IEC 60193:1999

Hydraulic turbines, storage pumps and pump-turbines - Model acceptance tests

IEC 60193:1999 applies to laboratory models of any type of impulse or reaction hydraulic turbine, storage pump or pump-turbine. This standard applies to models of prototype machines either with unit power greater than 5 MW or with reference diameter greater than 3 m. Full application of the procedures herein prescribed is not generally justified for machines with smaller power and size. Nevertheless, this standard may be used for such machines by agreement between purchaser and supplier. In this standard, the term "turbine" includes a pump-turbine operating as a turbine and the term "pump" includes a pump-turbine operating as a pump. This standard excludes all matters of purely commercial interest, except those inextricably bound up with the conduct of the tests. This standard is concerned with neither the structural details of the machines nor the mechanical properties of their components, so long as these do not affect model performance or the relationship between model and prototype performances.
The main objectives of this standard are:
– to define the terms and quantities used;
– to specify methods of testing and of measuring the quantities involved, in order to ascertain the hydraulic performance of the model;
– to specify the methods of computation of results and of comparison with guarantees;
– to determine if the contract guarantees, which fall within the scope of this standard, have been fulfilled;
– to define the extent, content and structure of the final report.
The guarantees can be given in one of the following ways:
– guarantees for prototype hydraulic performance, computed from model test results considering scale effects;
– guarantees for model hydraulic performance.

Turbines hydrauliques, pompes d'accumulation et pompes-turbines - Essais de réception sur modèle

IEC 60193:1999 est applicable aux modèles de laboratoire de tout type de turbine hydraulique à action ou à réaction, de pompe d'accumulation ou de pompe-turbine. Elle s'applique aux modèles de machines prototypes ayant une puissance unitaire supérieure à 5 MW ou un diamètre de référence supérieur à 3 m. Bien que l'application intégrale des procédures prescrites ne soit généralement pas justifiée pour des machines de puissance et de dimension inférieures, la présente norme peut néanmoins être utilisée pour de telles machines après accord entre l'acheteur et le fournisseur. Dans cette norme, le terme "turbine" inclut une pompe-turbine fonctionnant en turbine et le terme "pompe" inclut une pompe-turbine fonctionnant en pompe. Cette norme exclut tous les sujets à caractère purement commercial, excepté ceux intimement liés à la bonne conduite des essais. Cette norme ne concerne ni les détails de construction des machines, ni les propriétés mécaniques de leurs différentes parties pour autant que ces éléments n'affectent pas le fonctionnement du modèle ni la relation entre les performances du modèle et celles du prototype.
Les objectifs principaux de la présente Norme internationale sont
– de définir les termes et les grandeurs utilisés;
– de prescrire les méthodes d'essai et les façons de mesurer les grandeurs permettant d'évaluer les performances hydrauliques du modèle;
– de prescrire les méthodes de calcul des résultats et de comparaison aux garanties;
– de déterminer si les garanties contractuelles qui sont du domaine de cette norme sont respectées;
– de définir l'étendue, le contenu et la présentation du rapport final.
Les garanties peuvent être données de l'une des façons suivantes:
– garanties reposant sur les performances hydrauliques du prototype, calculées à partir des résultats d'essai du modèle en tenant compte des effets d'échelle;
– garanties reposant sur les performances hydrauliques du modèle.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 15-Nov-1999
• ICS: 27.140 - Hydraulic energy engineering
• Technical Committee: TC 4 - Hydraulic turbines
• Drafting Committee: WG 23 - TC 4/WG 23
• Current Stage: DELPUB - Deleted Publication
• Start Date: 25-Apr-2019
• Completion Date: 30-Jun-2017

Relations

• Revised: IEC 60193:2019 - Hydraulic turbines, storage pumps and pump-turbines - Model acceptance tests
• Effective Date: 05-Sep-2023

Overview

IEC 60193:1999 - Hydraulic turbines, storage pumps and pump-turbines: Model acceptance tests defines the standardized laboratory procedures for model testing of impulse and reaction turbines, storage pumps and pump‑turbines. The standard applies primarily to models of prototype machines with unit power > 5 MW or reference diameter > 3 m (smaller machines may be tested by agreement). IEC 60193 sets out terms, measurement methods, computation procedures and the structure of the final acceptance report so that model results can be reliably converted into prototype guarantees.

Key topics and technical requirements

• Scope and objectives: Defines terms, prescribes test and measurement methods, describes computation and comparison with contract guarantees, and specifies final report content.
• Model and test installation requirements: Selection of laboratory, model dimensional checks, surface waviness/roughness considerations and installation layout.
• Hydraulic similitude & scale effects: Procedures to ensure similarity between model and prototype and methods to account for scale-related corrections when computing prototype performance.
• Primary measurements: Discharge, pressure, free water level, shaft torque, rotational speed and power absorption/generation techniques.
• Derived quantities: Computation of specific hydraulic energy (E), net positive suction specific energy (NPSE), efficiency, runaway speed and discharge.
• Data acquisition & processing: Requirements for instrumentation, sampling, calibration and component checks to ensure traceable results.
• Error analysis & uncertainty: Guidance on estimating measurement uncertainty (references ISO 5168 principles) and propagating errors through model-to-prototype conversion.
• Additional performance data: Measurement of pressure and torque fluctuations, axial/radial thrust, guide‑vane and blade loads, cavitation indices and extended operating range tests.
• Annexes: Practical aids including scale‑up of hydraulic efficiency (Annex F), runaway computation with friction/windage (Annex G) and example test procedures.

Practical applications

• Acceptance testing for hydroelectric equipment procurement and contract verification.
• Performance prediction of prototype turbines and pump‑turbines from model tests (efficiency, power, cavitation behavior, NPSE).
• Design validation, troubleshooting and optimization of runner and guide vane geometries before manufacture.
• Establishing guarantees for bidders, suppliers and owners in tenders for large hydraulic machines.

Who should use IEC 60193

• Turbine and pump manufacturers, hydraulic model test laboratories, consulting and design engineers, project owners, procurement teams and quality/acceptance inspectors involved in hydroelectric and pumped-storage projects.

Related standards

• ISO 5168 (error and uncertainty principles) - referenced for uncertainty analysis.
• Other IEC/ISO standards on instrumentation and fluid measurement may be used in conjunction with IEC 60193 for calibration and traceability.

Keywords: IEC 60193:1999, hydraulic turbines, model acceptance tests, pump‑turbines, storage pumps, model testing, scale effects, NPSE, discharge measurement, test laboratory, hydraulic performance.

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL IEC
STANDARD
Second edition
1999-11
Hydraulic turbines, storage pumps
and pump-turbines –
Model acceptance tests
This English-language version is derived from the original
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language pages.
Reference number
Publication numbering
As from 1 January 1997 all IEC publications are issued with a designation in the

60000 series. For example, IEC 34-1 is now referred to as IEC 60034-1.

Consolidated editions
The IEC is now publishing consolidated versions of its publications. For example,

edition numbers 1.0, 1.1 and 1.2 refer, respectively, to the base publication, the base

publication incorporating amendment 1 and the base publication incorporating
amendments 1 and 2.
Further information on IEC publications
The technical content of IEC publications is kept under constant review by the IEC,
thus ensuring that the content reflects current technology. Information relating to this
publication, including its validity, is available in the IEC Catalogue of publications
(see below) in addition to new editions, amendments and corrigenda. Information on
the subjects under consideration and work in progress undertaken by the technical
committee which has prepared this publication, as well as the list of publications
issued, is also available from the following:
• IEC Web Site (www.iec.ch)
• Catalogue of IEC publications
The on-line catalogue on the IEC web site (www.iec.ch/searchpub) enables you to
search by a variety of criteria including text searches, technical committees and
date of publication. On-line information is also available on recently issued
publications, withdrawn and replaced publications, as well as corrigenda.
• IEC Just Published
This summary of recently issued publications (www.iec.ch/online_news/ justpub) is
also available by email. Please contact the Customer Service Centre (see below)
for further information.
• Customer Service Centre
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INTERNATIONAL IEC
STANDARD
Second edition
1999-11
Hydraulic turbines, storage pumps
and pump-turbines –
Model acceptance tests
 IEC 1999 Copyright - all rights reserved
No part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical,
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Commission Electrotechnique Internationale
International Electrotechnical Commission
Международная Электротехническая Комиссия
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60193 © IEC:1999 – 3 –
CONTENTS
Page
FOREWORD .11

Clause
1 General rules . 13

1.1 Scope and object . 13

1.1.1 Scope . 13

1.1.2 Object . 13
1.2 Normative references. 15
1.3 Terms, definitions, symbols and units. 17
1.3.1 General . 17
1.3.2 Units . 19
1.3.3 List of terms, definitions, symbols and units . 21
1.4 Nature and extent of guarantees related to hydraulic performance. 59
1.4.1 General . 59
1.4.2 Main hydraulic performance guarantees verifiable by model test . 61
1.4.3 Guarantees not verifiable by model test . 67
1.4.4 Additional performance data . 67
2 Execution of tests . 69
2.1 Requirements of test installation and model. 69
2.1.1 Choice of laboratory . 69
2.1.2 Test installation. 69
2.1.3 Model requirements. 71
2.2 Dimensional check of model and prototype. 75
2.2.1 General. 75
2.2.2 Dimensions of model and prototype to be checked. 95
2.2.3 Surface waviness and roughness.111
2.3 Hydraulic similitude, test conditions and test procedures.119
2.3.1 Hydraulic similitude .119
2.3.2 Test conditions.133
2.3.3 Test procedures .139

2.4 Introduction to the methods of measurement .161
2.4.1 Measurements related to the main hydraulic performance guarantees.161
2.4.2 Measurements related to additional data.165
2.4.3 Acquisition and processing of data .165
2.5 Physical properties.165
2.5.1 General.165
2.5.2 Acceleration due to gravity .165
2.5.3 Physical properties of water.167
2.5.4 Physical conditions of atmosphere.177
2.5.5 Density of mercury .179

60193 © IEC:1999 – 5 –
Clause Page
3 Main hydraulic performances: methods of measurement and results .181

3.1 Data acquisition and data processing .181

3.1.1 Introduction and definitions.181

3.1.2 General requirements.181

3.1.3 Data acquisition .185

3.1.4 Component requirements .187

3.1.5 Check of the data acquisition system.193

3.2 Discharge measurement .197
3.2.1 General.197
3.2.2 Primary methods .201
3.2.3 Secondary methods.209
3.3 Pressure measurement .215
3.3.1 General.215
3.3.2 Choice of pressure-measuring section .215
3.3.3 Pressure taps and connecting lines .217
3.3.4 Apparatus for pressure measurement .223
3.3.5 Calibration of pressure measurement apparatus .237
3.3.6 Vacuum measurements.237
3.3.7 Uncertainty in pressure measurements .239
3.4 Free water level measurement .239
3.4.1 General.239
3.4.2 Choice of water level measuring sections .239
3.4.3 Number of measuring points in a measuring section .239
3.4.4 Measuring apparatus.241
3.4.5 Uncertainty in free water level measurement.245
3.5 Determination of E and NPSE .245
3.5.1 General.245
3.5.2 Determination of the specific hydraulic energy E .247
3.5.3 Simplified formulae for E .251
3.5.4 Determination of the net positive suction specific energy NPSE .261
3.6 Shaft torque measurement .271

