMENTATION
• ICS: 17.160 - Vibrations, shock and vibration measurements
• ICS: 29.160.40 - Generating sets
• Technical Committee: TC 4 - Hydraulic turbines
• Drafting Committee: JWG 1 - TC 4/JWG 1
• Current Stage: PPUB - Publication issued
• Start Date: 25-Sep-2018
• Completion Date: 23-Jul-2018

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20816-5
First edition
2018-07
Mechanical vibration — Measurement
and evaluation of machine
vibration —
Part 5:
Machine sets in hydraulic power
generating and pump-storage plants
Vibrations mécaniques — Mesurage et évaluation des vibrations des
machines —
Partie 5: Groupes de machines équipant des centrales
hydroélectriques et des stations de pompage et de stockage
Reference number
©
ISO 2018
© ISO 2018
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Fax: [phone]
Email: [e-mail]
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 2
3 Terms and definitions . 2
4 Machine arrangements . 2
5 Measurement procedures and conditions . 7
5.1 General . 7
5.1.1 Bearing housing vibration measurements . 7
5.1.2 Shaft vibration measurements . . 7
5.2 Measurement types . . 7
5.2.1 Absolute bearing housing vibration . 7
5.2.2 Radial shaft vibration . . 8
5.2.3 Bearing and shaft vibration in the axial direction . 9
5.2.4 Detrimental influences . 9
5.3 Measurement locations and directions . . 9
5.3.1 General. 9
5.3.2 Measurement of relative shaft vibration .11
5.3.3 Measurement of the absolute bearing housing vibration .11
5.4 Measurement equipment .13
5.4.1 General.13
5.4.2 Absolute bearing housing vibration measurements .13
5.4.3 Shaft vibration measurement .15
5.4.4 Measurement of S or S .
max p–p 15
5.5 Operational conditions.17
6 Evaluation of vibration measurements .17
6.1 General .17
6.1.1 Basis of the vibration values .17
6.1.2 Effect of turbine operating conditions on bearing housing vibration
measurements.18
6.1.3 Effect of turbine operating conditions on shaft vibration .18
6.1.4 Pump operating conditions .18
6.1.5 Special operating conditions .18
6.2 Criterion I: Vibration magnitude .19
6.3 Criterion II: Change in vibration magnitude and phase .21
6.3.1 Assessment criteria .21
6.3.2 Monitoring prerequisites .21
6.3.3 Specific recommendation related to the generator .21
6.4 Operational limits .21
6.4.1 Alarms and trips .21
6.4.2 Setting of alarms .22
6.4.3 Setting of trips .22
6.4.4 Special operating conditions .22
6.5 Comparison of results for shaft vibration and bearing housing vibration .23
6.6 Evaluation based on vibration vector information .23
Annex A (normative) Evaluation zone boundaries .24
Annex B (informative) Vibration monitoring — Prerequisite for trend analysis .32
Annex C (informative) Special features of bearing housing vibration and shaft vibration of
hydraulic machine sets .37
Annex D (informative) Database, analysis procedure and statistical evaluation .40
Annex E (informative) Recommended practice for vibration data processing .45
Bibliography .50
iv © ISO 2018 – All rights reserved

Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: www .iso .org/iso/foreword .html.
This document was prepared jointly by Technical Committee ISO/TC 108, Mechanical vibration, shock
and condition monitoring, Subcommittee SC 2, Measurement and evaluation of mechanical vibration
and shock as applied to machines, vehicles and structures, and Technical Committee IEC/TC 4 Hydraulic
turbines. The draft was circulated for voting to the national bodies of both ISO and IEC.
This first edition of ISO 20816-5 cancels and replaces ISO 7919-5:2005 and ISO 10816-5:2000, which
have been technically revised. The main changes are:
— Vibrations of different type of machines and different shaft orientation are clearly identified.
— Demonstration that for each machine type, the vibration follows a similar statistical distribution
profile (Burr distribution), which resulted in revised vibration values.
— A strong recommendation to look at both shaft vibration and the vibration of non-rotating parts
together with physical parameters like bearing metal temperature and physical bearing clearances
in order to obtain a complete assessment of the machine health.
— Recommendation of a collaborative approach between supplier and customer to investigate cases
where vibration is larger than the statistical values instead of a rigid approach based only on
vibration values.
A list of all parts in the ISO 20816 series can be found on the ISO website.
Introduction
ISO 20816-1 is the basic document which specifies the general requirements for evaluating vibration of
various machine types. The present document provides specific guidance for the vibration of housings
and shafts of machine sets installed in hydraulic power generating and pump-storage plants.
Two criteria are provided for assessing machine vibration:
a) the first criterion considers the magnitude of the measured vibration;
b) the second criterion considers changes in the magnitude and phase of the measured vibration.
This document covers the analysis of both shaft vibration and vibration of fixed, non-rotating parts.
Vibration criteria have been established for horizontal axis and vertical axis machines and have been
developed for each type of turbine (Bulb, Francis, Pelton, Kaplan) when used for generating and also
for pumping where appropriate. The vibration magnitudes criteria provided in this document are
guidelines based on statistics; the magnitude values given should not be used as guarantees. It is
recommended that the vibration assessment is performed by a vibration expert selected in common
agreement by all parties. To identify t
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 20816-5
Première édition
2018-07
Vibrations mécaniques — Mesurage
et évaluation des vibrations des
machines —
Partie 5:
Groupes de machines équipant des
centrales hydroélectriques et des
stations de pompage et de stockage
Mechanical vibration — Measurement and evaluation of machine
vibration —
Part 5: Machine sets in hydraulic power generating and pump-
storage plants
Numéro de référence
©
ISO 2018
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y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
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Tél.: [phone]
Fax: [phone]
E-mail: [e-mail]
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 2
3 Termes et définitions . 2
4 Configurations de machines . 2
5 Modes opératoires et conditions de mesurage . 7
5.1 Généralités . 7
5.1.1 Mesurages des vibrations des carters de palier . . 7
5.1.2 Mesurages des vibrations des arbres . 7
5.2 Types de mesurage . 7
5.2.1 Vibrations absolues des carters de palier . 7
5.2.2 Vibrations radiales des arbres . 8
5.2.3 Vibrations des paliers et des arbres dans le sens axial . . 9
5.2.4 Influences néfastes . 9
5.3 Emplacements et sens des mesurages . 9
5.3.1 Généralités . 9
5.3.2 Mesurage des vibrations relatives d’arbre .11
5.3.3 Mesurage des vibrations absolues des carters de palier.11
5.4 Équipement de mesurage .13
5.4.1 Généralités .13
5.4.2 Mesurages des vibrations absolues des carters de palier .13
5.4.3 Mesurage des vibrations des arbres .15
5.4.4 Mesurage de S ou S .
max p–p 15
5.5 Conditions de fonctionnement .17
6 Évaluation des mesurages de vibrations .17
6.1 Généralités .17
6.1.1 Bases sur les valeurs vibratoires.17
6.1.2 Effet des conditions d’exploitation de la turbine sur les mesurages des
vibrations des carters de palier .18
6.1.3 Effet des conditions de fonctionnement de la turbine sur les vibrations de
l’arbre .18
6.1.4 Conditions de fonctionnement des pompes .19
6.1.5 Conditions de fonctionnement particulières .19
6.2 Critère I: amplitude des vibrations .19
6.3 Critère II: changement dans l’amplitude et la phase des vibrations .21
6.3.1 Critères d’évaluation .21
6.3.2 Exigences de surveillance .22
6.3.3 Recommandations spécifiques associées au générateur .22
6.4 Limites d’exploitation .22
6.4.1 Alarmes et arrêts lents.22
6.4.2 Réglage des alarmes .23
6.4.3 Réglage des arrêts lents .23
6.4.4 Conditions de fonctionnement particulières .23
6.5 Comparaison des résultats de vibrations d’arbre et de vibrations de carter de palier .23
6.6 Évaluation basée sur les informations des vecteurs de vibrations .24
Annexe A (normative) Limites des zones d’évaluation .25
Annexe B (informative) Surveillance des vibrations — Conditions préalables pour l’analyse
de tendance .34
Annexe C (informative) Particularités des vibrations de carter de palier et des vibrations
d’arbre des groupes de machines hydrauliques .39
Annexe D (informative) Base de données, mode opératoire d’analyse et évaluation statistique .42
Annexe E (informative) Pratique recommandée pour le traitement des données de vibrations .47
Bibliographie .52
iv © ISO 2018 – Tous droits réservés

Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/directives).
L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/iso/fr/avant -propos .html.
Le présent document a été préparé par le Comité technique ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques
et leur surveillance, en collaboration avec le sous-comité SC 2, Mesure et évaluation des vibrations et
chocs mécaniques intéressant les machines, les véhicules et les structures et le Comité technique IEC/TC 4
Turbines hydrauliques. Le projet a été soumis au vote des organismes nationaux de l’ISO et de l’IEC.
Cette première édition de l’ISO 20816-5 annule et remplace l’ISO 7919-5:2005 et l’ISO 10816-5:2000, qui
ont toutes deux fait l’objet d’une révision technique. Les principales modifications sont:
— les vibrations de différents types de machine et de différentes orientations d’arbre sont clairement
identifiées;
— démonstration que, pour chaque type de machine, les vibrations suivent un profil de distribution
statistique similaire (distribution de Burr), les valeurs de vibrations obtenues s’en trouvant révisées;
— une forte recommandation d’observer les vibrations de l’arbre ainsi que les vibrations des pièces
non tournantes en association avec les paramètres physiques tels que la température du métal des
paliers et les jeux de palier physiques afin d’obtenir une évaluation complète de l’état de santé de la
machine;
— recommandation d’adopter une approche collaborative entre le fournisseur et le client pour étudier
les cas où les vibrations sont plus élevées que les valeurs statistiques, au lieu d’une approche rigide
basée uniquement sur les valeurs de vibrations.
Une liste de toutes les parties de la série de normes ISO 20816 est disponible sur le site Internet de l’ISO.
Introduction
L’ISO 20816-1 est le document de base qui spécifie les exigences générales pour l’évaluation des
vibrations de différents types de machine. Le présent document donne des lignes directrices
spécifiques relatives aux vibrations des carters et arbres de groupes de machines équipant les centrales
hydroélectriques et stations de pompage et de stockage.
Deux critères d’évaluation des vibrations des machines sont proposés:
a) le premier critère tient compte de l’amplitude des vibrations mesurées;
b) le second critère tient compte des changements dans l’amplitude et dans la phase de
...