3.6.1 General.271
3.6.2 Methods of torque measurement .271
3.6.3 Methods of absorbing/generating power.273
3.6.4 Layout of arrangement .273
3.6.5 Checking of system .283
3.6.6 Calibration.283
3.6.7 Uncertainty in torque measurement .285
3.7 Rotational speed measurement .287
3.7.1 General.287
3.7.2 Methods of speed measurement.287
3.7.3 Checking.287
3.7.4 Uncertainty of measurement.289

60193 © IEC:1999 – 7 –
Clause Page
3.8 Computation of test results.289

3.8.1 General.289

3.8.2 Computation of power, discharge and efficiency in the guarantee range .299

3.8.3 Computation of steady-state runaway speed and discharge .329

3.9 Error analysis.337

3.9.1 Basic principles (see ISO 5168).337

3.9.2 Determination of uncertainties in model tests.341

3.10 Comparison with guarantees .351

3.10.1 General.351
3.10.2 Interpolation curve and total uncertainty bandwidth .353
3.10.3 Power, discharge and/or specific hydraulic energy and efficiency in the
guarantee range.355
3.10.4 Runaway speed and discharge .363
3.10.5 Cavitation guarantees.363
4 Additional performance data – Methods of measurement and results .367
4.1 Introduction to additional data measurement.367
4.1.1 General.367
4.1.2 Test conditions and test procedures .369
4.1.3 Uncertainty in measurements .369
4.1.4 Model to prototype conversion .369
4.2 Data acquisition and processing for measurement of fluctuating quantities .371
4.2.1 General.371
4.2.2 Data acquisition .373
4.2.3 Data processing .377
4.3 Pressure fluctuations.379
4.3.1 General.379
4.3.2 Special requirements for model and installation .387
4.3.3 Instrumentation and calibration.389
4.3.4 Detailed procedures .391
4.3.5 Measurement .397
4.3.6 Analysis, presentation and interpretation of results .397
4.3.7 Transposition to prototype .403

4.3.8 Uncertainties.409
4.4 Shaft torque fluctuations .411
4.4.1 General.411
4.4.2 Recommendations for measurement .411
4.4.3 Analysis of model test results .411
4.4.4 Transposition to prototype .411
4.5 Axial and radial thrust.413
4.5.1 General.413
4.5.2 Axial thrust.415
4.5.3 Radial thrust.425

60193 © IEC:1999 – 9 –
Clause Page
4.6 Hydraulic loads on control components .431

4.6.1 General.431

4.6.2 Guide vane torque.433

4.6.3 Runner blade torque.443

4.6.4 Pelton needle force and deflector torque.453

4.7 Testing in an extended operating range.459

4.7.1 General.459

4.7.2 Terminology .459

4.7.3 Scope of tests .465
4.7.4 Provisions for particular tests .467
4.8 Differential pressure measurement in view of prototype index test .471
4.8.1 General.471
4.8.2 Purpose of test.473
4.8.3 Execution of test .473
4.8.4 Transposition to prototype conditions.475
4.8.5 Uncertainty.475
Annex A (informative) Dimensionless terms .477
Annex B (normative) Physical properties, data .479
Annex C (informative) Derivation of the equation for the specific hydraulic energy
of a machine.495
Annex D (informative) Influence of the density of actual water ρ on measurement
wa
and calibration. .499
Annex E (informative) Summarized test and calculation procedure .501
Annex F (normative) Scale-up of the hydraulic efficiency of reaction machines .509
Annex G (normative) Computation of the prototype runaway characteristics taking into
account friction and windage losses of the unit.519
Annex H (informative) Example of determination of the best smooth curve: method
of separate segments .5 21
Annex J (informative) Examples analysis of sources of error and uncertainty evaluation .527
Annex K (normative) Efficiency scale-up for Pelton turbines .539
Annex L (normative) Analysis of random uncertainties for a test at constant operating
conditions. .545

Annex M (normative) Calculation of plant Thoma number σ .553
pl
Annex N (informative) Detailed flux diagram of specific hydraulic energy, flow and power .561
Annex P (informative) Bibliography .567

60193 © IEC:1999 – 11 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION

___________
HYDRAULIC TURBINES, STORAGE PUMPS

AND PUMP-TURBINES –
MODEL ACCEPTANCE TESTS
FOREWORD
1) The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for standardization comprising

all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of the IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, the IEC publishes International Standards. Their preparation is
entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested in the subject dealt with may
participate in this preparatory work. International, governmental and non-governmental organizations liaising
with the IEC also participate in this preparation. The IEC collaborates closely with the International Organization
for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the two
organizations.
2) The formal decisions or agreements of the IEC on technical matters express, as nearly as possible, an
international consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation
from all interested National Committees.
3) The documents produced have the form of recommendations for international use and are published in the form
of standards, technical reports or guides and they are accepted by the National Committees in that sense.
4) In order to promote international unification, IEC National Committees undertake to apply IEC International
Standards transparently to the maximum extent possible in their national and regional standards. Any
divergence between the IEC Standard and the corresponding national or regional standard shall be clearly
indicated in the latter.
5) The IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with one of its standards.
6) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this International Standard may be the subject
of patent rights. The IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard IEC 60193 has been prepared by IEC technical committee 4: Hydraulic
turbines.
This second edition of IEC 60193 cancels and replaces the first edition of IEC 60193 published
in 1965, its amendment 1 (1977), IEC 60193A (1972), as well as IEC 60497 (1976) and
IEC 60995 (1991).
Clauses 1 to 3 of this standard cover the scopes dealt with in the above-mentioned
publications. Additional information is given in clause 4.
The text of this standard is based on the following documents:
FDIS Report on voting
4/157/FDIS 4/162/RVD
Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on
voting indicated in the above table.
Annexes B, F, G, K, L and M form an integral part of this standard.
Annexes A, C, D, E, H, J, N and P are for information only.
The committee has decided that this publication remains valid until 2004. At this date, in
accordance with the committee's decision, the publication will be
• reconfirmed;
• withdrawn;
• replaced by a revised edition, or
• amended.
60193 © IEC:1999 – 13 –
HYDRAULIC TURBINES, STORAGE PUMPS

AND PUMP-TURBINES –
MODEL ACCEPTANCE TESTS
1 General rules
1.1 Scope and object
1.1.1 Scope
This International Standard applies to laboratory models of any type of impulse or reaction
hydraulic turbine, storage pump or pump-turbine.
This standard applies to models of prototype machines either with unit power greater than
5 MW or with reference diameter greater than 3 m. Full application of the procedures herein
prescribed is not generally justified for machines with smaller power and size. Nevertheless,
this standard may be used for such machines by agreement between purchaser and supplier.
In this standard, the term "turbine" includes a pump-turbine operating as a turbine and the term
"pump" includes a pump-turbine operating as a pump.
This standard excludes all matters of purely commercial interest, except those inextricably
bound up with the conduct of the tests.
This standard is concerned with neither the structural details of the machines nor the
mechanical properties of their components, so long as these do not affect model performance
or the relationship between model and prototype performances.
1.1.2 Object
This International Standard covers the arrangements for model acceptance tests to be
performed on hydraulic turbines, storage pumps and pump-turbines to determine if the main
hydraulic performance contract guarantees (see 1.4.2) have been satisfied.
It contains the rules governing test conduct and prescribes measures to be taken if any phase
of the tests is disputed.
The main objectives of this standard are:

– to define the terms and quantities used;
– to specify methods of testing and of measuring the quantities involved, in order to ascertain
the hydraulic performance of the model;
– to specify the methods of computation of results and of comparison with guarantees;
– to determine if the contract guarantees, which fall within the scope of this standard, have
been fulfilled;
– to define the extent, content and structure of the final report.
The guarantees can be given in one of the following ways:
– guarantees for prototype hydraulic performance, computed from model test results
considering scale effects;
– guarantees for model hydraulic performance.

60193 © IEC:1999 – 15 –
Moreover additional performance data (see 1.4.4) can be needed for the design or the
operation of the prototype of the hydraulic machine. Contrary to the requirements of clauses 1

to 3 related to main hydraulic performance the information of these additional data given in

clause 4 is considered only as recommendation or guidance to the user (see 4.1).

It is particularly recommended that model acceptance tests be performed if the expected field

conditions for acceptance tests (see IEC 60041) would not allow the verification of guarantees

given for the prototype machine.

This standard may also be applied to model tests for other purposes, i.e. comparative tests and

research and development work.

If model acceptance tests have been performed, field tests can be limited to index tests (see
IEC 60041, clause 15).
If a contradiction is found between this standard and any other standard, this standard shall
prevail.
1.2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text,
constitute provisions of this International Standard. At the time of publication, the editions
indicated were valid. All normative documents are subject to revision, and parties to
agreements based on this International Standard are encouraged to investigate the possibility
of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. Members of
IEC and ISO maintain registers of currently valid International Standards.
Field acceptance test to determine the hydraulic performance of hydraulic
IEC 60041:1991,
turbines, storage pumps and pump-turbines
IEC 60609:1978, Cavitation pitting evaluation in hydraulic turbines, storage pumps and pump-
turbines
IEC 60609-2:1997, Cavitation pitting evaluation in hydraulic turbines, storage pumps and
pump-turbines – Part 2: Evaluation in Pelton turbines
IEC 60994:1991, Guide for field measurement of vibrations and pulsations in hydraulic
machines (turbines, storage pumps and pump-turbines)
IEC 61364:1999, Nomenclature of hydraulic machinery
IEC 61366 (all parts), Hydraulic turbines storage pumps and pump-turbines – Tendering

documents
ISO 31-3:1992, Quantities and units – Part 3: Mechanics
ISO 31-12:1992, Quantities and units – Part 12: Characteristic numbers
ISO 468:1982, Surface roughness – Parameters, their values and general rules for specifying
requirements
ISO 1438-1:1980, Water flow measurement in open channels using weirs and Venturi flumes –
Part 1: Thin-plate weirs
60193 © IEC:1999 – 17 –
ISO 2186:1973, Fluid flow in closed conduits – Connections for pressure signal transmissions
between primary and secondary elements

ISO 2533:1975, Standard atmosphere

Addendum 1: 1985
ISO 4006:1991, Measurement of fluid flow in closed conduits – Vocabulary and symbols

ISO 4185:1980, Measurement of liquid flow in closed conduits – Weighing method

ISO 4373:1995, Measurement of liquid flow in open channels – Water level measuring devices

ISO 5167-1:1991, Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices – Part 1:
Orifice plates, nozzles and Venturi tubes inserted in circular cross-section conduits running full
ISO 5168:1978, Measurement of fluid flow – Estimation of uncertainty of a flow-rate
measurement
ISO 6817:1992, Measurement of conductive liquid flow in closed conduits – Method using
electromagnetic flowmeters
ISO 7066-1:1997, Assessment of uncertainty in the calibration and use of flow measurement
devices – Part 1: Linear calibration relationship
ISO 7066-2:1988, Assessment of uncertainty in the calibration and use of flow measurement
devices – Part 2: Non-linear calibration relationships
ISO 8316: 1987, Measurement of liquid flow in closed conduits – Method by collection of the
liquid in a volumetric tank
ISO 9104:1991, Measurement of fluid flow in closed conduits – Methods of evaluating the
performance of electromagnetic flow-meters for liquids
VIM:1993, International vocabulary of basic and general terms in metrology (BIPM-IEC-ISO-
OIML)
1.3 Terms, definitions, symbols and units
1.3.1 General
For the purpose of this International Standard the following common terms, definitions,
symbols and units apply. Specialized terms are explained where they appear.
Clarification of any term, definition or unit of measure in question shall be agreed to in writing

by the contracting parties in advance of the test.
1.3.1.1 point
A point is established by one or more consecutive sets of readings and/or recordings at
unchanged operating condition and settings, sufficient to calculate the performance of the
machine at this operating condition and these settings
1.3.1.2 test
a test comprises a collection of points and results adequate to establish the performance of the
machine over a specified range of operating conditions

60193 © IEC:1999 – 19 –
1.3.1.3 hydraulic performance

all performance parameters attributable to the machine due to hydrodynamic effects

1.3.1.4 main hydraulic performance data

a subset of the hydraulic performance parameters, i.e. power, discharge and/or specific

hydraulic energy, efficiency, steady-state runaway speed and/or discharge. The influence of

cavitation must be considered.

1.3.1.5 additional data
a subset of hydraulic performance data which can be determined for information on the model

(see 1.4.4). However, the prediction of the corresponding prototype data is less accurate than
that achievable for the main hydraulic performance data, due to application of approximate
similarity rules.
1.3.1.6 guarantees
specified performance data contractually agreed to
1.3.2 Units
The international System of Units (SI, see ISO 31-3) has been used throughout this standard.
1)
All terms are given in SI base units or derived coherent units . The basic equations are valid
using these units. This has to be taken into account if other than coherent SI units are used for
certain data (e.g. kilowatt instead of watt for power, kilopascal or bar instead of pascal for
-1 -1
pressure, min instead of s for rotational speed, etc.). Temperatures may be given in degrees
Celsius since absolute temperatures (in kelvins) are rarely required.
Any other system of units may be used but only if agreed in writing by the contracting parties.

___________
1) -2 -1 -2 2 -2 2 -3
N = kg·m·s  Pa = kg·m ·s  J = kg·m ·s  W = kg·m ·s

60193 © IEC:1999 – 21 –
1.3.3 List of terms, definitions, symbols and units

1.3.3.1 Subscripts and symbols

Subclause Term Definition Subscript or symbol

1)
1.3.3.1.1 High pressure The high pressure section of the machine to 1

reference section which the performance guarantees refer (see
figure 1)
1)
1.3.3.1.2 Low pressure The low pressure section of the machine to which 2
reference section the performance guarantees refer (see figure 1)

1.3.3.1.3 High pressure Whenever possible, these sections should
measuring sections coincide with section 1; otherwise the measured
1',1'' .
values must be adjusted to section 1 (see
3.5.2.1.3)
1.3.3.1.4 Low pressure Whenever possible, these sections should
measuring sections coincide with section 2; otherwise, the measured
2', 2'' .
values must be adjusted to section 2 (see
3.5.2.1.3)
1.3.3.1.5 Specified Subscript denoting values of quantities such as sp
rotational speed, discharge etc. for which other
quantities are guaranteed
1.3.3.1.6 Maximum/minimum Subscript denoting maximum or max
minimum values of any term min
1.3.3.1.7 Limits Contractually defined values:
– not to be exceeded ////
– to be reached or ////
1.3.3.1.8 Prototype Subscript denoting values related to the full size P
machine
1.3.3.1.9 Model Subscript denoting values related to the model M
1.3.3.1.10 Model at constant Subscript denoting values related to a model and M*
Reynolds number referred to a constant value of Reynolds number
1.3.3.1.11 Reference Subscript denoting values related to a specified ref
reference condition
1.3.3.1.12 Optimum Subscript denoting the best efficiency point opt
1.3.3.1.13 Ambient Subscript referring to surrounding atmospheric amb
conditions
1.3.3.1.14 Plant Subscript denoting values related to the operating pl
conditions of the prototype in the plant
1.3.3.1.15 Runaway Subscript referring to runaway conditions R

1)
The terms "high pressure" and "low pressure" define the two sides of the machine irrespective of the flow
direction and therefore are independent of the mode of operation of the machine.

60193 © IEC:1999 – 23 –
Inlet/outlet section
High pressure reference section
Turbine
High pressure measuring section

1'
Machine
2'
Low pressure measuring section
Pump
Low pressure reference section
Inlet/outlet section
Figure 1– Schematic representation of a hydraulic machine
a
a
Closed position: a = 0˚ or a = 0 mm
Figure 2 – Guide vane opening and angle

60193 © IEC:1999 – 25 –
1.3.3.2 Geometric terms
Subclause Term Definition Symbol Unit

1.3.3.2.1 Area Net cross sectional area normal to general flow Am

direction
1.3.3.2.2 Guide vane opening Average shortest distance between adjacent am
guide vanes (at a specified section if necessary)

(see figure 2)
1.3.3.2.3 Guide vane angle Average vane angle measured from closed α °
position (see figure 2)
1.3.3.2.4 Needle stroke (impulse Average needle stroke measured from closed sm
turbine) position
1.3.3.2.5 Runner/impeller blade Average runner/impeller blade setting measured °
β
angle from a reference position
1.3.3.2.6 Reference diameter Reference diameter of the hydraulic machine as Dm
given in figure 3
1.3.3.2.7 Runner outlet/impeller Average shortest distance between two adjacent a , a m
1 2
inlet width blades of runner/impeller (see figures 14 and 15)
1.3.3.2.8 Bucket width Inside maximum width of runner bucket of a Bm
Pelton turbine (see figure 3)
1.3.3.2.9 Length scale ratio The ratio of representative prototype to model λ -
L
lengths; in normal cases this is the reference
diameter of the machine. In cases where it is
difficult to verify this reference, then another
significant length may be taken
1.3.3.2.10 Level Elevation of a point in the system above the zm
specified reference datum (usually mean sea
level)
D
D
D
D
D
D
60193 © IEC:1999 – 27 –
Detail X
a) b)
a
Xa
X
D
c) d) e)
aaa
g)
f)
aB
D
Jet axis
0° ≤ α ≤ 90°
a) Radial machines, such as Francis turbines, radial (centrifugal) pumps and pump-turbines; for multistage
machines: low-pressure stage.
b) Diagonal (mixed-flow, semi-axial) machines with fixed runner/impeller blades and with runner/impeller band.
c) Diagonal (mixed-flow, semi-axial) machines with fixed runner/impeller blades, without runner/impeller band.
d) Diagonal (mixed-flow, semi-axial) machines with adjustable runner/impeller blades.
1)
e) Axial machines, such as propeller turbines, tubular turbines , axial pumps and pump-turbines with fixed
runner/impeller blades.
1)
f) Axial machines, such as Kaplan turbines, tubular turbines , axial pumps and pump-turbines with adjustable
runner/impeller blades.
g) Pelton turbines.
Figure 3 – Reference diameter and bucket width
___________
1)
The term "tubular turbines" includes bulb, pit, rim generator and S-type units.

60193 © IEC:1999 – 29 –
1.3.3.3 Physical quantities and properties

Subclause Term Definition Symbol Unit

-2
1.3.3.3.1 Acceleration due to Local value of gravitational acceleration at the gm s

gravity place of testing (see 2.5.2); theoretical values as

a function of altitude and latitude are given in
annex B, table B.1
1.3.3.3.2 Temperature Thermodynamic Θ K

Celsius °C
θ
θ = Θ – 273,15
-3
1.3.3.3.3 Density Mass per unit volume ρ kg m
-3
a) Density of water kg m
ρ
w
ρ is commonly used instead of ρ Values for
w.
distilled water ρ are given in 2.5.3.1.3 and in
wd
annex B, table B.2
-3
kg m
ρ
b) Density of air a
Values for air are given in 2.5.4.1 and in annex B,
table B.5
-3
c) Density of mercury
kg m
ρ
Hg
Values for mercury are given in 2.5.5 and in
annex B, table B.7
1.3.3.3.4 Vapour pressure Absolute partial pressure of saturated vapour in a p Pa
va
(absolute) medium where liquid and gaseous phases of a
body are in thermodynamic balance. The vapour
pressure depends only on the temperature.
Values for distilled water are given in 2.5.3.4 and
in annex B, table B.4
1.3.3.3.5 Dynamic viscosity A quantity characterizing the mechanical Pa s
μ
behaviour of a fluid (see ISO 31-3)
2 -1
1.3.3.3.6 Kinematic viscosity Ratio of the dynamic viscosity to the density of a ν m s
fluid. Values for distilled water as a function of
temperature are given in 2.5.3.3 and in annex B,
table B.3
-2
1.3.3.3.7 Surface tension A quantity characterizing the mechanical J·m
σ∗
behaviour of the interface between two fluids (see
ISO 31-3)
60193 © IEC:1999 – 31 –
1.3.3.4 Discharge, velocity and speed terms

Subclause Term Definition Symbol Unit

3 -1
1.3.3.4.1 Discharge (volume flow Volume of water per unit time passing through Qm s

rate) any section in the system

-1
1.3.3.4.2 Mass flow rate Mass of water flowing through any section of the kg s
(ρQ)
system per unit time. Both ρ and Q shall be

determined at the same section and at the

conditions existing in that section

NOTE − The mass flow rate is constant between

two sections if no water is added or removed
3 -1
1.3.3.4.3 Measured discharge Volume of water per unit time flowing through any Q or Q m s
1' 2'
measuring section, e.g. 1' (see 1.3.3.1.3 and
1.3.3.1.4)
3 -1
1.3.3.4.4 Discharge at reference Volume of water per unit time flowing through the Q or Q m s
1 2
section reference section 1 or 2
3 -1
1.3.3.4.5 Corrected discharge at Volume of water per unit time flowing through the Q or m s
1c
reference section reference section referred to the ambient Q
2c
condition (see 1.3.3.5.2), e.g.
Q = (ρQ) /ρ
1c 1 amb
Given the normal conditions of a model test, Q
1c
may be assumed equal to Q
3 -1
1.3.3.4.6 Discharge at steady- Discharge at n (see 1.3.3.4.12) Q m s
R R
state runaway speed
3 -1
1.3.3.4.7 No-load turbine Turbine discharge at zero mechanical power at Q m s
o
discharge specified speed (usually synchronous) and
specified specific hydraulic energy
3 -1
1.3.3.4.8 Leakage flowrate Volumetric loss as illustrated in figure 6 q m s
-1
1.3.3.4.9 Mean velocity Discharge Q divided by area A of the cross- vm s
section
-1
1.3.3.4.10 Peripheral velocity Peripheral velocity at the reference diameter (see um s
figure 3): u = πDn
-1
1.3.3.4.11 Rotational speed Number of revolutions per unit time n s
-1
1.3.3.4.12 Steady-state runaway The steady-state rotational speed at zero n s
R
speed mechanical power at specified hydraulic
conditions and specified guide vane/blade/needle
opening
-1
1.3.3.4.13 Maximum steady-state The highest value of steady-state runaway speed n s
Rmax
runaway speed at specified hydraulic conditions (for the
prototype, see detailed definition in IEC 60041)

60193 © IEC:1999 – 33 –
1.3.3.5 Pressure terms
Subclause Term Definition Symbol Unit

1.3.3.5.1 Absolute pressure The static pressure of a fluid measured with p Pa
abs
reference to a perfect vacuum
1.3.3.5.2 Ambient pressure The absolute pressure of the ambient air (see p Pa
amb
2.5.4.2). Values for standard atmosphere are given

as a function of elevation in annex B, table B.6

1.3.3.5.3 Gauge pressure The difference between the absolute static pressure pPa

of a fluid at the reference level of the pressure
measuring instrument and the ambient pressure at
the place and time of measurement,

p = p − p
abs amb
1.3.3.6 Specific energy terms
In the International System of Units, mass (kg) is one of the base quantities. The energy per
unit mass, known as specific energy, is used in this standard as a primary term instead of the
energy per local unit weight which is called head, and was exclusively used in previous
publications.
The latter term (head) has the disadvantage that weight is a force which depends on the local
value of acceleration due to gravity g, which changes mainly with latitude but also with altitude.
Nevertheless, the term "head" will still remain in use because it is very common. Therefore,
both related energy terms are listed, the specific energy terms in this subclause and head
terms in 1.3.3.7. They differ only by the factor g, which is the local value of acceleration due to
gravity.
60193 © IEC:1999 – 35 –
Subclause Term Definition Symbol Unit

-1
1.3.3.6.1 Specific energy The energy per unit mass of water at any section e J kg

-1
1.3.3.6.2 Specific hydraulic Specific energy of water available between the high and
EJ kg
energy of machine low pressure reference sections 1 and 2 of the machine,
1) 2)
taking into account the influence of compressibility

2 2
pp− v −v
abs12abs 1 2
E = + +−zz g
()
ρ 2
UU�
with and assuming g = g = g
U
1 2
The value of ρ and ρ can be calculated from p and
1 2 abs1
p respectively, taking into account θ or θ for both
abs2 1 2
values, given the negligible influence of the difference of
the temperature on ρ
-1
1.3.3.6.3 Zero-discharge (shut- Pump specific energy at specified speed and specified E J kg
o
off) specific hydraulic guide vane and impeller blade settings with high pressure
energy of the pump side shut off
-1
1.3.3.6.4 Suction specific Specific potential energy at section 2 corresponding to the J kg
E
s
potential energy of the difference between the reference level of the machine (see
machine 1.3.3.7.6) and the piezometric level at section 2
pp−
abs 2 amb
=− =− −
E g ()zz g()zz
′
sr 2 r 2
...

NORME CEI
INTERNATIONALE
Deuxième édition
1999-11
Turbines hydrauliques, pompes d'accumulation
et pompes-turbines –
Essais de réception sur modèle
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bilingue dont les pages anglaises ont été supprimées.
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Numéro de référence
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Numérotation des publications
Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI sont numérotées à partir de

60000. Ainsi, la CEI 34-1 devient la CEI 60034-1.

Editions consolidées
Les versions consolidées de certaines publications de la CEI incorporant les

amendements sont disponibles. Par exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2

indiquent respectivement la publication de base, la publication de base incorporant

l’amendement 1, et la publication de base incorporant les amendements 1 et 2

Informations supplémentaires sur les publications de la CEI
Le contenu technique des publications de la CEI est constamment revu par la CEI
afin qu'il reflète l'état actuel de la technique. Des renseignements relatifs à cette
publication, y compris sa validité, sont disponibles dans le Catalogue des
publications de la CEI (voir ci-dessous) en plus des nouvelles éditions, amende-
ments et corrigenda. Des informations sur les sujets à l’étude et l’avancement des
travaux entrepris par le comité d’études qui a élaboré cette publication, ainsi que la
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• Site web de la CEI (www.iec.ch)
• Catalogue des publications de la CEI
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NORME CEI
INTERNATIONALE
Deuxième édition
1999-11
Turbines hydrauliques, pompes d'accumulation
et pompes-turbines –
Essais de réception sur modèle

 IEC 1999 Droits de reproduction réservés
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Commission Electrotechnique Internationale
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− 2 − 60193 © CEI:1999
SOMMAIRE
Pages
AVANT-PROPOS . 10

Articles
1 Règles générales . 12

1.1 Domaine d'application et objet. 12

1.1.1 Domaine d'application . 12

1.1.2 Objet. 12

1.2 Références normatives . 14
1.3 Terminologie, définitions, symboles et unités. 16
1.3.1 Généralités . 16
1.3.2 Unités . 18
1.3.3 Liste des termes, définitions, symboles et unités. 20
1.4 Nature et étendue des garanties relatives au fonctionnement hydraulique . 58
1.4.1 Généralités . 58
1.4.2 Garanties principales de performances hydrauliques vérifiables
par un essai sur modèle . 60
1.4.3 Garanties non vérifiables par des essais sur modèle. 66
1.4.4 Données complémentaires de fonctionnement . 66
2 Exécution des essais. 68
2.1 Exigences imposées à l'installation d'essais et au modèle . 68
2.1.1 Choix du laboratoire . 68
2.1.2 Installation d'essais . 68
2.1.3 Exigences concernant le modèle . 70
2.2 Contrôle dimensionnel du modèle et du prototype. 74
2.2.1 Généralités . 74
2.2.2 Dimensions à contrôler sur le modèle et le prototype . 94
2.2.3 Ondulation et rugosité de surface .110
2.3 Similitude hydraulique, conditions d'essai et modalités d'exécution des essais.118
2.3.1 Similitude hydraulique .118
2.3.2 Conditions d'essai .132
2.3.3 Modalités d'exécution des essais.138

2.4 Introduction aux méthodes de mesure .160
2.4.1 Mesures liées aux garanties principales de performances hydrauliques .160
2.4.2 Mesures liées à des données complémentaires .164
2.4.3 Acquisition et traitement des données.164
2.5 Propriétés physiques.164
2.5.1 Généralités .164
2.5.2 Accélération due à la pesanteur.164
2.5.3 Propriétés physiques de l'eau .166
2.5.4 Propriétés physiques de l'atmosphère.176
2.5.5 Masse volumique du mercure .178

− 4 − 60193 © CEI:1999
Articles Pages
3 Performances hydrauliques principales: méthodes de mesurage et résultats.180

3.1 Acquisition et traitement des données .180

3.1.1 Introduction et définitions .180

3.1.2 Spécifications générales.180

3.1.3 Acquisition des données.184

3.1.4 Spécification des composants .186

3.1.5 Contrôle du système d'acquisition des données .192

3.2 Mesurage du débit .196

3.2.1 Généralités .196
3.2.2 Méthodes primaires.200
3.2.3 Méthodes secondaires.208
3.3 Mesurage de la pression .214
3.3.1 Généralités .214
3.3.2 Choix de la section de mesure de la pression .214
3.3.3 Prises de pression et tuyauteries de liaison .216
3.3.4 Appareillage de mesure de la pression .222
3.3.5 Etalonnage des appareils de mesure de pression .236
3.3.6 Mesures de vide.236
3.3.7 Incertitude sur les mesures de pression.238
3.4 Mesurage du niveau libre .238
3.4.1 Généralités .238
3.4.2 Choix des sections de mesurage du niveau libre.238
3.4.3 Nombre des points de mesurage dans une section .238
3.4.4 Appareillage de mesure.240
3.4.5 Incertitudes sur les mesures de niveau libre .244
3.5 Détermination de E et NPSE .244
3.5.1 Généralités .244
3.5.2 Détermination de l'énergie hydraulique massique E .246
3.5.3 Formules simplifiées pour E .250
3.5.4 Détermination de l'énergie massique nette à l'aspiration NPSE .260
3.6 Mesurage du couple sur l'arbre .270
3.6.1 Généralités .270

3.6.2 Méthodes de mesurage du couple .270
3.6.3 Méthodes pour absorber ou fournir la puissance .272
3.6.4 Schémas de montage.272
3.6.5 Contrôle du système.282
3.6.6 Etalonnage.282
3.6.7 Incertitude sur la mesure du couple .284
3.7 Mesurage de la vitesse de rotation .286
3.7.1 Généralités .286
3.7.2 Méthodes de mesurage de la vitesse.286
3.7.3 Contrôle .286
3.7.4 Incertitude de mesure.288

− 6 − 60193 © CEI:1999
Articles Pages
3.8 Calcul des résultats d'essai .288

3.8.1 Généralités .288

3.8.2 Calcul de la puissance, du débit et du rendement dans le domaine

garanti .298

3.8.3 Calcul de la vitesse et du débit d'emballement stabilisé .328

3.9 Analyse des erreurs .336

3.9.1 Principes de base (voir ISO 5168) .336

3.9.2 Détermination des incertitudes lors des essais sur modèle.340

3.10 Comparaison aux garanties.350
3.10.1 Généralités .350
3.10.2 Courbe d'interpolation et bande d'incertitude totale .352
3.10.3 Puissance, débit et/ou énergie hydraulique massique et rendement
dans le domaine garanti .354
3.10.4 Vitesse et débit d'emballement .362
3.10.5 Garanties de cavitation.362
4 Données complémentaires de fonctionnement – Méthodes de mesurage et résultats .366
4.1 Introduction au mesurage des données complémentaires .366
4.1.1 Généralités .366
4.1.2 Conditions d'essai et mode opératoire .368
4.1.3 Incertitude de mesure.368
4.1.4 Transposition du modèle au prototype .368
4.2 Acquisition et traitement des données pour le mesurage des grandeurs
fluctuantes .370
4.2.1 Généralités .370
4.2.2 Acquisition des données.372
4.2.3 Traitement des données .376
4.3 Fluctuations de pression .378
4.3.1 Généralités .378
4.3.2 Recommandations particulières pour le modèle et l'installation .386
4.3.3 Instrumentation et étalonnage .388
4.3.4 Détails de procédure .390
4.3.5 Mesures .396
4.3.6 Analyse, présentation et interprétation des résultats .396

4.3.7 Transposition au prototype .402
4.3.8 Incertitude.408
4.4 Fluctuations de couple sur l’arbre.410
4.4.1 Généralités .410
4.4.2 Recommandations pour les mesures .410
4.4.3 Analyse des résultats d'essais sur modèle .410
4.4.4 Transposition au prototype .410
4.5 Poussées axiale et radiale.412
4.5.1 Généralités .412
4.5.2 Poussée axiale.414
4.5.3 Poussée radiale .424

− 8 − 60193 © CEI:1999
Articles Pages
4.6 Efforts hydrauliques sur les organes de réglage.430

4.6.1 Généralités .430

4.6.2 Couple sur les directrices .432

4.6.3 Couple sur les pales de roue .442

4.6.4 Force sur le pointeau et couple sur le déflecteur des turbines Pelton .452

4.7 Essais dans un domaine de fonctionnement élargi.458

4.7.1 Généralités .458

4.7.2 Terminologie .458

4.7.3 Objet des essais .464
4.7.4 Particularités de certains essais .466
4.8 Mesures de pression différentielle en vue des essais indiciels du prototype .470
4.8.1 Généralités .470
4.8.2 But de l'essai.472
4.8.3 Exécution de l'essai.472
4.8.4 Transposition aux conditions du prototype .474
4.8.5 Incertitude.474
Annexe A (informative) Termes adimensionnels.476
Annexe B (normative) Propriétés physiques, valeurs numériques .478
Annexe C (informative) Etablissement de l'équation définissant l'énergie hydraulique
massique de la machine .494
Annexe D (informative) Influence de la masse volumique réelle de l'eau, ρ ,
wa
sur les mesures et sur les étalonnages .498
Annexe E (informative) Procédure résumée d'essai et de calcul .500
Annexe F (normative) Effet d'échelle sur le rendement hydraulique des machines
à réaction .508
Annexe G (normative) Calcul des caractéristiques d'emballement du prototype en tenant
compte des pertes par frottement et par ventilation du groupe.518
Annexe H (informative) Exemple de détermination de la meilleure courbe lissée: méthode
des segments séparés.520
Annexe J (informative) Exemples d'analyse des sources d'erreur et évaluation de
l'incertitude. .526
Annexe K (normative) Effet d'échelle sur le rendement des turbines Pelton .538

Annexe L (normative) Analyse des incertitudes aléatoires lors d'un essai dans des
conditions de fonctionnement constantes .544
Annexe M (normative) Calcul du nombre de Thoma d'installation σ .552
pl
Annexe N (informative) Bilan schématique détaillé des énergies hydrauliques massiques,
des débits et des puissances .560
Annexe P (informative) Bibliographie .566

− 10 − 60193 © CEI:1999
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE

___________
TURBINES HYDRAULIQUES, POMPES D’ACCUMULATION

ET POMPES-TURBINES –
ESSAIS DE RÉCEPTION SUR MODÈLE

AVANT-PROPOS
1) La CEI (Commission Electrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation composée

de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a pour objet de
favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les domaines de
l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI, entre autres activités, publie des Normes Internationales.
Leur élaboration est confiée à des comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le
sujet traité peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec la CEI, participent également aux travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation
Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixées par accord entre les deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques, représentent, dans la mesure
du possible un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés
sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés
comme normes, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les Comités nationaux.
4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer de
façon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes internationales de la CEI dans leurs normes
nationales et régionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou régionale
correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.
5) La CEI n’a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d’approbation et sa responsabilité
n’est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l’une de ses normes.
6) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Norme internationale peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La Norme internationale CEI 60193 a été établie par le comité d'études 4 de la CEI: Turbines
hydrauliques.
Cette deuxième édition de la CEI 60193 annule et remplace la première édition de la
CEI 60193 parue en 1965, sa modification n° 1 (1977), son premier complément CEI 60193A
(1972), ainsi que la CEI 60497 (1976) et la CEI 60995 (1991).
Les articles 1 à 3 de la présente norme couvrent le domaine traité dans les publications sus-
mentionnées. En outre des informations supplémentaires sont données à l’article 4.
Le texte de cette norme est issu des documents suivants:
FDIS Rapport de vote
4/157/FDIS 4/162/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l'approbation de cette norme.
Les annexes B, F, G, K, L et M font partie intégrante de cette norme.
Les annexes A, C, D, E, H, J, N et P sont données uniquement à titre d'information.
Le comité a décidé que cette publication reste valable jusqu'en 2004. A cette date, selon
décision préalable du comité, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée; ou
• amendée.
− 12 − 60193 © CEI:1999
TURBINES HYDRAULIQUES, POMPES D’ACCUMULATION

ET POMPES-TURBINES –
ESSAIS DE RÉCEPTION SUR MODÈLE

1 Règles générales
1.1 Domaine d'application et objet

1.1.1 Domaine d'application
La présente Norme internationale est applicable aux modèles de laboratoire de tout type de
turbine hydraulique à action ou à réaction, de pompe d'accumulation ou de pompe-turbine.
Elle s'applique aux modèles de machines prototypes ayant une puissance unitaire supérieure à
5 MW ou un diamètre de référence supérieur à 3 m. Bien que l'application intégrale des
procédures prescrites ne soit généralement pas justifiée pour des machines de puissance et
de dimension inférieures, la présente norme peut néanmoins être utilisée pour de telles
machines après accord entre l'acheteur et le fournisseur.
Dans cette norme, le terme «turbine» inclut une pompe-turbine fonctionnant en turbine et le
terme «pompe» inclut une pompe-turbine fonctionnant en pompe.
Cette norme exclut tous les sujets à caractère purement commercial, excepté ceux intimement
liés à la bonne conduite des essais.
Cette norme ne concerne ni les détails de construction des machines, ni les propriétés
mécaniques de leurs différentes parties pour autant que ces éléments n'affectent pas le
fonctionnement du modèle ni la relation entre les performances du modèle et celles du
prototype.
1.1.2 Objet
La présente Norme internationale régit les modalités des essais de réception sur modèle des
turbines hydrauliques, pompes d'accumulation et pompes-turbines en vue de déterminer si les
garanties contractuelles de performances hydrauliques principales (voir 1.4.2) sont respectées.
Elle fixe les règles qui gouvernent la conduite de ces essais et prescrit les mesures à prendre
en cas de contestation d'une phase quelconque des essais.

Les objectifs principaux de la présente Norme internationale sont
– de définir les termes et les grandeurs utilisés;
– de prescrire les méthodes d'essai et les façons de mesurer les grandeurs permettant
d'évaluer les performances hydrauliques du modèle;
– de prescrire les méthodes de calcul des résultats et de comparaison aux garanties;
– de déterminer si les garanties contractuelles qui sont du domaine de cette norme sont
respectées;
– de définir l'étendue, le contenu et la présentation du rapport final.
Les garanties peuvent être données de l'une des façons suivantes:
– garanties reposant sur les performances hydrauliques du prototype, calculées à partir des
résultats d'essai du modèle en tenant compte des effets d'échelle;
– garanties reposant sur les performances hydrauliques du modèle.

− 14 − 60193 © CEI:1999
Par ailleurs des données complémentaires de fonctionnement (voir 1.4.4) peuvent être
nécessaires pour la conception ou l'exploitation de la machine hydraulique prototype. Contrai-

rement aux prescriptions indiquées aux articles 1 à 3 relatives aux performances hydrauliques

principales, les informations sur ces données complémentaires décrites à l'article 4 ne sont

considérées que comme des recommandations ou des conseils à l'utilisateur (voir 4.1).

Il est particulièrement recommandé d'effectuer les essais de réception sur modèle lorsque les

conditions pratiques dans lesquelles seraient faits des essais de réception sur le site (voir

CEI 60041) ne permettraient pas de prouver le respect des garanties données pour le

prototype.
La présente norme peut aussi s'appliquer aux essais sur modèle effectués à d'autres fins, par
exemple des essais comparatifs ou des travaux de recherche et développement.
Lorsque des essais de réception sur modèle ont été réalisés, les essais sur place peuvent se
réduire à des essais indiciels (voir CEI 60041, article 15).
S'il apparaît une contradiction entre cette norme et d’autres normes, les dispositions de la
présente norme prévalent.
1.2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence
qui y est faite, constituent des dispositions valables pour la présente Norme internationale. Au
moment de la publication, les éditions indiquées étaient en vigueur. Tout document normatif
est sujet à révision et les parties prenantes aux accords fondés sur la présente Norme
internationale sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer l'édition la plus récente des
documents normatifs indiqués ci-après. Les membres de la CEI et de l'ISO possèdent le
registre des Normes internationales en vigueur.
CEI 60041:1991, Essais de réception sur place des turbines hydrauliques, pompes
d'accumulation et pompes-turbines, en vue de la détermination de leurs performances
hydrauliques
CEI 60609:1978, Evaluation de l'érosion de cavitation dans les turbines, les pompes
d'accumulation et les pompes-turbines hydrauliques
CEI 60609-2:1997, Evaluation de l'érosion de cavitation dans les turbines, les pompes
d'accumulation et les pompes-turbines hydrauliques – Partie 2: Evaluation dans les turbines
Pelton
CEI 60994:1991, Guide pour la mesure in situ des vibrations et fluctuations sur machines

hydrauliques (turbines, pompes d'accumulation et pompes turbines)
CEI 61364:1999, Nomenclature des machines hydrauliques
CEI 61366 (toutes les parties), Turbines hydrauliques, pompes d'accumulation et pompes-
turbines – Documents d'appel d'offres
ISO 31-3:1992, Grandeurs et unités – Partie 3: Mécanique
ISO 31-12:1992, Grandeurs et unités – Partie 12: Nombres caractéristiques
ISO 468:1982, Rugosité de surface – Paramètres, leurs valeurs et les règles générales de la
détermination des spécifications
ISO 1438-1:1980, Mesure de débit de l'eau dans les canaux découverts au moyen de
déversoirs et de canaux Venturi – Partie 1: Déversoirs en mince paroi

− 16 − 60193 © CEI:1999
ISO 2186:1973, Débit des fluides dans les conduites fermées – Liaisons pour la transmission
du signal de pression entre les éléments primaires et secondaires

ISO 2533:1975, Atmosphère-type

Additif 1: 1985
ISO 4006:1991, Mesure de débit des fluides dans les conduites fermées – Vocabulaire et

symboles
ISO 4185:1980, Mesure de débit des liquides dans les conduites fermées – Méthode par pesée

ISO 4373:1995, Mesure de débit des liquides dans les chenaux – Appareils de mesure du

niveau de l'eau
ISO 5167-1:1991, Mesure de débit des fluides au moyen d'appareils déprimogènes – Partie 1:
Diaphragmes, tuyères et tubes de Venturi insérés dans des conduites en charge de section
circulaire
ISO 5168:1978, Mesure de débit des fluides – Calcul de l'erreur limite sur une mesure de débit
ISO 6817:1992, Mesure de débit d'un fluide conducteur dans les conduites fermées – Méthode
par débitmètres électromagnétiques
ISO 7066-1:1997, Evaluation de l'incertitude dans l'étalonnage et l'utilisation des appareils de
mesure du débit – Partie 1: Relations d'étalonnage linéaires
ISO 7066-2:1988, Evaluation de l'incertitude dans l'étalonnage et l'utilisation des appareils de
mesure du débit – Partie 2: Relations d'étalonnage non linéaires
ISO 8316:1987, Mesure de débit des liquides dans les conduites fermées – Méthode par
jaugeage d'un réservoir volumétrique
ISO 9104:1991, Mesure de débit des fluides dans les conduites fermées – Méthodes
d'évaluation de la performance des débitmètres électromagnétiques utilisés pour les liquides
VIM:1993, Vocabulaire international des termes fondamentaux et généraux de métrologie
(BIPM-CEI-ISO-OIML)
1.3 Terminologie, définitions, symboles et unités
1.3.1 Généralités
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les termes d'usage général, leurs
définitions, symboles et unités suivants s'appliquent. Les termes plus particuliers sont définis là

où ils apparaissent.
Tout terme, définition ou unité de mesure qui ferait l'objet de contestation doit être précisé par
écrit avant les essais, d'un commun accord entre les parties contractantes.
1.3.1.1 point
Un point est établi par une ou plusieurs séries consécutives de relevés et/ou d'enregistrements
dans des conditions de fonctionnement et avec des ouvertures inchangées, de manière à
pouvoir calculer les performances de la machine dans ces conditions de fonctionnement et
avec ces ouvertures.
1.3.1.2 essai
un essai comprend un ensemble de points et de résultats qui permet d'établir les performances
de la machine dans tout le domaine de fonctionnement spécifié

− 18 − 60193 © CEI:1999
1.3.1.3 performances hydrauliques

toutes les grandeurs caractérisant le fonctionnement de la machine par suite des effets

hydrodynamiques
1.3.1.4 performances hydrauliques principales

sous-ensemble des performances hydrauliques, à savoir la puissance, le débit et/ou l'énergie

hydraulique massique, le rendement, la vitesse d'emballement stabilisé et/ou le débit

d'emballement stabilisé. L'influence de la cavitation doit être prise en compte.

1.3.1.5 données complémentaires

autre sous-ensemble des performances hydrauliques qui peuvent être déterminées sur le
modèle (voir 1.4.4) à titre informatif. Cependant, la prévision des données correspondantes
pour le prototype est moins précise que pour les performances hydrauliques principales, car on
applique des lois de similitude approchées.
1.3.1.6 garanties
performances spécifiées contractuellement acceptées
1.3.2 Unités
Le Système International d'Unités (SI, voir ISO 31-3) est utilisé tout au long de cette norme.
1)
Tous les termes sont donnés en unités de base SI ou en unités cohérentes dérivées . Les
équations de base sont valables lorsqu'on utilise ces unités. Cela ne doit pas être perdu de vue
lorsque, pour certaines grandeurs, on utilise des unités autres que les unités cohérentes S.I.
(par exemple kilowatt au lieu de watt pour une puissance, kilopascal ou bar au lieu de pascal
-1 -1
pour une pression, min au lieu de s pour une vitesse de rotation, etc.). Les températures
absolues en kelvins étant rarement nécessaires, on peut donner les températures en degrés
Celsius.
Tout autre système d'unités peut être utilisé à la seule condition que les parties contractantes
en aient ainsi convenu par écrit.

___________
1) -2 -1 -2 2 -2 2 -3
N = kg·m·s  Pa = kg·m ·s  J = kg·m ·s  W = kg·m ·s

− 20 − 60193 © CEI:1999
1.3.3 Liste des termes, définitions, symboles et unités

1.3.3.1 Indices et signes représentatifs

Paragraphe Terme Définition Indice ou signe

représentatif
1.3.3.1.1 Section de référence Section côté haute pression de la machine par 1
1)
haute pression rapport à laquelle les performances garanties
sont définies (voir figure 1)
1.3.3.1.2 Section de référence Section côté basse pression de la machine par 2
1)
basse pression rapport à laquelle les performances garanties

sont définies (voir figure 1)
1.3.3.1.3 Sections de mesure Dans la mesure du possible, ces sections 1',1'' .
haute pression devraient coïncider avec la section 1; sinon, les
valeurs mesurées doivent être transposées à
celle-ci (voir 3.5.2.1.3)
1.3.3.1.4 Sections de mesure Dans la mesure du possible, ces sections 2', 2'' .
basse pression devraient coïncider avec la section 2; sinon, les
valeurs mesurées doivent être transposées à
celle-ci (voir 3.5.2.1.3)
1.3.3.1.5 Spécifié Indice désignant les valeurs de grandeurs telles sp
que la vitesse de rotation, le débit, etc. pour
lesquelles d'autres grandeurs sont garanties
1.3.3.1.6 Maximal/minimal Indices désignant la valeur maximale ou minimale max
d'une grandeur quelconque
min
1.3.3.1.7 Limites Valeurs définies contractuellement:
– à ne pas dépasser ////
– à atteindre ou ////
1.3.3.1.8 Prototype Indice désignant les valeurs relatives à la P
machine en vraie grandeur
1.3.3.1.9 Modèle Indice désignant les valeurs relatives à la M
machine modèle
1.3.3.1.10 Modèle à nombre de Indice désignant les valeurs relatives à la M*
Reynolds constant machine modèle et rapportées à une valeur
constante du nombre de Reynolds
1.3.3.1.11 Référence Indice désignant les valeurs relatives à des ref
conditions de référence spécifiées
1.3.3.1.12 Optimum Indice désignant le point de meilleur rendement opt
1.3.3.1.13 Ambiant Indice se référant aux conditions atmosphériques amb
environnantes
1.3.3.1.14 Aménagement Indice désignant les valeurs relatives aux pl
conditions de fonctionnement du prototype sur le
site
1.3.3.1.15 Emballement Indice se référant aux conditions de R
fonctionnement à l'emballement
1) Les termes «haute pression» et «basse pression» définissent les deux côtés de la machine quel que soit
le sens de l'écoulement; ils ne dépendent donc pas du mode de fonctionnement de la machine.

− 22 − 60193 © CEI:1999
Section d'entrée/de sortie
Section de référence haute pression
Turbine
Section de mesure haute pression

1'
Machine
2'
Section de mesure basse pression
Pompe
Section de référence basse pression
Section d'entrée/de sortie
Figure 1 – Représentation schématique d'une machine hydraulique
a
a
Position fermée: a = 0˚ ou a = 0 mm
Figure 2 – Ouverture et angle du distributeur

− 24 − 60193 © CEI:1999
1.3.3.2 Termes géométriques
Paragraphe Terme Définition Symbole Unité

1.3.3.2.1 Aire Aire nette d'une section transversale normale à la Am

direction générale de l'écoulement

1.3.3.2.2 Ouverture du Distance minimale moyenne entre aubes am
distributeur directrices adjacentes (dans une section

spécifiée, si nécessaire) (voir figure 2)

1.3.3.2.3 Angle du distributeur Angle moyen des aubes directrices mesuré à α °
partir de la position fermée (voir figure 2)

1.3.3.2.4 Course de l'injecteur Course moyenne des pointeaux mesurée à partir sm
(turbine à action) de la position fermée
1.3.3.2.5 Inclinaison des pales Inclinaison moyenne des pales de la roue °
β
de la roue mesurée à partir d'une position de référence
1.3.3.2.6 Diamètre de référence Diamètre de référence de la machine hydraulique Dm
tel que défini sur la figure 3
1.3.3.2.7 Largeur de sortie / Plus courte distance moyenne entre deux aubes a ,a m
1 2
d'entrée de la roue adjacentes de la roue (voir figures 14 et 15)
1.3.3.2.8 Largeur d'auget Largeur intérieure maximale d'un auget de roue Bm
de turbine Pelton (voir figure 3)
1.3.3.2.9 Echelle de longueur Rapport d'une longueur représentative du λ -
L
prototype à la longueur correspondante du
modèle, normalement le diamètre de référence de
la machine. Lorsqu'il est difficile de vérifier cette
référence, une autre longueur significative peut
être choisie
1.3.3.2.10 Niveau Cote d'un point du système par rapport au niveau zm
de référence spécifié (habituellement le niveau
moyen de la mer)
D
D
D
D
D
D
− 26 − 60193 © CEI:1999
Détail X
a) b)
a
X
a
X
D
c) d) e)
aaa
g)
f)
aB
D
Axe du jet
0° ≤ α ≤ 90°
a) Machines radiales, telles que les turbines Francis, les pompes et pompes-turbines centrifuges; pour les
machines multi-étagées, on considère l'étage basse pression.
b) Machines diagonales à pales fixes avec ceinture de roue.

c) Machines diagonales à pales fixes sans ceinture de roue.
d) Machines diagonales à pales réglables.
1)
e) Machines axiales, telles que les turbines hélices, turbines tubulaires , pompes et pompes-turbines axiales, à
pales fixes.
1)
f) Machines axiales, telles que les turbines Kaplan, turbines tubulaires , pompes et pompes-turbines axiales, à
pales réglables.
g) Turbines Pelton.
Figure 3 – Diamètre de référence et largeur d'auget
___________
1)
Le terme «turbines tubulaires» inclut les bulbes, les groupes puits, les groupes à générateur périphérique et les
groupes en S.
− 28 − 60193 © CEI:1999
1.3.3.3 Grandeurs et propriétés physiques

Paragraphe Terme Définition Symbole Unité

–2
1.3.3.3.1 Accélération due à la Valeur locale de l'accélération due à la gm s

pesanteur pesanteur à l'endroit de l'essai (voir 2.5.2);

les valeurs théoriques en fonction de l'altitude
et de la latitude sont données à l'annexe B,
tableau B.1.
1.3.3.3.2 Température Température thermodynamique K
Θ
Température Celsius
θ °C
θ = Θ – 273,15
–3
1.3.3.3.3 Masse volumique Masse par unité de volume kg m
ρ
–3
a) Masse volumique de l'eau kg m
ρ
w
On utilise communément ρ au lieu de ρ . Les
W
valeurs pour l'eau distillée ρ sont données en
wd
2.5.3.1.3 et à l'annexe B, tableau B.2
–3
kg m
ρ
b) Masse volumique de l'air a
Les valeurs pour l'air sont données en 2.5.4.1
et à l'annexe B, tableau B.5
–3
c) Masse volumique du mercure
kg m
ρ
Hg
Les valeurs pour le mercure sont données en
2.5.5 et à l'annexe B, tableau B.7
1.3.3.3.4 Pression de vapeur Pression partielle absolue de la vapeur saturée p Pa
va
(absolue) dans un milieu où les phases liquide et gazeuse
d'un corps sont en équilibre thermodynamique.
La pression de vapeur ne dépend que de la
température. Les valeurs pour l'eau distillée
sont données en 2.5.3.4 et à l'annexe B,
tableau B.4
1.3.3.3.5 Viscosité dynamique Grandeur caractérisant le comportement Pa s
μ
mécanique d'un fluide (voir ISO 31-3)
2 –1
1.3.3.3.6 Viscosité cinématique Rapport de la viscosité dynamique à la masse m s
ν
volumique d'un fluide. Les valeurs pour l'eau
distillée sont données en fonction de la
température en 2.5.3.3 et à l'annexe B,
tableau B.3
–2
1.3.3.3.7 Tension superficielle Grandeur caractérisant le comportement J·m
σ∗
mécanique de l'interface entre deux fluides
(voir ISO 31-3)
− 30 − 60193 © CEI:1999
1.3.3.4 Termes relatifs au débit, à la vitesse d'écoulement et à la vitesse de rotation

Paragraphe Terme Définition Symbole Unité

3 -1
1.3.3.4.1 Débit Volume d'eau s'écoulant par unité de temps à Qm s

(Débit-volume) travers une section

-1
1.3.3.4.2 Débit-masse Masse d'eau s'écoulant par unité de temps à kg s
(ρQ)
travers une section. ρ et Q doivent être tous deux

déterminés dans la même section et dans les

conditions qui y règnent
NOTE – Le débit-masse est invariable entre deux
sections s'il n'existe entre celles-ci ni apport ni
prélèvement d'eau
3 -1
1.3.3.4.3 Débit mesuré Volume d'eau s'écoulant par unité de temps à Q ou Q m s
1 2'
'
travers une section de mesure, par exemple 1'
(voir 1.3.3.1.3 et 1.3.3.1.4)
3 -1
1.3.3.4.4 Débit dans une section Volume d'eau s'écoulant par unité de temps à Q ou Q m s
1 2
de référence travers la section de référence 1 ou 2
3 -1
1.3.3.4.5 Débit corrigé dans une Volume d'eau transposé aux conditions Q ou Q m s
1c 2c
section de référence ambiantes (voir 1.3.3.5.2) s'écoulant par unité de
temps à travers une section de référence, par
exemple
Q = (ρQ) /ρ
1c 1 amb
Compte tenu des conditions habituelles d'un
essai sur modèle, on peut admettre que Q = Q
1c 1
3 -1
1.3.3.4.6 Débit à la vitesse Débit à la vitesse n (voir 1.3.3.4.12) Q m s
R R
d'emballement
stabilisé
3 -1
1.3.3.4.7 Débit de marche à vide Débit d'une turbine à puissance mécanique nulle Q m s
o
à la vitesse spécifiée (habituellement la vitesse
synchrone) et sous l'énergie hydraulique
massique spécifiée
3 -1
1.3.3.4.8 Débit de fuite Perte volumétrique, comme illustré sur la figure 6 q m s
-1
1.3.3.4.9 Vitesse débitante Rapport du débit-volume Q à l'aire A de la section vm s
de passage
-1
1.3.3.4.10 Vitesse périphérique Vitesse périphérique au diamètre de référence um s
(voir figure 3): u = πDn
-1
1.3.3.4.11 Vitesse de rotation Nombre de tours de la machine par unité de ns
temps
-1
1.3.3.4.12 Vitesse d'emballement Vitesse de rotation en régime permanent à n s
R
stabilisé puissance mécanique
...

NORME CEI
INTERNATIONALE IEC
INTERNATIONAL
Deuxième édition
STANDARD
Second edition
1999-11
Turbines hydrauliques, pompes d'accumulation
et pompes-turbines –
Essais de réception sur modèle
Hydraulic turbines, storage pumps
and pump-turbines –
Model acceptance tests
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC 60193:1999
Numéros des publications Numbering

Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI As from 1 January 1997 all IEC publications are

sont numérotées à partir de 60000. issued with a designation in the 60000 series.

Publications consolidées Consolidated publications

Les versions consolidées de certaines publications de Consolidated versions of some IEC publications
la CEI incorporant les amendements sont disponibles. including amendments are available. For example,

Par exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 edition numbers 1.0, 1.1 and 1.2 refer, respectively, to

indiquent respectivement la publication de base, la the base publication, the base publication incor-

publication de base incorporant l’amendement 1, et la porating amendment 1 and the base publication
publication de base incorporant les amendements 1 incorporating amendments 1 and 2.

et 2.
Validité de la présente publication Validity of this publication
Le contenu technique des publications de la CEI est The technical content of IEC publications is kept
constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état under constant review by the IEC, thus ensuring that
actuel de la technique. the content reflects current technology.
Des renseignements relatifs à la date de reconfir- Information relating to the date of the reconfirmation
mation de la publication sont disponibles dans le of the publication is available in the IEC catalogue.
Catalogue de la CEI.
Les renseignements relatifs à des questions à l’étude et Information on the subjects under consideration and
des travaux en cours entrepris par le comité technique work in progress undertaken by the technical
qui a établi cette publication, ainsi que la liste des committee which has prepared this publication, as well
publications établies, se trouvent dans les documents ci- as the list of publications issued, is to be found at the
dessous: following IEC sources:
• «Site web» de la CEI* • IEC web site*
• Catalogue des publications de la CEI • Catalogue of IEC publications
Publié annuellement et mis à jour Published yearly with regular updates
régulièrement (On-line catalogue)*
(Catalogue en ligne)*
• Bulletin de la CEI
• IEC Bulletin
Disponible à la fois au «site web» de la CEI*
Available both at the IEC web site* and
et comme périodique imprimé
as a printed periodical
Terminologie, symboles graphiques
Terminology, graphical and letter
et littéraux
symbols
En ce qui concerne la terminologie générale, le lecteur
For general terminology, readers are referred to
se reportera à la CEI 60050: Vocabulaire Electro-
IEC 60050: International Electrotechnical Vocabulary
technique International (VEI).
(IEV).
Pour les symboles graphiques, les symboles littéraux
For graphical symbols, and letter symbols and signs
et les signes d'usage général approuvés par la CEI, le
approved by the IEC for general use, readers are
lecteur consultera la CEI 60027: Symboles littéraux à
referred to publications IEC 60027: Letter symbols to
utiliser en électrotechnique, la CEI 60417: Symboles
be used in electrical technology, IEC 60417: Graphical
graphiques utilisables sur le matériel. Index, relevé et
symbols for use on equipment. Index, survey and
compilation des feuilles individuelles, et la CEI 60617:
compilation of the single sheets and IEC 60617:
Symboles graphiques pour schémas.
Graphical symbols for diagrams.
* Voir adresse «site web» sur la page de titre.
* See web site address on title page.

NORME CEI
INTERNATIONALE IEC
INTERNATIONAL
Deuxième édition
STANDARD
Second edition
1999-11
Turbines hydrauliques, pompes d'accumulation
et pompes-turbines –
Essais de réception sur modèle

Hydraulic turbines, storage pumps
and pump-turbines –
Model acceptance tests
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− 2 − 60193 © CEI:1999
SOMMAIRE
Pages
AVANT-PROPOS . 10

Articles
1 Règles générales . 12

1.1 Domaine d'application et objet. 12

1.1.1 Domaine d'application . 12

1.1.2 Objet. 12

1.2 Références normatives . 14
1.3 Terminologie, définitions, symboles et unités. 16
1.3.1 Généralités . 16
1.3.2 Unités . 18
1.3.3 Liste des termes, définitions, symboles et unités. 20
1.4 Nature et étendue des garanties relatives au fonctionnement hydraulique . 58
1.4.1 Généralités . 58
1.4.2 Garanties principales de performances hydrauliques vérifiables
par un essai sur modèle . 60
1.4.3 Garanties non vérifiables par des essais sur modèle. 66
1.4.4 Données complémentaires de fonctionnement . 66
2 Exécution des essais. 68
2.1 Exigences imposées à l'installation d'essais et au modèle . 68
2.1.1 Choix du laboratoire . 68
2.1.2 Installation d'essais . 68
2.1.3 Exigences concernant le modèle . 70
2.2 Contrôle dimensionnel du modèle et du prototype. 74
2.2.1 Généralités . 74
2.2.2 Dimensions à contrôler sur le modèle et le prototype . 94
2.2.3 Ondulation et rugosité de surface .110
2.3 Similitude hydraulique, conditions d'essai et modalités d'exécution des essais.118
2.3.1 Similitude hydraulique .118
2.3.2 Conditions d'essai .132
2.3.3 Modalités d'exécution des essais.138

2.4 Introduction aux méthodes de mesure .160
2.4.1 Mesures liées aux garanties principales de performances hydrauliques .160
2.4.2 Mesures liées à des données complémentaires .164
2.4.3 Acquisition et traitement des données.164
2.5 Propriétés physiques.164
2.5.1 Généralités .164
2.5.2 Accélération due à la pesanteur.164
2.5.3 Propriétés physiques de l'eau .166
2.5.4 Propriétés physiques de l'atmosphère.176
2.5.5 Masse volumique du mercure .178

60193 © IEC:1999 – 3 –
CONTENTS
Page
FOREWORD .11

Clause
1 General rules . 13

1.1 Scope and object . 13

1.1.1 Scope . 13

1.1.2 Object . 13
1.2 Normative references. 15
1.3 Terms, definitions, symbols and units. 17
1.3.1 General . 17
1.3.2 Units . 19
1.3.3 List of terms, definitions, symbols and units . 21
1.4 Nature and extent of guarantees related to hydraulic performance. 59
1.4.1 General . 59
1.4.2 Main hydraulic performance guarantees verifiable by model test . 61
1.4.3 Guarantees not verifiable by model test . 67
1.4.4 Additional performance data . 67
2 Execution of tests . 69
2.1 Requirements of test installation and model. 69
2.1.1 Choice of laboratory . 69
2.1.2 Test installation. 69
2.1.3 Model requirements. 71
2.2 Dimensional check of model and prototype. 75
2.2.1 General. 75
2.2.2 Dimensions of model and prototype to be checked. 95
2.2.3 Surface waviness and roughness.111
2.3 Hydraulic similitude, test conditions and test procedures.119
2.3.1 Hydraulic similitude .119
2.3.2 Test conditions.133
2.3.3 Test procedures .139

2.4 Introduction to the methods of measurement .161
2.4.1 Measurements related to the main hydraulic performance guarantees.161
2.4.2 Measurements related to additional data.165
2.4.3 Acquisition and processing of data .165
2.5 Physical properties.165
2.5.1 General.165
2.5.2 Acceleration due to gravity .165
2.5.3 Physical properties of water.167
2.5.4 Physical conditions of atmosphere.177
2.5.5 Density of mercury .179

− 4 − 60193 © CEI:1999
Articles Pages
3 Performances hydrauliques principales: méthodes de mesurage et résultats.180

3.1 Acquisition et traitement des données .180

3.1.1 Introduction et définitions .180

3.1.2 Spécifications générales.180

3.1.3 Acquisition des données.184

3.1.4 Spécification des composants .186

3.1.5 Contrôle du système d'acquisition des données .192

3.2 Mesurage du débit .196

3.2.1 Généralités .196
3.2.2 Méthodes primaires.200
3.2.3 Méthodes secondaires.208
3.3 Mesurage de la pression .214
3.3.1 Généralités .214
3.3.2 Choix de la section de mesure de la pression .214
3.3.3 Prises de pression et tuyauteries de liaison .216
3.3.4 Appareillage de mesure de la pression .222
3.3.5 Etalonnage des appareils de mesure de pression .236
3.3.6 Mesures de vide.236
3.3.7 Incertitude sur les mesures de pression.238
3.4 Mesurage du niveau libre .238
3.4.1 Généralités .238
3.4.2 Choix des sections de mesurage du niveau libre.238
3.4.3 Nombre des points de mesurage dans une section .238
3.4.4 Appareillage de mesure.240
3.4.5 Incertitudes sur les mesures de niveau libre .244
3.5 Détermination de E et NPSE .244
3.5.1 Généralités .244
3.5.2 Détermination de l'énergie hydraulique massique E .246
3.5.3 Formules simplifiées pour E .250
3.5.4 Détermination de l'énergie massique nette à l'aspiration NPSE .260
3.6 Mesurage du couple sur l'arbre .270
3.6.1 Généralités .270

3.6.2 Méthodes de mesurage du couple .270
3.6.3 Méthodes pour absorber ou fournir la puissance .272
3.6.4 Schémas de montage.272
3.6.5 Contrôle du système.282
3.6.6 Etalonnage.282
3.6.7 Incertitude sur la mesure du couple .284
3.7 Mesurage de la vitesse de rotation .286
3.7.1 Généralités .286
3.7.2 Méthodes de mesurage de la vitesse.286
3.7.3 Contrôle .286
3.7.4 Incertitude de mesure.288

60193 © IEC:1999 – 5 –
Clause Page
3 Main hydraulic performances: methods of measurement and results .181

3.1 Data acquisition and data processing .181

3.1.1 Introduction and definitions.181

3.1.2 General requirements.181

3.1.3 Data acquisition .185

3.1.4 Component requirements .187

3.1.5 Check of the data acquisition system.193

3.2 Discharge measurement .197
3.2.1 General.197
3.2.2 Primary methods .201
3.2.3 Secondary methods.209
3.3 Pressure measurement .215
3.3.1 General.215
3.3.2 Choice of pressure-measuring section .215
3.3.3 Pressure taps and connecting lines .217
3.3.4 Apparatus for pressure measurement .223
3.3.5 Calibration of pressure measurement apparatus .237
3.3.6 Vacuum measurements.237
3.3.7 Uncertainty in pressure measurements .239
3.4 Free water level measurement .239
3.4.1 General.239
3.4.2 Choice of water level measuring sections .239
3.4.3 Number of measuring points in a measuring section .239
3.4.4 Measuring apparatus.241
3.4.5 Uncertainty in free water level measurement.245
3.5 Determination of E and NPSE .245
3.5.1 General.245
3.5.2 Determination of the specific hydraulic energy E .247
3.5.3 Simplified formulae for E .251
3.5.4 Determination of the net positive suction specific energy NPSE .261
3.6 Shaft torque measurement .271

3.6.1 General.271
3.6.2 Methods of torque measurement .271
3.6.3 Methods of absorbing/generating power.273
3.6.4 Layout of arrangement .273
3.6.5 Checking of system .283
3.6.6 Calibration.283
3.6.7 Uncertainty in torque measurement .285
3.7 Rotational speed measurement .287
3.7.1 General.287
3.7.2 Methods of speed measurement.287
3.7.3 Checking.287
3.7.4 Uncertainty of measurement.289

− 6 − 60193 © CEI:1999
Articles Pages
3.8 Calcul des résultats d'essai .288

3.8.1 Généralités .288

3.8.2 Calcul de la puissance, du débit et du rendement dans le domaine

garanti .298

3.8.3 Calcul de la vitesse et du débit d'emballement stabilisé .328

3.9 Analyse des erreurs .336

3.9.1 Principes de base (voir ISO 5168) .336

3.9.2 Détermination des incertitudes lors des essais sur modèle.340

3.10 Comparaison aux garanties.350
3.10.1 Généralités .350
3.10.2 Courbe d'interpolation et bande d'incertitude totale .352
3.10.3 Puissance, débit et/ou énergie hydraulique massique et rendement
dans le domaine garanti .354
3.10.4 Vitesse et débit d'emballement .362
3.10.5 Garanties de cavitation.362
4 Données complémentaires de fonctionnement – Méthodes de mesurage et résultats .366
4.1 Introduction au mesurage des données complémentaires .366
4.1.1 Généralités .366
4.1.2 Conditions d'essai et mode opératoire .368
4.1.3 Incertitude de mesure.368
4.1.4 Transposition du modèle au prototype .368
4.2 Acquisition et traitement des données pour le mesurage des grandeurs
fluctuantes .370
4.2.1 Généralités .370
4.2.2 Acquisition des données.372
4.2.3 Traitement des données .376
4.3 Fluctuations de pression .378
4.3.1 Généralités .378
4.3.2 Recommandations particulières pour le modèle et l'installation .386
4.3.3 Instrumentation et étalonnage .388
4.3.4 Détails de procédure .390
4.3.5 Mesures .396
4.3.6 Analyse, présentation et interprétation des résultats .396

4.3.7 Transposition au prototype .402
4.3.8 Incertitude.408
4.4 Fluctuations de couple sur l’arbre.410
4.4.1 Généralités .410
4.4.2 Recommandations pour les mesures .410
4.4.3 Analyse des résultats d'essais sur modèle .410
4.4.4 Transposition au prototype .410
4.5 Poussées axiale et radiale.412
4.5.1 Généralités .412
4.5.2 Poussée axiale.414
4.5.3 Poussée radiale .424

60193 © IEC:1999 – 7 –
Clause Page
3.8 Computation of test results.289

3.8.1 General.289

3.8.2 Computation of power, discharge and efficiency in the guarantee range .299

3.8.3 Computation of steady-state runaway speed and discharge .329

3.9 Error analysis.337

3.9.1 Basic principles (see ISO 5168).337

3.9.2 Determination of uncertainties in model tests.341

3.10 Comparison with guarantees .351

3.10.1 General.351
3.10.2 Interpolation curve and total uncertainty bandwidth .353
3.10.3 Power, discharge and/or specific hydraulic energy and efficiency in the
guarantee range.355
3.10.4 Runaway speed and discharge .363
3.10.5 Cavitation guarantees.363
4 Additional performance data – Methods of measurement and results .367
4.1 Introduction to additional data measurement.367
4.1.1 General.367
4.1.2 Test conditions and test procedures .369
4.1.3 Uncertainty in measurements .369
4.1.4 Model to prototype conversion .369
4.2 Data acquisition and processing for measurement of fluctuating quantities .371
4.2.1 General.371
4.2.2 Data acquisition .373
4.2.3 Data processing .377
4.3 Pressure fluctuations.379
4.3.1 General.379
4.3.2 Special requirements for model and installation .387
4.3.3 Instrumentation and calibration.389
4.3.4 Detailed procedures .391
4.3.5 Measurement .397
4.3.6 Analysis, presentation and interpretation of results .397
4.3.7 Transposition to prototype .403

4.3.8 Uncertainties.409
4.4 Shaft torque fluctuations .411
4.4.1 General.411
4.4.2 Recommendations for measurement .411
4.4.3 Analysis of model test results .411
4.4.4 Transposition to prototype .411
4.5 Axial and radial thrust.413
4.5.1 General.413
4.5.2 Axial thrust.415
4.5.3 Radial thrust.425

− 8 − 60193 © CEI:1999
Articles Pages
4.6 Efforts hydrauliques sur les organes de réglage.430

4.6.1 Généralités .430

4.6.2 Couple sur les directrices .432

4.6.3 Couple sur les pales de roue .442

4.6.4 Force sur le pointeau et couple sur le déflecteur des turbines Pelton .452

4.7 Essais dans un domaine de fonctionnement élargi.458

4.7.1 Généralités .458

4.7.2 Terminologie .458

4.7.3 Objet des essais .464
4.7.4 Particularités de certains essais .466
4.8 Mesures de pression différentielle en vue des essais indiciels du prototype .470
4.8.1 Généralités .470
4.8.2 But de l'essai.472
4.8.3 Exécution de l'essai.472
4.8.4 Transposition aux conditions du prototype .474
4.8.5 Incertitude.474
Annexe A (informative) Termes adimensionnels.476
Annexe B (normative) Propriétés physiques, valeurs numériques .478
Annexe C (informative) Etablissement de l'équation définissant l'énergie hydraulique
massique de la machine .494
Annexe D (informative) Influence de la masse volumique réelle de l'eau, ρ ,
wa
sur les mesures et sur les étalonnages .498
Annexe E (informative) Procédure résumée d'essai et de calcul .500
Annexe F (normative) Effet d'échelle sur le rendement hydraulique des machines
à réaction .508
Annexe G (normative) Calcul des caractéristiques d'emballement du prototype en tenant
compte des pertes par frottement et par ventilation du groupe.518
Annexe H (informative) Exemple de détermination de la meilleure courbe lissée: méthode
des segments séparés.520
Annexe J (informative) Exemples d'analyse des sources d'erreur et évaluation de
l'incertitude. .526
Annexe K (normative) Effet d'échelle sur le rendement des turbines Pelton .538

Annexe L (normative) Analyse des incertitudes aléatoires lors d'un essai dans des
conditions de fonctionnement constantes .544
Annexe M (normative) Calcul du nombre de Thoma d'installation σ .552
pl
Annexe N (informative) Bilan schématique détaillé des énergies hydrauliques massiques,
des débits et des puissances .560
Annexe P (informative) Bibliographie .566

60193 © IEC:1999 – 9 –
Clause Page
4.6 Hydraulic loads on control components .431

4.6.1 General.431

4.6.2 Guide vane torque.433

4.6.3 Runner blade torque.443

4.6.4 Pelton needle force and deflector torque.453

4.7 Testing in an extended operating range.459

4.7.1 General.459

4.7.2 Terminology .459

4.7.3 Scope of tests .465
4.7.4 Provisions for particular tests .467
4.8 Differential pressure measurement in view of prototype index test .471
4.8.1 General.471
4.8.2 Purpose of test.473
4.8.3 Execution of test .473
4.8.4 Transposition to prototype conditions.475
4.8.5 Uncertainty.475
Annex A (informative) Dimensionless terms .477
Annex B (normative) Physical properties, data .479
Annex C (informative) Derivation of the equation for the specific hydraulic energy
of a machine.495
Annex D (informative) Influence of the density of actual water ρ on measurement
wa
and calibration. .499
Annex E (informative) Summarized test and calculation procedure .501
Annex F (normative) Scale-up of the hydraulic efficiency of reaction machines .509
Annex G (normative) Computation of the prototype runaway characteristics taking into
account friction and windage losses of the unit.519
Annex H (informative) Example of determination of the best smooth curve: method
of separate segments .5 21
Annex J (informative) Examples analysis of sources of error and uncertainty evaluation .527
Annex K (normative) Efficiency scale-up for Pelton turbines .539
Annex L (normative) Analysis of random uncertainties for a test at constant operating
conditions. .545

Annex M (normative) Calculation of plant Thoma number σ .553
pl
Annex N (informative) Detailed flux diagram of specific hydraulic energy, flow and power .561
Annex P (informative) Bibliography .567

− 10 − 60193 © CEI:1999
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE

___________
TURBINES HYDRAULIQUES, POMPES D’ACCUMULATION

ET POMPES-TURBINES –
ESSAIS DE RÉCEPTION SUR MODÈLE

AVANT-PROPOS
1) La CEI (Commission Electrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation composée

de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a pour objet de
favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les domaines de
l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI, entre autres activités, publie des Normes Internationales.
Leur élaboration est confiée à des comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le
sujet traité peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec la CEI, participent également aux travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation
Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixées par accord entre les deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques, représentent, dans la mesure
du possible un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés
sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés
comme normes, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les Comités nationaux.
4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer de
façon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes internationales de la CEI dans leurs normes
nationales et régionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou régionale
correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.
5) La CEI n’a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d’approbation et sa responsabilité
n’est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l’une de ses normes.
6) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Norme internationale peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La Norme internationale CEI 60193 a été établie par le comité d'études 4 de la CEI: Turbines
hydrauliques.
Cette deuxième édition de la CEI 60193 annule et remplace la première édition de la
CEI 60193 parue en 1965, sa modification n° 1 (1977), son premier complément CEI 60193A
(1972), ainsi que la CEI 60497 (1976) et la CEI 60995 (1991).
Les articles 1 à 3 de la présente norme couvrent le domaine traité dans les publications sus-
mentionnées. En outre des informations supplémentaires sont données à l’article 4.
Le texte de cette norme est issu des documents suivants:
FDIS Rapport de vote
4/157/FDIS 4/162/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l'approbation de cette norme.
Les annexes B, F, G, K, L et M font partie intégrante de cette norme.
Les annexes A, C, D, E, H, J, N et P sont données uniquement à titre d'information.
Le comité a décidé que cette publication reste valable jusqu'en 2004. A cette date, selon
décision préalable du comité, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée; ou
• amendée.
60193 © IEC:1999 – 11 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION

___________
HYDRAULIC TURBINES, STORAGE PUMPS

AND PUMP-TURBINES –
MODEL ACCEPTANCE TESTS
FOREWORD
1) The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for st
...